兴安落叶松根系结构及固土力学特性地分析

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1、本项目在研究中得到以下项目和实验室的资助：(I)国家自然基金“寒温带兴安落叶松林倒木形成及密度调控机理研究”(31160106)；(2)北京林业大学水土保持重点实验室提供万能拉伸实验仪及三轴剪切仪及仪器及操作技术；(3)内蒙古大兴安岭生态站提供实验地、内业实验室。摘要lIIIIIIIIIIIIMllllIIIIIIIIIlY2601022本文通过野外调查和室内分析对内蒙古大兴安岭兴安落叶松树种的根系形态分布规律进行研究，并运用PROE软件模拟兴安落叶松根系结构，采用轴向均匀拉伸方式分析兴安落叶松根系

2、抗拉力学特性，探讨根径、根长和拉伸速率等因素对兴安落叶松根系抗拉强度的影响，并通过三轴压缩试验，评价根系不同布置方式对土壤抗剪切强度的增强作用，综合分析了兴安落叶松根系结构及其固土力学性质，为研究兴安落叶松树种林木固土提供理论数据。主要研究成果如下：(1)不同林龄兴安落叶松根系中直径>lcm根系总数及总长度均与林龄呈正相关关系，林龄越大，根系拓扑结构越复杂。对兴安落叶松根系形态调查发现，主根和副主根数量最少，平均0．56条，心根和下垂根次之，斜生根和水平根数量最多，变幅最大，其中水平根大于7条的标准

3、木占总样本数85．7l％。(2)兴安落叶松根系中斜生根基径较水平根基径小，斜生根和水平根基径均与胸径呈幂函数正相关关系。水平根和斜生根的直径随根长增加而减小，呈对数函数负相关关系。兴安落叶松不同径级根长百分比和比根长均随着根径增大而减小，不同样地比根长与林龄呈负相关关系，幼龄林较巾龄林和近成熟林根系中含有更多更细的根，而根系体积比与林龄呈正相关关系，二者呈相反趋势，即同一样地比根长越火，其根系体积比越小。(3)兴安落叶松单株根系生物量和根系质量密度总体随林龄增大而增大，其中杜香一兴安落叶松近成熟林单

4、株生物量最大，为48．87kg／株，而其根系质量密度最小，为29．23x10—59／cm。兴安落叶松不同径级根系干物质总和大小顺序依次为2—5cm、5一lOcm、>lOcm、卜2cm、

5、有人工林和杜香一兴安落叶松近成熟林根系在，10—60cm—t-层中有分布。兴安落叶松根长密度、二F物质和根体积比均随土层深度增加呈先增大后减少趋势，并在lO～20cm士层达最大值。兴安落叶松树种根系垂直分布模型中的水平根系削弱系数6均集中在0．86～O．93之间，低于全球平均水平0．966，为典型的水平根型树种，而cI竞争指数整体水平较高，表明兴安落叶松树种水平根生长竞争力较其他形态根较大。(5)运用Pro／Engineer5．O建立兴安落叶松根系三维立体仿真模型操作简单，能较真实地描述兴安落叶松根

6、系结构。(6)兴安落叶松根系抗拉特性受直径和拉伸速率影响较大，其中最大抗拉力与直径呈幂函数正相关关系，与拉伸速率呈负相关关系。兴安落叶松根系抗拉强度与直径呈幂函数负相关关系，而与标距和拉伸速率总体呈负相关关系，并随着标距和拉伸速率的增大，抗拉强度的范围均有所减小。兴安落叶松根系应力一应变曲线中最大抗拉强度、弹性模量和延伸率均与直径和标距呈负相关关系，与拉伸速率呈先减少后增加趋势。疲劳循环拉伸可增加兴安落叶松根系的最大抗拉力和抗拉强度，且循环拉伸次数越多，对根系的抗特性影响越大，同时随着根系疲劳循环次

7、数的增加，疲劳滞回环面积和曲线斜率均减小。(7)兴安落叶松根土复合体的黏聚力(C)和内摩擦角(中)均大于素土，且混合埋根方式对于提高素土抗剪切力效果优于垂直埋根和水平埋根。相同埋根方式中，随所埋兴安落叶松根段直径的增大，黏聚力(C)和内摩擦角(中)逐渐增大，呈正相关关系。关键词：兴安落叶松；根系结构：固上力学；三轴压缩StudyOntheRootSystemStructureandtheSoilMechanicsMechanismofLarixgmeliniiAbstractThispaperstu

8、dyontheformdistributionofLarixgmelinirootsystemattheGreaterHiggnanMountains．ThenthePROEsoftwarewasusedtosinmlatetheLat‘ixgmelinirootstructureandadopttheaxialuniformtensilestresstoanalyzethetensilemechanicalcharacteristicofLarixgmelini．T