根系對土壤水分、養(yǎng)分資源的吸收是陸地植物生長、發(fā)育和進化的基礎(chǔ)，主要發(fā)生在根系分枝末端2-3個根級上，即通常所說的細(xì)根（直徑<2mm）的一部分。植物根系的吸收功能依賴于一系列與根系形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)及生物等相關(guān)的功能屬性。因此，通過梳理根系功能屬性在不同物種和環(huán)境條件下的變化規(guī)律，我們將能夠“透視”根系如何響應(yīng)和適應(yīng)環(huán)境的變化，這對于理解植物進化以及預(yù)測群落構(gòu)建過程對全球環(huán)境變化的響應(yīng)至關(guān)重要。
近幾年，根系功能屬性的多維性特征受到了越來越多的關(guān)注，并已成為植物地下功能屬性研究的前沿?zé)狳c。大量證據(jù)表明根系功能屬性在兩個核心維度發(fā)生共變，其中一個維度沿著根經(jīng)濟譜描述了根系從保守型向獲取型策略的轉(zhuǎn)變，另一個維度以根直徑為主線，描述了根系從依賴菌根共生向自主覓食的養(yǎng)分獲取策略的轉(zhuǎn)變。但迄今為止，相關(guān)研究大多基于叢枝菌根（AM）物種(尤其是木本植物)，而在外生菌根（ECM）占絕對優(yōu)勢的高寒針葉樹種中尚缺乏系統(tǒng)性研究和試驗論證。因此，關(guān)于ECM針葉樹種的根系功能屬性在多變的高寒環(huán)境下將會有何獨特的變異規(guī)律，以及背后的支配因素是什么？我們尚缺乏清晰的認(rèn)識。
圖1 研究區(qū)針葉林代表性圖片
（A：松林，B：云杉林，C：冷杉林，D落葉松林）
中國科學(xué)院成都生物研究所尹華軍研究團隊以青藏高原ECM高度共生的亞高山針葉林為研究對象，采用統(tǒng)一的調(diào)查方法，采集了該區(qū)域76個樣點、29個針葉樹種的前兩級吸收根，建立了包含8個根系功能屬性及相關(guān)環(huán)境因子（包括氣候、土壤因子等）的數(shù)據(jù)庫。基于該數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，與ECM共生的針葉樹細(xì)根屬性的變化規(guī)律與AM樹種表現(xiàn)出類似的格局：第一個維度由負(fù)相關(guān)的直徑和比根長主導(dǎo)，反映了根壽命和資源覓食效率間的權(quán)衡；第二個維度由負(fù)相關(guān)的根氮濃度與組織密度主導(dǎo)，反映了保守型-獲取型資源策略間的權(quán)衡關(guān)系。但本研究一個有趣的發(fā)現(xiàn)是：與AM樹種相反，ECM針葉樹種中覓食效率低的粗吸收根（直徑大）對菌根真菌的依賴程度低于細(xì)吸收根（直徑小）。更為重要地是，本研究首次發(fā)現(xiàn)氣候（主要是降雨）和土壤養(yǎng)分有效性在驅(qū)動根系屬性多維性特征中發(fā)揮不同作用。其中，降雨主導(dǎo)了細(xì)根直徑和比根長沿第一維度的變異，而土壤養(yǎng)分有效性則主要對細(xì)根氮濃度和組織密度沿第二維度的變化施加影響（圖2）。總體上，本研究結(jié)果進一步佐證了根屬性的多維性特征，并為資源環(huán)境異質(zhì)性組合驅(qū)動根屬性多維性特征提供了確切的試驗證據(jù)。
圖2 氣候和土壤養(yǎng)分驅(qū)動的細(xì)根功能屬性多維變異的概念模型
（RD：細(xì)根直徑，SRL：比根長，MCR：菌根侵染率，RTD：組織密度）
上述研究結(jié)果為理解亞高山針葉林適應(yīng)高山異質(zhì)性環(huán)境的地下生態(tài)策略提供了新的見解，研究成果近期以“Climate and soil nutrients differentially drive multidimensional fine root traits in ectomycorrhizal-dominated alpine coniferous forests”為題發(fā)表在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊Journal of Ecology (2020)上。該論文第一作者為成都生物研究所丁俊祥博士和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)孔德良教授，通訊作者為尹華軍研究員。本研究得到了第二次青藏高原科學(xué)考察研究、中科院前沿科學(xué)重點項目和國家自然科學(xué)基金等項目的聯(lián)合資助。