滇西北高原湿地面山的根系固土机制研究

Recently, human disturbance heavily damages vegetation on the slope land of wetlands in northwest plateau of Yunnan, which results in soil erosion on the slope and further leads to slope unstability and wetland degeneration. Thus, it is an urgent need to protect and recover the vegetation in this region. This program will take roots of several typical plant species and different slope types as study objects, study on root distribution, root tensile properties, chemical and shear properties of soil in different layers, and shear properties of root-soil composite. Further, on the basis of the results of root tensile properties and soil shear properties, shear properties of root-soil composite will be analyzed comprehensively and deeply. Eventually, an integrated mechanical model of soil stabilization by plant roots will be built. In all, this program will explain and quantify the mechanical mechanism of plant roots reinforcing soil stabilization of the slope land of wetlands in northwest plateau of Yunnan, provide the scientific support and theoretical basis for reforestation and revegetation.

近年来，由于人类生产活动对土地的不合理利用，滇西北高原湿地面山的植被破坏严重，水土流失问题日益显现，一方面不利于面山坡面的稳定，一方面加剧了湿地的淤积和退化，对面山植被的保护和恢复迫在眉睫。本项目选取研究区域内几种典型的植被根系和不同类型坡面的土壤和植被配置进行调查研究，通过植物根系的根型分布调查和抗拉性能研究、土壤的理化性质垂直分布和抗剪性能研究、以及根土复合体的抗剪性能研究，定性和定量地分析根系抗拉性能和土壤抗剪性能各自的影响因素及其影响趋势，并且在此基础上将二者的研究结果结合，导入到根土复合体抗剪试验所得的研究模型中，完善根土复合体抗剪性能的影响因素及其作用效果，构建根系固土的综合力学模型。因此，本项目将从力学角度解释和量化植被根系对滇西北高原湿地面山土体稳定的作用机制，为退耕还林、植被恢复等生态重建工作提供科学依据和理论基础。

本研究以云南省剑川县剑湖流域为研究区域，以不同土地利用类型来区分不同的植被状况，从流域内水库沉积泥沙来源分析，土壤抗剪性能的影响因素及其影响规律，土壤抗剪性能与土壤理化性质的关系以及不同植被类型根土复合体的抗剪性能四个方面对滇西北高原湿地面山的根系固土机制进行研究。主要研究结果包括：（1）通过复合指纹法判断水库沉积泥沙的来源，单位面积泥沙贡献率为耕地>草地>采矿用地>林地，由于采矿用地粒径较大，地表径流不易将泥沙带走，且该地类面积较小，故贡献率相对较小；耕地受扰动多，易受侵蚀，因此贡献率远大于其他土壤；草地地表覆盖度大，扎根较浅，能一定程度保持水土；而林地的植被多样性高，植被地下和地上部分均能有效固持土壤。（2）随着土壤含水率增大，不同土地类型土壤的抗剪性能差异逐渐显著，因此，在发生降水或地表径流时，土壤水分的增加会凸显不同的土地利用方式和植被状况对土壤稳定性的影响，此时加强植被根系对土壤的固定作用非常重要。（3）不同土地利用类型的土壤理化性质有显著差别，理化性质对抗剪性能有显著影响，而在不同含水率条件下，影响土壤抗剪性能的理化性质指标因子不同，且影响规律也不尽相同；随着含水率增加，抗剪性能的预测更加困难，即影响机制更复杂。（4）含根土体抗剪性能强于裸地素土，根土复合体的粘聚力、内摩擦角和抗剪强度随着含根量的增加呈明显增大，根系固土效果明显；而土壤粘聚力和内摩擦角随着含根量增加到峰值后有下降趋势，说明根系含量对于根土复合体稳定性的增加作用是有限度的，小于临界值的前提下，根系越发达则能够更好地从力学和理化性质方面改良土壤、固持土体，如果大于这一临界值，根系增加反而会使土壤更加松弛和贫瘠。本研究成果科学地解释了土壤稳定性的影响机理，能为研究区域水土保持、土地整治、边坡防护等生态重建工作提供科学依据和理论指导。