植物根系抗拉特性的解剖学机制：基于中柱(Cortex)与皮层(Stele)协同作用的力学模型构建

来自中国黄土高原的研究团队针对植物根系力学特性预测不精准的问题，通过四种典型树种（刺槐、油松、荆条、丁香）的拉伸试验和扫描电镜(SEM)分析，揭示了中柱(Stele)的弹塑性和皮层(Cortex)的线弹性特征差异，建立了基于"等应变"原理的复合力学模型，预测精度提升30%-80%，为生态修复工程提供理论支撑。

　　

这项突破性研究首次系统解析了植物根系中柱(Stele)与皮层(Cortex)的力学贡献差异。扫描电镜(SEM)图像清晰显示，中柱表现出典型的弹塑性特征，而皮层则呈现线性弹性行为。随着根系直径增大，中柱直径和皮层厚度呈正相关，但抗拉强度却逆向递减。有趣的是，细根抗拉强度的离散性升高，这源于皮层抗拉强度的变异系数(CV)显著高于中柱。

研究团队创新性地运用复合材料力学原理，构建了"等应变"预测模型。该模型表现惊艳，完整根系的预测值全部落入实测值95%置信区间(PI)范围内。更令人振奋的是，通过优化数据集质量，模型预测精度可进一步提升30%-80%，这为精准预测根系固土能力提供了量化工具。

黄土高原的四种典型树种——刺槐(Robinia pseudoacacia)、油松(Pinus tabuliformis)、荆条(Vitex negundo)和丁香(Syzygium aromaticum)被选为研究对象。拉伸试验数据揭示，皮层在最大应力下的应变值和厚度均显著低于中柱，这种解剖结构的力学差异是影响根系整体抗拉特性的关键因素。

该成果不仅阐明了根系解剖结构与力学性能的内在关联，更为植被恢复工程提供了理论依据。通过精准预测根系力学行为，可优化生态修复中的物种配置方案，显著提升边坡稳定和灾害防治效果。这项研究开创了将复合材料力学理论应用于植物生物力学研究的新范式。