植物根系觅食行为的功能生态学研究进展

为获取更多资源和取得竞争优势,植物需对环境异质性作出响应。根系觅食行为是植物对土壤养分异质性的一种响应,由土壤养分斑块属性、植物自身属性以及共生丛枝菌根真菌等因素共同决定。从4个方面对根系觅食行为的功能生态学进行综述,重点阐述每一方面已有的重要假说和理论:(1)根系觅食行为与土壤养分异质性关系方面,系统解析了根系响应策略(针对养分斑块采取定向增殖还是随机游走策略)与根系形态和生理的可塑性响应(根系觅食范围(scale)、觅食精确性(precision)、觅食速度(rate)等);(2)丛枝菌根网络影响根系觅食行为的角度,探讨了丛枝菌根真菌网络(arbuscular mycorrhizal network,AMN)的生态功能及其在根系觅食行为中的角色;(3)植物竞争对根系觅食行为的影响;(4)植物“碳投资”和菌根“养分反馈”之间的关系。鉴于研究现状与进展,最后指出未来研究需重点关注根系觅食行为的种间差异与关键调控机制,以及AMN对根系觅食行为的影响,尤其是在根系竞争的情形下,同样需进一步厘清植物“碳投资”与菌根真菌“养分收益”之间的关系。

土壤养分空间异质性与根系觅食作用:从个体到群落

土壤中分布着许多大小不一的养分富集区域(也称之为养分斑块)。植物为了适应环境最大限度地获取资源,会对这些养分斑块做出形态及生理上的响应。当根系接触到这些富集养分的区域就会大量的增生,尤其是比根长较大的细根,并且根系对养分的生理吸收能力也强于养分富集区域以外的根系。养分斑块的属性(大小、强度、组成和位置等)和植物体本身的属性(敏感性和觅食能力等)共同决定了养分空间异质性对于植物体生长的影响。由于不同物种的根系对于养分斑块的可塑性和养分斑块属性的差异及植物根系接触到养分斑块的时间和规模的不同会加剧种间或种内的竞争强度;先接触到养分斑块的植物根系可能在其他植物的根系到达之前将养分斑块内部的养分大部分吸收或耗尽,从而引起根系间的不对称性竞争。养分空间异质性造成的群体内部竞争强度的增加甚至不对称性会引起群体内植株大小变异性的增加,从而进一步影响群体结构。同时养分空间异质性对根系竞争的影响也会改变群落内部物种的多样性及整个体系的生产力,这与群落内物种之间觅食精度及竞争力的差异有关;觅食能力较强的物种可能会高效整合并占据大量的小养分斑块从而提高自身生长,进而降低了小养分斑块对群落物种丰度的正效应。