十年树木，百年树人。树木的生长是一场漫长的旅程，而其“根本”—最细的根尖，却有着截然不同的生命节奏。
“吸收根是植物最细的根，其寿命是预测生态系统碳和养分循环的关键参数。”中国科学院地理科学与资源研究所研究员马泽清告诉《中国科学报》，吸收根是植物根系中前两级根，是根系最末端的分枝，主要承担着吸收水分和养分的功能。
然而，在复杂的土壤环境中，究竟哪些生物因素影响了吸收根的寿命？
经过十年追踪，马泽清团队发现，亚热带不同树种吸收根寿命存在显著差异，低至91天、高至545天，土壤病原微生物对吸收根寿命的影响超过植食性的线虫，且外源性生物因子与根寿命之间存在显著的非线性负相关关系。近日，相关研究成果发布于《生态学快报》。
对此，审稿人和编辑评价：“这是一项极具创新性与重要性的研究，不仅为吸收根寿命提供了多维的定量研究框架，增进了根系寿命控制因子的机制性理解，还填补了亚热带根系寿命多样性的研究空白，为根系功能和地下生物多样性形成奠定了基础。”
树木根寿命的多维生物金字塔限制框架（受访者供图）
寻“根”究底
“吸收根像是树木的‘吸管’，负责吸收水分和养分，其寿命长短直接影响了森林的碳循环和养分循环。”马泽清打了个比方，传统研究大多关注“吸管”本身的“材质”——直径大且氮含量低的吸收根通常寿命更长。
然而，在现实复杂的土壤环境中，各种各样的生物活动都直接影响着吸收根的生存。“不少人认为，根越粗，根的寿命就越长。”马泽清指出，但这只是“内因”，线虫的啃咬、病菌和细菌的侵扰，对吸收根的影响均未得到量化，他们开始好奇，“植物的吸收根到底是被‘吃死的’还是‘病死的’？”
因此，马泽清团队着手寻找起啃咬“吸管”的“真凶”。
他们率先瞄准亚热带生态系统中的不同树种，在江西樟树亚热带同质园中布设了128根微根管，经过近两年的监测，共获取了6万多张根系图像，来分析16个亚热带树种的吸收根寿命。
同时，该团队还系统采集了根形态、构型、化学功能性状、叶片功能性状、根际线虫密度及微生物群落等多维数据，全面评估了内源与外源生物因子对吸收根寿命的影响。
研究结果令研究团队感到惊讶。不同于传统观念中，食草线虫会严重破坏植物根系。他们发现，土壤中的植物病原微生物竟然才是“主要凶手”。
“病原真菌、病原细菌和食草线虫对植物吸收根的寿命影响高达36%，其中食草线虫仅占8%，病原微生物的贡献则高达28%。”
为什么会有如此显著的差异？他和团队决定更进一步，发现原来植食性的线虫主要以机械损伤和化学诱导间接影响根寿命，作用相对缓和，但病原真菌则通过分泌细胞壁降解酶类加速植物根系组织的腐烂。
更为关键的是，外源生物因子对吸收根寿命的影响并不是线性下降，而存在着一个临界值，超过该值后寿命下降趋势趋于平缓。
“在面对生物胁迫时，植物吸收根可能采取两种策略：‘保守长寿命’型与‘机会主义短寿命’型。”马泽清举了个例子，比如有的植物根系不怕被“吃”，“吃”得越快、生长得越快；有的则一出生就带着极强的防御功能，难以被“吃掉”；还有的更加灵活，只有外源生物因子靠近时，才有所反应，“这都反映出根系与土壤生物在长期协同进化中形成的动态平衡。”
十年追“凶”
“最初，观测根系寿命的想法受到中国科学院地理科学与资源研究所研究员郭大立的影响。”通过根系联网观测，来研究吸收根的寿命来探究大气碳转化为土壤碳的速率。
别看这些根小，但有着很大的影响力：当根系死亡，土壤微生物通过分解死亡根系中的有机物质，将碳以二氧化碳等形式释放回土壤，通过土壤碳循环影响全球碳平衡和气候变化。
然而，目前全球现有数据多集中在温带地区，缺乏跨生物群系的、标准统一的吸收根寿命数据。“且多关注食草线虫或某类微生物等单一因子，缺乏多因子分析系统。”研究团队将目光投向亚热带森林地区，这里生物多样性高、交互复杂，对量化不同因子的相对贡献提出了更高要求。
这是一片尚未被充分探索的领域，但他们仍决定迎难而上。
2014年，团队成员李亮和M. Luke McCormack开始在江西樟树亚热带同质园中布设了128根微根管，这是一种透明的玻璃管或塑料管，“埋”在土壤中实时监测根系的动态变化。每两周定期采集一次数据，经过两年观察，共采集了61221张根系图像。
“6万多张图像包含了16个树种，每张都需要人工提取根的出生、死亡日期，直径，根长等信息，工作量十分巨大。”回想起那段盯着屏幕区分不同根系的日子，论文第一作者、中国科学院地理科学与资源研究所助理研究员曾文静仍然感觉眼睛发涩，“由于不同树种的根形态相似，需通过仔细甄别，必要时还需挖掘根系进行复核确认。”有一次，学生们花了不少心血，却发现对6种根系的区分出现错误，一切又只能推倒重来。
微根管观测到的东京樱花(Prunus yedoensis)的吸收根（受访者供图）
这样的挫折，对马泽清团队而言不足为惧。2020年，他们开始进行样品采集与数据的初步分析。
“研究涉及微生物高通量测序、线虫鉴定和根性状提取，数据量大，分析非常复杂，需要多学科的背景。”马泽清只能向土壤动物学、地下食物网、统计学不同专业的专家寻求帮助。为防止林龄、系统发育和种植密度对根系的影响，他们引入随机变量来增强模型的稳健性，通过制定统一标准、多人协作和人工复核，最终完成了6万多张根图像的数据提取工作，又采用结构方程模型和混合效应模型等统计方法，整合多维度数据，揭示了各因子之间的复杂关系。
从2014年满怀期待地建立微根管观测系统，到2024年开始撰写论文，2025年最终发表，这场十年追“凶”的旅程终于结出硕果。
“我们构建了全球首个涵盖5大生物群系的吸收根寿命可比数据集，并首次量化了病原微生物对吸收根寿命的影响远超植食性线虫。”马泽清说。
探索仍在继续
探索，这是马泽清团队为这项历时十年研究总结的关键词。
“这项研究从问题提出、技术方法到结论发现，几乎每一步都在探索未知。我们探索了地下世界的复杂性，探索了多因子交互的非线性规律。”在此过程中，马泽清团队不断深化对数据的理解，提升分析的严谨性，“这是一个充满挑战但也极具成就感的探索过程。”
“‘病原微生物影响大于食草线虫’，这一结论也得到了审稿人的重视。”马泽清表示，该研究填补了亚热带森林吸收根寿命研究的空白，揭示了各种生物因素和根系动态之间存在复杂相互作用和微妙平衡。
尤其在气候变暖与氮沉降加剧的背景下，病原微生物的激活可能进一步加速吸收根周转，进一步影响亚热带森林的生态系统功能。
“因此，在预测全球碳循环和群落动态时，必须综合考虑根系功能性状与土壤生物因子的交互作用。”马泽清反复强调，这对预测全球气候变化下的碳循环、森林健康管理乃至生态系统稳定性都具有重要参考价值。
然而，在他眼中，这一研究还只是个开始。
“目前我们的研究主要是以野外所观测到的相关性关系为主，尚未通过实验来完全验证其因果关系。”马泽清表示，同时，全球气候变暖与氮沉降加剧也提出了更严峻的限时挑战，需要对其与生物因子的交互效应展开进一步研究。
“后续研究可以通过开展灭菌、接种病原菌或食草线虫等控制实验，结合稳定同位素标记追踪碳流向，进而拓展到更多热带森林、温带森林等生态系统。”马泽清说，他们团队仍在探索植物根系防御策略与土壤生物互作机制的旅程中不断前行。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/ele.70210
本文链接：十年追踪，他们找到危及植物吸收根寿命的地下“真凶”http://www.sushuapos.com/show-11-26551-0.html
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