Effects of Root Morphology on Mechanical Properties of Fibrous/Tap-Rooted Herbaceous Plants During the Growing Season

Chen Xiaohua; Wei Yan; Chen Yun; Wang Guangpei; Ning Weihao; Ou Na; Zhang Xinru

doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.001

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Effects of Root Morphology on Mechanical Properties of Fibrous/Tap-Rooted Herbaceous Plants During the Growing Season

Basic Research | 更新时间：2026-09-10

- Effects of Root Morphology on Mechanical Properties of Fibrous/Tap-Rooted Herbaceous Plants During the Growing Season
- Journal of Soil and Water Conservation Vol. 40, Issue 4, Pages: 87-96(2026)
- 作者机构：
  
  西南大学资源环境学院，重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站，水土保持生态修复重庆市重点实验室，重庆 400715
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.001
  CLC： S157.1
- CSTR：32310.14.stbcxb.2026.04.001
- Received：03 November 2025，
  
  Revised：2026-01-30，
  
  Accepted：26 February 2026，
  
  Online First：23 March 2026，
  
  Published：28 August 2026
- 稿件说明：
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陈晓华，魏艳，谌芸，等.生长季内须/直根系草本植物根系形态对其力学特性的影响［J］.水土保持学报，2026，40（4）：87-96.

Chen Xiaohua， Wei Yan， Chen Yun， et al. Effects of root morphology on mechanical properties of fibrous/tap-rooted herbaceous plants during the growing season［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：87-96.
陈晓华，魏艳，谌芸，等.生长季内须/直根系草本植物根系形态对其力学特性的影响［J］.水土保持学报，2026，40（4）：87-96. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.001. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.001.

Chen Xiaohua， Wei Yan， Chen Yun， et al. Effects of root morphology on mechanical properties of fibrous/tap-rooted herbaceous plants during the growing season［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：87-96. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.001. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.001.

摘要

目的

为探究草本植物在各生育阶段的根系形态特征、力学特性及二者间的关系。

方法

对在紫色土坡地生长60、90、120、150 d的狗尾草（须根系）和紫花苜蓿（直根系）取样进行根系形态扫描、单根抗拉和整株拉拔试验。

结果

1）随生长时间增加，上述草类根系的抗拉、抗拔强度均先增后减，同一生长时间须根系的抗拉/拔强度分别为直根系的1.21~2.89、5.34~6.01倍。2）根系的抗拉强度与根径、抗拔强度与拉拔处直径均呈幂函数关系，随生长时间增加前者的函数方程式指数绝对值均呈增大趋势，后者的则表现为须根系呈增大而直根系呈减小趋势。3）随机森林分析表明，随生长时间增加，须根系抗拉、抗拔强度的主要影响因素由多个根系形态指标转变为单一指标（根径），直根系则相反。

结论

研究结果可为紫色土区水土流失治理中生物措施高效利用和科学评价提供理论依据。

Abstract

Objective

This study aims to explore the root morphological characteristics， mechanical properties， and their relationships in herbaceous plants at different growth stages.

Methods

Root samples of

Setaria viridis

（fibrous root system） and

Medicago sativa

（tap root system） grown on purple soil slope land for 60， 90， 120， and 150 days were collected for root morphology scanning， single-root tensile tests， and whole-plant pull-out tests.

Results

1） As growth time increased， the tensile and pull-out strength of the aforementioned herbaceous plants increased initially and then decreased. At the same growth time， the tensile and pull-out strengths of the fibrous root system were 1.21-2.89 times and 5.34-6.01 times greater than those of the tap root system， respectively. 2） The tensile strength showed a power function relationship with root diameter， and the pull-out strength showed a power function relationship with the diameter at the pull-out position. As growth time increased， the absolute values of the exponents in the function equation of the tensile strength showed an increasing trend. For the pull-out strength， the fibrous root system showed an increasing trend， while the tap root system showed a decreasing trend. 3） Random forest analysis showed that with the increase of growth time， the main influencing factors of tensile and pull-out strength of the fibrous root system changed from multiple root morphological indicators to a single indicator （root diameter）， while the tap root system showed the opposite trend.

Conclusion

The research findings provide a theoretical basis for the efficient utilization and scientific evaluation of biological measures in soil and water loss control in purple soil regions.

关键词

Keywords

references

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