朱錦奇 蘇伯儒 王云琦 王玉杰 李云霞

(1. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院 重慶三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站 北京 100083; 2. 南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院 江西生態(tài)文明研究院 南昌 330031； 3. 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222)

植物根系顯著抑制淺層滑坡的固土功能主要體現(xiàn)在3個(gè)方面： 1)通過(guò)提高土壤的黏聚力來(lái)增強(qiáng)土壤的抗剪切強(qiáng)度； 2)通過(guò)蒸散發(fā)加速土壤水分減少； 3)錨固，其中效果最顯著的是提升土壤抗剪切強(qiáng)度(Pollenetal., 2005; Grayetal., 1996; Cohenetal., 2009; 2011)。已有很多針對(duì)單一植株、單根的力學(xué)特性研究，但因根系生長(zhǎng)于地下，其生物力學(xué)作用方式復(fù)雜，根系固土功能定量評(píng)估一直是研究重點(diǎn)和難點(diǎn)(Waldron, 1977; Wuetal., 1979; Waldronetal., 1981; Schwarzetal., 2010; Bourrieretal., 2013)。近些年提出了很多基于根系抗拉強(qiáng)度特點(diǎn)(Hathawayetal., 1975; O’Loughlinetal., 1979; 1982; Coutts, 1983; Andersonetal., 1989; Bischettietal., 2005; Genetetal., 2005; Ghestemetal., 2013)或根系空間分布特性(Roeringetal., 2003; Sakalsetal., 2004; Halesetal., 2009; Cohenetal., 2011; Genetetal., 2011)的根系固土模型，但還未完全揭示根土間相互作用機(jī)制及主要影響因素，致使植物根系固土功能評(píng)估仍存在較多盲點(diǎn)。

為評(píng)估植物根系固土功能，Waldron(1977)和Wu等(1979)首先提出了基于摩爾庫(kù)倫定律的根系固土功能模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)Wu模型)。該模型認(rèn)為植物根系增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度的作用主要體現(xiàn)在增強(qiáng)土壤黏聚力上，根系增加的抗剪強(qiáng)度值ΔS(kPa)與素土強(qiáng)度相加即是根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度S(kPa)。

S=c+ΔS+σNtanφ，

(1)

ΔS=T(AR/A)×k。

(2)

式中：c為黏聚系數(shù)(kPa)，σN為荷載(kPa)，φ為內(nèi)摩擦角(°)，T為根的抗拉強(qiáng)度(MPa),AR為穿過(guò)剪切面的根的橫截面積(mm2)，A為剪切面的面積(mm2)，k為取值在1.1～1.3的系數(shù)。在Wu模型中，根系的抗剪強(qiáng)度增量?jī)H與根面積比率和根系抗拉強(qiáng)度相關(guān)。Pollen等(2005)提出的FBM(fiber bundle model)和Schwarz 等(2010)提出的RBM(root bundle model)都試圖在Wu模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)分別考慮根系的徑級(jí)、力學(xué)特性、空間結(jié)構(gòu)等因素，試圖更準(zhǔn)確地定量計(jì)算植物根系固土效果。土壤的失穩(wěn)現(xiàn)象多隨降雨發(fā)生和產(chǎn)生，降雨導(dǎo)致土壤含水率變化將影響土壤本身的抗剪強(qiáng)度，并影響植物根系與土壤間的作用方式，進(jìn)而對(duì)根系固土功能產(chǎn)生影響，而這是過(guò)往的固土效益定量計(jì)算模型未考慮的。

在天然條件下，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的土壤種類(lèi)和結(jié)構(gòu)，包括植物根系密度，在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生太大變化，而土壤含水率受降雨、灌溉、蒸發(fā)等的影響則有可能在短時(shí)間內(nèi)變化，導(dǎo)致土壤抗剪強(qiáng)度改變，影響邊坡穩(wěn)定性。在通過(guò)控制浸泡時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制土壤含水率的重塑土與原狀土的直剪試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，土壤抗剪強(qiáng)度隨含水率增加而降低(羅小龍， 2002； 繆林昌，1999)； 根據(jù)土壤干密度和添加水量來(lái)控制的方式則存在臨界含水率，抗剪強(qiáng)度隨含水率增加在小于臨界含水率時(shí)增加，在大于臨界含水率時(shí)降低(黃昆等， 2012)。該臨界值在重塑紅黏土研究(梁斌等， 2010)中是23.65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在北京粉質(zhì)黏土研究(林鴻翔等， 2007)中約在14%～19%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。為了探究根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度與含水率的關(guān)系，研究者門(mén)從根-土相互關(guān)系入手，隨著含水率的增高，Pollen等(2005)發(fā)現(xiàn)植物根系與土壤間的摩擦力將減?。?而鄭力文等(2014)發(fā)現(xiàn)根-土之間的摩擦力呈先增大后減小的趨勢(shì)。不僅根-土間的相互作用受含水率的影響機(jī)制尚存在爭(zhēng)議，現(xiàn)階段對(duì)根土復(fù)合體與土壤含水率關(guān)系的認(rèn)識(shí)也存在較多的盲點(diǎn)。

本文選擇北方常見(jiàn)耐旱灌木荊條(Vitexnegundo)開(kāi)展研究。通過(guò)測(cè)定不同土壤含水率條件下根系的拔出強(qiáng)度和根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度，揭示根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度隨土壤含水率的變化規(guī)律，深入分析植物根系與土壤間相互作用的力學(xué)機(jī)制和根系固土的機(jī)制。研究結(jié)果將為量化根系固土功能提供理論依據(jù)，對(duì)建立考慮降雨影響的邊坡穩(wěn)定動(dòng)態(tài)模型提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 采樣地位于北京鷲峰國(guó)家森林公園，地處北京市西北郊，116°28′E，39°54′N(xiāo)，暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫12.2 ℃，年均降水量700 mm，多集中于7—9月。采樣地海拔為350～400 m，土壤厚度為40～60 cm，土壤類(lèi)型為褐土。土壤粒徑分布為： 53.14%(< 0.05 mm)，27.63%(<0.01 mm)，15.86%(<0.005 mm)，7.52%(<0.001 mm)。土壤質(zhì)地砂壤土，坡度小于5°。采樣植物為馬鞭草科落葉灌木荊條。荊條在我國(guó)北方分布廣泛，常生于山地陽(yáng)坡，形成灌叢，對(duì)淺層土壤具有很強(qiáng)保護(hù)作用。取樣地的單株荊條的主要根系覆蓋范圍約為1 m，垂直最深為0.6 m。該范圍內(nèi)的平均根系質(zhì)量密度為371.35 g·m-3, 根系面積比率(root area ratio，RAR)為0.19%～0.21%。

1.2 樣品采集和制備 1) 原狀素土和根土復(fù)合體 原狀素土和根土復(fù)合體樣品采集于2016年夏季，在距離植物根部0.2～0.8 m的范圍內(nèi)挖出深度0.3 m的土壤剖面，在0.1～0.2 m的土層內(nèi)豎直打入直徑61.8 mm、高度60 mm的土壤環(huán)刀4個(gè)。該土層土壤基本參數(shù)見(jiàn)表1。為避免土壤取樣時(shí)的撞擊擾動(dòng)，環(huán)刀上額外墊上橡膠墊，同時(shí)使用橡膠錘緩慢將環(huán)刀打入土壤。打入土壤后，用小鋼鋸緩慢鋸斷環(huán)刀面上的根，隨后用塑封袋密封好，放入密封盒內(nèi)，盡快帶回實(shí)驗(yàn)室。

表1 林內(nèi)原狀土的基本參數(shù)(±標(biāo)準(zhǔn)誤)Tab. 1 Physical properties of soil (± SE)

取每個(gè)高度為60 mm的根土復(fù)合體樣本，用小鋼鋸緩慢割去兩端20 mm，保留中間的20 mm樣本進(jìn)行直剪試驗(yàn)，多余的土壤用于土壤含水率測(cè)定。在自然降雨(累積降雨量約為15 mm)后每1 h取1次原狀樣品，共采集48 h樣品，每次采集根土復(fù)合體樣品數(shù)量3個(gè)、素土樣品2個(gè)。直剪試驗(yàn)完成后，統(tǒng)計(jì)環(huán)刀內(nèi)土壤的根系面積比率RAR，計(jì)算公式為：

(3)

式中：ARi為第i根的橫截面積(mm2),A為剪切面積(mm2),n為根的數(shù)量。統(tǒng)計(jì)時(shí)只采用RAR在0.19% ～ 0.21%之間的樣品數(shù)據(jù)。

2) 重塑素土和根土復(fù)合體 重塑素土和土樣同樣采集于林內(nèi)0.1～0.2 m土層，采集后將樣品放入105 ℃烘箱中8 h，過(guò)2 mm的土壤篩。素土樣品根據(jù)林內(nèi)土壤平均密度1.29 g·cm-3(表1)來(lái)制備。首先稱(chēng)取77.39 g土壤，分層壓實(shí)到高20 mm、直徑61.8 mm的環(huán)刀中，上下底分別蓋上同樣大小的濾紙，蓋上帶有小孔的鋁制蓋子。在重塑的根土復(fù)合體樣本制備中，計(jì)算好需要放入根的橫截面為0.06 cm2，按照樣地區(qū)域內(nèi)的根系面積比約0.2%，放入直徑小于1 mm的根系6根，1～1.5 mm的根系2根，1.5～2 mm的根系1根。將植物根與土壤共同埋入環(huán)刀中分層逐層壓實(shí)，過(guò)程中避免根系損壞。通過(guò)浸泡后不同時(shí)間，得到土壤體積含水率在13%～40%區(qū)間的重塑土和根土復(fù)合體樣本。

1.3 直剪試驗(yàn) 抗剪強(qiáng)度采用南京土壤儀器廠的ZJ型應(yīng)變控制直剪儀(四聯(lián))進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)所用剪切速率為2 mm·min-1，每組測(cè)定土壤樣本4個(gè)，對(duì)樣本分別施加50、100、150、200 kPa的法向壓力，水平剪切進(jìn)行時(shí)讀取百分表上讀數(shù)，記錄最大值。根據(jù)4個(gè)不同荷載下抗剪強(qiáng)度值計(jì)算樣本的內(nèi)摩擦角和黏聚力。最后得到有效的原裝根土復(fù)合體直剪結(jié)果124個(gè)(排除直剪面存在雜質(zhì)導(dǎo)致剪切力異常大的樣本)，重塑根土復(fù)合體48個(gè)； 原狀素土56個(gè)，重塑素土48個(gè)。通過(guò)4個(gè)不同法向壓力下土樣的抗剪強(qiáng)度計(jì)算出黏聚力和內(nèi)摩擦角。

1.4 單根力學(xué)試驗(yàn) 植物單根的拔出強(qiáng)度所使用的儀器是在Abernethy 等(2001)所設(shè)計(jì)裝置的基礎(chǔ)上重新自行設(shè)計(jì)并制作的根系錨固力測(cè)定儀(發(fā)明專(zhuān)利號(hào)： ZL201310576994.7)，該儀器可直接測(cè)試出單根拔出時(shí)的最大切向應(yīng)力。植物單根拔出強(qiáng)度TP(MPa)可表示為：

(4)

式中：τ為拔出時(shí)切向最大應(yīng)力(MPa)，L為根系長(zhǎng)度(mm)，D為根系直徑(mm)。拔出試驗(yàn)過(guò)程中，只有根系被完整拔出才被記錄為一次成功試驗(yàn)。為提高試驗(yàn)成功率，在根段被夾具夾住的區(qū)域纏多層電膠帶。對(duì)直徑<1、1～1.5、1.5～2 mm的根系，在土壤含水率12%～42%范圍內(nèi)的12個(gè)不同含水率條件下，進(jìn)行拔出試驗(yàn)，成功率約為35%，總共成功的試驗(yàn)數(shù)量為191次。

本文計(jì)算植物根系黏聚力增強(qiáng)值的方法采用Wu模型(Wuetal., 1979)，其中根系面積比率值為實(shí)測(cè)，而根系抗拉強(qiáng)度(T)值取自同一地區(qū)荊條根系研究結(jié)果，抗拉強(qiáng)度與根徑(D)符合公式：T=89.33D-10.1(Lietal., 2017)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法 應(yīng)用Rv.3.5.1對(duì)不同土壤含水率下素土和根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度變化進(jìn)行方差分析、多重比較和主成分分析； 用OriginPro 2016對(duì)不同含水率下的根土復(fù)合體和素土的抗剪強(qiáng)度及根系拔出強(qiáng)度的影響進(jìn)行分析及制圖； 用Excel 2015制作土壤參數(shù)的表格。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨土壤含水率的變化特征 1) 黏聚力的變化特征 植物根系的存在可以顯著地增強(qiáng)土壤的黏聚力，原狀和重塑的根土復(fù)合體黏聚力均大于素土的黏聚力。如圖1a、b所示，土壤體積含水率為15%或13%時(shí)原狀根土復(fù)合體的黏聚力比原狀素土最大高出15.8 kPa，而重塑根土復(fù)合體的黏聚力比重塑素土最大高出約7.5 kPa。隨著土壤含水率增加，所有測(cè)試樣本的黏聚力大體都呈下降的趨勢(shì)，其中根土復(fù)合體的下降速率高于素土，在含水率接近40%時(shí)，原狀根土復(fù)合體的黏聚力比素土最大僅高出約5.9 kPa，重塑根土復(fù)合體最大高出約2.6 kPa。

對(duì)于原狀和重塑的素土，黏聚力隨含水率的變化趨勢(shì)類(lèi)似，黏聚力與含水率呈負(fù)相關(guān)(圖1a)。在原狀土條件下，黏聚力隨含水率變化其關(guān)系對(duì)根土復(fù)合體為y=49.2-0.91x(R2=0.75)，對(duì)素土為y=30.24-0.55x(R2=0.71)； 當(dāng)體積含水率高于33%后，根土復(fù)合體的黏聚力趨于穩(wěn)定(圖1a圓圈區(qū)域)。重塑土根土復(fù)合體的黏聚力的變化以含水率18%作為臨界值分為2段： 前半段黏聚力隨含水率增加約從18 kPa升到20 kPa； 后半段黏聚力隨含水率增加而持續(xù)減小(圖1b)。

圖1 土壤黏聚力、內(nèi)摩擦角與土壤體積含水率的關(guān)系Fig.1 Relationship between the soil volumetric content and cohesion and internal friction angle of soil

2) 內(nèi)摩擦角的變化特征 植物根系的存在同樣可以提高土壤的內(nèi)摩擦角，原狀和重塑的根土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角均大于素土的內(nèi)摩擦角。如圖1c、d所示，土壤體積含水率為15%時(shí)，原狀根土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角比原狀素土的最大高出3.1°，而重塑根土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角則比重塑素土最大高出1.1°。隨著土壤含水率的增加，所有測(cè)試樣本的內(nèi)摩擦角大體也都呈下降的趨勢(shì)，其中原狀根土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角下降速率高于素土，而重塑土則并無(wú)顯著差別(P> 0.1)。在土壤含水率接近40%時(shí)，原狀根土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角比素土最大僅高出約0.1°，重塑根土復(fù)合體則最大高出約1.8°。

2.2 土壤抗剪強(qiáng)度參數(shù)和土壤含水率的關(guān)系 為明確土壤含水率以及其他影響土壤抗剪強(qiáng)度參數(shù)間的關(guān)系，對(duì)各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行了主成分分析(圖2)。根系黏聚力增強(qiáng)值、土壤內(nèi)摩擦角、根系面積比率、模型計(jì)算黏聚力增強(qiáng)值和土壤體積含水率存在85.68%的相關(guān)性。第一主成分解釋了靠近x軸的根系黏聚力增強(qiáng)值、土壤內(nèi)摩擦角和土壤含水率之間52.88%的相關(guān)性； 第二主成分解釋了靠近y軸的根系面積比率和模型計(jì)算黏聚力增強(qiáng)值之間32.8%的相關(guān)性。根系黏聚力增強(qiáng)值與土壤內(nèi)摩擦角的箭頭方向趨近，且與土壤含水率呈近180°的關(guān)系，說(shuō)明它們之間呈顯著負(fù)相關(guān)。根系黏聚力增強(qiáng)值、土壤內(nèi)摩擦角和土壤含水率則分別與根系面積比率和模型計(jì)算黏聚力增強(qiáng)值呈約90°，表明根系面積比率和模型計(jì)算黏聚力增強(qiáng)值與這3個(gè)變量的相關(guān)性很弱。

圖2 土壤抗剪強(qiáng)度參數(shù)主成分分析Fig.2 Principal component analysis for shear strength of soil

2.3 根系拔出強(qiáng)度和土壤含水率的關(guān)系 在研究的0～2 mm直徑范圍內(nèi)的根系中，根徑與拔出強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。拔出強(qiáng)度隨土壤含水率均呈先升高后降低的趨勢(shì)，且隨著含水率的升高，不同直徑根的拔出強(qiáng)度值逐漸接近(圖3)。

圖3 不同土壤含水率下植物根系拔出強(qiáng)度變化Fig.3 Relationship between pull-out strength and soil moisture content

3 討論

3.1 土壤含水率對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的影響 重塑土的直剪試驗(yàn)可通過(guò)土壤篩選而精確控制每份土樣的粒徑組成，故大部分學(xué)者通過(guò)干密度和添水或制成土樣控制浸泡時(shí)間等方式控制含水率，最后將根系埋入土樣來(lái)控制根土復(fù)合體的準(zhǔn)確根系布局和根面積比的方式來(lái)研究(Zhouetal., 1997)。然而土壤重塑不僅破壞了原有土壤結(jié)構(gòu)，也破壞了根-土間的力學(xué)關(guān)系，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確展示真實(shí)抗剪狀況。

原狀土直剪試驗(yàn)可通過(guò)控制試驗(yàn)狀態(tài)來(lái)獲取不同條件下的根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度參數(shù)，同時(shí)根系和土壤的鍵合作用得到保留，其結(jié)果更可靠?？娏植?1999)、林鴻州等(2007)的研究證實(shí)，土壤黏聚力隨含水率的變化規(guī)律隨控制土壤含水率方法的差異而有所不同。隨土壤含水率增高，原狀土樣本的粘聚力降低； 而重塑土則先增后減，本次試驗(yàn)中也是如此，在土壤體積含水率18%時(shí)達(dá)到峰值。重塑土樣是使用烘干后的土壤壓實(shí)制成，所以在土壤含水率較低時(shí)，土壤顆粒間并無(wú)黏聚力； 隨著含水率提高，土壤密度增加，土壤顆粒因?yàn)樗奈阶饔卯a(chǎn)生了一定黏聚力； 隨著土壤含水率繼續(xù)增加，土壤顆粒間結(jié)膜水層加厚，孔隙水壓力造成的有效應(yīng)力降低，從而土壤抗剪強(qiáng)度降低。原狀土樣則因保留了土壤原始結(jié)構(gòu)，所以隨土壤含水率升高，土壤基質(zhì)吸力降低，土壤抗剪強(qiáng)度降低。

3.2 土壤含水率對(duì)根系固土功能的影響 在本研究中，原狀土樣的根系附加黏聚力值最大約為16 kPa，相對(duì)原狀素土提高約75%； 而在重塑土樣情況下的提高值約為60%，原狀的根土復(fù)合體樣本的本身黏聚力和根系附加黏聚力都高于重塑的樣本，土壤樣品的重塑過(guò)程中破壞了原本根系與土壤的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致重塑根系附加黏聚力較小(Wuetal.,1988; Fanetal., 2009)。土壤與根系間的摩擦力是根系固土功能的關(guān)鍵。若該摩擦力較小，根系直接滑出； 只有摩擦力較大時(shí)，根系才有可能發(fā)揮抗拉作用，增加土壤的抗剪強(qiáng)度。在過(guò)去的根系固土模型研究中發(fā)現(xiàn)Wu模型高估了根系固土能力，為此Bischetti等(2009)提出需根據(jù)根系破壞方式的不同引入一個(gè)矯正參數(shù)k′，則公式(2)可修正為：

(5)

式中k′值可通過(guò)實(shí)測(cè)值與模型計(jì)算值相除得到。以往研究指出k′值約為0.5(Cominoetal., 2010; 朱錦奇等,2015)，而本研究發(fā)現(xiàn)這不適于各種土壤含水率，模型計(jì)算值并不能很好地反映根系增強(qiáng)的黏聚力隨含水率的變化(圖2、表2)。在評(píng)價(jià)根系固土功能對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響時(shí)，須考慮降雨導(dǎo)致滑坡時(shí)根系固土作用會(huì)因土壤含水率升高而降低。

表2 根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)值和模型計(jì)算值①Tab.2 Root reinforcement value of test and estimated

根系除了提升土壤的黏聚力外，還可以提高土壤的內(nèi)摩擦角。原狀土在低含水率時(shí)可提高土壤黏聚力達(dá)到約20%，且隨著含水率的增高而降低。在過(guò)去的模型和大部分針對(duì)植物根系固土的研究中，根系對(duì)土壤內(nèi)摩擦的貢獻(xiàn)往往是被忽視的(Waldronetal., 1981; Grayetal., 1983; Norrisetal., 2008; Ghestemetal., 2014)。近來(lái)的研究中，僅有Gonzalez-Ollauri 等(2017)的研究發(fā)現(xiàn)根系可以提高內(nèi)摩擦角最大可達(dá)20%。為了準(zhǔn)確量化根系的固土功能，根系對(duì)內(nèi)摩擦角的貢獻(xiàn)也不可忽略。

單根的拔出強(qiáng)度隨根徑大小而變，直徑小于1 mm的單根拔出強(qiáng)度大于1～1.5、>1.5 mm這2個(gè)徑級(jí)，即直徑越大拔出強(qiáng)度越小。Schwarz等(2010)和鄭力文等(2014)對(duì)0～10 mm范圍內(nèi)根系的拉拔結(jié)果證實(shí)，根系的拔出強(qiáng)度與根徑間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。在原位的拔出強(qiáng)度測(cè)試過(guò)程中，粗根往往更大的可能性具有更復(fù)雜的分支節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致粗根的拔出強(qiáng)度更大，石明強(qiáng)(2007)和宋維峰(2006)的研究證實(shí)了具有復(fù)雜分布結(jié)構(gòu)的根系具有更好的固土效果。另外，除了抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，土壤含水率升高時(shí)，根土復(fù)合體在同樣破壞力情況下的土壤剪切區(qū)域?qū)?huì)擴(kuò)大(Osmanetal., 2006)。因此對(duì)于植物根系的固土功能的評(píng)估，還有待更多研究。

4 結(jié)論

1)根系的拔出強(qiáng)度隨土壤含水率增加呈單峰曲線(xiàn)變化，在土壤體積含水率為18%時(shí)達(dá)到最大值。2)植物根系可以增加土壤抗剪強(qiáng)度，其中對(duì)黏聚力增強(qiáng)效果最大可達(dá)到82%，內(nèi)摩擦角可達(dá)到25%。3)根土復(fù)合體的黏聚力和內(nèi)摩擦角都與土壤含水率大體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。植物的根系可以同時(shí)增強(qiáng)土壤的黏聚力和內(nèi)摩擦角，土壤含水率的增加將導(dǎo)致根土間的摩擦力降低，使根系不能完全發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度加固土壤，降低根土復(fù)合體黏聚力，使根系固土效益存在最適含水率，因此需建立考慮土壤含水率的植物根系動(dòng)態(tài)固土護(hù)坡模型。而現(xiàn)階段在降雨頻發(fā)的區(qū)域，建議更保守地評(píng)估植物根系的固土效果。未來(lái)研究可針對(duì)更大尺度的根土復(fù)合體進(jìn)行開(kāi)展，進(jìn)一步揭示土壤含水率對(duì)不同根系密度、根構(gòu)型和植物類(lèi)型根系固土效果的影響，為研究降雨過(guò)程的植物動(dòng)態(tài)固土護(hù)坡效果提供理論基礎(chǔ)。