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南方红壤区在土壤性质、植被类型及气候环境上均与北方有所差异,为探究南方草本植物根系-土壤复合体的抗蚀机理,本文选取泥质页岩红壤、香根草、百喜草和狗牙根为研究对象,采取室内根土复合体重塑构造的研究方法,设置裸地对照组和3种草本根土复合体试验组,采用重塑土冲刷实验测定ANS(抗冲性指数),采用直剪仪测定土壤抗剪强度指标(内摩擦角和黏聚力),利用双环法测定K1(初始入渗率)、K2(稳渗率)、K3(平均渗透率)和K4(渗透总量)4种土壤渗透性参数,并采用常规方法测定草本根系形态特征、抗拉强度、主要成分含量及土壤理化性质,揭示了草本根土复合体生物力学抗蚀机理,为该区草本根土复合体抗冲性能预测及保土措施实施提供了一定依据。主要结论如下:(1)利用泥质页岩红壤种植近1年的香根草、百喜草和狗牙根在根系形态上存在差异:香根草根系最大直径普遍比百喜草和狗牙根大,可达到1.5 mm左右;而百喜草和狗牙根根系直径普遍在1.0 mm以内,且两者差别不大。百喜草和狗牙根间在RLD(根长密度)、RSAD(根表面积密度)、RWD(根重密度)大小关系上随土层不同而不同,在0~20 cm土层中,大小关系为百喜草>狗牙根,而在20~30 cm土层中,却表现为相反的关系。在各土层上,香根草的RLD、RSAD和RWD均显著大于其他2种草本,且随着土层加深,这种差异有减小的趋势。(2)根土复合体和裸地的土壤渗透性能均随着土壤深度加深而降低,其中以香根草在0~10 cm土层与10~20 cm土层间变化的最明显。在不同土层上,渗透性能大小均表现为香根草>百喜草>狗牙根>裸地,且大小差异随着土层加深逐渐缩小。4种渗透性参数均与RLD、RSAD、RWD呈正相关关系,且香根草根系对土壤渗透性的改善作用均大于其他两种草,T1(土壤容重)、T3(非毛管孔隙度)和T5(有机质含量)是影响渗透性参数的主要土壤理化因子。(3)3种草本根系极限抗拉力随直径级增大均表现为增大,而其抗拉强度均表现为降低的趋势,均以香根草变化幅度最大。同直径级的香根草根系极限抗拉力和抗拉强度均显著大于其他两种草本,而百喜草略大于狗牙根。相对鲜根而言,3种草本复水根的极限抗拉力和抗拉强度均明显提高,其中极限抗拉力以香根草提高的幅度最大(89.16%),抗拉强度以狗牙根提高的幅度最大(46.82%)。3种草本根系极限抗拉力和抗拉强度均随含水率降低而不同程度增大,其中极限抗拉力增加幅度以百喜草最大,而抗拉强度增加幅度以香根草最大。3种草本根系各主要成分含量均随其直径增大而增大,而L/C(木纤比)呈现不同变化趋势。F(极限抗拉力)与各主要成分的相关度较好(r≥0.931),其与3种主要成分间关系可表示为F=-0.984C-1.131He+7.655L-31.499(其中C为纤维素、He为半纤维素,L为木质素);而抗拉强度与各成分相关度较差。(4)在C(黏聚力)和υ(内摩擦角)值上,香根草根土复合体均显著大于其他3种模式土壤,尤其是在10~20 cm土层。3种草本根土复合体C和υ随土层加深均呈现先增加后减小的变化,而裸地一直增大。草本根土复合体△C(黏聚力增加增)主要受△T1(土壤容重增加值)和RSAD影响,而△υ(内摩擦角增加值)主要受△T1影响,且两者均随△T1增大而减小。根系单根抗拉强度与抗剪增强值有较好的联系,但实际中不能用RAR(根面积比率)的大小反映复合体抗剪强度的好坏。(5)香根草根土复合体在不同流量下的各层ANS均明显大于另外3种模式的土壤,3种草本根土复合体ANS随土层加深主要表现为先增大后减小的趋势,而裸地土壤为先减小后增大。在根系增强土壤抗冲性方面,香根草表现的比其他2种草本好,各草本根土复合体的△ANS(抗冲性增强值)基本随冲刷流量强度的增大而减小,随土层深度增加而减小。ANS与K1、K2和K3呈现良好的对数关系,均随3者增大而增大。ANS均随C和υ在一定范围内增长而增长,且当C≤20 k Pa时,ANS增长迅速。L/C与△ANS呈负相关关系,其他根系主要成分、根系极限抗拉力和抗拉强度均与△ANS呈正相关关系,但相关度均不显著。在与△ANS相关性方面,流量因素较土层因素好,在小流量下,△ANS与RLD、RSAD和RWD的相关度较高,且与RLD相关度最高,三者均与△ANS呈一元二次函数关系。显著影响草本根土复合体ANS的指标的综合参数β可表示为β=0.113T3+0.127T5+0.126K1+0.128K2+0.130K3+0.069C+0.128RLD+0.129RSAD+0.124RWD(公式中各因变量均为其标准化数据),β和ANS关系可表示为ANS=3.234β+9.599。