菌根共生与根系形态协同塑造寒区木本植物机械性能的生态机制

本研究针对植物根系机械性能（Fr、Tr、εr、Er、Wr）的调控机制，通过分析8种寒区木本植物的吸收根与运输根，揭示了菌根类型（AM/EM）和形态特征（RD、SRL、RTD、RB）对机械性能的差异化影响。研究发现AM菌根显著提升根系抗拉强度与韧性，运输根因更大直径和生物量表现出更优机械稳定性，为生态修复和植被固土提供了理论依据。

　　

在气候变化加剧的背景下，寒区生态系统面临土壤侵蚀和植被退化的双重威胁。植物根系作为"天然锚固系统"，其机械性能（如抗拉强度T_r、弹性模量E_r）直接关系到坡面稳定性和碳封存能力。然而，根系功能存在令人费解的"双重人格"现象：纤细的吸收根专精养分获取，粗壮的运输根则主攻力学支撑，这种分工如何受菌根真菌（AM/EM）调控？黑龙江建筑职业技术学院的周明新团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次揭示了菌根类型与根系形态的协同演化如何塑造寒区植物的"地下筋骨"。

研究团队选取东北寒温带森林8种优势木本植物（4种AM型如刺五加，4种EM型如白桦），通过电子万能试验机测定五阶机械参数（F_r、T_r、ε_r、E_r、W_r），结合WinRHIZO Pro根系扫描和主成分分析（PCA），构建了根系功能性状的"力学-形态"关联图谱。

根系直径与机械性状的相关性
直径每增加1mm，运输根的断裂载荷F_r提升2.3倍（R²=0.81），但抗拉强度T_r呈现"细根优势"现象——直径0.5mm的吸收根T_r达35MPa，是同级运输根的1.8倍。弹性模量E_r在EM根系中呈现显著负相关（P<0.01），揭示EM真菌可能通过降低木质化程度换取更高的养分交换效率。

菌根类型的力学分化
AM根系展现出"全能战士"特性：其运输根的韧性W_r比EM根系高62%，断裂应变ε_r达12.7%，相当于EM根的1.5倍。这种优势源于AM真菌诱导的皮层增厚——显微观察显示AM根皮层占比达38%，比EM根高9个百分点。

形态-力学关联的根型差异
PCA分析揭示吸收根的机械性能与比根长SRL（R²=0.73）和组织密度RTD（R²=0.68）强相关，而运输根则主要受直径RD支配（贡献率81%）。热图分析更发现AM运输根的生物量RB与W_r存在超线性增长关系（斜率=1.4），暗示菌丝网络可能通过三维缠结增强复合材料效应。

这项研究破解了寒区植物"刚柔并济"的生存密码：AM真菌通过促进木质素沉积构建"钢筋混凝土式"根系，而EM真菌则演化出"轻量化"策略以优化碳氮交换。该成果为生态修复提供了精准选种指南——在滑坡频发区应优先选用AM型树种（如刺五加），其运输根的"超级韧性"可使土壤抗剪强度提升17%；而在养分贫瘠区，EM树种（如白桦）的"经济型"根系更具优势。研究团队提出的"菌根-形态-力学"三维模型，为预测气候变化下的植被稳定性提供了新范式。