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根系性狀和功能——從植物個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)

 深海之星ccpsl0 2022-12-29 發(fā)布于河南

譯者簡(jiǎn)介:姜馥荔,云南大學(xué)在讀碩士研究生,主要研究喀斯特草地系統(tǒng)植物經(jīng)濟(jì)譜及其關(guān)鍵影響因子。

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,。夢(mèng),。



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背景
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細(xì)根是根系最遠(yuǎn)端的部分,負(fù)責(zé)植物吸收水分和養(yǎng)分,不僅土壤有機(jī)質(zhì)積累的主要植物來(lái)源,而且是礦物風(fēng)化和土壤微生物動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。盡管細(xì)根性狀對(duì)植物個(gè)體、植物群落功能和生物地球化學(xué)循環(huán)具有極其重要的意義,但葉和莖性狀相比,關(guān)于根系生態(tài)學(xué)的基本信息仍然比較缺乏。由于缺乏系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù),并且根系性狀與根系、植物和生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系較為復(fù)雜,因此關(guān)于根系性狀如何構(gòu)成這些生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的試驗(yàn)假說(shuō)尤其受到阻礙。

盡管如此,根系生態(tài)學(xué)領(lǐng)域在過(guò)去二十年中的發(fā)展一直是突飛猛進(jìn)的,特別是在地下性狀數(shù)據(jù)集、根系生態(tài)方法學(xué)手冊(cè)、描述根系性狀多樣性的新概念框架、其與地下植物和群落功能的聯(lián)系、物種分布等方面,并將性狀從單個(gè)根系擴(kuò)大到生態(tài)系統(tǒng)水平。本文闡釋了從植物個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)層面的根系性狀及其功能,涵蓋了不同的氣候區(qū)域、分類和空間尺度,以及多種根系性狀,揭示了地下生態(tài)學(xué)研究的方向和理論框架。

圖片圖1 種內(nèi)根系性狀變異對(duì)種間根系經(jīng)濟(jì)空間(RES)的影響

注:x軸為協(xié)作軸,表示從依賴自身根系的物種到依賴菌根共生來(lái)獲取土壤資源的物種;y軸為保守軸,表示植物資源保護(hù)性弱到強(qiáng)的物種。每個(gè)帶有黑色輪廓的點(diǎn)代表一個(gè)位于RES中的特定物種,顏色相同但沒(méi)有黑色輪廓的點(diǎn),是由于相應(yīng)的根性狀的種內(nèi)變異,在RES內(nèi)改變位置后的相同物種。

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LK-1600 養(yǎng)統(tǒng),細(xì)動(dòng)態(tài)測(cè)。,時(shí)會(huì)沿長(zhǎng),沿動(dòng)態(tài)發(fā)。LK-16001200dpi4800dpi,長(zhǎng)、、標(biāo)動(dòng)態(tài)細(xì)。

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LK-1600 養(yǎng)統(tǒng)
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主要內(nèi)容

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1.擴(kuò)展根系經(jīng)濟(jì)譜:描述群落中不同地下策略的新特征

(1)“協(xié)作軸”對(duì)于受高度風(fēng)化和磷限制的熱帶地區(qū)的植物可能比受氮限制的溫帶地區(qū)的植物更重要。

(2)在RES框架下納入涵蓋所有地下性狀類別的其他性狀非常重要。例如就草本植物的根系力學(xué)性狀來(lái)說(shuō),那些表現(xiàn)出“自力更生”策略的物種比那些更依賴菌根定殖的物種擁有更強(qiáng)大的機(jī)械結(jié)實(shí)的根系。

(3)菌根真菌性狀服務(wù)于真菌,但不一定是為植物的適應(yīng)性服務(wù),不僅菌根,土傳致病菌相互作用也會(huì)影響RES。

2.根系性狀變異的種內(nèi)模式:深入預(yù)測(cè)植物群落對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)

(1)在種間植物資源經(jīng)濟(jì)學(xué)框架的基礎(chǔ)上,在更不利的環(huán)境中,根系性狀沿著資源保守軸方向轉(zhuǎn)移,然而,越來(lái)越多的證據(jù)表明,這種預(yù)測(cè)在種內(nèi)水平并不成立。

(2)根系性狀不僅具有很強(qiáng)的可塑性,從而改變了物種在RES中的位置,而且物種變化的方向也取決于物種特性、環(huán)境約束和時(shí)間模式。

(3)地下資源吸收策略所涉及的各種性狀與RES和物種對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)有關(guān)。這些性狀包括但不限于根系資源獲取與吸收、生產(chǎn)力、機(jī)械性狀、分泌物曲線和根際酶容量、根生物量和垂直分布、菌根真菌性狀或與植物病原體的相互作用。

3.植物群落水平的根系性狀變異:將地下性狀多樣性與植被動(dòng)態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)功能聯(lián)系起來(lái)

(1)根系性狀的種間和種內(nèi)變異最終表征了群落水平的地下策略,植物可以表現(xiàn)出多種多樣的根系特征策略來(lái)執(zhí)行其地下功能。

(2)熱帶森林群落在每個(gè)海拔地區(qū)的根系性狀都表現(xiàn)出高度的群落內(nèi)差異,表明在熱帶森林中采取多種資源獲取策略的重要性。

(3)植物地下性狀多樣性可以解釋植被動(dòng)態(tài),例如根系的垂直分布取決于植物群落中哪個(gè)功能群首先到達(dá)特定區(qū)域。

4.將根相關(guān)的微生物群落納入根系性狀

鑒于根系相關(guān)微生物在根系和根際過(guò)程中發(fā)揮的重要功能作用,對(duì)生物多樣性研究特別重要。

(1)根際效應(yīng)(即根系活性介導(dǎo)的根系周圍土壤中的微生物變化)表明根際和根際土壤微生物組之間在群落組成和功能方面存在顯著差異,但也有研究發(fā)現(xiàn)僅有真菌群落在根際和土體間存在差異,而細(xì)菌群落無(wú)明顯變化。

(2)這種根際效應(yīng)有一部分與種間和種內(nèi)的變異有關(guān),這些根系形態(tài)性狀可以預(yù)測(cè)根系相關(guān)微生物群落的組成。

(3)植物個(gè)體發(fā)育、研究植物-微生物相互作用的空間尺度、植物根系病原體防御投資的必要性的研究可能為闡明土壤特性、根系性狀和微生物群落(和相關(guān)功能)間的直接相互作用改變植物群落多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能提供有價(jià)值的見(jiàn)解。

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結(jié)論與展望
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根系性狀和功能植物個(gè)體生態(tài)系統(tǒng),包括了多種植物地下性狀,這些性狀涉及植物的不同功能過(guò)程水分和養(yǎng)分吸收、植物對(duì)地下和地上病原體的防御、錨定、競(jìng)爭(zhēng)能力、地下共生體和生態(tài)系統(tǒng)功能土壤穩(wěn)定性、地下生產(chǎn)力、植被動(dòng)態(tài)),基于不同的和新穎的方法和系統(tǒng),擴(kuò)展了全球地下數(shù)據(jù)集。
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Root traits and functioning: from individual plants to ecosystems

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