象草根系增强热带土壤抗剪强度的生物工程机制及其在边坡加固中的应用

针对热带地区降雨密集、人类活动加剧导致的边坡失稳问题，研究人员通过象草(Pennisetum purpureum)根系改良土壤力学性能，发现0.3%根含量与3 cm根长可显著提升黏土凝聚力(达0.61 kg/cm2)和摩擦角(12.56°)，SEM证实根系-土壤微观互锁机制，为生态边坡工程提供新方案。

　　

热带地区频繁的降雨和人类活动导致边坡失稳问题日益严峻，传统工程措施成本高且破坏生态平衡。在此背景下，Universitas Syiah Kuala（印尼亚齐大学）的研究团队创新性地利用象草(Pennisetum purpureum)根系开展土壤加固研究，通过系统的实验室测试揭示了这种廉价易得的植物材料可显著提升土壤抗剪强度，相关成果发表于《Results in Engineering》。

研究采用三大关键技术：1) 从印尼亚齐省采集黏土、黏质砂土和粉砂三种典型土壤；2) 通过直接剪切试验(ASTM D3080)测定不同根含量(0.1-0.5%)和根长(2/3 cm)下的抗剪参数；3) 结合扫描电镜(SEM)观察根系-土壤微观互锁机制。

【材料与方法】
团队设计对照实验，采用标准Proctor压实法(ASTM D698)制备土壤-根系复合样本，确保样本密度均一性。根系取自克鲁昂亚齐河岸，经直径分级(1/2 mm)后测试其拉伸强度，最大载荷达18.5 N(2 mm根径)。

【根系对抗剪参数的影响】
直接剪切试验显示：黏土在0.3%根含量时凝聚力提升29.17%至0.62 kg/cm²，摩擦角增幅达49.17%；黏质砂土在相同条件下摩擦角提升44.46%。Pearson相关性分析证实根含量与黏土剪切应力呈强正相关(r=0.898)。

【微观互锁机制】
SEM图像(1000×)清晰显示：根系纤维嵌入黏土颗粒形成致密网状结构，表面附着大量微米级土壤颗粒。这种物理锚固作用解释了宏观力学性能的提升，与文献报道的植物纤维增强机制一致。

【工程优化】
研究发现存在"最佳根含量阈值"：超过0.3%时黏土强化效果递减，而粉砂土在0.5%时仍保持增益。这种差异源于土壤粒径分布，黏土中过量根系会阻碍颗粒间有效接触。

该研究首次系统量化了象草根系对热带土壤的加固效应，为发展中国家提供了每平方米成本不足1美元的生态边坡方案。作者建议后续开展野外验证试验，并研究根系降解周期对长期稳定性的影响。值得注意的是，该方法不仅能防治滑坡，还可同步实现碳封存和生态修复，符合联合国可持续发展目标(SDGs)第15项"陆地生物"的保护要求。