NATURE‐BASED LANDSLIDE RISK      MANAGEMENT PROJECT IN   SRI LANKA       PLANT MANUAL      APRIL 2019    Implemented by:  Technical assistance:  The National Building Research Organization    The   Asian  Disaster Preparedness Center                  Financially supported by:    The World Bank   Asian Disaster Preparedness Center, SM Tower, 24th Floor, 979/69 Phaholyothin Road, Samsen Nai,  Phaya Thai, Bangkok 10400, Thailand. Telephone: 66(0)22980681 to 92 Fax: 66(0) 22980012 to 13  Summary  This report presents information about a framework that selects plant species for bioengineering applications, such  as cost‐effective and ecologically sustainable slope stabilization and landslide risk reduction techniques, with a focus  on shallow or near‐surface slope stabilization.   The first chapter gives a general overview of bioengineering concepts with a particular focus on plant characteristics  and their engineering, socio‐ecological, and economic importance. Chapter One also presents the framework for  plant  selection  and  the  criteria  to  be  considered  in  the  process.  The  information  presented  in  Chapter  One  was  obtained through an extensive literature review and from survey and interview responses from experts. Information  gained from the literature review and the interview responses was incorporated into this report as the body of the  text  and  as  additional  resources,  references,  slope  stabilization  techniques  and  tools,  current  and  effective  management practices, useful points, photographs, and knowledge and research gaps.  The historical evaluation of nature based solutions for bioengineering applications is presented in Chapter two. This  chapter also present the scientific approaches which have been adapted in different bioengineering applications.  Furthermore,  the  Chapter  describes  the  bioengineering  research  and  development  activities  that  have  been  reported in Sri Lanka.   Chapter  three  briefly  describes  the  methodology  and  experimentation  procedure  resulting  from  ongoing  collaborative research between the University of Peradeniya, the Asian Disaster Preparedness Center (ADPC) and  the National Building Research Organization (NBRO) into plant root traits. A detailed account of the root traits of  120 plants found in landslide prone areas are presented in order to demonstrate the potential of different vegetation  types as bioengineering tools. A comprehensive index was developed and presented with a sample analysis of 32  selected plants that are considered to be useful species for bioengineering.  The criteria for plant selection are discussed in Chapter four. This Chapter presents the use of different plant traits  in selection process and its significance. A simple plant selection framework is presented at the later sections of the  Chapter four.   The plant manual, the core content of this report, is presented in Chapter Five. The plant manual presents a detailed  account  of  plant  characteristics,  recommended  agro‐climate  regions,  propagation  methods,  and  engineering  significance.  The  list  includes  six  grass  species,  six  minor  export  crops,  two  multipurpose  tree  species,  five  agroforestry species, six natural and native vegetations, and two neutralized species.  Chapter six discusses the outcomes of field and laboratory experiments on plant root strength testing. The chapter  discusses  the  limitations  of  the  bioengineering  solutions  in  general  and  the  constraints  and  limits  of  the  plant  manual. Recommended future developments and actions are also discussed in this final chapter.      Table of Contents  1  Introduction ................................................................................................................................. 1  1.1  ....................... 1  Purpose and importance of a nature‐based landslide risk management strategy  1.2  The need for a plant manual ......................................................................................................... 1  1.3  The socio‐economic, ecological, and engineering significance of a plant manual ....................... 2  2  Evolution from landscape cultivation to bioengineering ............................................................... 4  2.1  Past and present status of nature‐based landslide risk management strategies ......................... 4  2.1.1  Bioengineering and biotechnical stabilization techniques ................................................... 4  2.1.2  The role of vegetation in bioengineering .............................................................................. 5  2.1.3  Root traits ............................................................................................................................. 6  2.1.4  Selection of plant species...................................................................................................... 7  2.2  Landslides and bioengineering solutions: a Sri Lankan perspective ............................................. 8  2.3  Limitations of bioengineering strategies ...................................................................................... 8  3  A technical approach to plant selection ...................................................................................... 10  3.1  Rationale ..................................................................................................................................... 10  3.2  Scientific approach ...................................................................................................................... 10  3.3  Natural vegetation types in landslide‐prone areas of Sri Lanka ................................................. 10  3.4  Root‐soil matrix ........................................................................................................................... 10  3.4.1  Strength of plant roots in landslide prone areas ................................................................ 11  4  General guide for plant selection ................................................................................................ 13  4.1  Planning process ......................................................................................................................... 13  4.2  Aspects of concern ...................................................................................................................... 14  4.3  Types of plant .............................................................................................................................. 15  4.3.1  ............................................................................................................. 15  Herbaceous species  4.3.2  ............................................................................................................. 15  Woody tree species  4.4  Plant materials and planting ....................................................................................................... 16  4.4.1  Seeds ................................................................................................................................... 16  4.4.2  Cuttings ............................................................................................................................... 16  4.4.3  Plants ................................................................................................................................... 17  4.5  Ecological, management, and economic criteria ........................................................................ 17    Asian Disaster Preparedness Center   i  4.6  A simplified plant species selection framework ......................................................................... 18  4.6.1  Plant type and structural characteristics ............................................................................ 19  4.6.2  ..................................................................................................... 20  Hydrological significance  4.6.3  Root strength characteristics .............................................................................................. 21  4.6.4  Ecological significance ......................................................................................................... 21  4.6.5  Economic value ................................................................................................................... 22  4.7  Simplified scale for plant species characterization ..................................................................... 23  5  The plant manual ....................................................................................................................... 24  5.1  General description ..................................................................................................................... 24  6  Research and development for bio‐engineering solutions .......................................................... 27  6.1  Preliminary results of root tensile strength testing .................................................................... 27  6.2  ...................................................................................... 28  Limitations of bioengineering solutions  6.3  Recommendation and perspectives ........................................................................................... 28  7  References ................................................................................................................................. 30  8  Annexures .................................................................................................................................. 33    Asian Disaster Preparedness Center   ii  Tables  Table 4‐1   Plant species selection based on objective criteria .................................................................. 17  Table 4‐2   Patterns of root growth in trees (after Yen, 1987). .................................................................. 19  ................................................................................... 23  Table 4‐3   Scaling the desired plant characteristics  Table 5‐1   An index of selected plants that are recommended for bioengineering applications. ............ 25  Table 6‐1   Preliminary results of root tensile strength testing .................................................................. 27      Figures  Figure 2‐1   Hydromechanical effects of vegetation on slope stability (adapted from Mulyono et al., 2018)  ...................................................................................................................................................................... 5  Figure 2‐2   Simplified scheme for root trait‐based plant species selection for bioengineering (modified  after Ghestem et al., 2014a, 2014b) ............................................................................................................. 7  Figure 3‐1   Root sample collection for laboratory tests ............................................................................ 11  Figure 3‐2   Root tensile strength testing using Dynamometer  .................................................................. 12  Figure 4‐1   The six steps of the plant selection process ............................................................................ 14  Figure 6‐1   The tensile strength/root diameter relationship for eleven test genera ................................ 28          Asian Disaster Preparedness Center   iii  1 Introduction  1.1 Purpose and importance of a nature‐based landslide risk management strategy  The  application  of  appropriate  technologies  in  the  sustainable  management,  conservation,  and  restoration of ecosystem to reduce disaster risk is an important aspect of natural resource management.  A landslide (or landslip) is a natural phenomenon that can trigger a disaster if it occurs at an unexpected  time  or  space.  A  landslide  is  described  as  a  movement  of  soil,  rock,  and  organic  debris  under  gravity.  Management of landslides, and, particularly, protection against landslides, is conventionally treated as a  resource‐intensive activity. However, historical development of vegetation and nature‐based techniques  in erosion control have evolved to a broader context of bioengineering.  It is well known that vegetation plays an important role in protecting natural and artificial earth systems  against shallow‐seated landslides, surface erosion, and shallow mass‐wasting in projects such as cut and  fill slope stabilization, earth embankment protection, and small gully repair treatment.  Soil bioengineering is the use of plant material, living or dead, to alleviate environmental problems, such  as  shallow  rapid  landslides  or  eroding  slopes  and  streambanks  (Lewis  et  al.,  2001).  In  bioengineering  systems,  plants  are  important  structural  components,  rather  than  just  aesthetic  features.  The  bioengineering  approach  to  slope  stabilization  requires  a  true  partnership  between  engineering  geologists, maintenance personnel, civil engineers, and landscape architects.  The  application  of  bioengineering  for  slope  stabilization  and  protection  is  now  used  world‐wide  as  a  nature‐based,  economical,  and  eco‐friendly  approach.  In  recent  years,  bioengineering  solutions  have  effectively been implemented in many Asian countries, such as Nepal (Dhital et al., 2013), Pakistan (Faiz  et  al.,  2015),  India  (Singh,  2010),  and  Sri  Lanka  (Bandara  &  Jayasingha,  2018;  Balasuriya  et  al.,  2018).  However,  nature‐based  bioengineering  solutions  are  often  unique  to  particular  ecosystems,  thereby  limiting  their  repeatability.  Moreover,  the  selection  and  use  of  appropriate  plants  and  vegetation  for  bioengineering applications have been overlooked due to the unavailability of proper selection criteria.  However,  it  should  be  noted  that  not  all  types  of  landslide  can  be  mitigated  through  bio‐engineering  techniques alone. In deep‐seated landslides, for example, factors such as the level of ground water table,  the requirement of toe supports, and the direction of surface water outflow should be determined with  care to minimize the landslide risk. Hence, it is better to plan a solution using both geo‐technical and bio‐ engineering inputs, which can be defined as hybrid approaches.    1.2 The need for a plant manual  Ideally, the selection of a plant for bioengineering applications should combine easily measurable plant  traits  with  a  sound  geotechnical  basis  (Stokes  et  al.,  2009;  Mickovski  et  al.,  2006).  Meanwhile,  the  environmental variability of the plant, soil, and climate should also be considered. Geotechnical engineers  and practitioners, landscape architects, land planners and restoration ecologists would all benefit from  effective plant selection criteria once ecological evaluation of the candidate plants has been carried out  (Evette et al., 2012; Jones, 2013). Such a tool would permit these professionals to foresee the long‐term    Asian Disaster Preparedness Center   1  effects of different plant covers on slopes, the results of combining plant functional groups in restoration  actions, or the responses under different soil and climate scenarios.  The objective of this plant manual is to assist professionals and practitioners concerned with planning and  implementing soil bio‐engineering techniques by providing practical information on plant selection and  use in a wide variety of situations.  1.3 The socio‐economic, ecological, and engineering significance of a plant manual  Sri  Lanka’s  diverse  and  hilly  landscapes  once  were  covered  by  natural  vegetation  but  have  recently  suffered from rapid land use changes, which have caused widespread soil erosion and landslides. Sri Lanka  is  an  island  with  a  unique  geomorphological  setting.  Hills  and  mountains  are  concentrated  within  the  central region, known as the Central Highlands. The highlands cover approximately 20% of the land area  and  the  elevation  of  the  highlands  ranges  from  300  to  2500  m.  Due  to  the  Central  Highlands’  unique  features, most of Sri Lanka’s major rivers’ main tributaries originate in the highlands and have a radial  flow pattern. The highlands are generally covered by evergreen, tropical, and mountain forests. Until the  British period, there was no evidence of human habitation in the hill country (above 1066 m) since the  disappearance of Stone Age peoples from these elevations (Deraniyagala, 1972). However, the land use  of the hill country changed from natural forest to plantation crops over a period of approximately one  hundred  years  (1830s  to  1930s)  under  British  colonial  rule  (Wickramagamage,  1998).  This  historical  development  has  changed  not  only  the  environment  setup  but  also  the  socioeconomic  status  of  the  country. From the start of plantation cropping, the hill country underwent rapid land use change: from  lands predominantly under natural vegetation cover to lands predominantly under agricultural crops. The  change of land use brought up issues such as accelerated soil erosion, slope failures and landslides. The  issues were aggravated due to further transitions in recent history, where plantation agricultural lands  were rapidly converted to other urban uses, such as home gardening, minor agriculture cropping, housing,  roads, and community infrastructures. Consequently, the environmental, economic and social problems  caused by slope failures and landslides are increasingly recognized as major issues in recent Sri Lankan  history.  Effective  landslide  mitigation  strategies  must  include  not  only  physical  interventions  but  also  socio‐ economic changes, including more integrated land use of vulnerable areas. Commercial tea plantations  cover a vast area of the hill country land in Sri Lanka. Rubber plantations are often found in mid and low  country regions of the island. Moreover, the recent changes in the socioeconomics of the country has  transformed most of the medium and small‐scale plantation crop lands to either agricultural uses, such  as intensive vegetable cultivation and minor export crops, or to home gardens. The changes interact with  the biophysical environment in numerous diminutions: ecological, economic, social, and agricultural.  In a  recent  study  by  Perera  et  al.  (2018)  agriculture  and  the  plantation‐based  socioeconomic  system  were  indicated as factors in landslide causation, especially in the paleo‐landslide environment. Moreover, they  found  that  agriculture‐related  activities  account  for  a  major  share  of  rural  livelihoods  in  many  landslide‐affected areas of Sri Lanka. Therefore, landslide hazards mitigation strategies should consider  not only the physical and ecological features of vulnerable areas but also their socioeconomics.    Asian Disaster Preparedness Center   2  The contribution of certain plants to the stability of a slope have been described by many researchers  (Pallewattha et al., 2019; Leung et al., 2015). Greenwood et al., (2004) lists the main stabilizing effects of  vegetation on a slope: additional effective cohesion, an increase in weight, tensile reinforcement by the  roots present on the base of tree, and possible changes in undrained soil strength due to moisture removal  derived  from  the  evapotranspiration  cycle  processes.  These  natural  phenomena  increase  the  shear  strength of soils and thereby contribute positively to slope stability.  Hence, the development of bioengineering solutions, and, particularly, recommendation of effective plant  species  for  slope  stabilization,  will  create  a  win‐win  situation  where  the  bioengineering  solutions  will  safeguard the rural livelihood while adequately contributing to landslide mitigation strategies.      Asian Disaster Preparedness Center   3  2 Evolution from landscape cultivation to bioengineering  2.1 Past and present status of nature‐based landslide risk management strategies  The use of vegetation  to  control  erosion has  been  practiced in  many  parts of the world for centuries;  however, the application of bioengineering techniques as an accepted method for landslide prevention  and slope protection is comparatively new and is continuously evolving. Faiz et al., (2015) states that soil  bioengineering is a technique that has been used for decades in countries such as Nepal and, in other  cases (e.g., in Pakistan), has recently been adopted as a viable soil stabilization method.  2.1.1 Bioengineering and biotechnical stabilization techniques  The  terms  soil  bioengineering  and  soil  biotechnical  techniques  are  used  in  concurrence.  Soil  bioengineering is a technique that uses plants and plant material alone, whereas biotechnical techniques  use plants in conjunction with more traditional engineering measures and structures to stabilize slopes  (Gray  &  Sotir,  1996;  Schiechtl  &  Stern,  1996)  and  are  currently  employed  to  alleviate  shallow,  rapid  landslides  and  eroding  stream  banks  (Lewis  et  al.,  2001).  In  addition  to  engineering,  ecological,  and  economic  benefits,  both  bioengineering  and  biotechnical  techniques  contribute  to  sustainable  development  practices  as  they  enhance  the  aesthetics  of  the  environment  and  reduce  the  ecological  impacts of construction, maintenance, and operations (Fay et al., 2012). In soil bioengineering systems,  plants  (grasses  and  shrubs,  especially  deep‐rooted  species)  are  an  important  structural  component  in  reducing  the  risk  of  slope  erosion  (Jiang,  2004).  Soil  bioengineering  measures  are  designed  to  aid  or  enhance the reestablishment of vegetation (United States Department of Agriculture [USDA], 1992). The  general perspective is that properly designed and installed vegetative portions of systems should become  self‐repairing,  with  only  minor  maintenance  to  maintain  healthy  and  vigorous  vegetation.  Soil  bioengineering  frequently  mimics  nature  by  using  locally  available  materials  and  minimal  heavy  equipment, and is an inexpensive way to treat slope stabilization (Lewis et al., 2001).  The following basic concepts aid in the selection of soil bioengineering and biotechnical treatments (USDA  1992; Lewis et al., 2001; Fay et al., 2012):   Fit the system to the site. Consider topography, geology, soils, vegetation, and hydrology. Avoid  extensive grading and earthwork in critical areas.   Test soils to determine if amendments are necessary.   Use on‐site vegetation whenever possible.   Limit the amount of disturbed area at each site. Any displaced materials are to be kept on site and  reused if possible.   Clear sites during times of low precipitation.   Stockpile or protect the topsoil and reuse during planting.   Utilize temporary erosion and sediment control measures.   Divert, drain, and/or store excess water.    Asian Disaster Preparedness Center   4  The selection of plants or vegetation for bioengineering applications should consider the views of several  disciplines  and  is  often  a  collaborative  exercise  between  soil  scientists,  hydrologists,  botanists,  engineering  geologists,  maintenance  personnel,  civil  engineers,  and  landscape  architects  (Lewis  et  al.,  2001). The role of vegetation in protecting the soil from erosion has long been recognized (Morgan, 2005).  The effectiveness of plants for erosion control, slope protection, and landslide prevention depends on the  plant architecture and mechanical properties. Some plants will be more suitable than others for erosion  control, but may be less effective against slope failures and landslides. Thus, the selection of suitable plant  species to achieve the desired objective requires a careful balance of considerations. For each field site  and each set of objectives, different factors should be considered.  Fay et al. (2012) explains that soil bioengineering has six main functions:  i. To catch eroded materials with physical barriers (e.g., walls, vegetation);  ii. To armor the slope from erosion caused by runoff or rain splash using vegetative cover / to create  partial armoring using lines of vegetation;  iii. To reinforce soil physically with plant roots;  iv. To anchor surface material to deeper layers using rock bolts or large vegetation with deep roots;  v. To support soil by buttressing with retaining walls or large vegetation; and  vi. To drain excess water from the slope through the use of drains and vegetation.  2.1.2 The role of vegetation in bioengineering   The role of vegetation is to stabilize the slope with mechanical reinforcement of soils through roots as  mechanical aspects and through the hydrological impact of the reduction of soil water content through  transpiration and interception of precipitation (Ziemer, 1981; Greenway, 1987; Mulyono et al., 2018). The  hydrological and mechanical aspects of the vegetative contribution are shown in Figure 2‐1.    Figure 2‐1   Hydromechanical effects of vegetation on slope stability (adapted from Mulyono et al., 2018) Plant evapotranspiration mechanisms serve as rainfall holders by maintaining the negative pore water  pressure on the ground (Greenway, 1987). The higher the density of the canopy and leaf area, the greater    Asian Disaster Preparedness Center   5  the ability to catch rainfall (water interception) and interception reduces and delays rainfall to the soil  surface (Mulyono et al., 2018).  Shear stress, transferred in the ground into tensile resistance in the roots, carries out the mechanical soil  reinforcement by the roots. Root condition also has a role in holding the soil layer. Fibrous roots help the  plant hold the soil more strongly (Danjon et al., 2008). In addition to plant root characteristics (Collison  and Pollen, 2005), the magnitude of overall soil shear strength is also influenced by general soil conditions  (moisture,  clay  fraction,  porosity).  A  tree’s  roots  will  increase  the  soil  shear  strength  via  the  tensile  strength of its own roots and provide slope‐shearing resistance during or after heavy rainfall on shallow  landslides (Fan and Su, 2008).  The  interaction  between  vegetation  and  soil  does  not  always  benefit  the  system  because  some  interactions adversely affect stability. For instance, an increase in ground surface roughness by vegetation  reduces  the  overland  flow  velocity,  thus  increasing  infiltration.  The  infiltration  process  results  in  the  presence of perched water on the boundaries of two differently permeable materials, which can increase  the soil pore‐water pressure and provide additional forces to soil mass movement (Danjon et al., 2008).  Increased infiltration of water into the soil through the scar created by an uprooted or decayed tree can  then lower the resistance of the whole soil. The wind pressure on a tree could also produce a destabilizing  effect if the tree is not well anchored and can eventually cause slope failure (Li and Eddleman, 2002).  Roots provide a better connection between soil particles in the soil body (tensile force on the surface),  which results in cementation forces in the mass of the soil (Ibid.).  The growth habits of native plant species can greatly influence slope stability because each species has a  unique rooting pattern and tensile strength. For instance, grass roots are very fibrous and abundant in the  surface horizon, adding surface stability when grass cover is high. Grass and forb roots, however, add very  little soil strength at deeper depths because their roots are not as strong and do not penetrate as deeply  as tree roots (Gray and Leiser, 1982). Alternatively, the roots of shrub and tree species are long and deep,  with relatively high tensile strength (Ibid.). The main advantage of tree and shrub species is their long  vertical roots (taproots) that can cross failure planes and bind the soil strata together.  The  sole  purpose  of  plant  establishment  is  not  to  limit  the  roles  played  by  live  plants.  For  example,  biotechnical  slope  stabilization  techniques  use  vegetative  cuttings  from  easy‐to‐root  species  (e.g.,  Gliricidia sepium) to structurally reinforce the soil. As these materials root, they add further stabilization  to  slopes  through  interconnecting  root  systems  and  soil  moisture  withdrawal.  Biotechnical  slope  stabilization  practices  include  stake  planting,  pole  planting,  joint  planting,  brush  layers,  and  branch  packing.  2.1.3 Root traits   A plant trait is defined as a distinct and quantitative feature of a species in terms of plant morphology,  physiology,  or  biomechanics  (Stokes  et  al.,  2009).  In  addition  to  the  general  and  specific  qualitative  features of plants, there has been an increasing focus on using plant traits as screening criteria to assist  engineers in identifying suitable species for slope stabilization (Ibid.). Geotechnical engineers who wish to  apply soil bioengineering techniques need to identify relevant plant traits for plant screening and selection  in  relation  to  the  mechanical  strength  the  system  gains  through  bioengineering.  Soil  mechanical    Asian Disaster Preparedness Center   6  properties  are  generally  most  influenced  by  (i)  the  density  of  roots  crossing  the  shear  plane,  (ii)  the  branching density throughout the soil profile, (iii) the total length of coarse roots above the shear plane,  and (iv) the total volume of coarse root and fine root density below the shear plane (Mattia et al., 2005;  De Baets et al., 2008; De Baets et al., 2009; Stokes et al., 2009; Ghestem et al., 2014a). During failure, fine,  short,  and  branched  roots  slip  through  the  soil  rather  than  breaking.  Moreover,  a  plant’s  hydrologic  reinforcement also influences a plant’s traits (Ghestem et al., 2014a). Simplified screening criteria can be  drawn based on the available information on root traits (Figure 2‐2).      Figure 2‐2   Simplified scheme for root trait‐based plant species selection for bioengineering (modified after Ghestem  et al., 2014a, 2014b)  2.1.4 Selection of plant species  Plants form the nucleus of bioengineering techniques; thus, the selection of appropriate plants is the first  move towards success. Plant trait‐based selection is the best approach. First, the architectural features or  structure of plant root systems play a significant role in shallow slope stabilization and erosion control  (Reubens  et  al.,  2007).  Second,  the  ecological  significance,  and  particularly  the  compatibility  with  the  surrounding  environment,  is  important.  It  is  well  established  that  native  plant  species  are  preferred    Asian Disaster Preparedness Center   7  because they tend to tolerate drought and need little irrigation, fertilizer, pest and disease control, and  demand less trimming (Dollhopf et al., 2008). Low plant maintenance creates significant savings in labor,  fuel, chemical use, and maintenance equipment costs. Finally, a mixture of compatible plant species is  preferred over a single species as plant succession determines long‐term ecological sustainability (Fay et  al., 2012).  Aboveground  plant  structure  is  as  important  as  the  belowground  root  system.  The  structure  of  aboveground vegetation plays an important role in stabilizing slopes by intercepting and absorbing water,  retaining soil, retarding runoff velocity (by providing a break in the water’s path), and by increasing surface  roughness, rainwater interception and evapotranspiration (Schor and Gray, 2007). Each type of vegetation  serves  a  critical  function.  Grasses,  or  herbaceous  cover,  protects  sloped  surfaces  from  rain  and  wind  erosion. Shrubs, trees, and other vegetation with deeper roots are more effective at preventing shallow  soil  failures,  as  their  roots  and  stems  provide  mechanical  reinforcement  and  restraint  and  their  root  uptake  and  foliage  interception  modify  slope  hydrology  (Ibid.).  Where  the  main  function  of  structural  elements is to allow vegetation to become established and take over the role of slope stabilization, the  eventual deterioration of the structures is not a cause for concern (USDA, 1992).  2.2 Landslides and bioengineering solutions: a Sri Lankan perspective  Recent history has seen an increase in the incidence and frequency of landslides in Sri Lanka. Landslide  density is reported to increase in regions where slope degradation processes are at an advanced stage  (Rathnaweera et al., 2012; Bandara & Jayasingha, 2018). It is believed that rapid change of land use, such  as inappropriate land use or cropping practices, settlements in unstable areas, changes to natural drainage  paths resulting in blockages, and non‐engineered development and expansion have caused a phenomenal  increase in the incidence of landslides in the hilly areas of Sri Lanka (Seneviratne et al., 2005).  Though  bioengineering  solutions  for  slope  stabilization  and  landslide  mitigation  has  not  been  widely  studied in  Sri Lanka, the effect of  geology, land use and other triggering factors on slope stability and  landslide occurrence  have widely been studied (Cooray, 1994 Seneviratne et al., 2005; Bandara, 2010;  Bandara & Weerasinghe, 2013; Silva & Sakalasooriya, 2018). The first systematic study that evaluated the  contribution of vegetation on slope stability and landslide risk reduction was conducted very recently by  Balasuriya  et  al.  (2018).  The  study  revealed  the  potential  of  native  and  natural  vegetation  as  bioengineering solutions, especially in the Badulla district. The study further identified several herb, shrub  and tree species as potential vegetation for bioengineering applications.  Bandara & Jayasingha (2018) reported that the landslide risk reduction process has been strategized in a  number  of  ways  which  follow  basic  guidelines  of  disaster  management.  In  view  of  developing  cost‐effective and ecological strategies, the National Building Research Organization (NBRO) has identified  that bioengineering techniques are appropriate (2015).  2.3 Limitations of bioengineering strategies  Bioengineering strategies do have limitations in terms of their effectiveness and applications. The first is  that  only  a  limited  available  number  of  plants  from  a  given  habitat  have  the  necessary  technical  characteristics, constraining the potential use of the aimed technical solutions. Secondly, plants, as living    Asian Disaster Preparedness Center   8  organisms, do not behave in a standardized way, limiting the ability to precisely calculate the technical  effectiveness  of  the  interventions.  Finally,  plants  have  limited  root  growth,  hindering  their  capacity  to  stabilize soils at depths lower than 1.5‐2 m, depending on the species. It is also important to note that  there is a lack of systematized knowledge on the physical behavior of plants and, particularly, of their  roots and root systems when exposed to external forces, despite the promising results of ever‐growing  research efforts.  These limitations imply the need for the use of complementary structures to help overcome, temporarily  or permanently, the local adverse conditions. This situation determines the development of a particular  segment of the industry related to complementary materials (e.g., organic geotextiles) aimed at reducing  the impact of water and soil erosion in the initial development phases of construction and intervention  and  to  the  conception  of  construction  techniques  using  classical  civil  engineering  approaches  and  materials in combination with the advantages brought by vegetation.    Asian Disaster Preparedness Center   9  3 A technical approach to plant selection   This chapter briefly describes the purposes of plant manual development and then aims to achieve them.   3.1 Rationale  Many types of plant and vegetation can be used to stabilize slopes and landslides, yet the best selection  should be site‐specific. The plant manual provides a basic framework for plant selection for bioengineering  solutions;  however,  the  practitioners  should  be  able  to  critically  assess  the  worksite  before  making  conclusions. Every worksite is unique, and it is critical to understand the site water, soil, and topography,  as well as its socio‐economic needs, before selecting an appropriate plant type for slope stabilization. To  accomplish this, a full site assessment should be completed, one that provides information on the soil  types and characteristics and surface and subsurface water conditions, and also takes into consideration  short‐term and long‐term land use planning. Developers should consider using a multidisciplinary team  with a diverse knowledge and experience base.   3.2 Scientific approach   The plant manual is principally a review of existing knowledge in the form of literature, expert interviews,  field visits, and preliminary laboratory studies.  Information  gained  from  the  literature  review  was  further  developed  by  additional  information  from  practitioners,  scientists,  and  engineers  on  the  current  practices,  effective  practices,  and  emerging  solutions being  used nationally and internationally. Information  gained from  the literature review and  additional  sources  was  incorporated  into  this  report  as  the  body  of  the  text,  additional  resources,  references, current and effective management practices, useful points, photographs, and knowledge and  research gaps.  3.3 Natural vegetation types in landslide‐prone areas of Sri Lanka  The landslide‐prone areas of Sri Lanka are generally overlapped with wet and intermediate zones. In the  wet  zone,  the  dominant  vegetation  of  the  lowlands  is  tropical  evergreen  forest,  with  tall  trees,  broad  foliage, and a dense undergrowth of vines and creepers. Subtropical evergreen forests resembling those  of temperate climates flourish in the higher altitudes. Montane vegetation at the highest altitudes tends  to be stunted and windswept.  At one time, forests covered almost the entire island but, by the late twentieth century, lands classified  as ‘forests’ or ‘forest reserves’ covered only one‐fifth of the land. The southwestern interior contains the  only large remnants of the original forests of the wet zone.  3.4 Root‐soil matrix  Roots  are  strong  in  tension,  whereas  soils  are  strong  in  compression  but  weak  in  tension;  thus,  the  combined effect of soil and roots results in a reinforced soil. When shearing the soil, roots mobilize their  tensile strength whereby shear stresses that develop in the soil matrix are transferred to the root fibers  via interface friction along the root length (Gray and Barker, 2004) or via the tensile resistance of the roots  (Ennos, 1990). There are several ways to assess the increase in soil shear strength: laboratory tensile tests,    Asian Disaster Preparedness Center   10  in‐situ shear tests on root‐reinforced soils, laboratory testing of root‐soil composites, and modelling the  root‐soil interaction. In this experiment, we adapted the simple laboratory tensile strength measurement  as the first step of an experimental series aiming to define parameters incorporating root traits in model  simulations.  3.4.1 Strength of plant roots in landslide prone areas  The root strengths of eleven plant species collected from areas close to the Badulusirigama pilot site, a  landslide prone area in Badulla, were measured through laboratory experiments.  Eleven  plant  species  were  selected  for  the  first  trial  experiment.  For  each  selected  plant  species,  approximately 10 undamaged roots with an average diameter of 2 to 50 mm, and a minimum root length  of 0.15 m were selected. To collect the roots, a few individual, medium‐size plants, growing in the same  microenvironment  (same  habitat,  similar  landscape  position),  were  dug  out  using  the  dry  excavation  method.  The  roots  were  manually  collected  by  careful  excavation,  and  also  by  cutting  the  roots  on  exposed  profiles  (Figure  4‐1).  After  excavation,  the  roots  were  individually  stored  in  a  plastic  bag  to  preserve  their  moisture  content.  The  collected  root  samples  were  immediately  transported  to  the  laboratory; however, the tested roots probably had slightly different moisture contents.    Figure 3‐1   Root sample collection for laboratory tests Root tensile strength tests were conducted in the laboratory using Dynamometer universal tensile and  compression test machine (Model LW 6527, WC DILLON & Co Inc, USA) (Figure 4‐1). This device combines  three  functions:  (1)  traction  force  generation,  (2)  measuring  load  and  displacement,  and  (3)  data  acquisition.  Clamping  is  the  most  critical  issue  when  measuring  root  strength.  Roots  with  fleshy  root  epithelia could not be tested due to clamping problems, as the samples slipped without breaking. Also,  direct mounting of roots causes grip damage to the roots. In this experiment, we wrapped cotton textile  bandage around the griping ends of the roots to increase the grip and to minimize the damage to the  roots.    Asian Disaster Preparedness Center   11      Figure 3‐2   Root tensile strength testing using Dynamometer  The initial root length was set to 150 mm. The root diameter was measured at both ends and the middle  was measured using Vernier calipers or a micrometer. The elongation at the breaking point, load, and  time taken for the test were recorded.  The following formula was used to calculate the tensile strength:    4 where  Fmax is the maximum force (N) needed to break the root and D is the mean root diameter (mm)  before the break.    Asian Disaster Preparedness Center   12  4 General guide for plant selection  4.1 Planning process  Soil bioengineering, in the context of landslide and slope protection, is an integrated approach combining  geological,  physical,  mechanical,  biological,  and  ecological  concepts  to  arrest  and  prevent  shallow  landslides and slope failures. It should not be a difficult process; however, given the complexity of plant‐ soil  interactions  and  other  external  factors,  any  selection  or  recommendation  may  have  its  own  shortcomings.  Plant species selection should be considered early in the process of planning the bioengineering solution.  The tropical ecosystems host a diverse range of vegetation and plant species due to its variation in both  soils and climate. Thus, not only the natural vegetation but also introduced plant species thrive well in  tropical environments. However, for practical use, socio‐economic stabilization and, long‐term ecosystem  sustainability of the sites and their surrounding environment, species selection should be made with care.  Many widely occurring plants are inappropriate for soil stabilization because they do not protect the soil  effectively,  are  not  economical  to  establish  or  maintain,  or  because  they  are  not  quickly  and  easily  established. Some plant types grow well in many soil types and climates, but others may require specific  soil and/or climatic conditions. Plants that are preferred for some sites may be poor choices for others;  some can become troublesome weeds.  In  a  broader  context,  the  approaches  to  bioengineering  solutions  can  be  classified  into  two  general  categories: living and nonliving. The living approach uses live plant materials, while the nonliving approach  uses  geological,  physical,  and  mechanical  means.  However,  living  and  nonliving  measures  are  often  combined to form a complete system. Unlike many mechanical and physical structural designs, selection  of proper plant species to integrate with the system requires numerous studies that are often costly and  time‐consuming. The need of a proper vegetation and plant selection criteria arises at the planning stage;  thus, a comprehensive plant manual will assist planners with practical use.  This section provides a step‐by‐step description of plant selection for a given situation (Figure 4‐1). The  approach used in developing the plant manual is a six‐step decision‐making process and guides users to  select appropriate plants for a worksite.    Asian Disaster Preparedness Center   13    Figure 4‐1   The six steps of the plant selection process  4.2 Aspects of concern  The foremost concern is to consider the plant community succession; in cases where planners wish to  regenerate natural vegetation over a long period of time, planting early seral species at the beginning may  work. In other cases, where the objective is to limit the number of vegetation to one or few species, it  may be necessary to intervene immediately after seeding or planting in order to meet the revegetation  objectives  of  the  project.  For  example,  short‐term  revegetation  planning  may  require  site  preparation  works, enabling particular vegetation to thrive while other species are suppressed. In the meantime, any  move against natural succession may require regular intervention, such as the removal of any invasive  species before they produce seeds or regenerative parts, gap filling and replanting, and even fertilizer  application and pest control. If the plan is to use vegetation or plants that generate income through crop,  fodder, wood, or timber harvest, the site could be managed as an agricultural field.  Controlling weeds and competitive vegetation increases the chances of target plant survival and rapid  growth. However, decrease of vegetative cover by weeding reduces the rate at which water is withdrawn  from the root zone. For example, grasses have a very fibrous root system in the upper soil horizon that    Asian Disaster Preparedness Center   14  allows them to withdraw moisture very quickly and efficiently, lowering the available water in the upper  soil  horizons.  On  the  other  hand,  perennial  forbs  (herbaceous,  broad‐leafed  plants)  are  generally  less  competitive  than  grasses  because  their  root  systems  are  deeper  and  less  concentrated  in  the  surface  where the seedlings are withdrawing moisture. Therefore, the establishment of a combination of different  plant species may create advantages for site stability and plant succession.  As discussed in previous chapters, the biological components of increased soil strength are the matrix of  roots that reinforce the surface horizon, roots that anchor an unstable soil mantle to stable subsoils or  rock, and stems that add support to the soil. However, desirable physical soil factors do not always support  plant growth. Engineers and geologists regard high soil porosity as an undesirable characteristic, as high  porosity soils have lower soil strength because soil particles are not packed closely together and interlock  less. However, high porosity soils are of particular interest to the agronomist because of the role porosity  plays in root growth. Therefore, balancing the needs of creating a healthy soil for optimum vegetation  while  still  maintaining  slope  stability  until  established  vegetation  adds  root  strength  to  the  soil  is  a  challenge to engineers and revegetation specialists.  4.3 Types of plant  Soil  bioengineering  uses  particular  characteristics  of  plant  components  and  integrates  the  specific  characteristics  of  the  soil  and  geomorphology  of  the  site.  The  resulting  soil‐plant  system  and  its  components have benefits and limitations that need to be considered prior to selecting the appropriate  plants for use. The following sections describe typical plant types and specific characteristics that need to  be considered when selecting a plant species or several plant species in combination.  4.3.1 Herbaceous species   Herbaceous vegetation, especially grasses and forbs, offers long‐term protection against surface erosion  on slopes. Herbaceous vegetation has been used extensively as an erosion control measure as it exhibits  excellent surface coverage, shallow soil reinforcement, rapid regeneration, and high evapotranspiration.  These positive characteristics are due to several factors: they bind and restrain soil particles in place by  their  dense  fibrous  root  structure,  they  reduce  sediment  transport  by  physical  entrapment  by  aboveground stems and leaves, they intercept raindrops by thick foliage cover, they retard the velocity of  runoff  by  increased  drag  from  stems  and  leaves,  and  they  enhance  infiltration  capacity  by  slowing  overland flow velocity. Herbaceous species are almost always used in conjunction with soil bioengineering  projects to add protection against surface erosion. Grass and forb species can become quickly established  on  drier  sites,  but  soil  strength  is  limited  to  the  surface  of  the  soil  profile  where  the  roots  are  most  abundant. For this reason, grasses and forbs do not provide much stability. Consequently, herbaceous  vegetation provides only a minor protection against shallow mass movement.  4.3.2 Woody tree species   More deeply rooted woody vegetation provides greater protection against shallow mass movement by  mechanically reinforcing the soil with roots, depleting soil water through transpiration and interception,  and buttressing and soil arching from embedded stems. Deeper‐rooted woody perennials improve the  mechanical  reinforcement  of  soil  at  depth.  While  these  species  are  slower  growing,  they  usually  have  deeper root systems and persist longer once they are established. Ecologically appropriate plant materials    Asian Disaster Preparedness Center   15  are those that exhibit ecological fitness for their intended site, display compatibility with other members  of the plant community, mediate succession, and demonstrate no invasive tendencies. If sites are to be  restored to the natural landscape, individual species can be used to provide a significant contribution to  mitigating  hillslope  instability  during  the  early  stages  of  stabilization.  However,  allowing  succession  to  occur,  and  the  replacement  of  pioneer  plants  by  later  successional  communities,  is  highly  desirable.  Pioneer shrub and tree species are often short‐lived and unable to reproduce in their own shade and may  only  enhance  stability  for  a  limited  period.  Nevertheless,  trees  may  fall  due  to  winds  and  localized  instabilities. Therefore, if trees grow too tall for a fragile slope, they may need to be pruned or felled to  ensure that the integrity of the slope (or engineering structure) is not compromised.  4.4 Plant materials and planting  Typically, there is no such thing as an "ideal" all‐purpose planting approach that will always work in any  situation. After compiling a list of species to use for establishment, the next steps are to determine the  optimal propagation methods for each species and to identify the most appropriate plant material sources  for  a  particular  site.  This  step  is  an  integrated,  sequential  process  for  evaluating  plant  material  requirements  within  the  context  of  project  objectives  and  site  characteristics  that  may  influence  the  suitability of planting materials, as well as the timing and optimal method of planting. The fitness of the  plant material should be determined by its appropriateness to the site.   Once  plant species have  been selected and potential sources have been identified, the next step is to  determine the most appropriate plant materials for the project. In areas with relatively good soil stability  that  are  bordered  by  healthy  populations  of  plant  species,  the  existing  vegetation  may  provide  the  necessary plant materials for the new site. However, if vegetation in and around the site is not sufficient  for propagation, additional plant materials will need to be obtained and established. Plant materials may  include seeds, cuttings, and/or plants.   Determining which plant materials to select for establishment depends on the type of plant species. For  example, many tree and shrubs species have been shown to establish better and faster from plants rather  than from seeds or cuttings. Alternatively, grasses can be established from plants (turf), but growing grass  plants  and  planting  them  is  very  expensive  compared  to  using  seeds.  Some  species,  however,  do  not  produce reliable crops of seeds and, therefore, other plant materials, such as cuttings, will have to be  used.  4.4.1 Seeds  Seeds can be collected from stands of grasses, forbs, shrubs, and trees. If large amounts of grass or forb  seeds are required for a project, seeds can be purchased from seed suppliers. Seeds of grass and forb  species are best used for direct sowing, whereas seeds of shrubs and tree species are best used to grow  nursery  plants.  One  of  the  advantages  of  direct  seeding  is  that  it  can  be  an  inexpensive  method  of  establishing plants for a large area.  4.4.2 Cuttings  Cuttings are taken from stems, roots, or other plant parts and directly planted on the project site or grown  into rooted cuttings at a nursery for later planting. In the Sri Lankan context, information on vegetative    Asian Disaster Preparedness Center   16  propagation of wild plant species is scarce. However, substantial information is available on vegetative  propagation of commercially grown plant species. Propagating plants from cuttings of most large native  tree species is not possible under most conditions. If large quantities of cuttings are required, they can be  propagated by growing in a nursery or other growing facility. However, in contrast to the deep taproot  structure  of  naturally  propagated  large  tree  species,  the  root  system  developed  from  vegetative  propagation (e.g., stem cuttings) often develop a root structure that spreads horizontally. If the purpose  of tree species is to develop a deep and vertical root system, it is important to opt for seedlings.  4.4.3 Plants  Trees and shrubs are typically established using nursery stocks, rather than by direct seeding, for several  reasons. First, obtaining seeds from most tree and shrub species is difficult. Second, shrub and tree seeds  germinate and grow into seedlings at a slower rate than grass and forb species, giving them a disadvantage  on sites where grasses and forbs are present. Therefore, starting shrubs and conifers from large plants  instead of seeds gives them a competitive advantage over grasses and forbs because their roots are often  longer and better developed, allowing access to deeper soil moisture. Grass and forb species are seldom  established from nursery‐grown plants because of the high cost of nursery management. Exceptions are  when grass or forb seeds are rare or difficult to collect, if species are difficult to establish from seeds on  disturbed sites, or when the project requires quick establishment.  4.5 Ecological, management, and economic criteria  The root traits and plant‐specific characteristics alone will not make the best selection. The practitioners  will have to consider ecological, management, and economic criteria before making the final decision on  plant selection. The following table details some criteria that may assist plant selection from the list of  plants shown in Annex 1.  Table 4‐1   Plant species selection based on objective criteria Criteria  Description Nativity  If the revegetation objective is to establish native plants, then species on the comprehensive  species list (Annex 1) are first sorted by whether it is native or not.  Workhorse  Workhorse  species  is  a  term  used  to  describe  locally  adapted  native  plants  that:  (1) have  species  broad ecological amplitude, (2) have high abundance, and (3) are relatively easy to propagate.  The species listed in Annex 1 may need to be evaluated for their potential as a workhorse  species based on the project objectives and needs.  Availability of  Seeds, plants, and cuttings often have to be collected from the surroundings and supplied to  starter plant  the  nursery  or  seed  producer  for  plant  production.  Species  that  are  difficult  to  obtain  or  materials  collect are not good candidates.  Nursery and  Species that are difficult to propagate in the nursery, stooling beds, or seed production fields  seed production  do  not  make  good  workhorse  species.  Techniques  to  propagate  native  species  are  rarely  available,  but  this  is  slowly  improving.  Therefore,  refer  to  documented  plant  production  protocols available in the literature and consult experts.   Field  Some  species  do  not  perform  well  because  breaking  seed  dormancy  and  obtaining  good  establishment  germination may be difficult. Other species, planted as seedlings, experience unusually high  transplant shock that significantly reduces plant survival.    Asian Disaster Preparedness Center   17  Criteria  Description Expense  The total cost to establish the plants on the project site is the easiest measure of whether a  species is a good candidate for bioengineering.  Monoculture or  A  mix  of  species  is  often  developed for  a  specific  ecological  function  or  management  mixture of  objective.  One  of  the  best  ways  to  develop  a  compatible  mixture  of  species  is  to  sort  the  species  comprehensive species list by ecological setting and succession. This will assemble species  into groups that naturally occur together. From these groups, mixtures are developed based  on project objectives, such as root traits, weed control, visual enhancement, conservation  management, and erosion control.   Specialist species  Projects  that  involve  special  microclimates  or  soils  may  require  a  unique  mix  of  specialist  species, while other projects may require a specific species to meet a project objective.   Value/  If the objective is to establish economically viable and productive plants, selection should be  productivity  based on ecological and socio‐economic feasibility assessments.   Maintenance  Some species require regular maintenance even after the initial phases of establishment. This  may  include  logging,  trimming,  and  replanting.  The  availability  of  a  mechanism  for  maintenance should be considered.     4.6 A simplified plant species selection framework  One of the main objectives of this plant manual is to develop simple, yet useful, plant selection criteria for  application  both  in  slope  stability  and  landslide  mitigation  works.  However,  it  is  unlikely  that  a  simple  guideline can consider all factors controlling the plant‐soil interactions; therefore, this manual proposes  some key plant characteristics to use.  The  effectiveness  of  plants  for  bioengineering  depends  on  the  plant  architecture  and  mechanical  properties,  particularly  its  root  system  (Morgan,  2005).  Some  plants  are  more  suitable  for  slope  stabilization than others, but the same species may have low ecological and economic significance. Thus,  the selection of suitable plant species to stabilize slopes and, more importantly, a complementary mixture  of species requires a careful balance of considerations. For each field site and for each set of objectives,  the factors to be taken into account may be different.  The  following  architectural  and  mechanical  plant  properties  will  influence  the  interaction  between  vegetation and soil hydro‐mechanical forces:  i. The structural characteristics of the individual plants, such as the size and shape of its stems and  roots, the spatial distribution of its plant stems and roots within a plant stand, and the spatial  pattern of plants along or at a site;  ii. The hydrological significance of the plants;  iii. The behavior of the plant during soil shearing, expressed by the tensile strength of its roots and  the flexibility of both individual plant stems and the whole plant stand (Styczen & Morgan, 1995).  Additionally, the practitioners may be interested in the ecological and socio‐economic significance of the  plant  species.  Therefore,  the  framework  considers  the  ecological  and  socio‐economic  significance  of  vegetation.    Asian Disaster Preparedness Center   18  A representation of the multi‐criteria framework used to select suitable species is presented below. The  following five main criteria were selected to provide the appropriate information for plant selection:  1) Plant type and structural characteristics  2) Hydrological significance  3) Root strength characteristics  4) Ecological significance  5) Economic value  4.6.1 Plant type and structural characteristics   Plant architectural traits allow for the description of stem and root system morphology and topology, each  of which influence slope stability. There is a wide range of plant types from millimeters‐high small creepers  to giant trees that that stand up to 50 meters. The height and mass of the plant influences the stability of  the plant itself and also influences the interaction with the soil system. Generally, smaller plants, such as  grasses,  sedges,  and  creepers,  produce  lower  biomass,  and  thus  impose  lower  forces  on  soil  systems.  Massive trees put a great weight on the soil system that may confer additional stress on the soil system if  the root system does not adequately support the aboveground biomass.  A  plant’s  root  system  architecture  and  its  individual  soil  volume  is  known  at  the  root  system’s  overall  envelope, which is calculated by its maximum radius (horizontal extension) multiplied by its maximum  depth (vertical extension), and thus quantifies the root spread of an individual on a slope.  Trees  have  deeper‐seated  effects  and  can  enhance  soil  strength  to  depths  of  three  meters  or  more,  depending upon the root morphology of the species. Yen (1972) characterized the patterns of root growth  in trees into five groups (Table 4‐2).  Table 4‐2   Patterns of root growth in trees (after Yen, 1972). a) H‐type: maximum root development occurs at moderate depth, with more than  80% of the root matrix found in the top 60 cm; most of the roots extend horizontally  and their lateral extent is wide.  (b) R‐type: maximum root development is deep, with only 20% of the root matrix  found in the top 60 cm; most of the main roots extend obliquely or at right angles to  the slope and their lateral extent is wide.    Asian Disaster Preparedness Center   19  (c) VH‐type: maximum root development is moderate‐to‐deep but 80% of the root  matrix occurs within the top 60 cm; there is a strong taproot but the lateral roots  grow horizontally and profusely, and their lateral extent is wide.  (d)  V‐type:  maximum  root  development  is  moderate  to  deep;  there  is  a  strong  taproot but the lateral roots are sparse and narrow in extent.  (e) M‐type: maximum root development is deep but 80% of the root matrix occurs  within the top 30 cm; the main roots grow profusely and massively under the stump  and have a narrow lateral extent.    4.6.2 Hydrological significance  Evapotranspiration and interception are the key phenomena that contribute to lower the development  of excessive soil moisture during heavy precipitation events. Evapotranspiration is the combined process  of the removal of moisture from the earth’s surface by evaporation and transpiration from the vegetation  cover. Evapotranspiration from plant surfaces is compared to the equivalent evaporation from an open  water body. The two rates are not the same because the energy balances of the surfaces are markedly  different.  The interception of the canopy of a vegetation cover is the rainfall which directly strikes the vegetation  cover during a rainfall and other precipitation events. If it is assumed that some of the intercepted rainfall  is stored on the leaves and stems and is later returned to the atmosphere by evaporation. The remainder  of the intercepted rainfall reaches the ground either as stem‐flow or leaf drainage.  In  addition,  prevention  of  soil  detachment  by  rain  drop  is  an  important  aspect  of  the  tree  canopy.  Vegetation  affects  these  properties  by  altering  the  mass  of  rainfall  reaching  the  ground,  its  drop‐size  distribution, and its local intensity.  A recent study by Fan et al., (2017) revealed strong sensitivities of rooting depth to local soil water profiles  determined by precipitation infiltration depth from the top (reflecting climate and soil), and groundwater  table  depth  from  below  (reflecting  topography‐driven  land  drainage).  In  well‐drained  uplands,  rooting  depth  follows  infiltration  depth;  in  waterlogged  lowlands,  roots  stay  shallow,  avoiding  oxygen  stress  below the water table; in between, high productivity and drought can send roots many meters down to    Asian Disaster Preparedness Center   20  the groundwater capillary fringe. This framework explains the contrasting rooting depths observed under  the same climate for the same species but at distinct topographic positions.  4.6.3 Root strength characteristics  Numerous studies show that root reinforcement can make significant contributions to soil strength, even  at low root densities and low shear strengths. Generally, soil apparent cohesion increases rapidly with  increasing root density at low root densities but increasing root density above 0.5 Mg/m3 on clay soils and  above  0.7  Mg/m3  on  sandy  clay  loam  soils  has  little  additional  effect  (Styczen  &  Morgan,  1995).  This  implies that vegetation can have its greatest effect close to the soil surface, where the root density is  generally high and the soil is weakest. Since shear strength affects the resistance of the soil to detachment  by rain drop impact, and the susceptibility of the soil to rill erosion, as well as the likelihood of mass soil  failure, root systems can have a considerable influence on all these processes. The maximum effect on  resistance to soil failure occurs when the tensile strength of the roots is fully mobilized and when, under  strain, the behavior of the roots and the soil are compatible. This requires roots of high stiffness or tensile  modulus to mobilize sufficient strength and leads to the 8‐10% failure strains of most soils. The tensile  effect is limited with shallow‐rooted vegetation, where the roots fail by pullout, i.e., slipping due to loss  of bonding between the root and the soil, before peak tensile strength is reached. Tree roots penetrate  several  meters  into  the  soil  and  their  tortuous  paths  around  stones  and  other  roots  provide  good  anchorage. Root failure may still occur, however, by rupture, i.e., breaking of the roots when their tensile  strength is exceeded. The strengthening effect of the roots will also be minimized in situations where the  soil is held in compression instead of tension, e.g., at the bottom of hillslopes.  4.6.4 Ecological significance  Vegetation  types  and  their  ecology  vary  considerably  across  climatic  zones,  soil  types,  and  land  use  patterns.  The  intention  of  this  manual  is  to  take  a  specific  approach  to  select  vegetation  for  the  establishment  and  maintenance  of  hillslopes,  with  the  aim  of  slope  stabilization  and  landslide  risk  reduction.  To  do  this  in  detail  would  require  an  immense  amount  of  space,  hence  the  emphasis  is  on  principles which local specialists can apply using local knowledge.  Establishment involves the process of obtaining a vegetation cover using seeding and planting techniques,  including a period of aftercare until the vegetation is fully established. In some situations, the aftercare  period has to be quite long (2‐5 years). Maintenance requires periodic input and management in order to  maintain the required vegetation in the required form, and to prevent unwanted effects.  In order to be able to assess whether biological construction techniques are likely to be feasible in any  particular area, it is important to have a broad understanding of the natural vegetation cover and the way  in which it closely reflects the interaction of natural conditions prevailing at any given location. Whatever  the  climatic  zone,  a  combination  of  factors  affects  the  choice  of  approach  to  the  establishment  and  management of vegetation. Phytosociological (ecological) and environmental factors and constraints have  to be reconciled with biotechnical (functional) requirements. Before selecting vegetation, a basic choice  has to be made between two approaches:     Asian Disaster Preparedness Center   21  1. Modifying  the  site  or  environmental  conditions  to  suit  the  desired  vegetation.  (This  is  most  appropriate  when  the  situation  requires  a  specific  type  of  vegetation  or  when  resources are not limited.)  2. Selecting appropriate species to suit the prevailing site and environmental conditions.  The  first  principle  is  that  of  succession:  a  sequence  of  developing  plant  communities  from  the  first  colonizers of bare ground, through a series of stages, until a stable natural vegetation or climax is reached.  The direction and rate of succession depends mainly on environmental factors, particularly climate, but is  also greatly influenced by the availability of plant propagules. Natural succession, therefore, involves a  large  element  of  chance,  though  most  vegetation  is  affected  by  human  activity  to  some  extent.  Establishment of pioneer communities, which have the required biotechnical properties and will develop  to  a  suitable  climax  or  sub‐climax  by  natural  succession,  is  a  desirable  means  of  natural  vegetation  development. Less management is required, sufficient only to ensure succession in the desired direction.  It  may  be  appropriate  to  introduce  further  species  at  a  later  time  in  order  to  encourage  the  required  succession.  The  concept  is  more  applicable  to  the  situation  where  a  practitioner  wishes  to  establish  natural vegetation over a long period of time.  Secondly, the role and success of an individual species within a community will depend on its strategy for  establishment and growth, based on basic strategies for dealing with varying intensities of environmental  stress  (brought  about  by  the  availability  of  light,  water,  nutrients,  temperature,  etc.)  and  disturbance  (arising from the activities of humans, herbivores, pathogens, damage, erosion, and fire). This concept is  more applicable to a situation where a practitioner wishes to establish selected plant species with the aim  of extensive interferences such as cropping and plantation.  In  addition,  the  introduction  of  plant  species  that  are  not  commonly  found  in  the  site  location  or  the  introduction of non‐native species may interfere with the site as well as its surrounding vegetation. For  instance, a plant may have excellent characteristics in terms of bioengineering properties, yet may be an  invasive plant for a particular region or country. The socio‐ecological limitations may hinder the selection  of such plant species.  4.6.5 Economic value  Areas that have already been disturbed by landslides or have been identified as risk areas are not always  non‐productive lands. One might need to continue the land for production, particularly for agriculture, if  the  land  supports  livelihoods  through  agricultural  production.  Therefore,  the  selection  criteria  should  have  an  economic  criterion  that  can  recognize  the  value  of  the  plant  to  be  established.  Plants  and  vegetation generate direct and indirect economic benefits. The harvest of fruits, fodder, timber, or many  other  vegetative  produce  directly  earn  an  income.  The  soil  stability  improvement,  erosion  control,  aesthetics, and environmental benefits are key indirect considerations.        Asian Disaster Preparedness Center   22  4.7 Simplified scale for plant species characterization   In order to compare species, the specific characteristics of each plant were scored. The scores ranged  from 0 to 5, as illustrated in Table 4‐3. The transition from one score to another was fixed when there was  an uncertainty due to lack of information/data. A higher score for a given characteristic (e.g. hydrological  significance) indicates that the considered plant has preferable features with respect to characteristics.  The procedure of scoring is discussed in Table 5‐1.     Table 4‐3   Scaling the desired plant characteristics Score  Plant type and structural  Hydrological  Root strength  Ecological  Economic value  characteristics  significance  characteristics  significance      0  Herbs  Insignificant  Shallow, low strength  Invasive   Unimportant   1  Creepers   Low  Shallow, medium strength  Introduced, non‐ Indirect only  invasive  2  Shrubs  Moderate  Moderate depth, medium  Introduced, non‐ Indirect and low  strength  pioneer, agricultural  direct benefits  3  Small trees  High  Moderate depth, high  Native, pioneer,  High indirect and   strength  agricultural   direct benefits  4  Large trees  Very high  Deep, high strength  Native/endemic,  Very high indirect  pioneer, agricultural   and  direct  benefits      Asian Disaster Preparedness Center   23  5 The plant manual  5.1 General description  This  section  is  organized  into  three  parts.  First,  a  general  description  of  native,  introduced,  and  commercially grown (economical) vegetation types in landslide‐prone climatic/agro‐ecological zones of  Sri  Lanka  is  presented.  A  summary  of  plant  species  that  have  been  fully  or  partly  studied  for  their  bioengineering characteristics are presented in Annex 1. The plants’ characteristics are described with  brief details of vegetation type, growing climate and ecological zones, soil types, establishment methods  on  ground,  key  soil  bioengineering  properties,  and  method  of  propagation.  Where  the  details  are  available, the general morphological features, such as plant family, growth type, branching pattern, and  economically valuable parts, are described. The list includes 120 selected species.  The  second  part  presents  an  index  of  selected  plants  that  are  recommended  for  bioengineering  applications. This section gives an overview of the criteria‐based assessment scheme.   The third section gives comprehensive details of indexed plants, thus allowing practitioners to identify  specific features and characteristics related to bioengineering.   The plants shown in Table 6‐1 were assessed by allowing a score based on the scale shown in Table 5‐1.  The cumulative score is the mean average score of five root traits, thus a higher cumulative score indicates  that a particular plant has more desirable characteristics for bioengineering solutions.  The  detail  field  guide  mentioned  in  Table  6‐1  can  be  used  to  identify,  characterize,  and  manage  plant  species and is presented in Annex 2.        Asian Disaster Preparedness Center   24  Table 5‐1   An index of selected plants that are recommended for bioengineering applications. # Type Scientific name Common Plant type and Score Hydrological significance Score Root strength characteristics Score Ecological significance Score Economic value Score Cumulative name structural (evapotranspiration rate) score characteristics 1 Grass Cymbopogon Lemongrass Medium-sized perennial 2 Low to moderate 2 Dense fibrous roots penetrate to moderate 3 Introduced grass for erosion control and soil 3 Vegetable, spice, and essential oil 3 2.6 citratus grass depth improvement 2 Grass Chrysopogon Vetiver grass Medium-sized perennial 2 Moderate 3 Dense fibrous roots penetrate to large depth 4 Native grass for erosion control and soil 4 Spice and essential oil 2 3.0 zizanioides grass improvement 3 Grass Chrysopogon Citronella Medium-sized perennial 2 Low to moderate 2 Dense fibrous roots penetrate to moderate 3 Native grass for erosion control and soil 4 Spice and essential oil 3 2.8 nardus grass depth improvement 4 Grass Bambusa vulgaris Common Densely tufted culms 4 Medium to high 3 Dense fibrous roots penetrate to moderate 3 Native, naturally occurs in river banks 4 Multipurpose (fodder, firewood, 4 3.6 bamboo depth shade, fencing) 5 Grass Imperata cylindrica Cogongrass Medium-sized grass 2 Low to moderate 2 Dense underground rhizomes and deep 4 Native weed grass, invasive 0 Low economical value 1 1.8 fibrous roots 6 Grass Arundo donax Wild cane Tall, clumping grass 4 High 4 Dense fibrous roots penetrate to moderate 4 Introduced fodder and use for soil 3 Stems used as poles, used in 3 3.6 depth conservation handicrafts 7 Shrub Hibiscus tiliaceus Belipatta Medium to large shrub 3 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Native tree, not a pioneer species 2 Low-value timber 1 2.8 8 Shrub Murraya paniculata Etteria Small to medium shrub 3 Low to moderate 2 Taproot system up to 1 m; H-type roots 3 Native tree, not a pioneer species 3 Low-value timber 2 2.6 9 Shrub Jatropha curcas Physic nut Small to medium shrub 4 High 4 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Native and agricultural crop 3 Seeds used for bio-oil 3 3.6 10 Shrub Vitex negundo Chaste tree Small to medium shrub 4 Low to moderate 3 Taproot system up to 2 m; H-type roots 4 Native forest tree species 4 Medicinal use and fodder 3 3.6 11 Shrub Melastoma Biwitiya Small shrub 4 Low to moderate 3 Taproot system up to 2 m; M-type roots 4 Native forest shrub species 4 Medicinal use and ornamental 3 3.6 malabathricum 12 Shrub Coffea arabica Arabian Medium-sized shrub 3 Moderate 3 Taproot system up to 1 m; H-type roots 3 Introduced and neutralized as an agricultural 3 Food crop 4 3.2 coffee crop 13 Tree Acacia catechu Katu andara Small to medium tree 4 Low to moderate 2 Taproot system up to 4 m; VH-type roots 4 Native forest tree 3 Low-value timber or fuelwood 2 3.0 14 Tree Michelia champaca Ginisapu Large tree 4 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Introduced as a timber and shade tree, 3 High-value timber 4 3.8 neutralized 15 Tree Bauhinia racemosa Maila Medium to large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 4 m; VH-type roots 4 Native pioneer tree species 4 Low-value timber or fuelwood 2 3.4 16 Tree Bauhinia purpurea Bauhinia Medium to large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 2 m; H-type roots 4 Native pioneer tree species 4 Ornamental tree or fuelwood 2 3.4 17 Tree Azadirachta indica Kohomba Large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 4 m; VH-type roots 4 Native pioneer tree species 4 High-value timber, pesticide, oil 3 3.6 18 Tree Leucaena Ipil Ipil Medium to large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 4 m; VH-type roots 4 Introduced multipurpose tree, invasive but 3 Multipurpose (fodder, firewood, 4 3.6 leucocephala neutralized shade, fencing) 19 Tree Peltophorum Wal ehela Medium to large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Introduced multipurpose tree, but neutralized 4 Ornamental tree or fuelwood 2 3.4 pterocarpum 20 Tree Pterocarpus indicus Wal ehela Large tree 4 Medium to high 3 Taproot system up to 4 m; VH-type roots 4 Native forest tree 3 High-value timber 3 3.4 21 Tree Wendlandia Rawan Idala Small tree 3 Low to moderate 3 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Native forest species in secondary forest, 4 Forest species 2 3.2 bicuspidate pioneer 22 Tree Eurya accuminata Small tree 3 Low to moderate 3 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Native forest species in secondary forest, 4 Forest species, fuelwood 3 3.4 pioneer 23 Tree Macaranga peltata Kenda Medium to large tree 4 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Native forest species in secondary forest, 4 Low-value timber or fuelwood 3 3.8 pioneer 24 Tree Trema orientalis Gadumba Medium to large tree 4 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Native forest species in secondary forest, 4 Low-value timber or fuelwood 3 3.8 pioneer 25 Tree Glochidion moonii Medium to large tree 4 High 4 Taproot system up to 2 m; M-type roots 4 Native forest species in secondary forest, 4 Forest species 2 3.6 pioneer 26 Tree Myristica fragrans Nutmeg Medium-sized tree 3 Moderate 3 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Introduced and neutralized as an agricultural 4 Food and spice crop 4 3.6 crop 27 Tree Eugenia Clove Medium-sized tree 3 Moderate 3 Taproot system up to 2 m; R-type roots 4 Introduced and neutralized as an agricultural 4 Food and spice crop 4 3.6 caryophyllus crop 28 Tree Theobroma cacao Cacoa Medium-sized tree 3 High 4 Taproot system up to 1 m; VH-type roots 4 Introduced and neutralized as an agricultural 4 Food crop 4 3.8 crop 29 Tree Gliricidia sepium Gliricidia Medium-sized tree 3 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Introduced and neutralized as an agricultural 3 Multipurpose (fodder, firewood, 4 3.6 crop shade, fencing) 30 Tree Areca catechu Areca Large, tall monocot tree 1 Low to moderate 2 Dense fibrous roots penetrate to moderate 3 Native tree use as fence and for river bank 2 Spice and export crop 3 2.2 depth protection   Asian Disaster Preparedness Center   25  # Type Scientific name Common Plant type and Score Hydrological significance Score Root strength characteristics Score Ecological significance Score Economic value Score Cumulative name structural (evapotranspiration rate) score characteristics 31 Tree Cinnamomum Cinnamomum Medium-sized tree 3 Moderate 3 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Native, indigenous, and agricultural crop 4 Spice and export crop 4 verum 3.6 32 Tree Dillenia indica Hondapara Medium to large tree 3 High 4 Taproot system up to 2 m; VH-type roots 4 Native tree, not a pioneer species 2 Low value timber 1 2.8 33 Tree Dillenia retusa Godapara Medium to large tree 3 High 4 Taproot system up to 1 m; H-type roots 3 Native tree, not a pioneer species 2 Low value timber 1 2.6   Asian Disaster Preparedness Center   26  6 Research and development for bio‐engineering solutions   6.1 Preliminary results of root tensile strength testing  Table 6‐1 shows the test data recorded during the preliminary root tensile strength test. The root tensile  tests were conducted to find out the degree of reinforcement force and the additional root cohesion that  a particular plant species can offer positively towards slope stability. The test results were used to evaluate  quantitatively the root strength characteristics which are explained in Section 4.6.3.      Table 6‐1   Preliminary results of root tensile strength testing Plant   Test  Mean diameter (mm) Distance to break point  Load (kg)  Tensile  genus  Top  Middle Bottom from top edge (mm)  Strength  (Mpa)  Calliandra  Test_01  8.70  8.60 8.80 5 60  10.09 Artocarpus  Test_01  12.00  12.85 12.00 slipped 40  3.38    Test_02  12.55  13.10 12.95 slipped 50  3.85    Test_03  12.90  12.65 12.50 slipped 80  6.33 Eucalyptus  Test_01  8.40  8.40 8.30 3 240  43.65    Test_02  7.85  8.25 7.95 3.5 180  35.66    Test_03  6.60  5.70 5.60 4 30  10.73 Cinchona  Test_01  9.00  8.60 8.55 slipped 80  13.41    Test_02  9.90  10.20 10.25 slipped 60  7.46    Test_03  9.30  9.80 10.00 slipped 60  8.12 Bauhinia  Test_01  13.95  13.20 12.45 slipped 60  4.38    Test_02  6.76  6.00 7.60 11 40  11.06    Test_03  5.00  5.65 4.70 12.5 20  9.73    Test_04  9.65  10.45 10.05 slipped 220  27.73 Tea   Test_01  13.25  13.15 13.90 slipped 30  2.12 (Camellia sinensis)     Test_02  9.75  9.95 10.50 11 20  2.51    Test_03  9.55  8.75 8.00 13 20  3.31 Azadirachta  Test_01  4.78  5.18 6.10 13.5 40  17.79 Clidermia  Test_01  6.50  5.03 3.90 11.5 20  9.63 Osbeckia  Test_01  6.10  4.65 4.50 12 20  9.85 Lantana  Test_01  11.00  5.05 4.35 12 20  5.51   The tensile strength/root diameter relationships of the eleven test genera are shown in  Figure 6‐1. As  reported in several studies (e.g. Operstein & Frydman, 2000; Norris, 2005; Mattia et al., 2005; Bischetti et  al.,  2005),  root  tensile  strength  generally  decreases  with  increasing  root  diameter  (D).  However,  the  number of tests conducted is not adequate to draw the well‐established power law equation.     Asian Disaster Preparedness Center   27    Figure 6‐1   The tensile strength/root diameter relationship for eleven test genera  6.2 Limitations of bioengineering solutions  The root and morphological traits of the 11 genera were examined with regard to their desirability for  fixing soil on slopes. Each species possessed one or several traits which were desirable for improving slope  stability, but no one species possessed a suite of traits that were ideal for fixing soil. Moreover, some of  the species that showed many desirable traits were ecologically unsuitable due to their invasive growth  characteristics. The information presented in the plant manual is only a guide to select appropriate plant  species  (or  genera)  in  the  absence  of  sufficient  scientific  evidence  for  plant  selection.  This  guidance  indicates  that  practitioners  can  always  test  a  known  or  unknown  plant  for  suitability  and  develop  a  framework to establish it, as appropriate.  Soil bioengineering is not appropriate for all sites and situations. Problems with using vegetation include  failure to survive and grow, vulnerability to drought, soil nutrients and sunlight deficiencies may affect  establishment and growth, newly established plants may be uprooted by overland flow or damaged by  pests, diseases, or wildlife. Special management measures may therefore be required to ensure long‐term  project success.  6.3 Recommendation and perspectives  Practitioners  should  consider  long‐term  slope  stabilization  and  landslide  risk  reduction  strategies  and  project‐specific parameters for plant selection. In addition to plant traits, important selection parameters  include  soil  conditions,  topography,  climate,  vegetation  in  the  surrounding  environment,  land  use,  economics, social environment, and effectiveness. A detailed trait guidance for all proposed plant species    Asian Disaster Preparedness Center   28  is not available; however, the indexes presented in  Table 4‐3 and  Table 5‐1 can be used to identify the  strengths and weaknesses of proposed plant species. This guide presents a strategy and information to  assist professional judgment in selecting effective plant species for slope stabilization and landslide risk  reduction.  It is also important that one understands the concept behind the bioengineering treatment, and how it is  installed, to ensure that it is placed in the appropriate location.  Studies into bioengineering properties of native and common plants of Sri Lanka are rare and there is an  urgent need for laboratory, field, and simulation studies. This report and the recommendations of the  plant manual will help to improve and expand the content of the current literature.      Asian Disaster Preparedness Center   29  7 References  Balasuriya, A. D. H., Jayasingha P. & Christoper W. A. P. P. (2018) Application of Bioengineering to slope stabilization in Sri Lanka  with special reference to Badulla District, The Professional Geologist, D. M. D. S. vol. 55, no.2, pp 47‐51.   Bandara  R.  M.  S  &  Jayasingha  P.  (2018)  Landslide  Disaster  Risk  Reduction  Strategies  and  Present  Achievements  in  Sri  Lanka.  Geosciences Research, Vol. 3, No. 3. https://dx.doi.org/10.22606/gr.2018.33001  Bandara, R. M. S. & Weerasinghe, K. M. (2013) Overview of Landslide Risk Reduction Studies. Landslide Science and Practice in Sri  Lanka, 5, 345‐352. https://doi.org/10.1007/978‐3‐642‐31325‐7_45.   Bandara, R. M. S. (2010) Overview and Advancement in Landslide Risk. SAARC Workshop on Landslide Risk Management in South  Asia, 117‐126.  Bischetti G. B., Chiaradia E. A., Simonato T., Speziali B., Vitali B., Vullo P. & Zocco A. (2005) Root strength and root area ratio of  forest species in Lombardy (Northern Italy). Plant Soil, 278:11‐22.   Collison, A. & Pollen, N. (2005) The effects of riparian buffer strips on stream bank stability: root reinforcement, soil strength and  growth rates. Journal of American Society of Agronomy, Vol 48 pp. 15–56.  Cooray  B.  P.  G.  (1994)  The  Precambrian  of  Sri  Lanka:  A  Historical  Review.  Precambrian  Research,  66,  3‐18.  https://doi.org/10.1016/0301‐9268(94)90041‐8.  Danjon  F.,  Barker  D.  H.,  &  Drexhage,  M.  (2008).    Using  three‐dimensional  plant  root  architecture  in  models  of  shallow‐slope  stability, Annal of Botany, Vol. 101, pp. 1281–93.   De Baets S, Poesen J, Reubens B, Wemans K, De Baerdemaeker J, Muys B (2008) Root tensile strength and root distribution of  typical  Mediterranean  plant  species  and  their  contribution  to  soil  shear  strength.  Plant  Soil,  305:207–226.  doi:  10.1007/s11104‐008‐9553‐0.   De Baets S., Poesen J., Reubens B., Muys B., De Baerdemaeke, J. & Meersmans, J. (2009) Methodological framework to select  plant species for controlling rill and gully erosion: application to a Mediterranean ecosystem.  Earth Surface Processes and  Landforms, 34, 1374‐1392.  Deraniyagala P. E. P. (1972) The Citadel of Anuradhapura 1969 Excavations in the Gedige area. Ancient Ceylon, No. 2. 48  Dhital Y. P., Kayastha R. B. & Shi J. (2013) Soil bioengineering application and practices in Nepal.  Environmental Management,  Vol. 51: 354–364.  Dollhopf D. (2008) Using Reinforced Native Grass Sod for Biostrips, Bioswales, and Sediment Control, Final report, prepared for  the California Department of Transportation, Sacramento [Online].  Available:  http:// w w w2.dot.ca.gov/hq /Land Arch  /research /docs /Montana State_ Native Grass _ Sod _For Biostrips _Bio ‐ swales_Sediment_Control.pdf.  Ennos A. R. (1990) The anchorage of leek seedlings ‐ the effect of root length and soil strength. Ann Bot, 65:409‐416.   Evette A., Balique C., Lavaine C., Rey F. & Prunier P. (2012) Using ecological and biogeographical features to produce a typology  of the plant species used in bioengineering for riverbank protection in Europe. River Res Appl, 28:1830–1842.  Faiz  A.,  Shah,  B.  H.  &  Faiz,  A.  (2015)  Prevention  is  Better  than  Cure:  Bioengineering  Applications  for  Climate  Resilient  Slope  Stabilization of Transport Infrastructure Assets, First International Conference on Surface Transportation System Resilience  to Climate Change and Extreme Weather Events, Washington DC, September 16‐18.  Fan C. C. & Su, C. F. (2008)  Role of roots in the shear strength of root‐reinforced soils with high moisture content  Ecological  Engineering, Vol. 33, pp. 157–66.  Fan Y., Miguez‐Macho G., Weaver C. P., Walko R. & Robock A. (2007) Incorporating water table dynamics in climate modeling: 1.  Water table observations and equilibrium water table simulations. J Geophys Res, 112: D10125.    Asian Disaster Preparedness Center   30  Fay L., Michelle A. & Xianming S. (2012) Cost‐Effective and Sustainable Road Slope Stabilization and Erosion Control. National  Academies  of  Sciences,  Engineering,  and  Medicine.  Washington,  DC:  The  National  Academies  Press.  https://doi.org/10.17226/22776.  Ghestem M., Cao K., Ma W., Rowe N., Leclerc R., Gadenne C. & Stokes A. (2014a) A Framework for Identifying Plant Species to Be  Used as 'Ecological Engineers' for Fixing Soil on Unstable Slopes, Plos One 9. doi: 10.1371/journal.pone.0095876.  Ghestem M., Veylon G., Bernard A., Vanel Q. & Stokes A. (2014b) Influence of plant root system morphology and architectural  traits on soil shear resistance. Plant Soil, 377:43–61.  Gray D. H. & Barker D. (2004) Root‐soil mechanics and interactions. In: Bennett JJ, Simon A (eds) Riparian vegetation and fluvial  geomorphology. Water Science and Application 8. American Geophyisical Union, New York, pp 113‐123  Gray D. H. and Sotir R. B. (1996) Biotechnical and Soil Bioengineering Slope Stabilization: A Practical Guide for Erosion Control,  John Wiley & Sons, New York, N.Y.  Gray D. H., & Leiser A. T. (1982) Biotechnical Slope Protection and Erosion Control. Van Nostrand Reinhold Company. New York.  Greenway D. R. (1987) Vegetation and slope stability, Geotechnical engineering and geomorphology, pp 187–230.   Greenwood  J.  R.,  Norris  J.  E.,  &  Wint  J.  (2004)  Assessing  the  Contribution  of  vegetation  to  slope  Stability,  Proceeding  of  the  Institution of Civil Engineers, Geotechnical Engineering, Vol. 157, Issue GE4. pp. 199‐207.  Jiang Y. (2004) “Applications of Bioengineering for Highway Development in Southwestern China, International Ero‐ sion Control  Association,”  Ground  and  Water  Bioengineering  for  the  Asia‐Pacific  Region,  D.H.  Baker,  A.J.  Watson,  S.  Sombatpanit,  B.  Northcutt, and A.R. Maglinao, Eds., Science Publishers, Inc., Enfield, N.H.  Jones T. A. (2013) Ecologically appropriate plant materials for restoration applications. Bioscience, 63:211–219.   Lewis  L.,  Hagen  S.,  &  Salisbury  S.  L.,  (2001)  Soil  bioengineering  for  upland  slope  stabilization,  Soil  Bioengineering  for  Slopes,  Research Report Research Project WA‐RD 491.1, Washington State Department of Transportation.  Li M‐H & Eddleman K. E. (2002) Biotechnical engineering as an alternative to traditional engineering methods: A biotechnical  streambank stabilization design approach, Landscape and Urban Planning, Vol. 60, pp. 225–42.   Mattia C., Bischetti G. B., & Gentile F. (2005) Biotechnical characteristics of root systems of typical Mediterranean species. Plant  Soil, 278:23‐32.  Mattia C., Bischetti G. B., & Gentile F. (2005) Biotechnical characteristics of root systems of typical Mediterranean species. Plant  Soil, 278:23–32. doi: 10.1007/s11104‐005‐7930‐5.  Mickovski  S.  B.,  van  Beek  L.  P.  H.  (2006)  A  decision  support  system  for  evaluation  of  eco‐engineering  strategies  for  slope  protection. J Geotech Geol Eng, 24:483–498. doi: 10.1007/s10706‐005‐4161‐8.  Morgan, R. P. C. (2005) Soil Erosion and Conservation, Edinburgh: Addison‐Wesley Longman, London.   Mulyono A., Subardja A., Ekasari I., Lailati M., Sudirja R. & Ningrum W. (2018) IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science  118. doi :10.1088/1755‐1315/118/1/012038.  Norris J. E. (2005) Root reinforcement by hawthorn and oak roots on a highway cut‐slope in Southern England. Plant Soil, 278:43‐ 53.   Operstein V. & Frydman S. (2000) The influence of vegetation on soil strength. Ground Improv. 4;81‐89.  Perera  E.  N.  C.,  Jayawardana  D.  T.,  Jayasinghe  P.,  Bandara  R.  M.  S.  &  Alahakoon  N.  (2018)  Direct  impacts  of  landslides  on  socioeconomic  systems:  a  case  study  from  Aranayake,  Sri  Lanka.  Geoenvironmental  Disasters,  5:11,  https://doi.org/10.1186/s40677‐018‐0104‐6    Asian Disaster Preparedness Center   31  Rathnaweera, T. D., Palihawadana M. P., Rangana., H. L. L. & Nawagamuwa U. P. (2012) Effects of Climate Change on Landslide  Frequencies in Landslide Prone Districts in Sri Lanka; Overview. Civil Engineering Research Exchange Symposium, 112‐117.  Reubens B., Poesen J., Danjon F., Geudens G. & Muys B. (2007) The Role of Fine and Coarse Roots in Shallow Slope Stability and  Soil Erosion Control with a Focus on Root Sys‐ tem Architecture, Trees, Vol. 21, pp. 385–402.  Schiechtl H. M. & Stern R. (1996) Ground Bioengineering Techniques for Slope Protection and Erosion Control, David H. Baker,  U.K. Ed., translated by L. Jaklitsch, Wiley–Black‐ well, Oxford, U.K.  Schor  B.  &  Gray  D.  H.  (2007)  Land  forming:  An  Environmental  Approach  to  Hillside  Development,  Mine  Reclamation  and  Watershed Restoration, John Wiley & Sons, Hoboken, N.J.  Schor  H.  J.  &  Gray  D.  H.  (2007)  Land  forming.  An  environmental  approach  to  hillside  development,  mine  reclamation  and  watershed restoration. John Wiley and Sons: Hoboken.  Seneviratne,  H.  N.,  Ratnaweera,  H.  G.  P.  A.  &  Bandara  R.  M.  S.  (2005)  Geotechnical  Aspects  of  Natural  Hazards:  Sri  Lankan  Experience.  Proc.,  First  Intl.  Conf.  on  Geotechnical  Engineering  for  Disaster  Mitigation  and  Rehabilitation,  (pp.  185‐199),  Singapore.  Silva T. M. & Sakalasooriya, N. (2018) Impact of Land Cover Changes on Steep Slopes in Central Highlands for Accelerating the  Landslides  in  Sri  Lanka:  An  Experience  from  Aranayaka  Landslide.  4th  International  Conference  on  Social  Sciences  2018,  Research Centre for Social Sciences, Faculty of Social Sciences, University of Kelaniya, Sri Lanka. p39.   Singh  A.  K.  (2010)  Bioengineering  techniques  of  slope  stabilization  and  landslide  mitigation,  Disaster  Prevention  and  Management: An International Journal, Vol. 19 Issue: 3, 384‐397, https://doi.org/10.1108/09653561011052547.   Stokes  A.,  Atger  C.,  Bengough  A.  G.,  Fourcaud  T.  &  Sidle  R.  C.  (2009)  Desirable  plant  root  traits  for  protecting  natural  and  engineered slopes against landslides. Plant Soil, 324:1–30.  Styczen M. E. & Morgan R. P. C. (1995) Engineering properties of vegetation. In: Morgan RPC, Rickson RJ (eds) Slope stabilisation  and erosion control: a bioengineering approach. E&FN Spon, London.   USDA (1992). Natural Resources Conservation Service, National Engineering Handbook, Part 650, Engineering Field Handbook,  Chapter 18, “Soil Bioengineering for Upland Slope Protection and Erosion Reduction,” USDA, Washington, D.C.  Wickramagamage P. (1998) Large‐scale deforestation for plantation agriculture in the hill country of Sri Lanka and its impact,  Hydrol. Processes, 12, 2015–2028.  Yen C. P. (1972) Study on the root system form and distribution habit of the ligneous plants for soil conservation in Taiwan. J. Chi  Soil Water Conservation. 3: 179‐ 204.   Ziemer R. R. (1981) The role of vegetation in the stability of forested slopes Proc. Int. XVII IUFRO World Congress, pp. 297–308      Asian Disaster Preparedness Center   32  8 Annexures  Attached as separate volumes    Asian Disaster Preparedness Center   33