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植物根系在边坡生态防护中占主导地位,研究不同植物根构型及其单根抗拉特性,从根系角度提出边坡植被恢复植物选择及配置建议,为边坡植被恢复提供理论指导。本研究利用侵蚀槽模拟45°边坡,通过资料查询和前期调研结果筛选出11种抗逆性及适应性均较强的优质植物为研究对象,分别为欧李(Cerasus humilis(Bge.)Sok.)、胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)、盐肤木(Rhus chinensis Mill.)、马棘(Indigofera pseudotinctoria Matsum.)、紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)、黄刺玫(Rosa xanthina Lindl.)、荆条(Vitex negundo L.)、酸枣(Ziziphus jujuba Mill.)、柠条(Caragana korshinskii Kom.)、沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)、紫花苜蓿(Medicago Sativa L.),对植物根构型特征以及根系结构类型进行研究,同时对11种植物单根抗拉力学特性进行研究,探讨植物根系单根抗拉力、单根抗拉强度、单根极限延伸率与根径以及不同植物种类之间的相关性,最后运用主成分分析法对根构型以及力学相关指标进行综合分析,筛选出边坡防护固土能力效果最优的植物。主要研究结果如下:(1)欧李、盐肤木、胡枝子根系在Down-slope方向与Up-slope方向分布较均匀,且分布范围较广,酸枣、柠条、紫花苜蓿根系在up-slope方向无分布或分布范围较小;欧李、紫穗槐、荆条、酸枣、紫花苜蓿根冠比均大于1;欧李、胡枝子、沙打旺、紫穗槐4种植物总根数均较大,均能达到4级侧根,分枝能力较强,同时4种植物较其它植物在根长、根表面积、根体积特征方面具有较好的表现,细根也较发达;欧李、紫穗槐、黄刺玫、荆条、沙打旺表现出倾斜根数所占比例较大,盐肤木、胡枝子、马棘表现出水平根数所占比例较大,除欧李无垂直方向的主根外,其余植物均有主根;对于每种植物的不同径级根系长度占总根长比例大小,均表现出细根远大于中根,且粗根所占比例最小;酸枣、柠条、紫花苜蓿根系拓扑指数靠近1,接近人字形分支,3种植物虽有明显主根,但侧根量较少;欧李、胡枝子、沙打旺根系拓扑指数接近0.5,根系接近叉状分支模式。(2)11种植物根系共表现出4种根系结构类型,分别为R型、VH型、V型和M型。胡枝子、盐肤木、马棘为VH型根系结构;紫穗槐、黄刺玫、荆条、沙打旺为R型根系结构;酸枣、柠条、紫花苜蓿为V型根系结构;欧李为M型根系结构。(3)树种和直径对单根抗拉力特征影响显著,随着根径的增加,11种植物单根抗拉力均明显增加,且均呈幂函数,但递增幅度存在一定差异。通过比较11种植物平均最大单根抗拉力,依次排序为紫穗槐(157.03 N)>胡枝子(154.72 N)>酸枣(117.3N)>马棘(92.76 N)>荆条(87.05 N)>欧李(86.78 N)>紫花苜蓿(84.61 N)>黄刺玫(81.72 N)>沙打旺(70.95 N)>柠条(50.89 N)>盐肤木(34.62 N)。除荆条单根抗拉强度随根径的变化趋势不明显外,其余10种植物的单根抗拉强度均随根径的增加呈不同程度的降低趋势,且单根抗拉强度最大时根径均小于1 mm。不同植物单根抗拉强度与根径的函数不同,酸枣、胡枝子、盐肤木、欧李、紫花苜蓿5种植物根系单根抗拉强度随根径的增加呈对数函数降低;马棘、沙打旺、紫穗槐、柠条、黄刺玫5种植物根系单根抗拉强度随根径的增加呈幂函数降低;荆条单根抗拉强度与根径间无明显趋势,但当荆条根径大于1 mm时,其单根抗拉强度随根径的增加呈降低趋势。通过比较11种植物平均最大单根抗拉强度,依次排序为荆条(46.98MPa)>柠条(37.05 MPa)>马棘(20.88 MPa)>酸枣(19.57 MPa)>黄刺玫(18.01MPa)>紫花苜蓿(16.54 MPa)>紫穗槐(16.19 MPa)>欧李(14.13 MPa)>胡枝子(10.61 MPa)>沙打旺(8.92 MPa)>盐肤木(4.74 MPa)。欧李、黄刺玫、荆条、酸枣、柠条、紫花苜蓿6种植物单根极限延伸率与根径有较好的相关性,其相关系数均大于0.5,但这6种植物单根极限延伸率随根径的变化趋势不同,欧李随根径的增大单根极限延伸率逐渐变小,而其余5种植物单根极限延伸率随根径增大呈增大趋势。胡枝子、盐肤木、马棘、紫穗槐、沙打旺5种植物单根极限延伸率与根径无明显函数关系,其中胡枝子、马棘、沙打旺3种植物单根极限延伸率随根径增大呈先增加后降低趋势。盐肤木和黄刺玫2种植物部分根系单根极限延伸率较小,导致根系容易断裂。(4)运用主成分分析法,得出11种植物综合护坡效果依次为:欧李>胡枝子>沙打旺>紫穗槐>紫花苜蓿>盐肤木>马棘>荆条>黄刺玫>酸枣>柠条,其中欧李的综合主成分最高,则综合护坡效果最好,柠条综合排名最差,由于根系的不发达制约其护坡能力。