根系是植物获取土壤养分、水分的主要器官,通常生长于存在时空异质性的土壤中,所以能够快速发现(exploration)并利用(exploitation)资源丰富斑块的植物会获得竞争优势。在已经有根并且资源突然可用的土体中(不需要探寻,仅需要利用,exploitation strategy),关注根或菌根真菌菌丝的增殖速率、分泌物分泌速度和养分吸收动力学变化是有必要的。除了增殖速率之外,许多根系行为研究比较根系在土壤营养富集斑块上的优先生产情况和它们对营养富集斑块的主导程度(侧重利用),较少比较树木和灌木发现地下资源斑块的相对速率(侧重探寻)。哪种植物能够最快占据养分富集斑块?因灌木相比乔木有许多有利于快速探寻土壤养分的性状,所以灌木对土壤养分异质分布的响应应该是更灵敏的(美好的期待)。
最近,澳大利亚阳光海岸大学的Francis E. Putz等(Francis E. Putz et al., 2024)试图通过3种灌木(Cornus racemosa、Rhus glabra、Viburnum dentatum)和3种乔木(Acer rubrum、Betula populifolia、Fraxinus americana)的幼苗种植试验,检验灌木对养分异质分布更灵敏的、灌木能够更快到达养分富集斑块、灌木只需较少地下生物量就可占据养分富集斑块3个假设(exploration strategy)。为此,他们在长方形种植箱的一端通过添加缓释肥料制造了一个逐步增加的养分梯度,在另一端不添加肥料。当第一条根到达养分添加端的有机玻璃壁时,收割幼苗,记录收样时间,地上生物量和各养分梯度的地下生物量。结果发现,灌木和乔木间不存在一致的觅食精度(养分添加土体和不添加养分土体的生物量比例)差异和侧根生长速率差异;相比生长型,种间变异与物种所处生境更相关;Rhus glabra 和 Betula populifolia 的生长速率最大,适合贫瘠且异质土壤;根状茎的快速扩张也促进了Rhus glabra 的根系觅食。
尽管通过盆栽实验未能发现灌木和乔木物种地下探寻速率的一致差异,但比较不同生长型植物发现土壤养分富集斑块的速率可能会产生有趣的结果。迄今为止,关于根系觅食的大量文献主要研究草本植物根系觅食,特别是栽培谷物的根系觅食研究,将这些研究拓展到木本物种是有趣的。
最近,该项研究结果以“Belowground exploration by trees and shrubs”为题发表于Plant Ecology。
图1 根室结构模式图
图2 盆栽实验的幼苗生长特征