【目的】探究植物根系对绿色屋顶基质物理特性与水分变化特征的影响。【方法】在北京市搭建不同配置绿色屋顶，以无植被作为对照组，设置3种不同种植密度的八宝景天绿色屋顶和毛马齿苋绿色屋顶。监测各绿色屋顶在自然降雨条件和人工降雨-刈割试验下的降雨-径流、蒸散发和基质含水量动态变化过程，测定植物根系特征、基质物理特性和水分特征参数，定量分析植物根系对绿色屋顶基质物理特性和水分变化特征的影响。【结果】（1）绿色屋顶基质的总孔隙度和毛管孔隙度均随根长密度增加而增加，基质饱和导水率与根长密度呈极显著正相关（P <0.01）。（2）随种植密度增加，绿色屋顶基质雨水滞留能力明显增加。（3）毛马齿苋的根系较粗，其绿色屋顶基质的最终雨水滞蓄量（24.4 mm）高于八宝景天绿色屋顶（19.9 mm）。（4）植物根长密度越大，基质的蒸发能力越强，毛马齿苋绿色屋顶基质的蒸发速率大于八宝景天。【结论】植物根系的根长密度和根径均会影响绿色屋顶基质的物理特性和水分变化特征，进而影响绿色屋顶基质的滞蓄和蒸发能力。研究为绿色屋顶植物和基质配置以及管理提供科学支撑。