气候变化和粮食生产受植物根系争夺地下房地产的影响

温室里的辣椒

在马德里的Museo Nacional de Ciencias Naturales(CSIC)的温室里种植了辣椒植物,以调查他们在邻居种植的单独种植时的低于地面行为。信用:Ciro Cabal,普林斯顿大学

您可能已经观察到竞争阳光的植物 - 以向上和向外伸展到彼此进入太阳光线的方式 - 但是在视线之外,另一类竞争正在发生地上发生。与您在出现的同事时,您可能会改变您在休息室的免费小吃的方式时更改休息室的方式,当他们种植与其他植物一起种植时,植物改变了地下资源的使用。

在今天发表的一篇论文中科学,一个由普林斯顿大学研究生Ciro Cabal领导的国际研究小组,揭示了植物的地下生活。他们的研究结合了建模和温室实验,以发现植物单独种植和与邻居一起种植时的根系结构是否不同。

“这项研究非常有趣,因为它结合了几种不同的思维糖果,以调和文献中看似矛盾的结果:生态学与进化生物学(EEB)弗雷德里克·d·皮特里教授、该论文的主要作者斯蒂芬·帕卡拉说:“这是一项聪明的实验,一种观察完整土壤中根系的新方法和简单的数学理论。”yabo124

帕卡拉实验室的博士生卡布尔说:“虽然人们已经对植物的地上部分进行了广泛的研究,包括它们能储存多少碳,但我们对地下部分——即根系——如何储存碳的了解要少得多。”“由于世界上大约三分之一的植被生物量,也就是碳,都在地下,我们的模型为在全球地球系统模型中预测根系增殖提供了一个有价值的工具。”

胡椒植物根染色以研究碳缓解策略

植物的根是如何储存碳的?普林斯顿大学的研究人员发现,植物用于根部的能量依赖于它们与其他植物的距离:当距离较近时,植物会大量投资于根系,以争夺有限的地下资源;如果距离太远,他们的投资就会减少。由于世界上大约三分之一的植被生物量(和碳)在地下,该模型为全球地球系统模型中预测根系增殖提供了一个有价值的工具。这些辣椒植物被种植在马德里国家自然博物馆(CSIC)的一个温室里,以研究它们单独种植或与邻居一起种植时的地下行为有何不同。将相邻的辣椒植株的根部(通过注射)染成不同的颜色,以区分哪些根属于哪一种植物。信用:Ciro Cabal,普林斯顿大学

植物有两种不同类型的根:细根从土壤中吸收水分和养分,粗根则将这些物质输送回植物的中心。植物对根系的“投资”既包括根系产生的总量,也包括根系在土壤中的分布方式。一种植物可以把它所有的根集中在它的枝条下面,或者它可以水平地伸展它的根在邻近的土壤中觅食——这有与邻近植物的根竞争的风险。

该团队的模型预测了植物发现它们共享土壤时根系投资的两种潜在结果。在第一种结果中,相邻的植物通过分离根系来“合作”,以减少重叠,这导致它们比单独生长时产生的根更少。在第二种结果中,当植物感知到由于邻居的存在而减少了一边的资源时,它就会缩短那一边的根系,但更多地投资在直接位于茎下的根上。

自然选择预测了第二种情况,因为每一种植物都在增加自己的适应能力,而不管这些行为如何影响其他个体。如果植物靠得很近,尽管根系分离,但根系体积的增加会导致公地悲剧,资源(在这种情况下,是土壤水分和养分)枯竭。

为了验证模型的预测,研究人员在温室里分别种植和成对种植辣椒。在实验结束时,他们把这些植物的根染成不同的颜色,这样他们就能很容易地看到哪些根属于哪些植物。然后,他们计算的总生物量的比例每个植物的根系和根与芽”,植物是否改变了多少能量和碳时存入地下和地上结构种植与邻居,并计算每个植物种子产生的数量作为衡量相对健康。

该团队发现结果取决于一对植物彼此的接近程度。如果种植非常靠近,植物将更有可能大量投资其根系系统,以便为有限地下资源互相实现;如果它们分开地种植,它们可能会在其根系中投入比孤立植物更少。

具体而言,他们发现,当种植在其他人附近时,辣椒植物在本地的根系上增加了投资,并减少了它们水平伸展根部的速度,以减少与邻居的重叠。没有证据表明“公共场合”的“悲剧”,由于与地上结构(包括每株植物产生的种子数量)对根的根系生物量或相对投资没有任何差异,因此单独存在于共同习惯植物.

植物从大气中吸收二氧化碳,并将其储存在它们的结构中,而三分之一的营养碳储存在根部。了解碳沉积在不同情景下的变化可以帮助我们更准确地预测碳吸收,进而有助于设计减缓气候变化的策略。这项研究还可以帮助优化粮食生产,因为为了最大限度地提高作物产量,了解如何最优地利用地下(和地上)资源是很有帮助的。

参考文献:《植物根的剥削性隔离》,Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares和Stephen W. Pacala, 2020年12月4日,科学
DOI: 10.1126 / science.aba9877

这篇论文的其他合著者是Ricardo Martínez-García,他曾是欧洲经济研究所的博士后研究员,现在是南美基础研究所的教授;奥罗拉·德·卡斯特罗(Aurora de Castro)在西班牙国家自然科学博物馆(Spanish National Museum of Natural Sciences)的生物地理和全球变化系(Department of Biogeography and Global Change)的本科论文中参与了这个项目;以及雷伊·胡安·卡洛斯大学(Rey Juan Carlos University)生物、地质、物理和无机化学系副教授、西班牙国家自然科学博yabo124物馆(Spanish National Museum of Natural Scyabovip2021iences)生物地理和全球变化系研究员费尔南多·瓦拉达雷斯(Fernando Valladares)。

西罗·卡布尔(Ciro Cabal)、里卡多·Martínez-García、奥罗拉·德卡斯特罗(Aurora de Castro)、费尔南多·瓦拉达雷斯(Fernando Valladares)和斯蒂芬·w·帕卡拉(Stephen W. Pacala)的《植物根的剥削性隔离》(The剥削性隔离)发表在12月4日的《纽约时报》(new yorker)上科学(DOI: 10.1126 / science.aba9877)。这项工作得到了普林斯顿大学生态学和进化生物学学系的研究员;yabo124戈登和贝蒂摩尔基金会(grant GBMF2550.06);Serrapilheira研究所(grant Serra-1911-31200);São保罗研究基金会(批准ICTP-SAIFR 2016/01343-7);Jovens Pesquisadores em centrros Emergentes项目(2019/24433-0);西蒙斯的基础;西班牙科学、创新和大学部(COMEDIAS基金CGL2017-83170-R);以及普林斯顿环境研究所的碳减排倡议。

2的评论“植物根系争夺地下房地产对气候变化和粮食生产的影响”

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    例如海狸,犰狳,还有蜜蜂。

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    6.用于还原碳的第二短术语/培养基溶液。红木树。它们增长非常高,光合作用是启用的。在树干上面地上的碳的储存储存器。根似乎彼此交谈,并作为一个大家庭合作,并照顾彼此并享受所需的信息和资源。

    阳光(光合作用)和必需的营养物质都是健康植物生长所必需的。无论是从土壤中获得,还是在盐水、干燥土壤、沙漠条件下,甚至没有土壤(水培法)的恶劣环境中生长,食物及其生产和可用性,以确保人类和其他上帝创造物的生存,是人类面临的选择。顺便说一下,不要认为其他生物不能改变他们的饮食习惯。我记得当我在美国的时候,我给一只狗喂苹果,看到它在享受苹果的时候摇尾巴。不仅仅是苹果派,妈妈们,即使是新鲜的苹果也很好吃!

    7.恢复森林生态系统以保护现有的碳汇,并通过激励/惩罚分类账来减少碳释放技术。这包括水下(盐品种)的70%的世界。在七十年内,我们在水下创造了大规模灭绝条件,而不仅仅是土地。

    改变所有全球商业活动的行为,同时鼓励全球贸易(贸易是好的)-在低碳排放技术和产品及服务(奖励)。此外,通过阻止所有高碳技术释放产品和服务的全球贸易(惩罚)——通过增加全球激励来数字化所有服务和产业,包括世界上最大的产业——旅游业——通过激励生态友好型旅游业,环保-旅游和重建这些行业,而不是继续现有的行业,有非常大的碳足迹。在古代,有关于世界七大或八大奇迹的有趣故事。唉,在现代世界里,这样的世界奇观有七八百个呢!如果每个人都用现在的燃料经济去环游世界并欣赏这些奇迹,我们的星球可能就所剩无几了!

    8.病毒告诉我们的是,当世界污染更少,空气质量指数更低的时候
    (当病毒正在传播,人们呆在家里时,这是可能的)。

    然而,对进步至关重要的经济活动不能停止。与此同时,化石燃料经济需要在一段合理的时间内缓慢地被非化石燃料经济所取代。盲目相信全球生态系统正在自我修复的代价似乎正在失败——自然之母的愤怒正在释放。

    这是我个人的观点,2005年7月孟买的大洪水强化了这一观点。所有的建议和意见都是个人的,不约束任何人。上帝不干涉赋予人类的自由意志,即所有人类的自由意志)。选择是由个人、社区、社会、国家和世界做出的。我们每个人都有能力让世界变得更美好,无论是默默的,还是在屋顶上大声疾呼,通过我们自己的小方式,无论我们从事什么活动。

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