研究方向主要有：根功能属性的生物地理学格局与进化原理；根周转与分解等生理生态功能；森林生产力形成的生物学机制；根叶功能协同及其及对气候变化的响应和适应等。
研究组由根系生态学家郭大立研究员创建，他的工作推动了人们对全球尺度根属性的认识。他对科学的热情永远激励着我们不断前行。
根功能属性的生物地理学格局与进化原理
长期以来，植物进化理论框架主要基于对叶片、花等地上部分的认识，而地下根系结构和功能在进化过程中如何组织却鲜为人知。课题组基于14年潜心积累，收集了全球369种植物一级根数据，首次揭示了全球根系生物地理格局，提出了一个全新的进化理论：在长达4亿年的植物进化过程中，地下吸收根朝更加高效、独立的方向进化，促进了植物的传播和进化。该工作首次提出了植物根系进化的理论，解开了隐秘在地下适者生存的规则，对于生物多样性保护和生物地球化学模拟至关重要；开创性地在全球尺度证明了根效率是植物进化动力。这也是Nature杂志首次发表根大尺度生态学领域的研究成果。美国物理学会网刊Physics和Science Daily以“根效率影响植物全球传播”为题报道了该成果。
植物一级根定义和根的多样性。根系分枝示意图(图a为现实中的根系，图b为根系分支理论概念示意图：处在最先端的、数量最多的根尖为一级根，一级根的母根为二级根，最粗的根为五级根。不同根级的形态、化学和寿命等均不相同)。图c为不同生物群区代表性植物的一级根横切面：1和2分别为亚热带景东石栎和热带望天树，根相对较粗，保留着较为原始的细胞和共生真菌(紫色的环状物)；随着物种从资源丰富的热带地区向外界扩散，根结构和细胞组织发生了变化，例如荒漠柽柳(图c. 4)和草原沙葱(图c. 3)，根直径变小，有利于根快速增殖，高效获取资源。
植物吸收根的组织方式。图a，植物根直径与比根长呈曲线关系；图b，主要的植物类群分化与进化时间与根直径显著相关； 图c，植物根直径与菌根真菌侵染率（百分比）呈正相关；图 d，不同类型的植物根组织密度不同。绿色表示草本植物，黄色表示木本植物。图a中根横截面图分别为冰草Agropyron cristatum（右）和车轮梅Rhaphiolepis indica（左）。从热带雨林到荒漠，植物吸收根倾向于更加灵活的构建方式，对共生真菌依赖性降低；通过该方式，植物单位碳投资的获取养分的效率得以优化，从而能够高效地捕获稍纵即逝的养分和水分资源，增强了植物对环境的适应与存活能力。
相关链接：https://www.nature.com/articles/nature25783
杉木林养分获取策略对氮磷养分的响应
根和共生真菌是植物获取土壤资源的两个主要途径。长期以来，我们关心的一个重要问题是：“根与共生真菌是否具有协同、独立、权衡的相互作用，这种相互作用是否受环境或养分的影响？我们选择了南方最重要的用材林树种——杉木，在江西千烟洲站开展了人工长期施肥实验，在30个样地添加了不同氮磷养分，观测和研究了根与共生真菌的生产力和功能属性，以及丛枝真菌的群落组成。
初步的结果表明：吸收根的生物量、根长密度和组织密度在添加磷肥后显著降低，而比根长显著增加，然而这些根属性却没有受到氮添加处理的显著影响；相反地，根际土壤中的根外菌丝长度和根外菌丝比例在添加氮肥后显著降低，而在添加磷肥后没有发生变化。丛枝真菌的群落组成在添加磷肥后发生了显著变化，具体表现在短梗囊霉科和巨孢囊霉科的相对多度增加，而球囊霉科的相对多度减少，而添加氮肥没有显著影响丛枝真菌群落组成。
该研究证实杉木人工林吸收根和丛枝真菌对氮添加的响应不同于对磷添加的响应，同时表明单一树种的菌根及其养分获取在适应土壤养分变化时的策略多样性。
千烟洲杉木林
根外菌丝和吸收根的数量（生物量或长度）对氮（N）和磷（P）添加处理的不同响应。在未施氮（N0）、未施磷（P0）、施加5g N m-2 yr-1 (N5)、10g N m-2 yr-1(N10) 或5g P m-2 yr-1(P5) 样地内表层土（0-20cm）吸收根数量（a, b）及其与地上林分基面积的相对值（c, d）。柱图和误差线分别代表样地平均值和标准误差（n=5）。不同大写字母表示两组柱图之间的差异显著（P<0.05）。
根与共生真菌的相互作用关系与资源获取策略
植物根叶功能属性随水分梯度变异的特征，是理解物种环境适应机制的关键，对于认识物种共存与多样性至关重要。研究组成员通过对内蒙古草原不同水分梯度下典型植物群落多样性的调查，依据对40多种植物根系、菌根和叶片功能属性测定，发现不同物种间资源获取策略存在互补性，且这种互补性不受水分环境变化的影响：粗根物种在资源获取过程中更依赖于菌根，而细根物种则更依赖于自身的侧根；在群落尺度，物种间的属性变异性决定了物种资源获取策略的多样性，进而促进物种的共存；而物种属性可塑性则决定了该物种的地理分布格局，物种属性的可塑性越高，适应环境的能力越强。该工作揭示了草原物种间资源获取策略存在互补性，阐明了物种可塑性在空间分布格局中的决定性作用。
2017年11月，Louise Comas博士同期在New Phytologist发表对Li et al（2017）的文章进行了评论，认为这项工作对认识植物资源获取策略具有重要贡献，较早用地下根和菌根来解释植物群落多样性，为“理解根与共生真菌与群落构建之间关系做出了有益探索”。
物种根分支强度与群落相对重要值。左图：X轴代表物种分支强度的中位数与群落分支强度的群落加权平均值（CWM）的差值。右图：群落中物种重要值。表明常见种的属性值更接近CWM属性值，而稀有种的属性值则距CWM属性值较远（Li et al, 2017. New Phytologist）。
菌根类型对生态系统过程的影响
菌根真菌与植物存在互利共生关系，自然界中97%的植物都具有菌根，菌根扩大植物吸收养分水分的表面积，同时消耗了碳。菌根真菌主要有两类，分别为内生菌根和外生菌根。大部分树种依靠内生菌根获取资源，而外生菌根主要出现在松科、桦木科等树种，这两类共生真菌会对生态系统过程产生不同的影响。由于这两类树种主要分布在不同的生态气候区，很难对比分析其生态功能差异。为了去除环境、土壤等因素的干扰，搜集了100个研究地点的699个观测值，分布在相同环境条件下、年龄相同的这两类树种对生态系统地下碳、氮循环的影响。结果表明，相对于丛枝菌根树种，外生菌根树种的凋落物质量较低，即具有较低的氮含量和较高的木质素含量。较低的凋落物质量使得外生菌根树种林下有很厚的枯落物层，尽管外生菌根树种与丛枝菌根树种在年凋落物输入量上没有显著差异。相对于外生菌根树种，丛枝菌根树种含有更高的矿质土壤层碳含量，具有更高的净氮矿化速率、硝化速率和无机氮含量，即具有更为开放的氮循环过程(图9)。我们认为由于不同菌根类型树种间植物性状以及生态系统地下碳、氮循环过程的不同，根据树种的菌根类型划分植被功能群可有效降低模型的复杂性，能更好地模拟地下生态过程。
不同菌根类型树种在地下碳、氮循环过程上的差异
根与共生真菌的资源互补策略
亚热带14个AM树种的研究表明不同树种的吸收根和菌根真菌存在养分获取互补策略，即吸收根细的树种主要靠增加吸收根长度的生长来获取养分，而吸收根粗的树种主要靠增加菌根真菌侵染来获取养分。养分添加显著影响根构型属性，而对根形态属性没有显著影响，表明根构型属性比根形态属性有更高的可塑性（Liu et al. 2015, New Phtyologist）。
吸收根长度增殖长度及根增殖率、丛枝真菌侵染率