植物根系中中柱与孔隙如何影响其拉伸宏观生物力学特性：对土壤加固的关键意义

为探究影响植物根系宏观生物力学特性的内在因素，研究人员对黄土高原典型物种（刺槐Robinia pseudoacacia、油松Pinus tabuliformis等）的根系开展研究。通过多种实验方法，发现根系拉伸断裂类型、拉伸强度（Tr）与直径（Dr）等关系。该成果为理解根系力学特性及土壤加固提供理论依据。

　　植物根系在土壤稳定性和防止水土流失方面发挥着至关重要的作用。目前大多数研究基于根系的表观直径或中柱大小来关注其宏观生物力学特性，但这些分析无法从内在角度解释影响根系宏观生物力学特性的因素。研究人员对黄土高原的典型物种（刺槐Robinia pseudoacacia、油松Pinus tabuliformis、荆条Vitex negundo、丁香Syzygium aromaticum）的根系进行了拉伸试验、扫描电子显微镜（SEM）观察、基于图像的应变测量和成分测试，以探究中柱对根系力学特性的 “增强” 作用以及孔隙对其 “削弱” 作用。研究结果表明，根系在拉伸时的断裂可分为同时脆性断裂和连续脆性断裂，其中同时脆性断裂多发生在细根中，连续脆性断裂多发生在粗根中。拉伸强度（T_r）与直径（D_r）之间呈负相关，这归因于纤维素含量的降低；T_r与中柱百分比之间呈正相关，这是因为纤维素主要分布在根系的中柱内。植物根系中的孔隙会削弱其宏观生物力学特性，在本研究的物种中，树木的孔隙率通常高于灌木。孔隙的不均匀系数（UC）反映了其分布形式，细根的 UC 较高，孔隙分布更随机，宏观生物力学特性比粗根更分散。该研究结果解释了沿根直径影响宏观生物力学特性的内在特征，为理解植物根系的力学特性和提供土壤加固的理论基础提供了有价值的见解。