根系是植物获取土壤水分和养分的核心器官，对植物生长、群落结构与生态系统功能以及其对气候变化的响应具有重要影响。植物的资源获取能力受多种根系性状调控，包括形态、生理、解剖结构以及与微生物的共生关系等特征。当前广泛采用的根经济空间（Root economics space，RES）理论认为，根系性状主要沿两个相互独立的维度变化，即“保守”维度与“协作”维度。然而，RES框架所强调的性状主要属于根系的“质量（效率）”特征，并未涉及根系在养分获取过程中发挥重要作用的“数量”性状。
一般而言，植物的养分获取能力不仅与根系质量（效率）性状密切相关，如比根长、吸收效率和根氮浓度等，也与根系数量性状（Root quantity traits，如根生物量、根长密度等）密切相关。然而，目前关于根系“数量–质量”性状关系的研究仍然十分有限，其研究结论也存在一定分歧。同时，现有研究多集中在物种尺度，对群落尺度上“数量–质量”性状协变关系及其环境驱动机制缺乏系统认识。这一知识空缺限制了我们对植物群落地下资源获取策略的理解，而这一问题在尤其依赖根系资源获取的干旱和半干旱生态系统中显得尤为重要。
近日，中国科学院地理科学与资源研究所于贵瑞院士团队在 New Phytologist 发表题为“Root quantity traits: a leading dimension in root trait space”的研究论文，该研究系统论证了根系数量性状在根经济空间理论中的独立维度地位。对这一长期被忽视的根系“数量”维度的重新认识，将传统的二维根经济空间拓展为根系质量–数量（Root Quantity–Quality，RQQ）三维性状空间（图1）。这一基于“根系数量—觅食效率—吸收效率”的三维性状框架，为理解根系形态（form）与功能（function）之间的关系提供了新的研究范式。
研究团队在内蒙古高原（水分限制）和青藏高原（温度限制）沿着从东到西样带，选择了20个天然草地群落0-30 cm土层，进行标准化的根钻取样，获得了8个群落水平根系性状数据集，其中根数量性状包括：根生物量密度（Root mass density, RMD）、根长密度(Root length density, RLD)、根面积密度(Root area density, RAD)和根氮含量密度 (Root nitrogen content density, RND)；根质量性状包括：根直径(Root diameter, RD)、比根长(Specific root length, SRL)、根组织密度（Root tissue density, RTD）和根氮浓度（Root nitrogen concentration, RN）。
研究结果显示，群落水平的细根性状可归纳为三个相互独立的维度：其中根“数量”维度反映了植物为土壤探索而进行的碳投入，而另外的两个根“质量”维度分别表征养分获取过程中的觅食效率（由根组织密度与比根长之间的负相关关系所表征）和吸收效率（与根氮浓度相关）（图2）。在内蒙古高原和青藏高原的研究工作均证实了“RQQ三维性状空间”理论框架的真实性（图3）。这表明RQQ性状框架可能是一个普适性的根系性状地理变异规律。
研究人员进一步分析发现，细根“数量”维度与土壤硝态氮浓度显著相关。这表明根系的质量性状在内蒙古高原和青藏高原两个区域内受不同环境因子的调控，细根性状与环境之间的关系具有情境依赖性（图4）。
本研究首次确立了在认识根系形态（form）与功能（function）关系研究中根系“数量”性状的独立性，建立了基于“根系数量-质量（Root Quantity–Quality，RQQ）”协同作用机制的根系数量-觅食效率-吸收效率的“三维性状空间”理论框架。RQQ性状框架能为解析植物多样化资源获取策略提供一个新的研究范式，对于植被恢复，以及预测气候变化情景下群落和生态系统的响应和适应具有重要意义。
西北农林科技大学林学院王瑞丽副教授为该论文第一作者，河南农业大学孔德良教授、东北林业大学何念鹏教授及中国科学院地理科学与资源研究所于贵瑞院士为通讯作者，美国加利福尼亚大学 Lawren Sack 教授、澳大利亚西澳大学 Hans Lambers 院士、荷兰阿姆斯特丹自由大学 J. Hans C. Cornelissen 教授、西北农林科技大学李强教授和张硕新教授、西北农林科技大学林学院博士研究生韩美旭、王雪和硕士研究生孙天雨为论文的主要合作者。
原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71073
(转自New Phytologist-新植物学家公众号：https://mp.weixin.qq.com/s/ZlvfGWVN62FmQuJnIGWXNg)