高寒矿区采样位置和生长期及坡向对草本植物根系力学特性影响

付江涛，杨幼清，赵吉美，刘昌义，李世珍，胡夏嵩*，李希来，余冬梅

(1. 青海大学农林科学院， 青海 西宁 810016； 2. 陕西理工大学土木工程与建筑学院， 陕西 汉中 723000； 3. 中国科学院大学， 北京 100000； 4. 青海大学地质工程系， 青海 西宁 810016； 5. 青海大学农牧学院， 青海 西宁 810016； 6．中国科学院青海盐湖研究所， 青海 西宁 810008)

植物根径、抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量等物理量是反映植物根系力学特性的重要指标，也是定量计算植物根系对土体抗剪强度贡献的主要参数[1-4]。受植物生长环境，如温度变化、土壤含水量、土壤营养元素供给、土壤理化生性质和植物生长期以及试验条件等诸因素影响[5-9]，植物根系力学特性通常具有较大变化幅度，这在很大程度上导致植物根系对土体抗剪强度贡献值难以准确定量评价[9-10]。因此，为提高根系力学指标值测定结果准确度，定量分析生长环境对植物根系力学指标影响已成为生态护坡领域研究热点问题之一。

目前，关于定量研究植物根系抗拉特性指标的主要方法为：采用单根拉伸试验，在测定供试种植物每一条单根根径、抗拉力和拉伸长度前提上，根据文献[10]中公式(1)、(2)和(3)分别计算单根抗拉强度(MPa)、极限拉伸应变率(%)和拉伸模量(MPa)。在求得单根抗拉强度(MPa)、极限拉伸应变率(%)和拉伸模量(MPa)的基础上，对上述试验测定值(根径、单根抗拉力和伸长量)和计算值(单根抗拉强度、极限拉伸应变和拉伸模量)求取平均值，最后利用各平均值反映各供试种植物根系实际的抗拉特性。根据上述研究方法，Schwarz等[11-12]借助于WWM模型和FBM模型计算了植物根系对土体抗剪强度的贡献，进而对边坡稳定性进行了评价。上述方法很大程度上提高了植物根系对土体抗剪强度贡献的计算精度，然而亦存在诸多不足，例如在开展植物单根拉伸试验时，不仅需对相同研究区域开展不同位置的采样(以确保所选取的供试种植物根系力学特性指标具有代表性)，且需对大量的根系进行重复性拉伸试验[13-14]，该过程耗时费力和效率低下，而且在相同研究区不同采样点进行根系采集时，不同取样点植物因生长环境存在差异，其根径、单根抗拉力等指标是否存在差异尚不明确，需进一步深入研究[13-15]。

在丘陵地区，生长于同一区域的植物受其坡向等因素影响，其植物群落结构与多样性等均存在差异[16]，而作为体现植物水土保持能力的根系根径、抗拉力、抗拉强度等指标是否也会产生差异尚不明确，需进一步确定。因此开展不同采样位置、不同生长期以及不同坡向对植物根系抗拉特性的影响，对于准确计算植物根系对土体抗剪强度贡献起到理论支撑作用，同时对于不同坡向处边坡开展生态护坡建设亦有着实际的指导意义。基于此，本研究选取位于青海天峻大通河上游木里煤田江仓矿区复绿区为研究区，通过对生长期为1a(注：a表示年，下同)，2a，3a，4a和5a的优势草本垂穗披碱草根系开展不同位置、坡向和生长期的采样，在此基础上对所采样根系开展单根拉伸试验，同时测定其根径、单根抗拉力和拉伸长度，并计算其单根抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量；最后通过单因素方差分析，明确采样位置、坡度和生长期对供试种植物根系单根抗拉特性指标的影响。该项研究结果不仅有助于准确计算植物根系提高土体抗剪强度的贡献，而且也为地处高海拔、寒旱环境矿区开展生态恢复提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

木里煤田位于青海省海北州天峻大通河上游，海拔高度为3 883 m，地理坐标东经99°28′54″、北纬38°20′49″，位置如图1所示[17-20]。由该图可知，研究区地处青藏高原东部地区，属中祁连山高海拔地区，主要以高原冰缘地貌类型为主，气候类型为典型的高原大陆性气候[18-20]。区内沼泽、湿地和高山草甸较为发育，土壤类型以高山草甸土、沼泽草甸土为主，土层厚度10～50 cm，常年冻土覆盖，植被类型以高寒沼泽类和高寒草甸类为主，主要建群种为藏嵩草(Kobresiatibetica)。区内发育河流主要有上哆嗦河、下哆嗦河、江仓曲及其支流等，均属大通河水系，河水主要通过高山融雪水、泉水及大气降水等形式补给。研究区独特的地质条件及气候类型使得该区生态环境极为脆弱，加之受人为工程活动等因素影响，该区采矿废弃坑附近冲沟分布极为广泛，水土流失、滑坡和泥石流等地质灾害较为发育[18-20]。

图1 研究区位图示意图[17]Fig.1 Location of the tested sites[17]

研究区木里煤田江仓矿区经多年开采，在位于遗弃采矿坑南北两侧形成面积分别为73.10 hm2和31.23 hm2的露天排土场[18,20]，该排土场主要由腐植表土、风化岩土、坚硬岩石以及混合岩土、煤矸石、煤炭、冻土等组成。受降雨、降雪和冻融作用影响，该排土场极易发生坍塌，产生滑坡和泥石流等地质灾害现象，这给当地生态恢复和居民群众开展牧业活动构成潜在威胁。因此对该区排土场开展植被恢复已成为该区生态保护的主要任务。

图2 研究区废弃采矿坑与南北两侧排土场边坡位置分布图(根据Li et al.[17]；本研究略作改动)Fig.2 Sampling spots in the tested site (Originated from reference [17] with slight remediation)

1.2 试验材料与试验设计

在种植植物前，首先对区内排土场按照分级放缓边坡的原则进行刷坡整形，待排土场边坡处理完毕后，根据课题组前期所开展的区内植被类型及分布特征调查结果，本研究筛选出垂穗披碱草(Elymusnutans)、星星草(Puccinelliatenuiflora)和冷地早熟禾(Poacrymophila)等3种优势草本作为生态恢复植物并开展种植、在此需说明的是，本研究制取试样的矿区边坡海拔高度、坡度等条件尽可能保持一致。

2018年8月，在研究区排土场按照不同坡向，即半阴半阳坡(对照组)、阳坡和阴坡确定采样点。在制取试样过程中，每处采样位置随机选取2～3个采样点进行采样，采样过程为：待采样样方(圆形样方，直径为30 cm)确定后，用铁镐将样方周边土挖松，然后用小铲将挖松的土取出，只保留中间的土柱(高度为：30 cm)，最后用铁铲将土柱挖出，用木棍将土柱敲散，并对根系进行采集。待根系试样采集完毕后，立即用保鲜膜将试样包裹以有效防止水分蒸发，并及时将试样带回实验室开展单根拉伸试验，具体试验过程根据文献[10]进行。最后，为确保试验数据的代表性和可靠性，本研究所开展的单根拉伸试验在每个取样点均进行61次重复。在此需要说明的是，本研究由于植物均为不同时间段种植，具体种植时间为2013，2014，2015，2016和2017年。本研究试样采集时间为2018年，故植物生长期分别为5，4，3，2和1 a。因此，制取植物根系试样时，除按照取样点和坡向采集以外，还按照草本植物生长期进行取样，每个生长期试样重复2～3次。受试验样本数量限制，本研究难以全面对比同一生长时间条件下，不同坡向对垂穗披碱草根系抗拉特性指标的影响，例如种植于半阴半阳边坡垂穗披碱草生长期为1，4和5 a，而在区内其它坡向中未采集到相对应生长期的试样。基于以上实际情况，本研究所采用的分析方法为，首先对比同一生长期条件下，生长于阴坡和半阴半阳坡的垂穗披碱草根系抗拉特性指标；然后，对比生长于阳坡较短生长期和生长于半阴半阳边坡相对较长生长期条件下，垂穗披碱草根系抗拉特性的差异性。

1.3 单根拉伸试验与相关数据计算

本研究中，单根抗拉力FR通过单根抗拉试验获得，其操作步骤为：设定拉伸标距，在根系拉伸过程中，标距始终为一定值(l)。待标距设定完成后，将植物单根夹持于拉伸仪两端，同时测定植物根系中部的根径，进行3次重复，取其平均值(D)，然后对植物根系进行拉伸。在根系受到张拉时，与拉伸仪相连的数据记录仪自动记录根系受到的拉张力和拉伸长度。当根系拉断时，记录的单根最大拉张力和拉伸长度分别为单根抗拉力(FR)和极限拉伸长度(Δl)。此外，在根系张拉时，为避免夹持部位对根系抗拉强度造成影响，仅选取断裂发生于根系中部的根系为有效根系。当单根抗拉试验完成后，通过公式(1)、(2)和(3)分别计算单根抗拉强度(tr)、极限拉伸应变率(εr)和拉伸模量(Er)。

(1)

式中，tr为单根抗拉强度(MPa)；FR为单根断裂时的抗拉力(N)；D为单根根径(mm)。

(2)

式中，εr为单根极限拉伸应变率(%)；Δl为单根在轴向拉力作用下的伸长量(mm)；l为根系的夹持长度(mm)。

(3)

式中，Er为单根拉伸模量或杨氏模量(MPa)。

1.4 数据处理与统计方法

以采样位置为自变量(Independent variables)，植物根径、单根抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量为响应变量(Responsive variables)，通过单因素方差分析(ANOVA)，探讨采样位置对根系力学指标的影响；然后分别以坡向和生长期为自变量，以根径、单根抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量为响应变量，探讨坡向和生长期对响应变量的显著(P<0.05)和极显著性(P<0.01)影响。

2 结果与分析

2.1 取样位置对植物根系抗拉指标影响

表1所示为生长在半阴半阳边坡不同位置处垂穗披碱草单根拉伸试验结果。由该表可知，单根平均根径为0.16～0.21 mm，单根抗拉力为2.35～3.16 N，抗拉强度为88.16～245.46 MPa，极限拉伸应变率为41.05%～55.51%，拉伸模量为185.40～514.69 MPa，其中，根径和极限拉伸应变率离差均较小(表2)，而抗拉强度和拉伸模量离差则相对较大(表2)。此外，对该表进一步分析可知，除生长期为4 a时抗拉强度在不同采样点表现出极显著性(P<0.01)差异外，其余各指标均未表现出极显著性差异，该结果表明，对照组边坡在相同生长期条件下，采样点位置不同总体未导致植物根系力学特性各指标产生极显著性(P<0.01)差异。

如表3所示为种植于阳坡的垂穗披碱草单根拉伸试验结果。由该表可知根径为0.19～0.34 mm，单根抗拉力为2.61～3.52 N，抗拉强度为46.52～117.69 MPa，极限拉伸应变率为39.89%～49.65%，拉伸模量为116.88～255.10 MPa。上述试验结果各指标离差相对较大，为9.92%～ 60.47%，如表4所示。此外，对该表进一步分析得到，对于种植于2015年的垂穗披碱草，其各指标均存在显著性(P<0.05)或极显著性(P<0.01)差异，该结果说明生长于阳坡垂穗披碱草单根抗拉性指标因采样位置不同而产生差异性，造成该结果的主要原因可能与植物生长环境有关，即尽管本研究中植物生长环境(土质、土壤营养元素等)等条件基本一致，然而在植物种植后，由于受植物周围生长环境因素(温度、水土流失、营养元素组分)改变的影响，土壤含水率、土体密度和立地条件等均发生改变[12]，从而导致垂穗披碱草单根抗拉特性指标值产生改变。

表1 研究区半阴半阳坡面(对照组)垂穗披碱草根系抗拉特性指标测定结果Table 1 Tensile mechanical indices of roots for E. nutants growing in north-south oriented slopes

表2 研究区半阴半阳坡面(对照组)垂穗披碱草根系抗拉特性指标离差计算结果Table 2 Deviation of tensile mechanical indices of roots for E. nutants growing in north-south oriented slopes

表3 研究区种植于阳坡坡面的垂穗披碱草根系抗拉特性指标测定结果Table 3 Tensile resistance indices of roots for E. nutants growing in sunny slopes

表4 研究区种植于阳坡坡面的垂穗披碱草根系抗拉特性指标离差计算结果Table 4 Deviation of tensile resistance indices of roots for E. nutants growing in sunny slopes

由表5和表6可知，除单根抗拉力和极限拉伸应变存在极显著性(P<0.01)差异外，其余指标均不存在差异性，该结果表明生长于阴坡的垂穗披碱草单根抗拉性指标总体上未表现出因其采样点位置不同而产生差异的特征，且其离差相对较小。区内3种不同坡向边坡中，在相同生长期条件下，对照组边坡和阴坡，垂穗披碱草根系抗拉特性指标未表现出随着采样位置变化而发生显著性变化的特征；但在阳坡坡向中，抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量等指标，则表现出随取样位置变化而发生显著性(P<0.05或P<0.01)变化的特点，造成不同坡向位置处植物单根抗拉特性指标随采样点位置发生变化的原因除与前述营养元素差异有关外，也可能与植物受到的光照因素有关，即阳坡条件下植物受到光照相对较为充足，这在很大程度上促进了植物根系生长，从而提高了根系的抗拉能力；相应地，生长于对照组边坡或阴坡植物，受到的光照相对较弱，造成垂穗披碱草生长相对较缓慢，从而导致该植物根系抗拉能力表现出相对较弱的特性。

表5 研究区种植于阴坡坡面的垂穗披碱草根系抗拉特性指标测定结果Table 5 Tensile resistance indices of roots for E. nutants growing in shady slopes

表6 研究区种植于阴坡坡面的垂穗披碱草根系抗拉特性指标偏差计算结果Table 6 Deviation of tensile resistance indices of roots for E. nutants growing in shady slopes

2.2 生长期对草本植物根系抗拉指标的影响

图3所示为垂穗披碱草根系抗拉性指标与生长期之间的关系。由该图可知，在半阴半阳边坡中，植物根径表现出随着生长期增加呈逐渐降低且各组间不存在极显著性差异(P<0.01)的特征(图3a)；单根抗拉力随生长时间增加则表现出递增的变化特征，且生长期为4 a和5 a的单根抗拉力间无显著性差异(P=0.52)，而与生长期为1 a的存在显著(P<0.05)或极显著性差异(P<0.01，图3d)；对于单根抗拉强度、单根极限拉伸应变率和拉伸模量，随生长时间增加，这3项指标总体上均表现出增加的变化特征。其中，单根抗拉强度在不同生长时间段均表现出极显著性差异(P<0.01，图3g)，极限拉伸应变率在生长时间为1 a和5 a以及1 a和4 a时不存在显著性差异(图3j)，而在4 a的和5 a的之间存在显著性差异。

类似于对照组，对于生长在阳坡的植物，随着生长期增加，其根径呈降低的变化特征，且存在极显著性差异(P<0.01，图3b)，而其他指标则呈增加的变化规律；进一步分析可知，单根抗拉力未表现出显著性差异(P>0.05)，而抗拉强度(图3e)、极限拉伸应变率(图3k)和拉伸模量(图3n)则表现出显著性差异(P<0.01)。对于生长在阴坡的垂穗披碱草，其根径为0.18 mm(图3c)、单根抗拉力为2.30 N(图3f)、单根抗拉强度为89.62 MPa(图3i)、单根极限拉伸应变率为43.11%(图3l)、单根拉伸模量为225.06 MPa(图3o)，且由于生长期均为1 a，在此难以进行比较与判断；尽管如此，这方面的研究尚有待于进一步地探讨。

图3 不同坡向条件下根系抗拉特性指标与生长期之间关系(左图为半阴半阳，中图为阳坡，右图为阴坡)Fig.3 Relationship between tensile resistance indices and growth periods of root for E. nutans in different slope aspects (the left columns are control groups,the middle are sunny slopes and the right are shady slopes)

2.3 坡向对草本根系抗拉特性指标影响

如图4a所示为生长期为4 a条件下，分别种植于阴坡和半阴半阳边坡垂穗披碱草单根抗拉特性指标的对比结果。由该图可知，在相同生长期条件下，生长于半阴半阳边坡垂穗披碱草根径、抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量分别为0.18 mm、2.86 N、117.39 MPa、46.03%和290.19 MPa，总体上大于生长于阴坡的垂穗披碱草相应数值(阴坡为0.18 mm、2.31 N、89.63 MPa、43.11%和225.06 MPa)。该结果表明，生长于半阴半阳坡的垂穗披碱草各项指标均大于阴坡，这在一定程度上反映出相对充足的光照可显著提高垂穗披碱草根系抗拉力、抗拉强度和拉伸模量等指标。此外，通过对比生长于阳坡生长期为2 a和生长于半阴半阳边坡生长期为4 a垂穗披碱草根系抗拉特性指标可知，生长于阳坡的垂穗披碱草根径和抗拉力是半阴半阳边坡的1.83倍和1.03倍，而抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量则分别为半阴半阳边坡的0.40倍、0.85倍和0.40倍(如图4b所示)，该结果表明生长于阳坡的草本可有效提高其生长指标(根径)和抗拉力，但同时亦可降低其抗拉强度、拉伸应变率和拉伸模量等抗拉特性指标值。

图4 研究区生长在半阴半阳边坡、阴坡与阳坡的垂穗披碱草根系抗拉特性之间关系Fig.4 Comparison between tensile resistance indices of root for E. nutans planted in CK,shady and sunny slopes

3 讨论

3.1 取样位置对草本植物根系抗拉指标影响

植物生长的立地条件主要包括气候、土壤、地形等3个方面，是影响植物生长的重要因素[25-26]。由于垂穗披碱草种植区域面积相对有限，故种植区气候条件基本相同。此外，种植层基质均由煤矿开采剥离原表土层经二次倒运而成，故植物种植基质理化生性质基本相类似[13-15]，因此其土壤和立地条件亦基本相一致，唯一不同的因素为地形条件，即边坡取样位置和坡向。相关研究表明，不同立地条件可导致植物生长指标产生差异[24]。本研究表明生长于半阴半阳边坡和阴坡的垂穗披碱草根径、抗拉力、抗拉强度、极限抗拉应变率和拉伸模量尽管在量值上存在差异性，但总体上并未表现出极显著性差异(P<0.01，如表1和表5所示)，该结果说明，边坡取样位置的不同并未导致生长于半阴半阳边坡和阴坡的垂穗披碱草根系抗拉特性指标值产生极显著性差异。

此外，与此不同的是，生长于阳坡的垂穗披碱草各指标均表现出显著(P<0.05)或极显著性差异(P<0.01)。该结果表明尽管土壤和气候条件基本一致，对于生长于同一坡向的垂穗披碱草因其采样点位置不同，其根系力学特性产生显著和极显著性差异。综上所述，致使生长于阴坡、半阴半阳边坡和阳坡垂穗披碱草根系力学特性指标，在不同采样位置表现出不同的差异性的主要原因可能在于阴坡和半阴半阳边坡条件下，草本植物受到光照强度相对有限，加之区内全年温度相对较低[18,20-21]，每年仅有数月温度条件适合植物生长，使得植物生长相对较为缓慢，造成植物生物量积累较少，从而导致植物根径增加不显著，而生长于阳坡的垂穗披碱草光照相对较足，生长较为迅速，即使不同采样位置较小的土壤理化生性质的差异(如同一坡向，坡顶和坡脚处土壤含水量可能存在差异)，也会导致植物生长指标表现出较大的差异，例如本研究阳坡条件下2个采样点根径离差(20.59%～44.12%)大于阴坡(5.26%)和半阴半阳边坡条件下根径的离差(9.52%～23.81%)，变化幅度较大的根径在一定程度上会导致其根系力学其它指标表现出显著或极显著性差异。

3.2 生长期对植物根系抗拉指标影响

植物生长时间是导致植物根系抗拉特性指标产生差异的重要因素，随着生长时间增加，植物根径呈逐渐增大的变化趋势[22]。本研究中随着生长时间增加，植物根径出现降低变化特征，其原因可能在于以下方面：在研究区全年较低的气温以及夏季昼夜温差相对较大的因素作用下[18,20]，区内土壤极易发生冻融循环，从而造成该区严重的土壤冻融侵蚀，加之，植物种植区人工堆积边坡坡长相对较长且无遮蔽物，夏季在坡面径流作用下，土壤营养元素经坡面径流搬运而发生流失，导致土壤养分亏缺，致使其后植物生长因为养分亏缺而发生退化现象，从而导致后续年份中植物新生根系较细，进而提高细根在总根系中的比例，使得测定的根径随生长期增加出现降低的现象。此外，区内全年气温相对较低[16]，植物生长期相对较短，致使其生长速率较低，故导致植物生长量积累缓慢，垂穗披碱草种植后，边坡土壤中可促进植物生长的养分在植物种植后因土壤侵蚀等因素而耗尽，使得植物发生退化，从而导致其根径变细。

草本植物根系作为一种天然弹塑性材料，其变形包括弹性变形和塑性变形[10]，故拉伸模量应采用割线模量(在公式(3)的基础上，乘以0.4～0.7的折减系数以考虑根系的塑性变形)较为合适，但本研究并未采用割线模量，而是采用弹性模量的计算公式(公式3) 作为垂穗披碱草根系拉伸模量的计算公式，其原因在于不同植物根系其弹性模量和割线模量之间的相关系数相差甚远[23-24]；此外，植物在不同生长阶段，其单根抗拉特性指标亦相差甚远，其原因在于随生长时间增加，植物根系木质素、纤维素和半纤维素含量均不同。本研究结果表明，生长时间愈长，植物根系拉伸模量和极限拉伸应变率均表现出增加的变化特征，但不同坡向处其增加幅度均不同(图3)，这可能与植物根系木质素、纤维素和半纤维素含量增加有关[7]。相关研究表明，植物生长时间愈长，其内部木质素含量愈高，而木质素含量较高的植物根系拉伸模量则愈高，但不同坡向作用条件下，植物根系木质素、纤维素和半纤维素是否存在差异尚不明确，需在今后的研究中做进一步深入分析。

3.3 坡向对植物根系抗拉特性指标影响

坡向是影响植物生长重要的地形因子之一，其主要通过影响土壤养分、水分、温度和土壤微生物等生境条件改变植物生长[25-28]。阳坡通常受光照条件影响程度较强，具有较高的地温，其蒸发相对强烈，故土壤湿度相对较低，而半阴半阳边坡和阴坡所受光照相对较弱，地温相对较低，蒸发相对较小，故土壤湿度较大。土壤是植物生长的物质基础，植物生长发育和分布与不同坡面土壤特征存在密切关系[18]。植物生长与其生存环境之间是一种相互协同进化和适应的关系，植物在不同坡向和立地条件下生长特征会产生差异，亦会因生境不同而产生一些可塑性反应[21]。本研究结果表明相较于取样位置，坡向对垂穗披碱草根系抗拉特性指标产生显著性影响，即生长于阳坡生长期为2 a垂穗披碱草根系根径和单根抗拉力均高于生长期相对更长，且生长于阴坡和半阴半阳边坡的垂穗披碱草，该结果反映出阳坡相对较为充足的光照促进了垂穗披碱草的生长，这在一定程度上增加了垂穗披碱草根径，提高了其单根抗拉力，从而有助于提高草本植物的固土护坡能力。阳坡促进植物护坡能力提高的机理可能在于阳坡受到光照直射时间长，使得土壤温度相对较高[12]，从而促进土壤微生物数量增加和活性提高，这可进一步促进植物根际土中营养元素的供给，间接地起到促进植物生长的作用，因此这在很大程度上导致阳坡植物根系相对较发达且根径较粗，其结果则相应地增加了根系的抗拉力。相比较而言，阴坡和半阴半阳边坡由于光照相对较弱，土壤温度较低，根际微生物数量相对较少且活性相对较低，难以为植物生长提供充足的养分，从而导致生长于阴坡或者半阴半阳边坡的植物根径相对较细以及抗拉力相对较低的结果。

植物根径粗细和数量作为体现植物地下部分生物量的2个基本指标，在一定程度可反映其护坡能力[4，22]。本研究未进一步深入探讨坡向等因子对植物根系数量的影响，而是主要分析了根系抗拉特性指标值对坡向的响应。由本研究结果可知，区内阳坡草本植物具有相对较粗的根径(如图3所示)，这与生长于阳坡植物具有较高的生物量基本相一致[18]；除此以外，本研究亦发现种植于半阴半阳边坡植物具有较高的单根抗拉强度(如图3和图4所示)，造成该结果的原因可能在于生长于阳坡的植物因接受光照相对较强，其根系生长相对较快，导致根径增加速率超过抗拉力增加速率，从而造成其单根抗拉强度相对较小，而生长于半阴半阳坡植物因接受光照条件相对有限，其根径增长速率相对滞后于其抗拉力，从而导致其单根抗拉强度相对较大，而生长于阴坡的植物由于接受相对更为有限的光照，其根径和抗拉力增加速率表现出相对更为缓慢的特征，导致其单根抗拉强度相对较低(如图4b所示)。同样地，对于单根极限拉伸应变率，种植于阳坡的植物略微大于对照组和阴坡，该结果说明阴坡相对较低的温度和较弱的光照条件导致垂穗披碱草根系生长缓慢，造成其拉伸变形能力或延展性不足；对于单根拉伸模量，对照组边坡最大而阳坡最小，该结果说明了生长于半阴半阳边坡的垂穗披碱草根系抵抗变形能力最为显著，而种植于阳坡的垂穗披碱草根系抵御拉伸变形能力最弱，该顺序与极限拉伸应变率的结果表现出不一致性，这在一定程度上反映出了阳坡可促进植物根系生长，从而使得植物根径亦得到增加，而根径愈粗的植物其变形能力愈弱，故拉伸模量亦表现出愈弱的特征。

4 结论

研究区生长于半阴半阳边坡和阴坡的垂穗披碱草根系抗拉特性指标，在不同取样点未表现出显著性差异；种植于阳坡的垂穗披碱草根系各指标除根径以外，均表现出显著性差异；随生长时间增加，生长于半阴半阳坡和阳坡的垂穗披碱草，其抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量等抗拉特性指标则呈增加的变化特征；种植于半阴半阳边坡的垂穗披碱草根径、抗拉力、抗拉强度、极限拉伸应变率和拉伸模量均大于阴坡，生长于阳坡的垂穗披碱草根径和抗拉力均大于半阴半阳坡，而其余各指标则表现出不一致的变化特征。