油松单根抗拉试验数据的降噪分析

林木单根抗拉试验数据经常受到试验环境背景、仪器随机误差、人为操作等各类噪声污染,对根系抗拉力学特性的分析结果影响很大。为了提高根系抗拉力学特性的分析精度,需要对试验数据进行预处理。尽管小波降噪理论日渐成熟,但其在林业根系固土机制研究方面的应用并未得到推广。应用小波变换对油松250标距的单根抗拉试验数据进行降噪研究,分别采用到的降噪研究方法有:3～31点平滑法、非线性小波硬阈值(Hard)法、固定阈值(Fixed)法、最大最小阈值(Mini-max)法及Rig.Sure阈值(sure)法。结果表明:各种窗口宽度的平滑法中,9点平滑法被证明降噪效果更为显著;而基于小波变换的Rig.Sure阈值法能够更为有效地降低试验数据中的噪声信号,保留有效信息,提高试验数据的质量及分析能力。

蔓竹单根抗拉及根-土复合体抗剪特性

【目的】为了丰富竹类植物的根系力学研究内容,更好地为高寒地区固土护坡提供植物选择。【方法】利用拉力仪和直剪仪,测定云南药山国家级自然保护区自然分布的蔓竹单根拉伸和根-土复合体力学特征。【结果】蔓竹根系最大抗拉力范围是11.94~194.14 N,抗拉强度为14.78~35.77 MPa、极限延伸率为119.90%~155.04%,杨氏模量为9.53~27.81 MPa。根径与抗拉力呈显著正相关的幂函数关系,与抗拉强度、杨氏模量呈显著负相关的幂函数关系,与极限延伸率呈显著正相关的线性函数关系。根系纤维素含量随根径的增大而减少,半纤维素、木质素含量随根径的增大而增多。根系抗拉特性与纤维素呈显著正相关,与半纤维素和木质素呈显著负相关。蔓竹根系提升土壤内聚力0.45~1.72 kPa,内聚力增量随着根径的增加而增大。【结论】蔓竹根系表现出良好的抗拉特性,有效提高了土壤的抗剪性能,能够作为高寒山区固持土壤、稳定边坡的植物使用。

喀斯特地区双荚决明单根抗拉变形特性

植物根系抗拉变形机制反映根系抵抗外力作用的自适应过程,对土少石多的喀斯特边坡治理具有积极作用。为探究护坡灌木根系的抗拉力学性质,以5年生双荚决明根系为研究对象,通过单根拉伸试验,探讨根长和拉伸速率对双荚决明的单根抗拉变形特性的影响。结果表明:1)单根抗拉力与直径之间呈幂函数关系增大,单根抗拉强度与直径之间呈对数函数关系减小;2)双荚决明单根受拉变形多样且过程复杂,以弹性变形、弹塑性变形及根皮撕裂等方式抵抗外力,不同单根以不同的变形方式发挥其抗拉最佳效果;3)根长对单根抗拉变形特性无显著影响,拉伸速率对单根抗拉变形特征有显著影响,当拉伸速率为500 mm/min时,应力应变曲线均为单峰型。双荚决明根系有较强的变形能力,受力时可通过复杂的变形起到维持坡体稳定的作用,在较快的拉伸速率下根系更容易被破坏。

狗牙根根系抗拉性能对水淹时长的响应

为明确水淹胁迫下植物根系对水淹时长的响应特征,该研究以三峡库区消落带优势植物狗牙根根系为研究对象,以未水淹为对照,分析不同水淹时长下(0,15,30,60,90,120,150和180 d)狗牙根根重密度、根系活力及抗拉性能的变化规律,明确根系抗拉性能对水淹时长的响应规律。结果表明:随着时间的增加,对照组根重密度和根系活力基本无明显变化,而淹没组根重密度与根系活力均随水淹时长增加呈先急剧减小后缓慢减小的变化规律,水淹初期(15 d)减小量分别占根重密度和根系活力总减小量的65.15%和75.86%。水淹环境会明显降低狗牙根根系抗拉性能,根系最大抗拉力和抗拉强度均随水淹时长的增加而下降,180 d水淹分别造成根系抗拉系数和抗拉强度系数减小了59.46%和59.48%。不同直径根系对水淹的响应程度有所不同,根系最大抗拉力下降程度随其直径的增加而增加,0.6~0.7 mm直径狗牙根根系最大抗拉力下降幅度最大,达7.56 N,抗拉强度下降程度则随根系直径的减小而增加,0.1~0.2 mm直径狗牙根根系抗拉强度下降幅度最大,达36.42MPa。因此,水淹显著降低狗牙根根重密度、根系活力和抗拉性能(P<0.05),根系活力能够较好的解释其抗拉性能的变化。研究结果对进一步探究水淹胁迫下根系固土机理具有重要科学意义。

砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比

对砒砂岩区各主要灌木树种根系形态进行定量研究,探究哪种水土保持植物可以有效地抵抗砒砂岩区的复合型侵蚀,以该区分布较广的灌木树种沙棘(Hippophae rhamnoides L.)、酸枣(Ziziphusjujuba M.)、连翘(Forsythia suspensa V.)、文冠果(Xanthoceras sorbifolium B.)、黄刺玫(Rosaxanthina L.)和蒙古扁桃(Amygdalus mongolica R.)单株个体为研究对象,对其根系分布范围、几何形态,拓扑指数、单根力学特性,降维进行综合分析,筛选出在砒砂岩地区固土效果较好的灌木植物。结果表明:(1)文冠果和连翘以倾斜根为主,沙棘、酸枣、黄刺玫和蒙古扁桃以水平根为主;细根长文冠果(2368.54 cm)>沙棘(1746.12 cm)>黄刺玫(1463.15 cm)>蒙古扁桃(1162.81 cm)>酸枣(928.69 cm)>连翘(817.45 cm);文冠果拓扑指数0.54且根系呈叉状分支结构;连翘拓扑指数0.71且呈鱼尾型分支结构。(2)根系平均抗拉强度文冠果(30.45 MPa)>黄刺玫(18.21 MPa)>连翘(17.03 MPa)>蒙古扁桃(16.62 MPa)>酸枣(16.34 MPa)>沙棘(15.35 MPa)。基于主成分分析法对不同灌木树种根系固土效应进行对比,其中,文冠果的综合主成分指标最高达到2.28,则综合固土效果最好。研究结果可为砂岩地区选出适宜的土保持灌木,同时为灌木林的可持续发展提供理论参考。

华北地区4种常见乔木根系抗拉强度的力学综合模型

抗拉强度是建立边坡稳定模型时最常使用的植被根系特性之一。为建立根系抗拉强度的力学综合模型,对华北地区4种常见乔木油松、白桦、落叶松和蒙古栎的单根依照不同标距、不同拉伸速率进行了拉力试验。试验数据的分析结果表明:所有根系抗拉强度的观测值均通过正态检验;从数学角度出发,应用聚类分析方法,区分出4种乔木的极细根和细根;标距、树种对抗拉强度影响显著,拉伸速率对抗拉强度影响不显著。在理论推导和数据分析的基础上建立了乔木单根抗拉强度的力学综合模型,并对模型参数进行求解。该研究探明了单根抗拉强度的作用机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。

护岸金丝柳根系分布特征和力学特性分析

了解不同土壤生物工程措施下根系分布特征与抗拉特性对土壤生物工程措施的合理配置意义重大。以竣工5年的北京市怀柔区土壤生物工程试验区4种不同种植方式（埋根、扦插、梢捆、灌丛垫）下的金丝柳根系为研究对象，测量统计不同土层深度、不同径级的根系生物量并进行单根拉伸试验，分析在不同种植方式下金丝柳根系的生物量分布特征和单根抗拉特性，结果表明：灌丛垫和梢捆措施根系主要分布在0—40cm深度的土层中，在0～20cm土层中尤为集中。灌丛垫方式下根径≤1mm的细根含量丰富（占其总量的31．3％），须根系最为发达，梢捆次之，细根含量占其总量的19．2％。不同种植方式下根系抗拉力与直径都呈正相关，且以幂函数的规律变化。在0～20cm的土层中，不同种植方式下根系的抗拉特性存在较大差异，平均抗拉力从大到小依次为埋根、扦插、梢捆、灌丛垫；而平均延伸率从大到小依次为灌丛垫、梢捆、扦插、埋根。所以，灌丛垫和梢捆方式下根系浅层生物量较大，须根发达且具有更好的延伸性能，可有效减轻表土侵蚀，应设置在水位浮动区；埋根和扦插措施下根系能抵抗更大的剪切力，更好地深入土层深处，可设置在岸堤区。

马蔺根系固土护坡效应研究

研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,通过野外调查和材料力学、土力学试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。结果表明,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为(75.22±11.40)cm、(106.09±25.62)cm和(1.51±0.55)株/m^(2);马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm。马蔺根径为0.20~0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为(7.94±2.91)N,(46.30±11.06)MPa和54.17%±17.08%。随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低趋势,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系。马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,增长率分别为9.48%~17.40%和7.62%。本文研究成果对马蔺用于坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有实际指导意义。