پوشش گیاهی و ریشههای گیاهان عوامل مهمی در حفاظت دامنهها و خاکها در عرصه منابع طبیعی هستند. باوجود اهمیت گیاهان مرتعی با ریشههای افشان در حفاظت خاک، پژوهشهای اندکی در مورد تقویت مکانیکی خاک توسط ریشههای افشان و تاثیر همزیستی اندوفیت انجام شده است. در رساله حاضر سه مطالعه با اهداف بررسی اثر نوع گیاه مرتعی بر تقویت مکانیکی خاک در ارتباط با پارامترهای بیومکانیکی ریشه، ارزیابی تأثیر برهمکنش اندوفیت و ژنوتیپ فسکیوی بلند بر تقویت مکانیکی خاک مرتبط با پارامترهای بیومکانیکی ریشه، و مدلسازی رفتار مکانیکی خاک-ریشه انجام شد. در مطالعه اول اثر حضور ریشه گیاهان مرتعی فسکیوی بلند (دو ژنوتیپ 75B و75C)، Bromus inermis و Bromus tomentellus بر تقویت مکانیکی یک خاک لوم رسی شنی در شرایط رطوبتی اشباع و غیراشباع (پتانسیل ماتریک kPa 10-) توسط دستگاه برش مستقیم بزرگ خاک-ریشه بررسی شد. در مطالعه دوم اثر برهمکنش همزیستی (با اندوفیت، E+ و بدون اندوفیت، E-) و دو ژنوتیپ 75B و 75C فسکیوی بلند بر تقویت مکانیکی خاک با شرایطی مشابه مطالعه اول بررسی شد. همچنین نسبت سطح ریشه (RAR) روی صفحههای برش، پارامترهای بیومکانیکی (مقاومت و کرنش کششی) و ترکیبات (سلولز، همیسلولز و لیگنین) در ریشههای گیاهان مورد بررسی اندازهگیری شد. در مطالعه سوم مدلسازی دادههای اندازه-گیریشده به روشهای تحلیلی (والدرون یا وو) و عددی (با نرمافزار ABAQUS) انجام شد. نتایج مطالعه اول نشان داد تقویت مکانیکی (مقاومت برشی و جابجایی برشی) در خاک های ریشه دار حدود چهار برابر بیشتر از خاک های بدون ریشه بود. B. inermis با بیشترین تعداد ریشههای کشیدهشده و کمترین قطر ریشهها بیشترین مقاومت برشی خاک-ریشه را موجب شد. بنابراین بیشترین جابجایی برشی در فسکیوی بلند مشاهده شد. همواره بیشترین اثر تقویت مکانیکی توسط ریشهها در لایههای بالایی خاک مشاهده شد. بنابراین اثر ریشههای افشان گیاهان مرتعی در حفاظت خاک در برابر زمینلغزشهای کمعمق مهم است. تقویت مکانیکی بهتر خاک توسط ریشه-های B. inermis تا حدی به مقدار لیگنین و همیسلولز و کرنش کششی بیشتر آن مربوط بود. با افزایش قطر ریشهها، مقاومت کششی، کرنش کششی و ضریب کشسانی آنها کاهش یافت؛ بنابراین ریشههای ریز در تقویت مکانیکی خاک مهم هستند. یافتههای مطالعه دوم نشان داد مقاومت برشی، جابجایی برشی و انرژی کرنشی در خاک های ریشه دار بهطور قابل توجهی افزایش یافت. بیشترین تقویت مکانیکی خاک برای گیاهان 75C E+ ثبت شد و پس از آن گیاهان 75B E+ و در ادامه گیاهان 75B E- 75C E- قرار داشتند که با تعداد ریشه های گسیختهشده + کشیدهشده، RAR، سلولز، نسبت سلولز به لیگنین و ویژگی های بیومکانیکی ریشه ها، به ویژه در گیاهان 75C E+ مرتبط بود. حضور ریشه و اندوفیت اثر پتانسیل ماتریک بر ویژگی های مکانیکی خاک را تعدیل کردند. ریشه های ژنوتیپ 75C بیشتر لایه های بالایی خاک و ریشههای ژنوتیپ 75B عمدتا لایه های پایینی را تقویت کردند. ریشه های گیاهان 75C (صرف نظر از اندوفیت) قادر بودند به طور مؤثر خاک را تقویت کنند. آثار تقویت مکانیکی خاک توسط ریشه های 75B بدون اندوفیت کم بود و به دلیل وجود اندوفیت افزایش یافت. صرف نظر از وضعیت رطوبتی، ریشه های گیاهان 75C خاک را به طور مؤثر تقویت کردند، اما گیاهان 75B عمدتا خاک غیراشباع را تقویت نمودند. مدل تحلیلی والدرون یا وو منجر به تخمین بسیار بیشتر در مقایسه با مقادیر اندازهگیریشده تقویت مکانیکی خاک توسط ریشه شد. روش عددی با نرمافزار ABAQUS بهخوبی در شبیهسازی و برآورد رفتار مکانیکی ستونهای خاک-ریشه در تیمارهای مورد بررسی توانمند بود. مقادیر مقاومت برشی مدلسازیشده و اندازهگیریشده در برخی تیمارها (مانند B. tomentellus) تفاوت زیادی داشتند. در کل، بر اساس نتایج پژوهش حاضر کشت ترکیبی B. inermis و فسکیوی بلند (همزیست با اندوفیت) در زمینهای شیبدار و مستعد فرسایش برای برنامههای حفاظت خاک و مدیریت زمینلغزشهای کمعمق پیشنهاد میشود.
واژههای کلیدی: مقاومت برشی خاک، جابجایی برشی نسبی خاک، مقاومت کششی ریشه، کرنش کششی ریشه، اندوفیت، نسبت سطح ریشه، سلولز