Abstract The roots of riparian vegetation can reduce fluvial streambank erosion by increasing soil resistance to erosion or by altering the applied hydrodynamic force of flowing water; however, the relative importance of these mechanisms is unknown. To assess the physical and biological effects of plant roots on streambank fluvial erosion, laboratory-scale testing was conducted using a mini Jet Erosion Testing (JET) device. Data analysis was conducted on three treatment groupings: (1) no roots (NR, n = 24); (2) synthetic roots (SR, n = 24); and (3) live roots (LR, switchgrass [Panicum virgatum], n = 12). Soil erosion was quantified by measuring the final volume of soil loss and calculating critical shear stress (τc) and soil erodibility (kd). Potential explanatory soil and root properties, including percent water stable aggregates, root length density, and extracellular polymeric substances, were also measured. Kd was lower in rooted soil samples compared to NR when root length density was 2 cm cm-3 or higher, indicating that soil with densely packed fibers (either live and synthetic) have an impact on the applied hydrodynamic forces. However, τc was significantly higher in LR compared to both NR and SR, suggesting that only living roots provide additional soil protection by increasing soil resistance to fluvial erosion. The results of this study further emphasize that plant roots protect streambank soils from fluvial erosion through multiple mechanisms; nevertheless, further research is needed to determine which mechanism(s) plays a dominant role.

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根结土吗？比较植物根系在河流河岸侵蚀中的物理和生物作用：小型喷射研究

摘要 河岸植被的根系可以通过增加土壤对侵蚀的抵抗力或改变流水施加的水动力来减少河流对河岸的侵蚀；然而，这些机制的相对重要性尚不清楚。为了评估植物根系对河岸河流侵蚀的物理和生物影响，使用小型喷射侵蚀测试 (JET) 设备进行了实验室规模的测试。对三个处理组进行数据分析：（1）无根（NR，n = 24）；(2) 合成根 (SR, n = 24)；(3) 活根（LR，柳枝稷 [Panicum virgatum]，n = 12）。通过测量土壤流失的最终体积并计算临界剪切应力 (τc) 和土壤可蚀性 (kd) 来量化土壤侵蚀。潜在的解释性土壤和根系特性，包括水稳性聚集体百分比，还测量了根长密度和细胞外聚合物。当根长密度为 2 cm cm-3 或更高时，与 NR 相比，有根土壤样品中的 Kd 较低，这表明具有密集纤维（活的和合成的）的土壤对施加的水动力有影响。然而，与 NR 和 SR 相比，LR 中的 τc 显着更高，这表明只有活根才能通过增加土壤对河流侵蚀的抵抗力来提供额外的土壤保护。本研究结果进一步强调植物根系通过多种机制保护河岸土壤免受河流侵蚀；然而，需要进一步研究以确定哪种机制起主导作用。当根长密度为 2 cm cm-3 或更高时，与 NR 相比，有根土壤样品中的 Kd 较低，这表明具有密集纤维（活的和合成的）的土壤对施加的水动力有影响。然而，与 NR 和 SR 相比，LR 中的 τc 显着更高，这表明只有活根才能通过增加土壤对河流侵蚀的抵抗力来提供额外的土壤保护。本研究结果进一步强调植物根系通过多种机制保护河岸土壤免受河流侵蚀；然而，需要进一步研究以确定哪种机制起主导作用。当根长密度为 2 cm cm-3 或更高时，与 NR 相比，有根土壤样品中的 Kd 较低，这表明具有密集纤维（活的和合成的）的土壤对施加的水动力有影响。然而，与 NR 和 SR 相比，LR 中的 τc 显着更高，这表明只有活根才能通过增加土壤对河流侵蚀的抵抗力来提供额外的土壤保护。本研究结果进一步强调植物根系通过多种机制保护河岸土壤免受河流侵蚀；然而，需要进一步研究以确定哪种机制起主导作用。与 NR 和 SR 相比，LR 中的 τc 显着更高，这表明只有活根通过增加土壤对河流侵蚀的抵抗力来提供额外的土壤保护。本研究结果进一步强调植物根系通过多种机制保护河岸土壤免受河流侵蚀；然而，需要进一步研究以确定哪种机制起主导作用。与 NR 和 SR 相比，LR 中的 τc 显着更高，这表明只有活根通过增加土壤对河流侵蚀的抵抗力来提供额外的土壤保护。本研究结果进一步强调植物根系通过多种机制保护河岸土壤免受河流侵蚀；然而，需要进一步研究以确定哪种机制起主导作用。