一项研究揭示落叶树的根在冬季仍然活跃

Fageda Galdric Mossoll CREAF Ángela Justamante Media Relations Manager

Ángela Justamante

Biologist and scientific communicator, currently she is the press officer at CREAF. She also has experience in European projects and scientific outreach. 落叶树——如山毛榉和桦树——随着季节变化颜色。在秋季和冬季之间,它们落叶并进入休眠状态,停止地上生长,为即将到来的春天节省能量,届时它们将长出新叶。直到现在,人们还认为它们的根也进入休眠状态,与树的其余部分一起“冬眠”。然而,今天发表在 Nature Ecology & Evolution 杂志上的一项研究表明,落叶树的根实际上全年都在不停地生长。该研究由University of Antwerp的研究员Lorène J. Marchand领导,并涉及CREAF和Spanish National Research Council (CSIC)。研究结果表明,森林土壤具有比先前认为的更大的碳汇能力,因为它们全年都在积累碳,而不仅仅是在树木更活跃且树叶进行光合作用时。这一发现改变了我们对落叶树未来如何适应气候变化的看法。 Paolo Zuccarini CREAF Our results demonstrate that the above-ground and below-ground parts of a tree follow separate calendars, allowing for underground growth to be prioritized in winter and aerial growth at the beginning of spring. Paolo Zuccarini “我们的结果表明,树的地上和地下部分遵循不同的时间表,使得冬季可以优先进行地下生长,而春季初则可以优先进行地上生长,”CREAF研究员Paolo Zuccarini,该研究的合著者说。这种差异可能提供了一种战略优势:在冬季,当树的其余部分处于休眠状态时,其根部会储存碳水化合物和富含氮的物质,如蛋白质和氨基酸。因此,当树“重新唤醒”时,它将有足够的营养来使叶子发芽并恢复光合作用,这对于树干和树枝的生长至关重要。“这有点像在春天准备好可用的构建块,那时首要任务是产生叶子,以便光合作用可以重新开始,”Zuccarini解释说。 这项令人惊讶的研究是用四种树木进行的——欧洲山毛榉 (Fagus sylvatica)、银桦 (Betula pendula)、欧洲无梗花栎 (Quercus robur) 和欧洲山杨 (Populus tremula)——在西班牙、比利时和挪威的各种温带森林中。总共有研究人员研究了330个标本,包括成熟的树木和三年生的树苗。他们收集了一千个粗根样本,即直径超过2毫米的根,这些根是木质器官,因此会经历木材形成(称为木质生成)。“我们的数据显示,即使在低于3°C的土壤温度下,粗根仍然活跃,这驳斥了寒冷会使地下生长停止的理论,”该研究的主要作者Marchand评论道。 Fotos arrels Some of the roots analysed. Author: Lorène J. Marchand, researcher at the University of Antwerp and lead author of the study. Fotos arrels Some of the roots analysed. Author: Lorène J. Marchand, researcher at the University of Antwerp and lead author of the study.

更多的地下碳 另一个值得注意的发现是,鉴于该研究确定落叶树全年都在固定碳,森林土壤可能比先前认为的更大的碳库。研究人员解释说,树木将碳储存在其结构中,并将其用于根和树干中的木材生长。这种储存的碳非常稳定,因为它以木质生物质的形式掺入植物组织中,木质生物质由纤维素、半纤维素和木质素组成。“粗根实际上显着促进了树木作为碳库的作用,因为由于它们的高密度,它们占树木总生物量的20%到30%,”Zuccarini指出。传统上,树木中的碳循环被认为与地上生长周期密切相关;这将导致二氧化碳固定在春季达到顶峰,当时树木有叶子,进行光合作用,并捕获碳以用于树干和根的生长。然而,来自该研究的新数据显示,树木全年都在使用碳。

帮助树木应对气候变化的根 由于研究结果表明根的生长在冬季不会停止,因此作者认为根的生物钟可能不会受到外部信号(例如,温度和光照)的太大影响,而是由内部信号(例如,树的碳储备)控制。“这与树的地上部分形成对比,地上部分更容易受到外部气候的影响,”位于CREAF的CSIC研究员Josep Peñuelas,该研究的另一位合著者评论说。在冬季准备好它们的根以供春季使用,可能有助于树木适应不断变化的气候条件,如较暖的春天,过早的解冻或不规则的降雨。 Josep Peñuelas CREAF The natural clock of the roots may be less influenced by external signals such as temperature or light, and more controlled by internal signals, such as the tree's carbon stocks, unlike the aerial part which is more subject to the external climate. Josep Peñuelas 这项国际研究由University of Antwerp的PLECO研究小组的Lorène J. Marchand和Matteo Campioli以及比利时的University of Ghent领导。除了西班牙的CREAF和CSIC之外,其他欧洲组织和机构也为这项研究做出了贡献,包括斯洛文尼亚林业研究所,瑞典的Umeå University,挪威生物经济研究所和瑞士联邦森林,雪和景观研究所。 参考文献: Marchand, L. J., Gričar, J., Zuccarini, P., Dox, I., Mariën, B., Verlinden, M., Heinecke, T., Prislan, P., Marie, G., Lange, H., Van den Bulcke, J., Peñuelas, J., Fonti, P., & Campioli, M. (2024). No winter halt in belowground wood growth of four angiosperm deciduous tree species. Nature Ecology & Evolution. DOI: [https://www.nature.com/articles/s41559-024-02602-6](https://www.creaf.cat/en/articules/<https:/www.nature.com/articles/s41559-024-02602-6 >)

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