人造根在根-土模拟试验中的应用及优化设计

第５０卷第７期人　民　长　江Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．７　　　　２０１９年７月Ｙａｎｇｔｚｅ　ＲｉｖｅｒＪｕｌｙ，２０１９　　文章编号：１００１－４１７９（２０１９）０７－０１７９－０６人造根在根－土模拟试验中的应用及优化设计兰惠娟１，２，杜　鹃３，王道杰１，何松膛１，２，陈文乐１，２，赵　鹏１，２（１．中国科学院水利部山地灾害与环境研究所，四川成都６１００４１；　２．中国科学院大学，北京１０００４９；　３．阿坝藏族羌族自治州水务局，四川阿坝藏族羌族自治州６２４０００）摘要：人造根作为根－土模拟试验中真实根系的替代品，在研究根系与水土流失相互关系的试验中得到了广泛运用。通过几种应用广泛的人造根材料与构型、人造根参与的主要试验和人造根有效性验证方法，发现目前人造根还存在未考虑人造根材料在根－土试验过程中的生物化学反应、无法模拟须根系植物固土作用、面过于平整光滑导致根土接触面摩擦力比真实情况偏小、忽略植物枝叶雨水截获功能的问。基于此，提出通过以下４种方法来改进上述问题：①通过优化选材、合理布置、表面防护等避免根－土表面的生化反应；②设计一种能模拟须根系植物的人造根构型；③通过打磨人造根表面以增大根－土接触面积和粗糙度；④参与降雨试验时，在人造根基础上添加植物地上部分雨水拦挡结构，希望借此能加深人们对人造根的认识，完善和发展人造根技术，使人造根能更好地服务于相关科学试验。关　键　词：根－土模拟试验；人造根材料；人造根构型；优化设计；水土流失防治中图法分类号：Ｓ１５７　　　文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１９．０７．０３１　　在生态环境脆弱的山区，滑坡、泥石流等灾害极易明根－土复合体相互作用机理以及对植物根系加筋固发生。这些灾害造成了严重的水土流失，形成大量裸土能力的定量评价，国内外学者主要采用野外原位拉露边坡，不利于植被生长恢复，使环境陷入“生态环境拔试验，植物根系加筋土的剪切试验，人工降雨试验脆弱－水土流失－生态环境更脆弱－水土流失加剧”等［１０－１１］。但由于根系采样难度大，在实际操作中，存的恶性循环［１］。目前，针对灾害防治主要有工程措施在根系被误挖断，新鲜根系养护困难等诸多问题，采用［１］与植被措施［２－３］。传统的工程措施边坡加固大多采用真实根开展试验研究极其困难。因此，部分学者尝混凝土及锚杆等刚性防护，破坏了自然生态的和试用由真实根为原型简化而来的理想化几何形状的人［１２］谐［４－５］。而植被措施是一种低投入、低维护、环境兼容造根来探究植物根－土相互作用机制。人造根试的固土护坡方式［６］，其中起主要作用的为植物根验能提供比真实植物根系试验更好的控制测试环境，系［７］。目前已明确了植物根系的固土护坡原理为：根实验过程可重现性高，试验结果具有可比性，能帮助我系通过深入到土体中，对土体产生锚固效应，密集根系们更好地了解植物根系与边坡土体相互作用机理。形成的网络结构能固定疏松的土壤颗粒，增加土体抗１　人造根简介剪强度。所以植物根系不仅能防治土壤侵蚀，还具有加固坡体，减少浅层滑坡和泥石流等灾害的作用［８－９］。１．１　人造根材料为评价植物根系对土体抗剪强度的增强作用，探人造根作为真实根系在科学试验中的替代品，学收稿日期：２０１８－１１－０５基金项目：国家自然科学基金项目“大规模灾害风险评估及综合调控原理和模式”（４１７９０４３４）；中国科学院战略性先导科技专项（Ａ类）资助项目（ＸＤＡ２３０９０４０３）；四川省国土资源厅“８．８”九寨沟地震灾区生态化地质灾害防治重大科技支撑研究课题“生态化泥石流灾害防治技术研究”（ＫＪ－２０１８－２４）作者简介：兰惠娟，女，硕士研究生，主要从事水土保持及生态修复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｎｈｕｉｊｕａｎ１６＠ｍａｉｌｓ．ｕｃａｓ．ａｃ．ｃｎ通讯作者：王道杰，男，研究员，主要从事水土保持及生态修复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄｊ＠ｉｍｄｅ．ａｃ．ｃｎ１８０　　人　民　长　江２０１９年　者们一直在改进其材料以更加贴近真实根的特性。形、指数形和椭圆形（见图２）；ＳｔｏｋｅｓＡ等［１３］设计了５１９９６年为研究根系抗拔力，ＡＳｔｏｋｅｓ和ＪＢａｌｌ［１３］用人种著名的人造根构型（见图３）。其中图３（ａ）只含主造根来模拟低龄树的根系，其中主根由直径３ｍｍ的根，根总长度为３０ｃｍ；图３（ｂ）含两个一级侧根，一级粗钢丝线代替，侧根由直径１．５ｍｍ的细钢丝代替。侧根与二级侧根的夹角θ可为３０°，６０°或９０°；图３（ｃ）所用人造根在一定程度上能模拟真实根系，但其材料含两个与主根垂直的一级侧根，侧根长为１０ｃｍ；图３强度与真实根系存在较大差异。后期学者们改进材（ｄ）含多个均匀一级侧根，侧根长８ｃｍ，在主根上的料，用木材模拟乔木根系，橡胶模拟灌木和草本根间距为３ｃｍ；图３（ｅ）含多个随机侧根，每个根长如图系［１４］，这两种材料是目前被运用最广泛的人造根材所示。这组人造根被广泛应用，学者们根据试验需要，料。近年来，人造根材料的选取更为多元化，如在研究改进其侧根位置与夹角，发明了鱼骨状型、二分叉型人根系的吸水特性时，选择具有较大进气值（１００ｋＰａ）的造根［１４］。此外，学者们还针对具体的植物，制作对应醋酸纤维材料［１２］制作人造根。的人造根模型，现已有鸭脚木（Ｓｃｈｅｆｆｌｅｒａｏｃｔｏｐｈｙｌｌａ）、人造根参与模拟试验，主要涉及到根－土相互作桃金娘（Ｒｈｏｄｏｍｙｒｔｕｓｔｏｍｅｎｔｏｓａ）和毛稔（Ｍｅｌａｓｔｏｍａ用，为保证人造根的模拟效果，人造根材料应与植物根ｓａｎｇｕｉｎｅｕｍ）的人造根模型［１２］。系的力学性能相似。工程上常用抗拉强度与弹性模量来评价材料的力学特性。表１列出了多种广泛用于生态修复和边坡加固的乔、灌、草植被根系与几种常用的人造根材料平均强度。表１　不同材料强度Ｔａｂ．１　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ抗拉强度／弹性模量／材料属性材料名称ＭＰａＭＰａ乔木落叶松根系１３．４６２±２．７６［１５］１３５～２９５［１５］白桦根系２３．０２４±２．４５［１５］２０９～２６４［１５］小叶杨根系２８．４７［１６］６２３２［１７］灌木柠条根系３９．１［１８］１２９０［８］沙柳根系１８．２２［８］１１６．２０［１７］草本狗牙根根系［１８］［１９］１３．４２６．５５～８７．９１图１　计算机模拟的１４ｄ苗龄的菜豆根香根草根系６９．６７［２０］３．２５７［２１］Ｆｉｇ．１　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｄ１４ｄａｙｓｅｅｄｌｉｎｇｂｅａｎｒｏｏｔ人造根材料钢材７７４．７～１３２１．８［２２］２０．３×１０４［２３］木材３４３～１４２２［２４］１２６４±２５［２５］橡胶类２３．８～３６．１［２６］２８．７±４．５［２５］醋酸纤维３１［１２］８３［１２］１．２　人造根构型根系构型指植物根系在生长介质中的空间造型和分布［２７］，是影响植物根系的抗拔能力的主要因素［２８］。通常来说，根系构型是非常复杂的［２９－３０］。尽管菜豆已经是相对简单的根系构型了，利用几何建模软件ＳｉｍＲｏｏｔ拟合出苗龄１４ｄ的菜豆根系［２７］，但输出的图像已非常复杂（见图１），而成熟菜豆根系已经复杂到不能用图像准确描述了。鉴于真实根系的复杂程度与难获取性，可采用人造根参与试验，但用人造根将植物的图２　简化成理想几何形状的４种根型Ｆｉｇ．２　Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｒｉｄｅａｌｇｅｏｍｅｔｒｙｒｏｏｔｆｏｒｍｓ每条根系模拟出来不现实且没有必要。于是，不少学者将植物根型归类、简化，并用人造根模拟简化后的几２　人造根应用概况何形状。例如向师庆等根据林木各类根的生长发育状况将根型分为水平根型、垂直根型、斜生根型、复合根２．１　人造根有效性验证型等［３１］；吴宏伟等［３２］根据其他学者的研究成果［３３］将利用人造根参与科学试验虽能提供较好的控制条４种植物根系简化为规则的几何形状：均布型、三角件、提高试验效率，但人造根与真实根系在外形特征、　第７期　　　兰惠娟，等：人造根在根－土模拟试验中的应用及优化设计１８１图３　５种人造根构型（单位：ｃｍ）Ｆｉｇ．３　Ｆｉｖｅｋｉｎｄｓｏｆｍａｎ－ｍａｄｅｒｏｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ植物生理特性等方面存在较大差异，所以选择人造根脚木树的植被边坡的初始孔隙水压力分布情况，并与参与试验前，应验证人造根的构型合理性、是否能实现静置３６ｈ后的情况对比。结果表明，３６ｈ后人造根边所研究的根系功能，从而提高试验结果的可信度。坡内的负孔隙水压力的变化趋势、数值均与植被边坡不同试验中检验人造根构型合理性的方法不同。相似，这表明试验所用人造根能模拟植物根系吸水。例如，不少学者通过对比真实植物根系和人造根的主２．２　人造根在模拟试验中的应用情况根侧根夹角来检验夹角设置的合理性。人造根的侧根人造根在根－土模拟实验中应用广泛，参与的试与主根夹角一般设置为３０°～９０°，而实际测量到的棉验类型由易到难不断发展。最初为简单的人造根拉拔花、欧洲落叶松等植物不同土层深度内主根与侧根夹试验，结果表明：根系抗拔力的大小主要取决于侧根的角大多在２０°～１３０°之间［３４］，人造根的主侧根夹角均数量与位置；刚度更大的根具有更强的抗拔力；根系在在真实主侧根夹角范围内，这说明角度设置合理。另湿砂土中的抗拔力强于干砂土［３６－３７］。试验结果与真一种验证人造根构型合理性的方法为对比人造根与真实植物拉拔试验结果一致［３８－３９］，在根系抗拔力的研究实植物根系的根系横截面积比（ＲＡＲ）。如果真实植上取得了较大发展。但这些试验在人造根材料、试验物根系和人造根的ＲＡＲ在变化趋势、取值范围上均具［１２］土体代表性、土体压实度、土壤水分含量和数据分析方有一致性，即可说明人造根构型合理。此外，还可法方面还存在巨大提升空间。ＭＩＣＫＯＶＳＫＩ等［１４］在利以通过与前人的研究成果做对比来验证人造根构型合理性。例如，人造根模型试验发现，当侧根与主根夹角用人造根探究根系锚定土体和加固土体的详细机制为９０°时，根系的抗拔力最强。野外原位测量发现低时，对上述问题进行了系统优化。他们采用了刚度较龄欧洲落叶松在０～４ｃｍ浅层土中的根系主侧根平均大的木材与弹性较好的橡胶制成３种不同构型的人造夹角为８９°，当植物被垂直拔起时，它们承担了大部分根，分别将人造根埋在干砂土与湿砂土中垂直拔出，在侧向抵抗张力［３５］，这与人造根的试验结果相符，证明分析数据时采用了半横截面模型来解释将根系从全断试验所用的人造根构型合理。面拉出的结果，建立了用根硬度、根构型、土壤含水量与人造根构型合理性检验相比，人造根功能的验（孔隙水压力）３个参数预测根系抗拔力的方程式。近证较为复杂，一般通过做验证实验来实现。例如，年来，随着科学技术的发展，人造根开始应用于各种离［３６］ＭＩＣＫＯＶＳＫＩＳＢ等［１４］在探究影响根系抗拔力的主要心机试验中。Ｓｏｎｎｅｎｂｅｒｇ等为探究植物根对斜坡因素时，不仅做了人造根的拉拔试验，还在同等实验条稳定性的强化机制，将安装了人造根的土坡置于离心件下做了柳树根系的对照组，结果表明，人造根与真实机中，对比不同材料（木材、橡胶和柳枝）、不同构型根的试验结果十分相似。根系抗拔力大小为鱼骨状型（直型根和二分叉根）、不同数量的人造根对土坡的加＞二分叉型＞直根型，湿砂土中的抗拔力均大于干砂固效果。试验现象和数据表明在边坡受到外界干扰土，拔出时的应力应变曲线变化趋势相似，只是数值稍时，根系通过自身发生轴向应变和弯曲应变阻止斜坡有不同，这表明人造根能很好地模拟真实根系与土体变形与坍塌。此外，他们利用多种极限平衡法计算了的相互作用。同样，为验证人造根能模拟植物根系吸各种条件下的边坡稳定性，量化了根系对边坡的加固水，ＮｇＣＷＷ等［２５］测量了裸坡、人造根边坡和种植鸭作用，推动了根系固坡效果定量评价的发展。１８２　　人　民　长　江２０１９年　条主根与少量侧根的结合，只能模拟侧根不发达的直３　现有人造根存在的问题与优化设计根系对土体的锚固作用，无法模拟侧根发达的直根系利用人造根代替真实根进行的科学试验已探明了植物，如图４［３１］中的侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ（Ｌ．）多个科学问题，其成果已被广泛应用于育种技术、植物Ｆｒａｎｃｏ）根系，更无法模拟须根系形成的密集根系网络克隆技术、边坡加固技术，给社会带来巨大经济价值。对土体的网络加筋固持作用。但人造根还存在一些问题，需进一步完善。基于此，本文提出一种能模拟须根系和侧根发达３．１　人造根材料在根－土试验中的生化反应的直根系的新型人造根，它由橡胶网（或其他适宜材料）层层叠加而成（如图５所示，图中以３层为例），以与真实根系一样，人造根代替真实根系参与试验原点为起点，根系生物量密度沿ｘ、ｚ、ｙ轴逐渐减小，变时，其表面与土壤接触紧密，根－土面易发生物理、化化趋势与原位挖掘实验所测得的“距植株水平距离越学和生物反应，导致人造根性能发生较大变化。例如远，根系质量密度越小；根系生物量密度随土层深度增醋酸纤维，这种材料在湿态下的强度仅为干态时的加逐渐减小”［４，７］规律相符，说明此人造根构型设计合６０％～７０％，其干态下的断裂伸长率为湿态下的５５％理。此外，本文的新型人造根还可通过调节橡胶网开～８５％［４０］，如果用醋酸纤维人造根参与土壤含水量变度、层数、每层长度，网格间夹角等，使安装新型人造根化的试验，试验结果必然存在较大误差。除材料本身的土体根面积比（ＲＡＲ）与含真实植物根系的土体一性质将随环境因子改变的情况以外，人造根材料还有致，在模拟某一具体植物根系时，能与原型根保持较高与土壤发生化学反应的可能。例如铁丝材料的人造相似度。根，在湿土中极易和水、空气发生化学反应，２４ｈ后铁丝就被明显锈蚀［４１］。锈蚀后的铁丝不仅材料强度降低，其表面粗糙度、根土接触面积均发生明显变化，会对试验造成较大误差。同样，橡胶材料在与空气中的臭氧、土壤水分等长期作用下，会出现变软、变硬和拉伸强度降低等老化现象［４２］。所以，单独以材料强度为人造根选材指标是远远不足的，应在满足材料强度的基础上，充分考虑材料在土壤中可能发生的生物化学反应，优化人造根选材。如在满足试验条件的前提下图４　侧柏根系尽量选择非降解型高分子材料，保证其在试验过程中Ｆｉｇ．４　ＲｏｏｔｓｙｓｔｅｍｏｆＰｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ性质稳定不与土壤发生反应［４３］。如无法找到满足试验要求的惰性材料，应注意所选人造根材料的使用范围与时间，并采取一定的防护和补救措施。例如保持醋酸纤维材料周围土体的含水量不发生改变、在长达数月的试验中注意更换老化橡胶和在铁丝上刷一层惰性材料保护漆等。３．２　模拟根系网络结构根据根系的形态和生长特性，可分为直根系和须根系两类。直根系有发达的粗而长的主根，其固土原理是，粗壮的主根扎入土层深处，就像锚杆一样将土体图５　新型人造根锚固起来，表现出深根锚固效应，根越长、越粗，锚固效Ｆｉｇ．５　Ｎｅｗａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔ果越好；其侧根通过产生斜向牵引力提高土体斜向抗３．３　考虑根表粗糙度［６］拉强度，从而提高土体抗滑力。须根系无明显主在将根系拔出时，根系与土壤的接触面将产生抵根，只有许多细长像胡须的根，其固土原理为须状根与抗根系滑动趋势的作用力，即根土面的摩擦阻力，根系土壤紧密结合，在土中形成网络结构，能固持松散土颗与土壤颗粒的接触面积直接影响了摩擦力的大小。自粒，根－土复合体的力学特性与加筋土类似，可有效提然界的根系表面通常是凹凸不平的，这将导致表面较［１］高土体的抗拉、抗剪能力，从而加固边坡，减少滑为平整的人造根的真实根具有更大的根土接触面积和坡、泥石流等山地灾害的发生。而目前的人造根为一粗糙度，从而导致人造根的摩擦力比真实情况偏小，抗　第７期　　　兰惠娟，等：人造根在根－土模拟试验中的应用及优化设计１８３拔力偏小，对土体的加固作用偏小。为解决上述问题，稳破坏，实验装置如图６（ａ）所示。但这种土壤浸润线可在制作人造根时，用具有较高硬度颗粒的砂纸打磨由下至上扩散的坡体破坏，一般只发生在水库渗水导人造根表面，加大根土接触面积和粗糙度，模拟出真实致的边坡失稳中，适用范围较小。事实上，大多数根的粗糙表面。粗糙度可用尝试法确定，即在选定人边坡失稳还是由于天然降雨，土体浸润线由上至下的造根材料后，逐步打磨人造根表面，使同等土壤条件下扩散导致的。人工降雨法诱导坡体破坏能模拟坡体降人造根与原型根的抗拔力相等，此时的人造根表面即雨破坏的全过程，研究成果适用范围更广。为人造根粗糙度设计值。为兼顾降雨试验中的植物枝叶水文效应与更广的３．４　考虑植物的水文作用试验成果适用范围，本文提出了一种优化方法，即在坡体埋设人造根的基础上，增加层次分明的拦挡雨水结植物一般含地上枝叶与地下根系两部分，为了减构，如图６（ｂ）所示，可使试验结果更接近实际情况。少工作量并排除干扰项，学者们在做植物根系试验时，［４］其中拦挡结构的大小、形状、高度等，由人造根与原型一般会在试验开始前将植物的枝叶剪掉。但部分根的比尺确定。降雨发生时，拦挡结构能像植物枝叶试验并不适合这种方法，如植被边坡上的人工降雨试一样对坡面起到保护作用，减少土壤侵蚀、调节径流验。这是由于植物群落地上的高低错落结构对雨水进等，能很好地模拟枝叶的雨水截获功能。行层层截留，减小雨滴打击动能，减少土壤溅蚀，改变水分下渗过程，推迟产流汇流时间，削减洪峰流量。这４　结语将改变坡面的产流产沙过程，增加降雨过程中的边坡人造根作为科学试验中的根系替代物，能减少试稳定性，如果直接将枝叶减掉，不考虑植物枝叶的雨水验工作量，增加试验精度与试验重现性。本文从人造截获作用，坡体的安全系数将被低估。同样，利用人造根的材料选择、构型设计方面简要介绍了人造根，另外根探究根系在降雨条件下对边坡的加固效果时，只在从人造根参与的主要试验、人造根有效性验证方法方坡体内埋设人造根而忽略植物茎叶，将会造成实验误面总结了人造根的应用概况。此外，还针对目前人造差。根存在的问题，提出人造根的优化设计方法：①通过优化选材、合理布置、表面防护等措施避免根－土表面发生生化反应造成试验误差；②用新型网状人造根模拟须根系植物根系对土体的网络加筋作用；③将人造根表面打磨粗糙，模拟根系表面的粗糙度，增加人造根根系与土体的接触面积；④在利用人造根参与降雨试验时，考虑植物的水文作用，增加植物地上部分拦挡结构设计。人造根技术还在不断发展与完善中，希望将来的人造根能更加准确的模拟真实植物与土体的相互作用，参与更多种类的科学试验，并将试验结果用于生活生产，促进社会发展。参考文献：［１］　王道杰，陈吕容，周麟，等．山地灾害治理中生物工程存在的问题［Ｊ］．山地学报，２００４（４）：４６１－４６６．［２］　ＰｅｎｇＣ，ＹｏｎｇｍｉｎｇＬ．Ｄｅｂｒｉｓ－ＦｌｏｗＴｒｅａｔｍｅｎｔ：ＴｈｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＢｏｔａｎｉｃａｌａｎｄＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｃｏｌｏｇｙ，２０１３，４（２）：９７－１０４．［３］　陈莉，曾光辉，程心意，等．浅议植被护坡的应用及发展［Ｊ］．人图６　人造根边坡示意民长江，２００７，３８（９）：１２７－１２９．Ｆｉｇ．６　Ｓｋａｔｃｈｏｆｓｌｏｐｅｗｉｔｈａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔ［４］　周群华，邓卫东．植物根系固坡的有限元数值模拟分析［Ｊ］．公　　为避免误差发生，ＳｏｎｎｅｎｂｅｒｇＲ等［３６］在利用人路，２００７（１２）：１３２－１３６．［５］　刘文耀．云南南涧干热退化山地植被恢复重建及其效益初析造根探究植物根系对边坡的加固作用时，舍弃了人工［Ｊ］．广西植物，１９９９，１９（３）：２１５－２２０．降雨诱导坡体破坏的方法，由实验员不断向坡体内注［６］　陈晓清，崔鹏，韦方强．良好植被区泥石流防治初探［Ｊ］．山地水，逐渐升高地下水位、提高孔隙水压力来诱发坡体失学报，２００６（３）：３３３－３３９．１８４　　人　民　长　江２０１９年　［７］　郭灵辉，王道杰，张云红，等．泥石流源区新银合欢细根质量动［２７］　ＬｙｎｃｈＪ．ＲｏｏｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＰｌａｎｔＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＰｌａｎｔＰｈｙｓｉ态与垂直分布特征［Ｊ］．中国水土保持科学，２０１０，８（６）：４１－ｏｌｏｇｙ，１９９５，１０９（１）：７－１３．４６．［２８］　ＧｌｉｍｓｋＲＡ．Ｅｓｔｉｍａｔｅｓｏｆｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｆｉｖｅｐｌａｎｔｓｐｅｃｉｅｓ［８］　苑淑娟．４种植物单根抗拉力学特性的研究［Ｄ］．呼和浩特：内蒙ｇｒｏｗｎａｔｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｎｕｔｒｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ＆Ｓｏｉｌ，２０００，２２７（２）：古农业大学，２０１０．２４９－２５６．［９］　ＰｏｌｌｅｎＮ．Ｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｒｏｏｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｆ［２９］　ＦｉｔｔｅｒＡＨ．Ａｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｅｃｏｌｏｇｙｏｆｓｔｒｅａｍｂａｎｋｓ：Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒｓｏｉｌｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅ［Ｊ］．ｐｌａｎｔｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌｏｇｉｓｔ，１９８７，１０６（ｓ１）：６１－７７．Ｃａｔｅｎａ，２００７，６９（３）：１９７－２０５．［３０］　ＫａｉＬＮ，ＬｙｎｃｈＪＰ，ＪａｂｌｏｋｏｗＡＧ，ｅｔａｌ．Ｃａｒｂｏｎｃｏｓｔｏｆｒｏｏｔｓｙｓ［１０］　ＷＵＴＨ，ＩＩＩＭＫ，ＳｗａｎｓｔｏｎＤＮ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｒｅｅｒｏｏｔｓａｎｄｌａｎｄｔｅｍｓ：ａｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ＆Ｓｏｉｌ，１９９４，１６５（１）：ｓｌｉｄｅｓｏｎＰｒｉｎｃｅｏｆＷａｌｅｓＩｓｌａｎｄ，Ａｌａｓｋａ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ１６１－１６９．Ｊｏｕｒｎａｌ，１９７９，１６（１）：１９－３３．［３１］　向师庆，赵相华．北京主要造林树种的根系研究［Ｊ］．北京林业［１１］　ＷａｌｄｒｏｎＬＪ，Ｄａｋｅｓｓｉａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｏｉｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｙｒｏｏｔｓ：ｃａｌｃｕｌａ大学学报，１９８１（２）：９－２７．ｔｉｏｎｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｒｏｏｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｓｏｉｌ［３２］　ＬｅｕｎｇＡＫ，ＧａｒｇＡ，ＣｏｏＪＬ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｒｏｏｔｓｏｆＣｙｎｏｄｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，１９８１，１３２（６）：４２７－４３５．ｄａｃｔｙｌｏｎａｎｄＳｃｈｅｆｆｌｅｒａｈｅｐｔａｐｈｙｌｌａｏｎｗａｔｅｒｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｓｏｉｌ［１２］　吴宏伟．大气!植被!土体相互作用：理论与机理［Ｊ］．岩土工ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＨｙｄｒｏｌＰｒｏｃｅｓｓ，２０１５，２９（１５）：３３４２－程学报，２０１７，３９（１）：１－４７．３３５４．［１３］　ＳｔｏｋｅｓＡ，ＢａｌｌＪ，ＦｉｔｔｅｒＡＨ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆ［３３］　ＧｈｅｓｔｅｍＭ，ＳｉｄｌｅＲＣ，ＳｔｏｋｅｓＡ．ＴｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰｌａｎｔＲｏｏｔＳｙｓｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｍｏｄｅｌｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｓｔｏｕｐｒｏｏｔｉｎｇ［Ｊ］．ＡｎｎＢｏｔ，ｔｅｍｓｏｎＳｕｂｓｕｒｆａｃｅＦｌｏｗ：ＩｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＳｌｏｐｅＳｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｂｉｏ１９９６，７８（４）：４１５－４２１．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，６１（１１）：８６９－８７９．［１４］　ＭｉｃｋｏｖｓｋｉＳＢ，ＢｅｎｇｏｕｇｈＡＧ，ＢｒａｎｓｂｙＭＦ，ｅｔａｌ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓｔｉｆｆ［３４］　高超．土壤局部湿润条件下棉花群株间距对根系构型的影响研ｎｅｓｓ，ｂｒａｎｃｈｉｎｇｐａｔｔｅｒｎａｎｄｓｏｉｌｍａｔｒｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｐｕｌｌｏｕｔｒｅ究［Ｄ］．石河子：石河子大学，２０１６．ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｍｏｄｅｌｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌＳｃｉ［３５］　ＦｉｔｔｅｒＡＨ，ＥｎｎｏｓＡＲ．Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｔｏｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍｅｎｃｅ，２００７，５８（６）：１４７１－１４８１．ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｓｐｅｃｔｓｏｆＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｌｏｇｙ，１９８９．［１５］　周朔．林木根系拉伸力学特性研究［Ｄ］．北京：北京林业大学，［３６］　ＳｏｎｎｅｎｂｅｒｇＲ，ＢｒａｎｓｂｙＭＦ，ＢｅｎｇｏｕｇｅＡＧ，ｅｔａｌ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄ２０１１．ｅｌｌｉｎｇｏｆｓｏｉｌｓｌｏｐｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌｐｌａｎｔｒｏｏｔｓ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｉａｎ［１６］　王月．植物根系形态和力学特性对黄土区浅层边坡土体的抗剪ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１２，４９（１）：１－１７．增强作用［Ｄ］．杨凌：西北农林科技大学，２０１７．［３７］　ＮＧＣＷＷ，ＬｉｕＨＷ，ＦｅｎｇＳ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ［１７］　赵红霞．沙柳和小叶杨高温热处理的材性研究［Ｄ］．呼和浩特：ｐｏｒｅ－ｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎａｎｉｎｆｉｎｉｔｅｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｌｏｐｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ内蒙古农业大学，２０１２．ｒｏｏｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１５，５２［１８］　程洪，张新全．草本植物根系网固土原理的力学试验探究［Ｊ］．（１２）：１９８１－１９９２．水土保持通报，２００２，２２（５）：２０－２３．［３８］　ＢａｉｌｅｙＰＨ，ＣｕｒｒｅｙＪＤ，ＦｉｔｔｅｒＡＨ．Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉ［１９］　万娟．草灌生态护坡力学性能研究［Ｄ］．武汉：华中科技大学，ｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｒｏｏｔｈａｉｒｓｉｎｐｒｏｍｏｔｉｎｇａｎｃｈｏｒａｇｅａｇａｉｎｓｔｕｐｒｏｏｔｉｎｇｆｏｒｃｅｓ２０１５．ｉｎＡｌｌｉｕｍｃｅｐａａｎｄｒｏｏｔｍｕｔａｎｔｓｏｆＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ［２０］　姚环，沈骅，李颢，等．香根草固土护坡工程特性初步研究［Ｊ］．ｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＢｏｔａｎｙ，２００２，５３（３６７）：３３３－３４０．中国地质灾害与防治学报，２００７，１８（２）：６３－６８．［３９］　ＥｎｎｏｓＡＲ．ＴｈｅＡｎｃｈｏｒａｇｅｏｆＬｅｅｋＳｅｅｄｌｉｎｇｓ：ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＲｏｏｔ［２１］　欧阳前超，魏杨，周霞，等．土石山区护坡草本植物根系抗拉力ＬｅｎｇｔｈａｎｄＳｏｉｌＳｔｒｅｎｇｔｈ［Ｊ］．ＡｎｎＢｏｔ，１９９０，６５（４）：４０９－４１６．学特性［Ｊ］．中国水土保持科学，２０１７，１５（４）：３５－４１．［４０］　张淑洁，司祥平，陈昀，等．醋酸纤维的性能及应用［Ｊ］．天津［２２］　李锁才．３５ＣｒＭｏＶ钢抗拉强度与硬度关系的探讨［Ｊ］．理化检验工业大学学报，２０１５（２）：３８－４２．－物理分册，２００１，３７（１２）：５１４－５１６．［４１］　奚立平．某节制闸弧形钢闸门锈蚀原因分析与处理［Ｊ］．人民长［２３］　王柄方，赵振业，贺自强，等．声学法评定Ｍ５０ＮｉＬ／Ｍ５０轴承钢江，２０１４，４５（２１）：１０６－１０９．的弹性模量［Ｊ］．金属热处理，２０１３，３８（６）：５４－５７．［４２］　丁玲，李志辉，杨慧，等．天然橡胶的老化机理［Ｊ］．高分子材［２４］　黄艳辉，费本华，赵荣军，等．木材单根纤维力学性质研究进展料科学与工程，２０１８，３４（５）：７６－８３［Ｊ］．林业科学，２０１０，４６（３）：１４６－１５２．［４３］　李昊，程冬兵，王家乐，等．土壤固化剂研究进展及在水土流失［２５］　ＮＧＣＷＷ，ＫａｍｃｈｏｏｍＶ，ＬｅｕｎｇＡＫ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅ防治中的应用［Ｊ］．人民长江，２０１８，４９（７）：１１－１５．ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒｏｏｔｇｅｏｍｅｔｒｙｏｎｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｓｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｔａｂｉｌｉ［４４］　ＳｏｎｎｅｎｂｅｒｇＲ，ＢｒａｎｓｂｙＭＦ，ＨａｌｌｅｔｔＰＤ，ｅｔａｌ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｙｏｆｖｅｇｅｔａｔｅｄｓｌｏｐｅｓ［Ｊ］．Ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ，２０１５，１３（５）：９２５－９３８．ｌｉｎｇｏｆｓｏｉｌｓｌｏｐｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＧｅｏｔｅｃｈ［２６］　黄克奋．浅谈有关橡胶拉伸强度的几个问题［Ｊ］．热带农业ｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１０，４７（１２）：１４１５－１４３０．工程，１９９９（３）：１－２．（编辑：黄文晋）引用本文：兰惠娟，杜鹃，王道杰，等．人造根在根－土模拟试验中的应用及优化设计［Ｊ］．人民长江，２０１９，５０（７）：１７９－１８４．（下转第２１０页）２１０　　人　民　长　江２０１９年　ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｉｐｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｏｎｐｕｍｐｓｔｏｐｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｏｆＺｈｕａｎｇｔｏｕｐｕｍｐｉｎｇｓｔａｔｉｏｎＷＡＮＧＬｉ，ＷＵＪｉａｎｈｕａ，ＨＡＮＹａｎａｎ，ＳＵＮＹｉｍｉｎｇ，ＬＩＫｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＴａｋｉｎｇＺｈｕａｎｇｔｏｕｐｕｍｐｓｔａｔｉｏｎｏｆＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｏｆｐｕｍｐｉｎｇｓｔｏｐｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｉｎ４ＳＬＯＷ５００－１０５０ＡＴｐａｒａｌｌｅｌｅｄｐｕｍｐｕｎｉｔｓ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｐｕｍｐｉｎｇｓｔｏｐｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｐｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄＣｈｅｚｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄＣｈｅｚｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓａｓｗｅｌｌａｓｉｎｖｅｒｔｅｄｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｐｕｍｐｕｎｉｔｓ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ（１）ｒｅａｓｏｎａｂｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓａｓｗｅｌｌａｓｉｎｖｅｒｔｅｄｓｐｅｅｄｏｆｐｕｍｐｉｎｓｏｍｅｄｅｇｒｅｅ；（２）ｆｏｒｓｏｍｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｅｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐａｒｔｉａｌｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓｂｙＭａｎｎｉｎｇｆｏｒｍｕｌａａｎｄＢａｒｏｖｓｋｙＦｏｒｍｕｌａｄｉｆｆｅｒｓｇｒｅａｔｌｙ，ｓｏｔｈｅｐｒｏｐｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｉｓｔｈｅｋｅｙｆｏｒｐｕｍｐｉｎｇｓｔｏｐｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃｇｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｐｒｏｊｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｐｕｍｐｓｔｏｐｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｗａｌｌｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；Ｃｈｅｚｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｆｌｏｏｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｚｈｕａｎｇｔｏｕｐｕｍｐ；ＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅（上接第１８４页）Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｕｍｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓｉｎｒｏｏｔ－ｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＬＡＮＨｕｉｊｕａｎ１，２，ＤＵＪｕａｎ３，ＷＡＮＧＤａｏｊｉｅ１，ＨＥＳｏｎｇｔａｎｇ１，２，ＣＨＥＮＷｅｎｌｅ１，２，ＺＨＡＯＰｅｎｇ１，２（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｏｕｎｔａｉｎＨａｚａｒｄｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＷａｔｅｒＢｕｒｅａｕｏｆＡｂａＴｉｂｅｔａｎａｎｄＱｉａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＰｒｅｆｅｃｔｕｒｅ，ＡｂａＴｉｂｅｔａｎａｎｄＱｉａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＰｒｅｆｅｃｔｕｒｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ６２４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓ，ａｓａｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒｒｅａｌｒｏｏｔｓｉｎｒｏｏｔ－ｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｒｏｏｔｓａｎｄｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｍａｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｂｙａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｖｅｒｉｆｙｉｎｇｖａｌｉｄｉｔｙｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｎｂｅｒｅｖｅａｌｅｄｓｕｃｈａｓｔｈａｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｗｉｔｈｏｕｔｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｔｈｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓｃａｎｎｏｔｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｂｒｏｕｓｒｏｏｔｐｌａｎｔｓｏｎｓｏｉｌ；ｔｈｅｒｏｏｔｓｕｒｆａｃｅｉｓｔｏｏｓｍｏｏｔｈｔｈａｔｃａｎｎｏｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｍｅｆｒｉｃｔｉｏｎｔｈａｎｔｈｅｒｅａｌｒｏｏｔｄｏｅｓ；Ｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｂｒａｎｃｈｅｓａｎｄｌｅａｖｅｓｉｓｎｅｇｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｅｖｅｒａｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ：（１）ａｖｏｉｄｉｎｇｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｒｏｏｔ－ｓｏｉｌｓｕｒｆａｃｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｒａｔｉｏｎａｌａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；（２）ｐｒｏｐｏｓｉｎｇａｎｅｗａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆｉｂｒｏｕｓｒｏｏｔｓｙｓｔｅｍ；（３）ｒｏｕｇｈｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｒｏｏｔｓｏｉｌｃｏｎｔａｃｔａｒｅａａｎｄｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；（４）ａｄｄｉｎｇｐｌａｎｔｒａｉｎｗａｔｅｒｒｅｔａｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｐａｒｔｏｆｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｉｎｔｈｅｒａｉｎｔｅｓｔ．Ｉｔｉｓｈｏｐｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｄｅｅｐｅｎｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｒｏｏｔａｎｄｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｍａｔｅｒｉａｌ，ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｏｏｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ