全 文 ：第 30 卷 第 23 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.23
192 2014 年 12 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2014

防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性
田 佳 1，曹 兵 1，及金楠 2，李才华 1，朱 莉 1，马尼园 1
（1. 宁夏大学农学院，银川 750021；2. 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京 100083）

摘 要：为了揭示花棒和沙柳的根系生物力学特性，该文选取毛乌苏沙地 5 a 生人工种植花棒、沙柳的根系为研
究对象，通过室内单根拉伸试验，得到沙柳（直径 0.78～7.44 mm）的平均最大拉力、抗拉强度和杨氏模量分别比
花棒（直径 0.91～6.46 mm）高 42.07%、44.52%和 90.00%。花棒、沙柳单根根系的最大拉力随直径增大以幂函数
增大，抗拉强度和杨氏模量随直径增大以幂函数减小。花棒与沙柳单根根系的平均抗拉强度能达到Ⅰ级钢筋（370
MPa）的 6.86%和 9.91%，对土壤有一定的加筋作用。采用自制根系拉力测试系统进行野外原位整株根系垂直拉拔
试验，得到花棒（地径 17.65～42.68 mm）和沙柳（地径 20.35～48.07 mm）的整株根系最大垂直拉拔力为（1.71±0.16）
kN 和（1.18±0.16）kN，花棒比沙柳高出 44.92%。花棒整株根系的生物力学特性要优于沙柳，整体固沙能力更强。
该研究可为根系固土作用理论研究和防风固沙树种的筛选提供参考。
关键词：生物力学；抗拉强度；土壤；根系固土；垂直拉拔力；花棒；沙柳
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.23.024
中图分类号：S157.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-23-0192-07
田 佳，曹 兵，及金楠，等. 防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性[J]. 农业工程学报，2014，30(23)：192－198.
Tian Jia, Cao Bing, Ji Jinnan, et al. Biomechanical characteristics of root systems of Hedysarum scoparium and Salix
psammophila[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014,
30(23): 192－198. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
花棒（Hedysarum scoparium）和沙柳（Salix
psammophila）是毛乌素沙地流动沙丘边缘和半流动
沙丘上分布广泛的固沙灌木，在以往的研究中，植
被覆盖对地表粗糙度和近地表风速的影响往往是
固沙研究的核心，而对花棒和沙柳根系固沙的生物
力学特性研究还较少[1-4]。植物根系加固土壤的力学
原理研究始于 19 世纪 80 年代[5-6]，土壤被认为是一
种可以承受压力，不可以承受拉力的材料，但是土
壤中的根系可以承受一定的拉力，当根土复合体受
到剪切力时根土发生错动，根系通过根土界面的摩
擦作用，把土中的剪应力转化成为根的拉应力，从
而增强了根土复合体的抗剪强度，进而具有了固沙
固土能力，因此根系的抗拉强度被认为是根系加固
土壤的最主要因素之一。根系的抗拉强度主要受树
种和根系直径的影响，抗拉强度随着根系直径的增
加而减小，两者之间呈幂函数或指数函数关系，根
系的最大拉力、杨氏模量与直径同样满足幂函数或

收稿日期：2014-08-08 修订日期：2014-11-06
基金项目：公益性行业科研专项经费项目（201304311）；宁夏自然科学
基金资助项目（NZ13009）
作者简介：田 佳，男，宁夏银川人，讲师，博士。主要从事水土保持
与荒漠化防治研究。银川 宁夏大学农学院，750021。
Email：yuhudie63@163.com
指数函数关系[7-9]，具有较大抗拉强度的根系将有助
于提高灌木对沙丘的固沙能力，对单根的生物力学
性能研究是根系固土研究的基础，也是评价不同植
物固土能力的重要指标。但是仅从单根的生物力学
特性并不说明整株植物的固土能力，必须通过整株
根系在垂直拉拔过程中表现出的生物力学特性，间
接反映不同形态根系的固土能力。对于根系的生物
力学特性研究，多集中于单根抗拉、抗剪能力上，
而对整株树木进行研究的成果较少。因此研究不同
根系形态的整株根系垂直拉拔特性对全面了解植
物根系固土能力具有重要意义[10-12]。
本文应用材料力学的原理和研究方法，以花棒
和沙柳为试验材料，通过室内单根拉伸试验和野外
整株根系的垂直拉拔试验研究和比较花棒和沙柳
根系的生物力学特性和固沙能力，以期为根系固土
机理研究和防沙治沙过程中水土保持树种的筛选
提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
研 究 区 域 位 于 宁 夏 盐 池 县 高 沙 窝 林 场
（37°54′N，106°59′E，海拔 1 437 m），属于典型的
温带大陆性气候，1954－2006 年，年平均气温 7.7℃，
1 月份平均气温−8.9℃，7 月份平均气温 22.5℃，多
年平均降水量 250 mm，7－9 月降水量约占全年降
第 23 期 田 佳等：防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性

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水量的 62%，降水年变率大于 30%，潜在年蒸发量
2 136 m。地貌为缓坡丘陵，土壤质地以砂壤、粉砂
壤和砂土为主。主要固沙灌木种有：柠条（Caragana
korshinskii）、花棒（Hedysarum scoparium）、沙
柳 （ Salix psammophila ） 、 红 柳 （ Tamarix
ramosissima）、杨柴(Hedysarum mongolicum)、沙
枣（Elaeagnus angustifolia）、紫穗槐（Amorpha
fruticosa）等[13]。本研究选取人工种植 5 a 的花棒和
沙柳为研究对象。
1.2 单根拉伸试验
1.2.1 单根拉伸材料的获取与保存
2014 年 5 月初，在花棒和沙柳生长季初期，分
别选取 20 株测量其株高、地径和冠幅。每种植物
在 20 株样本中找出与平均值最接近的 3 株植物作
为标准株，以标准植株为中心在距植株 2 m 的圆周
处开挖深度约为 1.5 m 的圆形深沟，然后采用逐步
收缩法向中间取土逐渐挖出根系。取样完毕后对根
系形态进行测量和拍照，包括根的长度、角度、直
径等。根样的直径采用广陆数显游标卡尺
111-101-10（精度为 1/100mm）测定。现场测定完
毕后，将根系沿结点处剪断，用保鲜膜缠绕以防止
根系水分的散失，带回实验室后在 4℃冷藏环境下
保存，取得的试样尽快测定以保持根的鲜活性。花
棒和沙柳根的含水率分别为 50.74%和 56.10%（烘
干法测定，60℃烘干到恒质量，采用上海博迅电热
恒温鼓风干燥箱 GZX-9070MBE）。
1.2.2 拉伸试样制备
将野外采回的根系试样，选取顺直、直径均一、
完整无损的，按照每 100 mm 剪为一段，在拉伸试
验中，由于夹具钳口周边的应力集中，试样容易在
钳口周围遭到破坏，根皮脱落现象也很常见。为了
避免夹具夹断试样，在根的两端缠绕医用橡皮膏
（宽 2.5 cm）3～5 圈，可以有效防止夹具周边的应
力集中作用；为了防止脱皮，在试验中直径>3 mm
的根样，对试样两端 20 mm 长的根皮先进行剥离，
在光杆上涂抹 3M®高强度快干胶，然后再缠绕医药
橡皮膏，晾干，制作好的试样标距为 50 mm。
1.2.3 拉伸方法
单根拉伸试验方法参照国家标准《金属材料拉
伸试验第 1 部分：室温试验方法 GB/T 228.1－2010》
执行。花棒、沙柳单根的力学性质测定主要内容包
括：最大拉力 Fr（kN）、抗拉强度 Tr（MPa）和杨
氏模量 Er（GPa）。采用的仪器为微机控制电子万
能试验机（深圳“三思纵横”WDW-20E），机器
最大拉力为 20 kN，精密度为 0.1%。拉伸前用
0.01 mm 精度的数显游标卡尺（广陆 111-101-10）
测量试样上中下 3 个位置的直径，取平均值输入拉
伸系统软件，拉伸速率设置为 2.0 mm/min。为了较
好地测定试样的弹性段，拉伸预紧力设置为
0.01 kN，只有当断裂处在根中间 1/3 段时才认为是
由拉伸而造成的破坏，夹具采用平钳口（0～
15 mm）。设备自动记录拉伸过程的应力应变曲线
并计算最大拉力、抗拉强度和杨氏模量。
1.3 整株根系垂直拉拔试验
整株根系垂直拉拔试验采用自制原位拉拔仪
（专利号为：2014201972097），拉拔仪主要由 4 部
分组成（图 1）。仪器的最大拉力为 10 kN，精度
0.01%，位移精度为 1 mm。力和位移数据每秒采集
2 次，电脑自动记录拉力和位移变化曲线。整株根
系垂直拉拔试验材料选自同一样地的不同地径的
花棒、沙柳各 10 株。土壤含水率和根系含水率在
室内通过烘干法测定（土壤含水率测定温度设定为
105℃，根系含水率测定温度为 60℃）。


图 1 自制原位拉拔仪
Fig.1 In situ pull-out equipment

1.4 根系生物力学参数计算方法
2
4
π
r
r
FT
D
= （1）
2
4
π
F
D
σ = （2）
L
L
ε Δ= （3）
0.4 0.2
0.4 0.2
rE
σ σ−= ε -ε （4）
式中：Tr 为根系抗拉强度，MPa；Fr 为最大拉
力，kN；D 为根的平均直径，mm；σ 为拉应力，
MPa；F 为实时拉力，N；ε 为纵向线应变即延伸率，
ΔL 为根系拉伸时的伸长量，mm，L 为根系的原始
长度，本研究中即标距，mm；根据两点取值法，
杨氏模量 Er 取 40%和 20%极限应力时的抗拉割线
模量，GPa。
农业工程学报 2014 年

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2 结果与分析
2.1 单根根系生物力学特性
2.1.1 最大拉力
试验成功测定花棒根系样本 160 个，成功率
50.36%，沙柳样本 94 个，成功率 41.18%。试验成
功的花棒直径范围为 0.91～6.46 mm，平均值为
（ 2.70±0.09） mm；沙柳的直径范围为 0.78～
7.44 mm，平均值为（2.89±0.12）mm。花棒单根根
系最大拉力范围为 0.03～0.96 kN，平均值为
（0.16±0.01）kN；沙柳单根根系最大拉力范围为
0.02～1.29 kN，平均值为（0.23±0.01）kN。对花棒
和沙柳直径与单根根系最大拉力进行拟合，拟合结
果显示单根根系最大拉力随直径的增大而增大，呈
幂函数的趋势（图 2）。
对直径和单根根系最大拉力进行自然底对数
变换，以直径为协变量进行协方差分析，结果表明：
直径对单根根系最大拉力的影响极显著（P<0.001），
花棒与沙柳单根根系最大拉力有极显著差异
（P<0.001），沙柳、花棒单根根系平均最大拉力分
别为 0.23、0.16 kN，沙柳比花棒高出 42.07%。


图 2 花棒、沙柳最大拉力与平均直径的关系
Fig.2 Relationship between maximum tension and mean
diameter of Hedysarum scoparium and Salix psammophila

2.1.2 抗拉强度
花棒和沙柳的单根根系抗拉强度与直径的拟
合显示出幂函数负相关关系（图 3）。花棒的单根
根系抗拉强度范围为 7～63 MPa，平均值为
（25.38±0.90）MPa；沙柳的单根根系抗拉强度范围
为 15～129 MPa，平均值为（36.68±1.18）MPa。
以直径为协变量的协方差分析结果显示，花棒
和沙柳的单根根系抗拉强度差异极显著（P<0.001），
平均抗拉强度沙柳（36.68 MPa）>花棒（25.38 MPa），
沙柳比花棒高出 44.52%。直径对单根根系抗拉强度
的影响是极显著的（P<0.001），所以分析植物单根
根系抗拉强度，必须考虑直径的影响。

图 3 花棒、沙柳抗拉强度与平均直径的关系
Fig.3 Relationship between tensile strength and mean
diameter of Hedysarum scoparium and Salix psammophila

2.1.3 杨氏模量
根的杨氏模量随直径的增加而减小（图 4），
指数函数和幂函数都可以进行数据的拟合，在本试
验中，花棒和沙柳用幂函数拟合相关度更高。
花棒的单根根系杨氏模量范围为 0.02～
0.49 GPa，沙柳的单根根系杨氏模量范围为 0.02～
2.41 GPa。花棒的平均杨氏模量为（0.10±0.01）GPa；
沙柳的平均杨氏模量为（0.19±0.01）GPa。
对直径和杨氏模量进行自然底对数变换，以直
径作为协变量的协方差分析表明，花棒与沙柳的杨
氏模量差异极显著（P<0.001），平均杨氏模量沙柳
（0.19 GPa）>花棒（0.10 GPa），沙柳比花棒高出
90.00%，协方差分析结果表明直径对杨氏模量的影
响极显著（P<0.001）。

图 4 花棒、沙柳杨氏模量与平均直径的关系
Fig.4 Relationship between Young’s modulus and mean
diameter of Hedysarum scoparium and Salix psammophila

2.2 整株根系垂直拉拔试验结果
整株根系垂直拉拔试验成功测定样本 20 个，
花棒和沙柳各 10 个，所测得的花棒地径范围为
17.65～42.68 mm，平均值为（24.74±2.36）mm；沙
柳地径范围为 20.35 ～ 48.07 mm ，平均值为
第 23 期 田 佳等：防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性

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（36.31±3.27）mm。花棒的整株根系最大垂直拉拔
力范围为 0.70～2.26 kN，沙柳最大垂直拉拔力范围
为 0.68～2.60 kN。花棒平均最大垂直拉拔力为
（1.71±0.16）kN，沙柳平均最大垂直拉拔力为
（1.18±0.16）kN。
对地径和最大垂直拉拔力进行自然底对数变
换，以地径为协变量进行协方差分析，结果表明：
花棒与沙柳整株根系最大垂直拉拔力差异显著
（P<0.05），整株根系平均最大垂直拉拔力花棒
（1.71 kN）>沙柳（1.18 kN），花棒比沙柳高出
44.92%，地径对最大垂直拉拔力的影响极显著
（P<0.01）。
图 5 是花棒和沙柳整株根系垂直拉拔力与位移
变化的曲线，此时土壤含水率为 3.33%，花棒和沙
柳根系的含水率分别为 51.63%和 52.60%。

a. 花棒
a. Hedysarum scoparium

b 沙柳
b. Salix psammophila

注：加粗线表示垂直拉拔的线性阶段，主要是由于根和土壤的弹性变形
所引起的。箭头表示由于根系从土壤中被拉出或拉断造成的垂直拉拔力
的下降。
Note: Bold line indicates linear component of uprooting process, resulting
from both elastic deformation of root and the soil. Arrows indicate force
drops due to root release from the soil or break.

图 5 花棒、沙柳整株根系垂直拉拔力-位移典型曲线
Fig.5 Typical force–displacement curve of whole roots
uprooting process for Hedysarum scoparium and Salix
psammophila
图 5 可以看出曲线存在明显的上升和下降阶
段。在垂直拉拔试验的初期，拉力随位移成线性增
加，表现出几乎完全弹性的状态（图 5 中加粗线）。
弹性阶段结束后，拉力和位移曲线斜率开始降低，
意味着根系开始进入塑性阶段，达到最大垂直拉拔
力 Fmax 后，垂直拉力开始明显下降，这表示根系中
的某些根在土壤中已经开始松动。在垂直拉拔力和
位移曲线的下降部分，观察到拉力的几次明显下
降，这表示已经有部分根被拉出或者是拉断（图 5
中箭头）。研究还发现，当垂直拉拔力达到最大值
Fmax 之前，总会伴随拉力的上升和下降，这一过程
说明垂直拉拔力在根系中是被逐渐被分配的[10]。
花棒与沙柳整株根系最大垂直拉拔力与地径
的关系如图 6 所示，从图 6 中可以看到最大垂直拉
拔力随着地径的增加而增加，用线性关系进行拟
合，说明最大垂直拉拔力和地径之间存在显著的相
关关系（花棒：拟合度 R2=0.69，P<0.001；沙柳：
拟合度 R2=0.53，P<0.001）。

a. 花棒
a. Hedysarum scoparium

b. 沙柳
b. Salix psammophila

图 6 花棒、沙柳整株根系最大垂直拉拔力与地径的关系
Fig.6 Maximum uprooting force against basal diameter for
Hedysarum scoparium and Salix psammophila.
农业工程学报 2014 年

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3 讨 论
1）单根的力学性质与直径的关系
大量研究表明根的抗拉强度与直径呈幂函数
或指数函数关系[14-19]，本文对花棒和沙柳单根根系
的抗拉强度与直径拟合呈幂函数关系（图 3）。将
花棒（直径 0.91～6.46 mm）、沙柳（直径 0.78～
7.44 mm）的平均抗拉强度 25.38、36.68 MPa 与Ⅰ
级钢筋抗拉强度（370 MPa）相比，分别为Ⅰ级钢
筋的 6.86%和 9.91%，说明花棒和沙柳单根根系对
土壤有明显的加筋作用。
花棒抗拉强度与直径的拟合度 R²只有 0.10，造
成相关度较低的可能原因有 2 个方面：第一，花棒
本身材料特性的影响。不同植物的根系生物力学特
性不同，抗拉强度与直径的拟合度有高有低，文献
记载最高可达到 0.6 以上，最低不到 0.1[20-25]。Genet
等[21]的研究也证实根系的抗拉强度与直径的拟合
度随物种的变化而不同，即使是同一树种不同的生
长环境也会有差异；第二：试验仪器精度产生的
误差。单根生物力学特性研究，主要采用的仪器
有万能试验机（universal testing machine）、织物
强力机和一些自制的设备[14-19]，精度从 0.001%～
1%，精度越高试验结果越好，但是相对试验成本
越高。在本试验中由于试验条件限制采用的是
0.1%精度的万能试验机，对试验结果可能会产生
一定的影响。
2）拉伸试样预处理对试验结果的影响
对于较粗的根系（直径>3 mm），如果不事先
剥离夹持位置的根表皮，试验非常容易脱皮，造成
试验失败。所以在本试验中对直径>3 mm 的试样，
在两端预先剥离部分表皮并用医用胶布进行缠绕
以增加与夹具间的摩擦力，同时还可以防止夹具钳
口处剪应力过大夹断试样。对直径<3 mm 的根不进
行剥离，直接测定。为了验证剥皮后试验数据的可
靠性，将本试验结果与其他已发表的同类研究结果
进行了对比。文献[26]中沙柳（直径 0.3～3 mm）的
平均抗拉强度为 26.31 MPa，低于本试验的结果
36.68 MPa（直径 0.78～7.44 mm），相差 28%。国
外一些研究柳属类灌木根的抗拉强度试验结果如：
杞柳（Salix purpurea）51.47 MPa（直径 0.18～
4.10 mm）、黄花柳（Salix caprea）47.80 MPa（直
径 0.13～5.70 mm）、爆竹柳（Salix fragilis）18 MPa、
戟柳（Salix hastata）13 MPa、灰柳（Salix cinerea）
11 MPa[27-29]，平均值 28.25 MPa，与本试验值比相
差 23%。根由表皮和根干组成，剥离表皮会降低根
系的抗拉强度，但从本文试验结果与相关文献对比
看，试样的抗拉强度并未降低，所以对较粗试样两
端预先剥去部分表皮以增加试验成功率的做法是
可行的。对于花棒根系力学性质的测定，查阅文献
目前还没有这方面的数据，所以本试验对花棒单根
根系生物力学性质的测定结果具有参考价值。
3）影响整株根系最大垂直拉拔力的因素
本试验中花棒和沙柳整株根系垂直拉拔力与
位移变化的典型曲线与部分学者[10-11,28-29]的研究结
果一致，这些学者认为影响垂直拉拔力的因素包括
3 个方面：根系因素（单根的抗拉强度、杨氏模量，
根的含水率、根系形态和数量等）；土壤因素（内
摩擦角、粘聚力、粒径级配、含水率等）；根土界
面因素（根土之间的粘结强度、摩擦系数等）。由
于影响垂直拉拔力的因素较多，为了方便比较花棒
和沙柳的最大垂直拉拔力，试验选在同一区域，立
地条件相同，所以可以不考虑土壤因素的影响。在
本文中用地径与最大垂直拉拔力进行线性拟合，发
现地径和最大垂直拉拔力之间存在明显的相关性，
这与 Schwarz 等[11]和 Comino 等[12]研究结果相似。
也有学者将最大垂直拉拔力与根系长度或者冠幅、
株高、树龄等进行拟合[30-32]，在本试验中也尝试采
用这些变量进行拟合，但是相关度较低。虽然从单
根的生物力学特性来看，沙柳的单根最大拉力、抗
拉强度与杨氏模量均高于花棒，但是从整株根系的
最大垂直拉拔力来看，花棒的综合生物力学特性明
显高于沙柳，甚至高出了 44.92%（0.53 kN）。这
主要是因为花棒与沙柳的根系形态上的差异。在本
试验中观察到花棒为心型根系、沙柳为水平型根
系，一般来说具有心型根系的植物固土能力要更
强[28-32]，这与本文试验结果相一致。
4 结 论
1）花棒和沙柳根系单根最大拉力、抗拉强度、
杨氏模量与直径都成幂函数相关，单根根系最大拉
力随直径增大而增大（P<0.001）；抗拉强度、杨氏
模量随直径增大而减小（P<0.001）。因而研究花棒
和沙柳的单根根系生物力学特性必须考虑直径的
尺度影响。
2）花棒和沙柳的单根根系生物力学特性有极
显著差异（P<0.001），沙柳的平均最大拉力，抗拉
强度和杨氏模量均高于花棒，就单根生物力学性能
来说，沙柳固沙能力高于花棒。花棒（直径 0.91～
6.46 mm）与沙柳（直径 0.78～7.44 mm）单根根系
的平均抗拉强度分别占Ⅰ级钢筋（370 MPa）的
6.86%和 9.91%，花棒和沙柳根系对土壤有一定的加
筋作用。
3）花棒与沙柳整株根系最大垂直拉拔力与地
径呈线性关系，随地径的增加而增加（花棒：拟合
第 23 期 田 佳等：防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性

197
度 R2=0.69，P<0.001；沙柳：拟合度 R2=0.53，
P<0.001）。花棒整株根系的最大垂直拉拔力比沙柳
高出 44.92%，花棒整株的固沙能力高于沙柳。本文
的研究结果可为根系固土作用理论研究和防风固
沙树种的筛选提供参考。
[参 考 文 献]
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Biomechanical characteristics of root systems of Hedysarum scoparium
and Salix psammophila

Tian Jia1, Cao Bing1, Ji Jinnan2, Li Caihua1, Zhu Li1, Ma Niyuan1
(1. College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. Key Lab of Soil and Water Conservation and
Desertification Combating, Ministry of Education, Beijing Forestry University, ,Beijing 100083, China)

Abstract: Hedysarum scoparium and Salix psammophila play an important role to contribute to sandy soil
conservation in Mu Us Desert. In order to reveal the biomechanical properties of these two common shrub species,
5-years-old plant specimens were collected in the Gaoshawo forest field (northwest China) by in situ excavation.
The root biomechanical characteristics of Hedysarum scoparium and Salix psammophila were measured by
laboratory tensile tests and in situ uprooting tests. To analyze data from those experiments, we used regression
and ANCOVA (analysis of covariance) to determine the relationship between roots biomechanical characteristics
and root diameter or basal diameter. Results showed that a significant power and linear relationship existed
between biomechanical characteristics and root diameter or basal diameter in the two species. The root maximum
tension increased with root diameter but tensile strength and Youngs modulus increased with decreasing root
diameter according to a power function. The maximum uprooting force increased linearly with basal root diameter.
The root maximum tension of Hedysarum scoparium was (0.16±0.01) kN (diameter from 0.91-6.46 mm) and
Salix psammophila was (0.23±0.01) kN (diameter from 0.78-7.44 mm). The tensile strength of Hedysarum
scoparium was (25.38±0.90) MPa and Salix psammophila was (36.68±1.18) MPa. Youngs modulus of
Hedysarum scoparium was (0.10±0.01) GPa and Salix psammophila was (0.19±0.01) GPa. The tensile strength of
two species can reach 6.86% and 9.91% of the first grade steel (370 MPa). It showed that roots had obvious
reinforcement function. Roots specimens for each species were tested for the maximum uprooting force
measurement. The results showed that the maximum uprooting force of Hedysarum scoparium was (1.71±0.16)
kN (basal diameter from 17.65-42.68 mm) and Salix psammophila was (1.18±0.16) kN (basal diameter from
20.35-48.07 mm). Results of ANCOVA using root diameter or basal diameter as a covariate showed that there
was significant difference in the root maximum tension (P<0.001), tensile strength (P<0.001), Youngs modulus
(P<0.001) and roots maximum uprooting force (P<0.05) between two species. Compared to two species, Salix
psammophila roots had better biomechanical characteristics in aspect of root maximum tension, tensile strength
and Youngs modulus. But results of root maximum uprooting force showed that Hedysarum scoparium roots had
a better comprehensive biomechanical characteristics than Salix psammophil and hence an better root
reinforcement. The maximum uprooting force of Hedysarum scoparium roots was 44.92% higher (0.53 kN) than
that of Salix psammophila in the same basal diameter. However, the biomechanical characteristics of single root
can not be used as the judgment for root reinforcement ability of the whole tree. The results of this research can
serve as a basis for the further studies on biomechanical characteristics of roots and root reinforcement.
Key words: biomechanics; tensile strength; soils; root reinforcement; uprooting force; Hedysarum scoparium;
Salix psammophila