Belowground plant functional ecology: Towards an integrated perspective

In recent years, belowground plant ecology has experienced a booming interest. This has resulted in major advances towards a greater understanding of belowground plant and ecosystem functioning focused on fine roots, mycorrhizal associations and nutrient acquisition. Despite this, other important functions (e.g., on-spot persistence, space occupancy, resprouting after biomass removal) exerted by different belowground plant organs (e.g., roots, rhizomes, bulbs) remain largely unexplored. Here, we propose a framework providing a comprehensive perspective on the entire set of belowground plant organs and functions. We suggest a compartment-based approach. We identify two major belowground compartments, that is, acquisitive and nonacquisitive, associated with biomass allocation into these functions. Also, we recommend the nonacquisitive compartment to be divided into structural (e.g., functional roles carried out by rhizomes, such as sharing of resources, space occupancy) and nonstructural (e.g., functional roles exerted by carbohydrates reserve affecting resprouting ability, protection against climate adversity) subcompartments. We discuss methodological challenges—and their possible solutions—posed by changes in biomass allocation across growth forms and ontogenetic stages, and in relation to biomass partitioning and turnover. We urge the implementation of methods and approaches considering all the belowground plant compartments. This way, we would make sure that key, yet less-studied functions would be incorporated into the belowground plant ecology research agenda. The framework has potential to advance the understanding of belowground plant and ecosystem functioning by considering relations and trade-offs between different plant functions and organs. At last, we identify four major areas where using the proposed compartment-based approach would be particularly important, namely (a) biomass scaling, (b) clonality-resource acquisition relations, (c) linkages between resprouting and changing environmental conditions and (d) carbon sequestration. A plain language summary is available for this article.Foreign Language Abstract Funkční ekologie podzemních částí rostlinSummary in CzechV posledních letech zažívá ekologie podzemních částí rostlin velký zájem výzkumníků po celém světě. Tento zájem přispěl k lepšímu porozumění funkce podzemních částí rostlin, zejména jemných kořenů a mykorhizy, které hrají významnou roli při získávání vody a živin. Jiné důležité funkce rostlin, jako je přežívání na daném místě, obsazování prostoru, nebo schopnost regenerace po po\vskození těla, zprostředkované například zásobními kořeny a oddenky, však zůstávají opomíjeny. S cílem napravit tuto situaci, navrhujeme integrovaný přístup, který umožní komplexnější pohled na celou řadu podzemních rostlinných orgánů a jejich funkcí. Na příkladech z literatury ukazujeme, jak zaměření pouze na jemné kořeny může omezit naši schopnost poznat ekologii rostlin. Navrhujeme přístup založený na rozlišení základních funkčních specializací podzemních orgánů. Identifikujeme dva hlavní funkční podzemní kompartmenty, za prvé akviziční, tj. podílející se na získávání vody a živin, a za druhé neakviziční, tj. podílející se na propojování různých částí rostliny, na klonálním růstu a na regeneraci po narušení. Diskutujeme metodologické problémy spojené s implementací tohoto přístupu a o jejich možných řešeních. Přestavujeme rozdíly v investicích do těchto podzemních kompartmentů u různých růstových forem a během života rostliny, stejně tak problémy související se stanovením biomasy a jejím obratem. Závěrem vyzýváme výzkumníky, aby při studium ekologie aplikovali metody a přístupy, které berou v úvahu všechny podzemní orgány rostlin. Pouze tímto způsobem zajistíme, aby méně studované, avšak zcela klíčové funkce podzemních orgánů rostlin, byly začleněny do výzkumného plánu funkčních ekologů. Příkladem může být jejich využití pro lepší odhad sekvestrace uhlíku v podzemních orgánech rostlin, což je důležité pro tvorbu celosvětových geochemických modelů.