■本报记者 赵宇彤

十年树木，百年树人。树木的生长是一个漫长的旅程，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》，吸收根是植物根系的前两级根，是根系最末端的分支，主要承担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10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，短至91天、长至545天，土壤病原微生物对吸收根寿命的影响超过植食性线虫，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，相关研究成果发表于《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，增进了对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，为研究根系功能和地下生物多样性形成奠定了基础。”

寻“根”究底

“吸收根像树木的‘吸管’，负责吸收水分和养分，其寿命长短直接影响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，其寿命就越长。”马泽清指出，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。植物的吸收根到底是“被吃死的”还是“病死的”？他们对这一问题产生了兴趣。

因此，马泽清团队着手寻找啃咬“吸管”的“真凶”。他们率先瞄准亚热带生态系统中的不同树种，分析了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。

研究结果令团队感到惊讶。传统观念中，食草线虫会严重破坏植物根系，而他们发现，土壤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达36%，其中食草线虫仅占8%，病原微生物的贡献高达28%。”马泽清说。

为什么会有如此显著的差异？进一步研究发现，原来植食性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非线性的，而是存在一个临界值，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。”马泽清说，比如有的植物根系不怕被“吃”，“吃”得越快生长得越快；有的一出生就有极强的防御功能，难以被“吃掉”；有的则更加灵活，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”

别看这些根小，却有着很大的影响力。根系死亡时，土壤微生物通过分解其中的有机物质，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，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，这里生物多样性丰富、交互复杂，对量化不同因子的相对贡献提出了更高要求。

这是一片尚未充分探索的领域，但他们决定迎难而上。

2014年，团队成员李亮在江西樟树亚热带同质园布设了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。研究人员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和死亡日期、直径、根长等信息，工作量巨大。”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说，“由于不同树种的根形态相似，需仔细甄别，必要时还要挖掘根系复核确认。”有一次，他们花了不少心血进行甄别，却发现对6种根系的区分出现错误，一切只能推倒重来。

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，需要多学科背景。”马泽清只能向土壤动物学、地下食物网、统计学等不同专业的专家求助。为防止林龄、系统发育和种植密度对根系的影响，他们引入随机变量增强模型稳健性，通过制定统一标准、多人协作和人工复核，最终完成了6万多张根系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年发表，这场10年追“凶”的旅程终于结出硕果。

“我们构建了全球首个涵盖五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，是马泽清团队为这项历时10年的研究总结的关键词。

“这项研究从问题提出、技术方法选择到结论发现，几乎每一步都在探索未知。我们探索了地下世界的复杂性、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具有重要参考价值。

不过，在马泽清眼中，这只是一个开始。

“目前我们的研究以野外观测到的相关性关系为主，尚未通过实验完全验证其因果关系。”马泽清表示，全球气候变暖与氮沉降加剧也提出了更严峻的挑战，需要对其与生物因子的交互效应展开进一步研究。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1111/ele.70210