根系對土壤水分、養分資源的吸收是陸地植物生長(cháng)、發(fā)育和進(jìn)化的基礎，主要發(fā)生在根系分枝末端2-3個(gè)根級上，即通常所說(shuō)的細根（直徑<2mm）的一部分。植物根系的吸收功能依賴(lài)于一系列與根系形態(tài)、結構、化學(xué)及生物等相關(guān)的功能屬性。因此，通過(guò)梳理根系功能屬性在不同物種和環(huán)境條件下的變化規律，我們將能夠“透視”根系如何響應和適應環(huán)境的變化，這對于理解植物進(jìn)化以及預測群落構建過(guò)程對全球環(huán)境變化的響應至關(guān)重要。
近幾年，根系功能屬性的多維性特征受到了越來(lái)越多的關(guān)注，并已成為植物地下功能屬性研究的前沿熱點(diǎn)。大量證據表明根系功能屬性在兩個(gè)核心維度發(fā)生共變，其中一個(gè)維度沿著(zhù)根經(jīng)濟譜描述了根系從保守型向獲取型策略的轉變，另一個(gè)維度以根直徑為主線(xiàn)，描述了根系從依賴(lài)菌根共生向自主覓食的養分獲取策略的轉變。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(shù)種中尚缺乏系統性研究和試驗論證。因此，關(guān)于ECM針葉樹(shù)種的根系功能屬性在多變的高寒環(huán)境下將會(huì )有何獨特的變異規律，以及背后的支配因素是什么？我們尚缺乏清晰的認識。
圖1 研究區針葉林代表性圖片
（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，采用統一的調查方法，采集了該區域76個(gè)樣點(diǎn)、29個(gè)針葉樹(shù)種的前兩級吸收根，建立了包含8個(gè)根系功能屬性及相關(guān)環(huán)境因子（包括氣候、土壤因子等）的數據庫。基于該數據庫分析發(fā)現，與ECM共生的針葉樹(shù)細根屬性的變化規律與AM樹(shù)種表現出類(lèi)似的格局：第一個(gè)維度由負相關(guān)的直徑和比根長(cháng)主導，反映了根壽命和資源覓食效率間的權衡；第二個(gè)維度由負相關(guān)的根氮濃度與組織密度主導，反映了保守型-獲取型資源策略間的權衡關(guān)系。但本研究一個(gè)有趣的發(fā)現是：與AM樹(shù)種相反，ECM針葉樹(shù)種中覓食效率低的粗吸收根（直徑大）對菌根真菌的依賴(lài)程度低于細吸收根（直徑小）。更為重要地是，本研究首次發(fā)現氣候（主要是降雨）和土壤養分有效性在驅動(dòng)根系屬性多維性特征中發(fā)揮不同作用。其中，降雨主導了細根直徑和比根長(cháng)沿第一維度的變異，而土壤養分有效性則主要對細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，本研究結果進(jìn)一步佐證了根屬性的多維性特征，并為資源環(huán)境異質(zhì)性組合驅動(dòng)根屬性多維性特征提供了確切的試驗證據。
圖2 氣候和土壤養分驅動(dòng)的細根功能屬性多維變異的概念模型
（RD：細根直徑，SRL：比根長(cháng)，MCR：菌根侵染率，RTD：組織密度）
上述研究結果為理解亞高山針葉林適應高山異質(zhì)性環(huán)境的地下生態(tài)策略提供了新的見(jiàn)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(zhù)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(diǎn)項目和國家自然科學(xué)基金等項目的聯(lián)合資助。