الغطاء النباتي واستقرار المنحدرات

عندما تنمو الجذور عبر مستوى الانهيار المحتمل، تزداد مقاومة القص عن طريق ربط الجزيئات. تُثبّت الجذور التربة السطحية غير المستقرة في الطبقات المستقرة الأعمق أو الصخور الأساسية . ^{[ 1 ]} يحدث هذا بسهولة أكبر عند النمو السريع والعميق للجذور (عمق 1.5 متر) والذي يستمر لأكثر من عامين. مع ذلك، فإن قوة الجذور لا تتجاوز عادةً مترًا واحدًا (3.3 قدم)، بينما تحدث معظم حالات الانهيار بين عمق 1.2 و1.5 متر (3.9 و4.9 قدم) من التربة. ^{[ 5 ]}    

يُعد نموذج الجذر في التربة المدعمة بالجذر نتيجةً لاستطالة الجذر عبر مستوى انزلاق محتمل ، مما يُنتج قوة شد جذرية تنتقل إلى التربة من خلال التلامس التماسك والاحتكاكي بين الجذر والتربة. ^{[ 8 ]}

مقاومة سحب الجذر هي المقاومة المقاسة لبنية الجذر عند سحبه من الأرض، وغالبًا ما تكون أقل بقليل من قوة الشد المقاسة للجذر، وهي مقاومة الجذر للكسر كما تم قياسها في المختبر. في حال عدم توفر بيانات مقاومة السحب، يمكن استخدام بيانات قوة الشد كدليل تقريبي لأقصى مقاومة سحب متاحة. ^{[ 2 ]}

تم اختبار قوة شد الجذور ذات الأقطار المختلفة لأنواع نباتية متعددة في المختبر، ووجد أنها تتراوح بين 5 و60  ميغا نيوتن/م² تقريبًا. ولكي يُحسّن الجذر استقرار المنحدر فعليًا، يجب أن يكون مُتأصلًا ومُلتصقًا بالتربة بشكل كافٍ. إن طريقة تفاعل الجذور مع التربة معقدة، ولكن لأغراض هندسية، يمكن قياس مساهمات القوة المتاحة من خلال اختبارات السحب في الموقع. ^{[ 2 ]}

يؤثر طول الجذر ونوع تفرعاته على طريقة حدوث انكساره ^{[ 2 ] [ 9 ].} وقد حُددت ثلاثة أنماط مختلفة لانكسار جذور الزعرور، ترتبط بعلاقة الجذر بالتربة، والتي تتجلى في شكل الجذور وشكل منحنى الانكسار. تميل الجذور غير المتفرعة إلى الانكسار تحت تأثير الشد، فتُسحب مباشرةً من الأرض بأقل مقاومة. أما الجذور متعددة التفرعات، فتنكسر عادةً على مراحل، حيث ينكسر كل فرع داخل التربة. ويمكن تصنيف هذه الجذور إلى مجموعتين: 1) الجذور التي تصل في البداية إلى أقصى قوة لها، ثم تحافظ على قوة عالية تتناقص تدريجيًا مع انكسار فروع الجذر بعد تعرضها لإجهاد كبير، و2) الجذور التي تنكسر مع زيادة القوة المطبقة. وفي عدد من الاختبارات، يمكن قياس التصاق كبير بين جزء من الجذر والتربة قبل أن ينزلق الجذر في النهاية من كتلة التربة. ^{[ 2 ]}

عادةً ما تفشل الجذور غير المتفرعة تحت تأثير الشد، فتُسحب مباشرةً من الأرض بأقل مقاومة. يصل الجذر إلى أقصى مقاومة للسحب، ثم ينهار سريعًا عند نقطة ضعف. ينزلق الجذر بسهولة من التربة بسبب التناقص التدريجي في قطره على طوله، مما يعني أنه أثناء سحبه، يتحرك في مساحة أكبر من قطره، وبالتالي لا توجد روابط أو تفاعلات أخرى مع التربة المحيطة. ^{[ 9 ]}

يحدث الفشل من النوع "ب" عندما تصل الجذور المتفرعة في البداية إلى أقصى مقاومة لها، ثم تحافظ على مقاومة عالية تتناقص تدريجيًا مع انهيار فروع الجذور بعد تعرضها لإجهاد كبير. في بعض الاختبارات، يمكن قياس التصاق كبير بين جزء من الجذر وكتلة التربة قبل أن ينزلق الجذر في النهاية. تتطلب الجذور المتشعبة قوة أكبر لسحبها لأن التجويف فوق التشعب يكون أرق من الجذر الذي يحاول المرور عبره، مما قد يؤدي إلى تشوه التربة أثناء مرور الجذر فيها. ^{[ 9 ]}

يمكن أن تتعرض الجذور ذات الفروع المتعددة أو المتشعبة للكسر بفعل الشد، ولكنها تفشل في الغالب على مراحل مع انكسار كل فرع داخل التربة. تنكسر هذه الجذور مع تزايد القوة المطبقة عليها على مراحل، على شكل قمم متدرجة تتوافق مع الانكسار التدريجي للجذور ذات الأقطار الأكبر. ينفصل الجذر تدريجيًا عن التربة حتى يحدث الكسر النهائي بفعل الشد. ^{[ 9 ]}

في بعض الحالات، عندما يكون للجذر شكل جيبي مع العديد من الجذور الصغيرة على طوله، يصل الجذر إلى أقصى مقاومة للسحب عند فرده، ثم ينكسر عند أضعف نقطة فيه. مع ذلك، عند هذه النقطة، لا يُسحب الجذر من التربة لأنه يلتصق بها ويتفاعل معها، مما يُنتج قوة متبقية. إذا توقف السحب عند هذه النقطة، فإن الجذر سيزيد من قوة التربة. أما إذا سُحب الجذر بالكامل من الأرض، فلن يكون هناك أي تفاعل إضافي مع التربة، وبالتالي لن تزداد قوة التربة. ^{[ 9 ]}

أظهرت الدراسات ^{[ 9 ]} أن مقاومة جذور الزعرور والبلوط للسحب تتأثر بالاختلافات داخل النوع الواحد، والاختلافات بين الأنواع، وحجم الجذر (قطره)، بطريقة مشابهة لتغير قوة شد الجذر (كما تم قياسها في المختبر). في اختبار السحب، تؤثر القوة المطبقة على الجذر عبر مساحة جذرية أكبر، تشمل فروعًا متعددة وأطوالًا أطول، مقارنةً بطول الجذر القصير (حوالي 150 مليمترًا (5.9 بوصة) ) المستخدم في اختبارات قوة الشد. في اختبار السحب، من المرجح أن ينكسر الجذر عند نقاط الضعف مثل نقاط التفرع أو العقد أو المناطق المتضررة. 

أظهرت الدراسات أيضًا ^{[ 9 ]} وجود علاقة طردية بين أقصى مقاومة لسحب الجذور وقطرها في جذور الزعرور والشوفان. وكانت الجذور ذات القطر الأصغر أقل مقاومة للسحب أو قوة كسر من الجذور ذات القطر الأكبر.

يمكن للأشجار وأعمدة الجذور أن تمنع حركة الكتل السطحية من خلال العمل كركائز عندما يكون هناك تدعيم وتقوس للتربة من خلال نظام جذري خشبي عميق يحتوي على جذور غائرة متعددة مع سيقان وأفرع جانبية مغروسة. ^{[ 5 ]}

يمكن للغطاء النباتي أيضًا أن يحدّ من التعرية المائية عن طريق الحدّ من العمليات السطحية مثل الانجراف السطحي والجريان السطحي. ^{[ 6 ] [ 7 ]} كما يمكن للغطاء النباتي أن يساهم بشكل كبير في استقرار المنحدرات من خلال تعزيز تماسك التربة. ويعتمد هذا التماسك على الخصائص المورفولوجية لأنظمة الجذور وقوة شدّ الجذور الفردية. ^{[ 1 ]}

توجد أدلة كثيرة على مقاومة الجذور الدقيقة للتآكل السطحي. إلا أن دور هذه الجذور في استقرار المنحدرات بشكل عام غير مفهوم تمامًا. يُعتقد أن الجذور الدقيقة تُساعد في تماسك التربة السطحية ومنع التآكل. وقد تتمتع شبكة الجذور الدقيقة بتماسك مُعزز ظاهريًا، يُضاهي تماسك عناصر الشبكة الجيوسينثيتيكية. ويتضح تأثير عمليات التآكل السطحي بشكل خاص في مناطق الشجيرات والأعشاب حيث يكون توزيع الجذور الدقيقة ثابتًا وواضحًا؛ ومع ذلك، يقتصر التماسك عمومًا على الطبقة العليا من التربة بعمق متر واحد (3.3 قدم) . ^{[ 2 ]}