寇亮研究組在《Trends in Ecology & Evolution》發(fā)文提出“根經(jīng)濟空間”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、多樣性維持機制及生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。受地上“葉經(jīng)濟譜”理論的啟發(fā)，根系生態(tài)學家構(gòu)建了全球尺度的“根經(jīng)濟空間”（Root Economics Space, RES）理論框架（Bergmann et al. 2020, Science Advances），試圖通過“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SRL與根直徑RD定義）來統(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、植物功能生態(tài)學以及生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學研究的重要理論框架。但隨著全球研究不斷積累，越來越多實證研究發(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)。
針對這一問題，本研究從兩個關(guān)鍵科學問題入手：（1）傳統(tǒng)RES結(jié)構(gòu)在什么條件下會發(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，研究進一步提出了RES多元理論框架，以促進RES的應(yīng)用和發(fā)展。
研究首先關(guān)注的是，RES結(jié)構(gòu)何時會發(fā)生瓦解。本研究基于FRED 3.0數(shù)據(jù)庫中510個物種的吸收根數(shù)據(jù)（同時包含RES中4個核心性狀），采用Bootstrap方法，構(gòu)建了覆蓋廣泛直徑變異梯度的10萬個子集（每個子集n?= 100）。基于加權(quán)邏輯回歸和PCA分析，發(fā)現(xiàn)只有當RD的變異足夠大時，RES中由RD和SRL共同定義的“合作軸”才會穩(wěn)定出現(xiàn)；如果RD變異太小（CV < 28%），這一軸解耦的概率將會超過50%。因此，RES核心性狀的變異程度會影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
針對第二個問題，研究進一步檢驗了“RD-SRL性狀組合可表征菌根共生強度”這一核心假設(shè)。按照傳統(tǒng)解釋，如果RD-SRL關(guān)系確實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根中。本研究整合了同步涵蓋1-5級根、包含4個核心性狀的木本植物數(shù)據(jù)集（n?= 180）。通過構(gòu)建跨根級的RES發(fā)現(xiàn)，即使在木本植物較高等級的根中，RD與SRL間依然保持較強負相關(guān)。這意味著，廣泛觀察到的RD-SRL負關(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度方面存在明顯局限。尤其在跨菌根類型應(yīng)用時，這一局限更加突出。當前全球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“根越粗（皮層越厚）則共生越強”；但我們前期跨菌根類型研究發(fā)現(xiàn)，該模式對于胞間共生的外生菌根（ECM）植物并不適用，后者“根越細（分支越高）則共生越強”（Yan et al. 2022; New Phytologist），基于這種共生分異，本研究進一步指出：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意義，若繼續(xù)以單一AM框架主導跨菌根類型的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，可能難以準確反映熱帶風化土壤和地中海生境中常見的磷限制環(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)分獲取過程。
基于此，本研究綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)主導菌根類型（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），通過引入一系列更具功能意義的性狀指標，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，研究還進一步明確了未來RES研究更適合的空間尺度和組織水平。總體而言，這項工作推動“根經(jīng)濟空間”從以經(jīng)驗描述為主的傳統(tǒng)理論框架，邁向更加注重功能機制與生態(tài)情境的預測性理論框架，為全面理解植物地下資源獲取策略、深化物種共存機制以及預測生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(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科學院地理科學與資源研究所寇亮研究員，合作者包括法國國家科研中心Grégoire T. Freschet、澳大利亞西澳大學Hans Lambers，以及中國科學院地理科學與資源研究所李勝功、王輝民研究員等。該研究得到了國家自然科學基金及法國卓越實驗室基金等資助和支持。
這項工作是繼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，寇亮團隊發(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)濟空間理論框架及常見根系性狀在其中的相對位置示意圖
圖2基于菌根類型與養(yǎng)分限制類型的根經(jīng)濟空間多元理論框架體系
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