用于坡面防护的苜蓿根系中随时间变化的抗拉机制

《Plant and Soil》：Time-varying tensile resistance mechanisms in slope-protecting alfalfa roots

本研究分析2019-2023年矿区苜蓿根系发育特征，发现根系密度、表面积及质量随年限增加，深层密度显著提升，微观结构（孔隙复杂度、导管面积及纤维束直径）增强，峰值抗拉力与直径正相关且随年龄增长而提高，证实长期种植显著提升根系抗拉强度，协同形态深层化与木质化微观结构优化，为矿区生态修复时间节点规划提供依据。

　　

摘要

背景与目的

草本植物根系的抗拉强度是生态修复斜坡灾害预防能力有效性的关键决定因素。本研究旨在探讨不同生长年份中紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的抗拉特性及其稳定作用。

方法

收集了2019年、2021年和2023年在矿渣堆种植的紫花苜蓿的根系，测定了其形态特征、根系抗拉性能和微观结构。

结果

(1) 随着种植年份的增加，根长密度和根表面积密度增加，根面积比增加了16.4倍，根质量密度增加了3.7倍。在浅层土壤（0–10厘米）中，根密度显著下降，而在深层土壤（20–30厘米）中根密度变得占主导地位。(2) 对于相同年龄的单根植物，峰值抗拉力与根直径呈幂函数正相关。对于相同直径的单根植物，抗拉强度和峰值抗拉力随年龄增长而显著增加。根的失效应变（3–5年）先随根直径增加而增加，随后减少。(3) 随着年龄增长，孔隙排列复杂性、木质部导管孔隙面积和纤维束直径均显著增加，这些变化与单根植物的最大抗拉力呈正相关。

结论

紫花苜蓿根系的抗拉强度随种植年份显著增强，这一现象得益于根系形态向深层的协调发育和微观结构的木质化过程。这些随时间变化的根系发育过程提高了斜坡的稳定性，为矿区生态修复的时间安排提供了重要指导。