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一、植物根系原位监测意义

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固沙工程

土壤污染

这些都与植物的根系研究有着密切的关系!

根系对植物起着支撑作用，是植物的吸水器官，吸盐器官，在生态系统的生物地球化学循环中扮演着重要角色。但是，由于根系是大多数陆地生态系统“隐藏的一半”，对它进行准确取样、测定、观察存在一定困难。长期以来，对根系的研究主要还是采用挖掘法、土钻法、土柱法、容器法、剖面法等传统方法，采样破坏性大、工作量大，严重阻碍了根系研究的深入开展。《Nature》杂志于2004年6月出版了一本专辑认为“人类对自己脚下土壤的了解远远不及对宇宙的了解”，更是佐证了地下生态学的研究难度之大。所以，根系研究方法的选择，相对于对地上部分而言对研究结果具有更大的影响。

当前，关于植物地上部分的研究已经开展了很长的时间，而且在各个领域均有一定得研究成果，可是地下部分的研究缺相对少之又少，亟待人们去探索发现科。以果树研究为例，自2000年以来，发表的有关果树的文献总共有119765篇，其中有119250篇是研究果树地上部分的，而仅有515篇文献是研究果树地下部分的。可见，地下部分的研究，如同一面大幕刚刚被掀开一角，其中的精彩与奥秘还鲜为人知。随着科技的进步，这一领域必将吸引越来越多的研究人员参与进来，并探究挖掘其无限的魅力。

一切与植物有关的研究都离不开对根系的研究。包括种子的萌发过程中根系的生长情况，资源植物根系与环境的适应的关系，胁迫情况下植物根系的调控、响应机制，花卉、药材的根系表型等研究。

1.根系研究意义

植物根系不但起着固定植株的作用，承担着吸收水分和养分的重要功能，还能合成某些重要的生命物质，对植物根系的研究一直是学者们的研究热点。

如何加强根系吸水强度、提高根系水分传导能力，为发展可持续农业、解决水资源供需矛盾提供科学依据，是当前和未来实现节水农业的基础。植物根系从土壤吸收养分离子的过程，是一个既复杂又重要的问题。它受许多土壤因素的影响，也受植物生理活动的制约以及环境条件的控制。只有了解它们之间的关系，进行一定的调节，才能有效地促进植物生长发育。因此，了解植物根系结构，研究植物根系分布特征，明确土壤水分。养分状况对植物根系水分、养分传导的影响，掌握植物根系吸收水分、养分特性，从而为不同类型的农田、草地林地等选择**的灌水时期和灌水方式、提高植物根系水分利用效率提供依据。

但是，由于根系生长在地下，一旦离开土壤必然造成根系损失，这是当前学者们对根系开展研究面临的**障碍。根系原位检测系统是经典根系研究方法的重要突破，也是开展长期生态定位研究的理想方法。根系原位检测系统能够在自然状态下，获得植物根系的动态信息，为研究者提供可信赖的研究资料。进而，为科学研究提供更加精确的数据支持，推动科研项目的顺利展开。

2.测量方法综述

1）挖掘法，这种方法简单易行，直观性强，应用广泛但是对根系的损伤特别大，据统计约30%的根系在清洗过程中脱落，降低了实际测量的精度和可靠性，而且使同一作物生长全程观测无法实现。

2）钻土芯法，取样迅速简便、覆盖面积大，对土壤和环境破坏性相对较轻，但是取样后需进行各种处理，且过程繁杂。

3）网袋法，优点是可以直接在大田里进行试验操作，所获取的根系样本具有较好的普遍性和代表性，但是采样过程比较复杂，需要消耗的人力物力较大。

4）分根移位法，便于清楚地观察分离出的根系，能分期分时研究根系的数量变化，可以获得准确的根系信息。但是缺乏自然环境的试验条件，对水肥等条件依赖较大，操作费时费力。

5）同位素研究根系，灵敏度高，测定方便，可以区分活根与死根，但是根系在显影板上平放时分布不均、交叉过多会降低测量的准确性。

6）植株注射法，通常适用于一年生作物，但是不能反映根系在特定时间内从土壤剖面吸取营养物质的能力，而且应用不当会对环境造成污染。

7）容器法，生长条件易于控制，能迅速获得相关的特殊研究资料，是禾本科作物的重要研究手段，但是缺乏自然环境的试验条件，容器壁处根系密集，影响根系生长。

8）雾培法，既可得到完整根系又可充分利用营养液，但是目前使用范围不大。

9）水培法，可用于进行各种元素不同浓度或缺素试验，但是适宜水生作物如水稻的研究，其他作物不是特别适合。

10）微根管系统，微根管是一种破坏性较小，定点原位野外观察细根生长动态状况的方法，利用微根管方法可以在多个时段对根系进行原位重复观测，克服了仅依靠对根系进行物理取样所带来的诸多缺陷。其**优点是对根系的观测研究是非破坏性的，在不影响根系生长过程的前提下，长期监测某个根系片断或单个根系生长发育的变化趋势；实时追踪记录同一根系的生长、死亡动态和物候等特征，而且省时、省工、省力。

3.主要应用

1）农作物，如小麦根系与土壤水分的关系；物候观测；产量与根系的关系；合理施肥；根系与营养胁迫等。

2）草地，如草地的生产力研究；如何科学进行草地管理；可持续牧业；草坪的管理；牧草根系特征与地理气候因子的关系等。

3）森林生态系统，如树木的根系形态；根系发生、生长、衰老和死亡的动态监测；生态系统的物质循环与能量流动；根系呼吸及其影响因子等。

4）菌根，如菌根对根系构型的影响；对根际土壤的生态效应；根系分泌物的作用；菌根对植物根系的影响等。

5）根系病害，如蔬菜根系病害的预防与防治；烟草根系与土壤病害的关系；烟草中烟碱的合成与根系的关系等。

6）园林，如园林植物的栽培；**树木的保护；植物的引种驯化；植物生长调节剂对树木根系的影响等。

7）环境保护，如荒漠植物的根系构型；生态适应策略；护坡灌木的根系力学特征；植物根系的护坡抗蚀效应等。

此外，在植物生理、生态、环境、地学、病虫害防治等学科中，做根系的相关研究均会涉及根系监测的应用。

二、仪器介绍

1.系统介绍

植物根系原位检测系统摒弃了传统挖掘清洗根系的研究方法，而采用观察窗，在原位利用光电原理进行监测，实现了无损获取真实根系参数的目的，为科学研究工作带来极大便利。