揭秘：植物根系競爭地下生存空間

　　Science雜志在線發表了來自普林斯頓大學Ciro Cabal等人題為“The exploitative segregation of plant roots”的研究論文。該研究開發了一個理論模型以解釋控制根系生長的規則，并可預測單個植物的根系密度空間分布。該理論指出植物既在莖附近局部過度增殖根，又在與相鄰根系重疊時減少吸收營養范圍，其可能由營養成分吸收的空間成本決定。

　　根系獲得土壤資源的能力決定了植物的產量，并受與其他植物根系競爭的高度影響。但是，我們對土壤中完整的根系的觀察很少，缺乏針對根系對環境的響應的綜合理論。此外，植物的根系代表了一個巨大的碳庫，可儲存世界上約三分之一的植物碳，并且了解根系對地下競爭的反應對于預測植被的碳吸收和設計緩解氣候變化的策略至關重要。

　　植物可以感知土壤營養以及非自身根和非親緣根的存在，并對這些刺激產生表型響應。但是其機理尚不清楚。以往研究表明，相鄰植物趨于將其根系之間的重疊最小化。但是具體情況仍然不清楚。

　　該研究通過模擬表明從遠離植物莖的位置增加的養分運輸成本，為根部吸收營養帶來空間維度。該成本限制了根吸收的程度，導致相鄰植物之間根系的部分隔離。但是，在靠近植物莖的地區情況卻有所不同：低的養分運輸成本使過多的根系生產便宜，并具有與遠方遷徙的鄰居的根系的競爭優勢；該模型預測，植物根系應避免昂貴的前往鄰近地區的行程，但會確保離自己較近的資源。因此，在低成本的地區增加根系生產，但減少與相鄰根系的重疊（見下圖）。后者以前被解釋為合作行為或領土防衛，但該研究證實是因為受養分運輸成本約束的自私戰略的一部分。

　　根（白色圓點）在沒有鄰居的情況下廣泛地分布在土壤里。在存在鄰居根的情況下（右側黑點），最上面一排的植物將根保持靠近其莖，而最下面一排的植物將其朝向鄰居的根

　　該研究進一步證實茂密的植被中最強的根系生產應該是最強的，競爭植物之間的距離很短，從而無法獨占資源，而根系建設成本低的生產性生態系統或物種中。這表明涉及高施肥率和高種植密度的農業實踐特別有利于競爭性根系增殖，但以經濟上必不可少的產量為代價。因此，通過根據根系空間行為調整作物的間隔和施肥方式，可以實現最佳的肥料利用率和更高的產量。通過培育低矮的作物品種并降低了對鄰居的陰影的響應能力，也能實現更高的產量。

　　綜上所述，該研究表明植物根系生產的進化模型并不要求植物能夠檢測競爭者，而是純粹由資源動力學驅動。