水淹胁迫下三峡库区消落带植物根径结构演化对根-土复合体抗剪性能的影响

摘要

为揭示水淹胁迫下根径结构演化对根-土复合体抗剪性能的影响机制，研究选取三峡库区消落带典型植物狗牙根、秋华柳和疏花水柏枝为试验对象，通过0～180 d水淹模拟试验，结合根系形态扫描、单根抗拉试验及根-土复合体直剪试验，分析不同水淹阶段根径结构、根系抗拉性能和根-土复合体抗剪性能的变化规律。结果表明：3种植物根系形态均呈明显的阶段性特征。短期水淹下（0～30 d），部分植物发生补偿性生长，在20 d时，狗牙根根长保持率升至约1.26，秋华柳根长保持率峰值达2.15；随着水淹时间延长，根系结构逐渐由细根扩展转向粗根保留；长期水淹（90～180 d）后，秋华柳的根长和根表面积保持率下降至0.25和0.29。单根抗拉试验表明，根系最大抗拉力随根径增大而升高，狗牙根、秋华柳和疏花水柏枝的最大抗拉力峰值分别达到18、60和300 N；长期水淹后，中小径根抗拉性能衰减，根系承载作用更多表现为大径根维持。直剪试验表明，长期水淹削弱根-土复合体抗剪性能，狗牙根、秋华柳和疏花水柏枝的浅层抗剪强度分别降至18～54、16～52和15～52 kPa；同时，根系加固作用由短期水淹阶段的细根和中径根主导的浅层加筋，逐渐转向长期水淹阶段的粗根维持的残余支撑。水淹胁迫下，消落带植物根系加固机制具有阶段性和径级依赖性，根径结构重组是影响根-土复合体抗剪性能退化与残余强度维持的关键因素。

关键词

消落带 / 水淹胁迫 / 根径结构 / 抗剪强度 / 根系加固机制

基金资助

中国长江三峡集团有限公司生态环保基金项目（NBWL202200369）;中国长江三峡集团有限公司委托项目（202303282）; 国家重点研发计划项目（2023YFF1305200）; 国家自然科学基金项目（52069016）