重庆市坡耕地水十流失问题作为三峡库区农业生态环境可持续发展的主要障碍,越来越多的受到人们重视。为了减少坡耕地水土流失并合理利用土地资源,坡耕地的改造和生态重建成为该地区生态农业的主要发展趋势。坡耕地改造后形成大量的地埂资源,为合理利用坡改梯后的地埂资源,改善坡耕地周围的生态环境条件,推广实行生物埂措施可有效抵御坡耕地季节性干旱,减少水土流失,维护埂坎稳定性。本文以紫色丘陵区和石漠化区坡耕地生物埂为研究对象,通过室内外土壤物理性质测定方法,结合植物根系生物力学测试手段,深入研究了生物埂措施对土壤抗蚀性和抗剪性的影响,对比分析各生物埂根系及土壤的力学性质差异；同时利用土壤水库及原状土冲刷水槽法,对比评价了各生物埂土壤存蓄水效应,进一步研究生物埂措施对土壤抗冲性的影响；通过研究不同类型及管理方式生物埂土壤的抗蚀性、抗冲性和抗剪强度变化,结合生物埂根系生物力学特征,深入分析了坡耕地生物埂的固土保土作用机理,为生物埂措施的适宜性评价提供理论基础。主要结论如下：(1)不同类型及管理方式的坡耕地生物埂土壤团聚体结构稳定性特征差异明显。与草本埂相比,木本埂护埂效果更加明显,更有利于生物埂坎土壤团聚体稳定性特征,而农业耕作活动对生物埂土壤团聚体稳定性影响较大。不同类型生物埂>0.25mm水稳定性团聚体含量大小依次为花椒埂(69.29%)>桑树埂(59.97%)>紫花苜蓿埂(47.92%)>自然生草埂(41.32%),而不同管理方式桑树生物埂表现为桑埂自然生草>桑埂清草>桑埂农地,距离坡耕地越近,桑树生物埂土壤水稳性团聚体含量越高；桑埂农地土壤风干和湿筛团聚体分形维数均是最低,其值分别为2.358和2.910；不同生物埂的团聚体稳定性指数大小为花椒埂(3.61)>桑树埂(2.83)>自然生草埂(2.05)>紫花苜蓿埂(2.01),而不同管理方式桑树埂土壤团聚体稳定性指数表现为桑埂农地(1.42)<桑埂清草地(1.50)<桑埂自然生草地(1.71)；木本生物埂土壤结构松散,通透性好,具有良好的土壤结构和稳定性,受农耕活动的影响,桑埂农地的土壤团聚体稳定性相对较差。(2)基于Le Bissonnais法的3种处理方式下各生物埂土壤团聚体分布特征和稳定性能不同。快速湿润作用下土壤大团聚体(5-1mm)分布含量最少,土壤小团聚体(<0.25mm)分布最高,生物埂土壤团聚体受到快速湿润作用后其崩解率最大；生物埂土壤团聚体在3种处理下其团聚体稳定性表现为FW<SW<WS,团聚体MWD值大小依次为FW (0.84)<SW(1.44)＜WS(1.87),团聚体GMD值表现为FW (0.35)<SW (0.85)<WS (1.23),快速湿润作用下土壤团聚体稳定性能较差,土壤团聚体内压缩空气的压力为生物埂土壤团聚体崩解的主要机制。(3)坡耕地木本生物埂和草本生物埂根系形态及空间分布特征差异明显。木本生物埂属于斜生根型,紫花苜蓿根为垂直根型,在0～40cm土层范围内,生物埂根系分布随着土层深度加深呈递减趋势,根系的水平分布呈现明显的阶梯分布,木本埂根系生物量、根长和根表面积显著高于草本埂(P＜0.01)；在垂直0-20cm和水平0-60cm的土层空间中,生物埂根系中以D＜1mm和D=1～2mm的细根分布为主；而D>2mm的粗根在土壤主要起支撑和牢固作用,在生物埂坎发生垮塌和崩塌过程中发挥主要的力学特性,维持生物埂坎的稳定性。(4)生物埂根系生物力学特征与根系直径关系密切,而生物埂土壤抗剪强度特征与生物埂根系含量有关。生物埂根系应变—应力曲线为单峰曲线,无明显的颈缩现象,直径越小的根其应变—应力曲线更加光滑,三种生物埂根系的最大应力表现为花椒(14.50MPa)＞桑树(12.42MPa)＞紫花苜蓿(9.13MPa)；生物埂根系的平均抗拉力表现为花椒埂(73.91N)>紫花苜蓿埂(68.07N)＞桑树埂(61.88N),根系最大抗拉力与直径均表现为正相关；根系抗拉强度表现为花椒埂＞紫花苜蓿埂＞桑树埂,其值分别为16.52MPa、16.08MPa和13.02MPa,随生物埂根系直径的增加,抗拉强度变小；生物埂根系抗拉力和抗拉强度与直径之间的关系均可以用f=axb (a, b为常数)进行回归模拟；生物埂措施增强了土壤抗剪切能力,固土保土效应显著,土壤抗剪强度表现为紫花苜蓿埂(0.382kg/cm2)>花椒埂(0.260kg/cm2)＞桑树埂(0.228kg/cm2)＞自然生草埂(0.185kg/cm2),与根长密度和根重密度呈显著性正相关。(5)生物埂措施能够有效提高土壤的入渗和蓄水性能,显著增强了土壤的抗冲性。生物埂土壤稳定入渗率大小为桑树埂(1.26mm/min)＞花椒埂(1.07mm/min)＞紫花苜蓿埂(0.56mm/min)＞自然生草埂(0.52mm/min)；生物埂土壤有效库容与自然生草埂相比差异明显(P＜0.05),表现为木本埂>草本埂>自然生草埂,而石漠化区桑树生物埂土壤有效库容大小依次为桑埂清草地>桑埂自然生草地>桑埂农地,大小依次是1235.71t/hm2、1187.38t/hm2、937.84t/hm2、这与生物埂土壤孔隙和入渗特征关系密切。生物埂土壤冲刷可分为快速冲刷(0-3min)、慢速冲刷(3-20min)和平稳冲刷(20-28min)3个阶段,土壤抗冲性随着坡度的增大而降低,抗冲性指数(ANS)与坡度可用y=61.235x-1.4826进行回归拟合。(6)坡耕地埂坎受到土壤水文生态作用、自身重力和根系生物力三种作用力,生物埂措施显著提高了土壤抗冲性,增强了土壤抗蚀性能和土壤结构稳定性,通过根系的“加筋作用”和“锚固作用”增强了土壤抗剪强度,固土保土作用显著,维护了埂坎稳定性。利用AHP层次分析法建立了包含3个层次(目标层、准则层、指标层)共12指标的生物埂适宜性评价指标体系,结合专家打分和矩阵一致性检验,获得各指标的权重值。各指标中以生物埂根系抗拉强度(C8)的权重值最大(0.2646),其次为土壤抗剪强度(C6),大小为0.2167,以表征土壤紧实状况的土壤容重(C1)、表征生物埂景观美化效果的景观美学度(C12)、表征土壤抗蚀性的水稳性指数(C4)和表征生物埂土壤肥力的有机质(C2)的权重值均较低,其大小分别是0.0322,0.0213,0.0212和0.0114,利用这些指标体系可评价坡耕地生物埂措施的综合效应和适宜性。