寇亮研究組在《Trends in Ecology & Evolution》發(fā)文提出“根經(jīng)濟(jì)空間”多元理論框架
闡明植物性狀間的共變關(guān)系，是理解物種資源獲取策略、多樣性維持機(jī)制及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。受地上“葉經(jīng)濟(jì)譜”理論的啟發(fā)，根系生態(tài)學(xué)家構(gòu)建了全球尺度的“根經(jīng)濟(jì)空間”（Root Economics Space, RES）理論框架（Bergmann et al. 2020, Science Advances），試圖通過(guò)“快–慢”權(quán)衡的保守梯度（Conservation gradient; 由根氮RN與根組織密度RTD定義）和“自給自足–外包協(xié)作”的合作梯度（Collaboration gradient; 由比根長(zhǎng)SRL與根直徑RD定義）來(lái)統(tǒng)一描述植物地下資源獲取策略（圖1）。由于涉及的核心性狀數(shù)量少，且易量化，RES很快成為根系生態(tài)學(xué)、植物功能生態(tài)學(xué)以及生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究的重要理論框架。但隨著全球研究不斷積累，越來(lái)越多實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)：RES在不同植物群落或生態(tài)系統(tǒng)中的表現(xiàn)并不一致，其主軸結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性狀組合常發(fā)生偏移甚至“瓦解”，表明現(xiàn)有RES框架尚不足以全面準(zhǔn)確概括植物地下資源獲取策略，其普適性也因此面臨挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一問(wèn)題，本研究從兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題入手：（1）傳統(tǒng)RES結(jié)構(gòu)在什么條件下會(huì)發(fā)生偏移或瓦解？（2）由RD-SRL性狀組合定義的合作梯度，是否能夠可靠表征地下功能權(quán)衡？在此基礎(chǔ)上，研究進(jìn)一步提出了RES多元理論框架，以促進(jìn)RES的應(yīng)用和發(fā)展。
研究首先關(guān)注的是，RES結(jié)構(gòu)何時(shí)會(huì)發(fā)生瓦解。本研究基于FRED 3.0數(shù)據(jù)庫(kù)中510個(gè)物種的吸收根數(shù)據(jù)（同時(shí)包含RES中4個(gè)核心性狀），采用Bootstrap方法，構(gòu)建了覆蓋廣泛直徑變異梯度的10萬(wàn)個(gè)子集（每個(gè)子集n?= 100）。基于加權(quán)邏輯回歸和PCA分析，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)RD的變異足夠大時(shí)，RES中由RD和SRL共同定義的“合作軸”才會(huì)穩(wěn)定出現(xiàn)；如果RD變異太小（CV < 28%），這一軸解耦的概率將會(huì)超過(guò)50%。因此，RES核心性狀的變異程度會(huì)影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，研究進(jìn)一步檢驗(yàn)了“RD-SRL性狀組合可表征菌根共生強(qiáng)度”這一核心假設(shè)。按照傳統(tǒng)解釋，如果RD-SRL關(guān)系確實(shí)表征根系吸收與菌根共生之間的功能權(quán)衡，那么這種關(guān)系應(yīng)主要出現(xiàn)在具有完整皮層、能夠與真菌充分互作的吸收根中，而不應(yīng)出現(xiàn)在皮層明顯退化的高級(jí)根中。本研究整合了同步涵蓋1-5級(jí)根、包含4個(gè)核心性狀的木本植物數(shù)據(jù)集（n?= 180）。通過(guò)構(gòu)建跨根級(jí)的RES發(fā)現(xiàn)，即使在木本植物較高等級(jí)的根中，RD與SRL間依然保持較強(qiáng)負(fù)相關(guān)。這意味著，廣泛觀察到的RD-SRL負(fù)關(guān)系，可能并不總是反映功能權(quán)衡，而在很大程度上反映的是根系圓柱體結(jié)構(gòu)本身的幾何約束。
上述研究表明，RD在表征根與真菌共生強(qiáng)度方面存在明顯局限。尤其在跨菌根類型應(yīng)用時(shí)，這一局限更加突出。當(dāng)前全球RES框架主要基于叢枝菌根（AM，83%數(shù)據(jù)）植物共生方式構(gòu)建，默認(rèn)“根越粗（皮層越厚）則共生越強(qiáng)”；但我們前期跨菌根類型研究發(fā)現(xiàn)，該模式對(duì)于胞間共生的外生菌根（ECM）植物并不適用，后者“根越細(xì)（分支越高）則共生越強(qiáng)”（Yan et al. 2022; New Phytologist），基于這種共生分異，本研究進(jìn)一步指出：同一性狀（RD）在不同菌根類型植物中具有完全相反的生物學(xué)意義，若繼續(xù)以單一AM框架主導(dǎo)跨菌根類型的RES研究，或?qū)⒄`判植物地下資源獲取策略，混淆根系直接吸收與菌根共生這兩種不同的資源獲取途徑。
此外，原始RES框架的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)還主要來(lái)自氮限制生態(tài)系統(tǒng)（占84%），因此由RTD和RN定義的保守梯度，可能難以準(zhǔn)確反映熱帶風(fēng)化土壤和地中海生境中常見(jiàn)的磷限制環(huán)境。研究指出，在不同養(yǎng)分限制生態(tài)系統(tǒng)中，決定“快-慢”保守梯度的關(guān)鍵指標(biāo)也不應(yīng)一成不變。在氮限制生態(tài)系統(tǒng)中，RN仍可較好反映根系代謝強(qiáng)度；但在磷限制生態(tài)系統(tǒng)中，根磷含量（RP）往往更能反映根系代謝、碳分配和養(yǎng)分獲取過(guò)程。
基于此，本研究綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)菌根類型（AM、ECM、杜鵑花類菌根、雙菌根及非菌根）與養(yǎng)分限制類型（N vs. P），通過(guò)引入一系列更具功能意義的性狀指標(biāo)，構(gòu)建了涵蓋8種情境的RES多元理論框架，并為每種情境推薦了更具解釋力的根系性狀組合（圖2）。同時(shí)，研究還進(jìn)一步明確了未來(lái)RES研究更適合的空間尺度和組織水平。總體而言，這項(xiàng)工作推動(dòng)“根經(jīng)濟(jì)空間”從以經(jīng)驗(yàn)描述為主的傳統(tǒng)理論框架，邁向更加注重功能機(jī)制與生態(tài)情境的預(yù)測(cè)性理論框架，為全面理解植物地下資源獲取策略、深化物種共存機(jī)制以及預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)提供了新的理論視角。
研究成果近期在線發(fā)表于Cell Press旗下期刊《Trends in Ecology & Evolution》。第一作者兼通訊作者為中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所寇亮研究員，合作者包括法國(guó)國(guó)家科研中心Grégoire T. Freschet、澳大利亞西澳大學(xué)Hans Lambers，以及中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所李勝功、王輝民研究員等。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金及法國(guó)卓越實(shí)驗(yàn)室基金等資助和支持。
這項(xiàng)工作是繼2025年“根系迭代效應(yīng)”研究范式和2024年根系“獲取-防御-分解”反饋循環(huán)理論框架之后，寇亮團(tuán)隊(duì)發(fā)表的又一理論成果。
論文信息：
Liang Kou*, Wanyu Zuo, Grégoire T. Freschet, Jiajia Zheng, Ning Ma, Hans Lambers, Shenggong Li, Huimin Wang.2026. Toward refining and contextualizing the root economics space. Trends in Ecology & Evolution. doi:10.1016/j.tree.2026.02.003.
論文鏈接：
https://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(26)00029-7
圖1 根經(jīng)濟(jì)空間理論框架及常見(jiàn)根系性狀在其中的相對(duì)位置示意圖
圖2基于菌根類型與養(yǎng)分限制類型的根經(jīng)濟(jì)空間多元理論框架體系
附件下載：
在線留言
聯(lián)系我們
所長(zhǎng)信箱