近日，三明野外站根系生态学团队有关杉木人工林细根对土壤增温的土层特异性塑性响应的研究成果，以“Contrasting depth-related fine root plastic responses to soil warming in a subtropical Chinese fir plantation”为题发表在国际著名生态学期刊Journal of Ecology上。博士生贾林巧和姜琦为共同第一作者，陈光水教授为论文通讯作者，福建师范大学为第一署名单位和通讯作者单位。该研究得到了国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划子课题的资助。
在森林生态系统中，水分和养分的获取是耦合的。然而，水分和养分有效性在土壤剖面上通常是垂直失配的，即养分有效性(特别是难移动的养分)通常集中在表层土壤中，而底层土壤的水分有效性往往更高且更稳定。气候变暖引起的表层土壤干旱，可能会扩大这种养分和水分之间的空间失配，从而阻碍林木对水分和养分的吸收。根系在土壤剖面上的可塑性是林木应对这种水养空间解耦的重要生态策略。然而，到目前为止，增温下不同土层林木根系的塑性响应很少被研究，这阻碍了有关林木如何协调土壤剖面上水分和养分资源获取的全面理解。
鉴于此，团队依托福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站的杉木人工林土壤增温试验平台，研究了土壤增温3年后，不同土层杉木细根养分浓度、细根生物量和细根形态等的变化。研究发现：（1）土壤增温显著降低了土壤含水量(特别是表层)；增温提高了各土层杉木细根氮(N)浓度，但降低了细根磷(P)浓度，表明细根对难移动养分的获取更易受表层土壤干旱的影响。（2）增温对总细根生物量及其垂直分布无显著影响。（3）在0–10 cm土层，增温显著增加了比根长(SRL)、比表面积(SRA)、细根直径(RD)和根长密度(RLD)，但降低了根组织密度(RTD)，可能与更快和更依赖菌根菌的策略有关；而在40–60 cm土层，增温显著降低了RD、SRL和RLD，同时增加了RTD，且主要发生在1–2 mm径级的细根(运输根)中，可能与加强根系水力安全有关。
以上结果表明，在增温引起的表层土壤干旱下，杉木人工林可以通过在表层和底层土壤中特异的根系形态的调整，来协调和优化对土壤水分和养分的获取，从而适应气候变暖引起的中度水分胁迫，维持地上的生长。该研究对理解亚热带森林在未来气候变暖条件下的适应策略具有重要意义，并指出仅测量表层土壤的根系特征可能会限制我们对整个根系响应的理解。
图1土壤增温对杉木人工林细根生物量的影响：(a)仅按土层分组，(b)仅按直径级分组，(c)按土层和直径级分组；以及对(d)细根生物量分布的影响
图2土壤增温对杉木人工林细根比根长(a)、比表面积(b)和组织密度(c)的影响
图3土壤增温对杉木人工林土壤水分和养分的影响，以及细根生物量、垂直分布和形态特征对增温塑性响应的概念图。↑表示促进作用，↓表示抑制作用。ns，影响不显著；na，没有数据。
原文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.14286
