植物营养研究法：第三章 根和根际的植物营养研究方法

土钻法在田间用手钻或机械装备制取原状土 柱样品相当简捷，还不损伤植物根系。
但取样时必须要做重复，否则所获得 的根系分布图就难以代表该土层根系的真 实分布，所以该法不适宜于根系形态学的 研究。在多石或坚实的土壤上用此法，由 于取样困难和可能发生根系断裂也不能得 到令人满意的结果。
（四）剖面法：
该法通过挖掘土 壤剖面和根系 来达到目的。
大麦局部根段供磷对侧根总长度的影响
根区处理 侧根长度（cm） 侧根长度（cm） 三段均匀供给磷 只供中段磷
A（基部） 40.0 B（中部） 27.2 C（顶端） 17.5
14.3 322.0
11.0
硝酸盐浓度对油菜根毛数和长度的影响
根毛特征
0.01
根毛存在部位 全部
根毛数/cm根长 407 平均根长（mm） 2.95
罗汉松 龙葵
>1 0.2~0.3 0.1~0.2 0.1~0.2
无
9 9 11 29
无
3 3 5 71
少 量 10 16 38 61
多而长 2 9 60 243
通过根系的研究进行“根层养分调控”
充分发挥根系的潜力，提高土
壤养分的生物有效性，实现养
分供应与需求的时空一致，将
高 产
根层养分调控在既能满足高产
不同种植方式玉米根系的差异
（五）玻璃壁和玻璃管法
1、玻璃壁法：
是通过设置于土壤剖 面的玻璃窗来观察和 记录根系生长。作物 的根系生长是通过安 置在土壤剖面上的玻 璃窗口来进行观察， 这样可以在自然状态 的环境中进行根系的 研究。
（五）玻璃壁和玻璃管法
玻璃管法： P371
这两种方法的缺点: (1)由于观察窗观察面的限制，不容易记录根
从主根和侧根数能够估计出根的总长。尽管 根数并非是一个理想的参数，因为长根和 短根都只能作为共同的单位，但是还是可 能与其它根系参数取得很好的相关性。
6种作物根系和根毛 性状的比较
作物种类 根半径 根毛数 根毛长度 根毛直径 根毛表面/根表面
（mm ）（条/cm根）（um） （um）
小 麦 0.108
或是整齐地把根的两端用胶水固定在毫米方格纸上， 有分支的根则截成单独的根段再同样处理。
该法繁杂、费时，一般不能作为生态学研究上的常规 方法。
2、直线截获法（也叫交叉法）
以根系与一定规格的方格纸上纵横线条的截点数 来计算根长的方法。
用直接法和交叉点法测定的根系实际和估计的棉 线长度之间的关系达到极显著水平。
二、根际环境
1、根际pH 影响因素：氮素形态
施用NH4+-N根系向外释放H+，根际pH值下降； 相 反 。 施 用 NO3--N 根 系 释 放 OH- 或 HCO3- ， 根 际 pH 值 上 升 。 NO3--N 根 际 pH 值 上 升 使 的 幅 度 一 般 低 于 NH4+-N使根际pH值下降的幅度，而且不同种类植物 之间有明显差异。
硝酸盐浓度（mmol/L） 0.05 0.10 1.0 大部分 大部分 部分 628 407 407 2.05 0.68 0.34
10.0 部分
407 0.34
（五）根表面积
1、直接法：首先测量出根的平均直径及长度， 然后计算出根表面积， 也可根据直径和体积计算出来。
缺点：可以得到根表面积大小的印象，而对 于根系的活性则很难反映。
2、测定干重：干重测定较鲜重准确得多，因而也更实用。
3、地上部-根部的关系
评价这两者之间生长关系的常见参数是地上部与根部的 比率，一般用下列方程得到
C=地上部分重量/根部重量，（也可以倒过来）因植物地 上部分重量常常大于根部干物重，所以C一般大于1，
磷胁迫对玉米地上部和根生长的影响
无磷的 天数
1 2 4 6
作
作物需求，又不至于过量造成
物 养
环境污染的范围内。
分
需
求
肥料
规
环境养分
律
养
养分生物有效性
分 供
应
规
律
养分时空变异性
（张福锁等，养分资源综合管理，2003；养分资源综合管理理论与技术概论，2006， 中国农业大学出版社）
二、根系研究方法分类
1、挖掘法 2、整段标本法 3、土钻法 4、剖面法 5、玻璃壁法 6、间接法 7、容器法
2、吸附法： 通过根系的吸附进行间接的根表面积估计。 把刚洗净的根系浸入染色溶液，根据根系所吸
附的染料数量来计算测定根表面积。
要点：把制备好的亚甲基蓝溶液（0.02-5毫克/ 升）并用比色计记录其浓度。然后，把洗净 的根系样品，浸于该染料溶液中，慢慢搅动， 并停留一定时间，每个根系样品对亚甲基蓝 的吸附量，可根据染料开始和最终浓度差异 来计算。
（六）根体积：
可从平均根直径及根长来计算 （少用）。
一般测定根体积的方法是采用排水法。
用一种特殊带喷口的容器，把容器注入水直到多 余的水从喷口里流出为止。然后把清洗过吸干 水（用吸水纸吸干或用软布小心包裹弄干）的 作物根浸入到容器中。用量筒测定法测出水的 体积。水的体积则代表所需要测定的鲜根样品 体积。通常，根体积只能作为研究根系的一些 其它参数的补充。
890 600
3.9
3.8
蕃 茄 0.107 1650 430
4.3
2.5
洋 葱 0.225 1180 40 11.0
0.2
胡萝卜 0.107 1810 40
4.0
0.3
（四）根长
1、直接法： 把湿根放于一个盛有少量水分的玻璃平盘里。将标有
毫米尺寸的绘图纸放于玻璃平盘下。用镊子拉直根 系，使它们彼此不致重叠，并处于玻璃平盘的部位， 然后，依据目测或用放大镜对待测根系或根片段的 长度，计算其毫米数。
系的最大根生长深度。
(2)由于试验处理的可重复数太少，以至应用 该法的研究人员往往不能进行统计学计算。 这些困难可通过几年的重复研究而加以克 服。
（六）容器法：
就是把植物种植在容器内，常规方法进行管理后， 冲洗土壤后研究根系特征的一种方法。 该法主要用于研究根系形态学、生理学和生物 化学，同时也在一定范围内用于研究根系生态 学。
（二）整段标本法：
该法要求掘取土壤的 整段标本，并通过 冲洗使土壤与根系 分离。
1、铁铲法： 2、普通整段标本法： 3、装箱法和笼箱法。
（二）整段标本法：
4、钉板法：
不同容重土壤上大麦幼苗根系生长情况
1.35g/cm3
1.55g/cm3
（三）土钻法：
利用手钻和机械 钻进行取样， 通过冲洗，使 根系与土壤分 离，并力求保 持根系的自然 状态，进行研 究根系特征的 方法。
方法：土钻法，部分或全部挖掘法
当需要了解植物地下部分的生产力、根冠比 及根系的贮藏能力时可用根重来衡量。
1、测定鲜重：把洗过的根系用吸水纸吸干，即可测重， 然而这种方法的准确性，常常受到每次处理的差异所影 响，同时其数据的准确性又受到根外的水分含量影响。 因此，只有一些特殊的项目需要测定根系的鲜重（如探 讨线虫和真菌对根系影响的植物病理学研究），其它的 项目原则上都以干重为宜。
根际的范围变异很大，根际的变化是一 个动态的过程，存在于垂直根面指向土体的 横向方向上，也存在于沿根轴的纵向方向上， 并且在两个方向上存在着时空变异。
根际的范围很小，一般在离根轴表面数 毫米之内。根际的许多的化学条件和生物化 学过程不同于原土体。其中最明显的就是根 际pH、氧化还原电位和微生物活性的变化。
四、根系参数及其测定
1、根系的主要参数： 根数、根重、根表面、根体积、根直径、根
长、根尖数、根密度、初生结构根、次生 结构根、根系的分布等 2、根系的生理参数 根系的生长、根系的活力、根毛密度、根呼 吸、根呼吸、根的分泌作用、根的导水率 等
（一）根数：
记录所有根的数目。
常用的手段： 根挖掘法、剖面法、玻璃壁法
第三章 根和根际的植物营养研究方法
一、根系研究的意义
通过了解影响根系生长 的内因和外因，从而 对根系生态学和生理 学特征有详细的了解， 有助于了解根系与植 物营养的关系。
不同施氮量下作物根系生长状况
前期施肥量大抑制作物的生长发育
适宜的根层养养分分资源供管应理才能保证根系生长最好，常生规施物肥学潜力发挥 最大 根系能主动响应根层养分变化
操作要点： （1）准备一个透明塑料或玻璃制成的浅盘，盘子的大小
看根系的多少而定，一般用30*40cm2为好。一张方格 纸置于盘底。湿根和少量水一起倒入盘内。用镊子或针 把根在方格纸上分散开，使之不相重叠。计算根与方格 上纵横线条的交叉点数，点数可以用计数器。 （2）方格的大小要看待测根量多少而定。对于总长不足 1m的根样本一般用1cm间距的方格，总长达5m的较大 根样本用2cm间距，对于总长15m的根系则建议用5cm 间距的方格。为保证一定的准确度，又防止工作者过于 疲劳，交叉点数最好大于50，小于400。 （3）计算： 根长（cm）=11/14 ×交叉点数×方格间距（cm） 把11/14和方格间距结合起来，就能得到转换因子，对于1、 2、5cm间距方格来说，转换因子分别是0.786、1.57、 3.93。
（六）容器法：
优点: 比田间种植的植株易于 处理和研究，同时生长条 件可以一致地重复多次。
缺点: 该法是在非自然条件下 进行的，采用的是经过处 理的土壤或其它基质，没 有作物根系的竞争，存在 或缺少某些特殊的土壤生 物体，不能完全模拟田间 的真实情况。
旺盛生长期
结荚期
根系在原位收集箱内的分布状况
3、滴定法：
把洗过、风干的植物根系浸入到3mol/LHCl中 15秒钟，当过量的酸经排干后5分钟，又把 根系转移到含有250毫升蒸馏水的大烧杯中， 再静置10分钟。然后吸取10ml烧杯中的溶 液用0.3mol/LNaOH滴定，用酚酞做指示剂， 滴定值即NaOH毫升数作为总的根表面容量。
这种方法与染料法一样，只能得到相对根表面 积数据，不可能十分精确。
（七 ） winRHIZO根系分析系统
根系扫描后通过软件处理可获得 多项根系参数
第二节 根际的研究方法
一、概念：根际是指受植物根系活动的 影响，在物理、化学和生物学性质上不同于 土体的那部分微域土区,是植物、土壤、微生 物及其环境条件相互作用的场所，也是各种 养分、水分、有益和有害物质及生物作用于 根系或进入根系参与食物链物质循环的门户， 是特殊的生态系统。
注意：测定前须先将根系浸泡于水中数小时，保证能测得 根的真实直径。
6种作物根系和根毛 性状的比较
作物种类 根半径 根毛数 根毛长度 根毛直径 根毛表面/根表面
（mm ）（条/cm根）（um） （um）
小 麦 0.108Leabharlann 560 2905.7
0.7
莴 苣 0.124 1270 300
4.8
1.6
荞 麦 0.056
560 290
5.7
0.7
莴 苣 0.124 1270 300
4.8
1.6
荞 麦 0.056
890 600
3.9
3.8
蕃 茄 0.107 1650 430
4.3
2.5
洋 葱 0.225 1180 40 11.0
0.2
胡萝卜 0.107 1810 40
4.0
0.3
（二）根重：
根的总重量，是表征根的总量的很好的一个 参数。
借助于装有接目测微计的显微镜，可对刚洗净的根系样品， 直接测量其直径。对于大型的根系可用小型的手提透镜， 千分尺卡，测微计的调节螺旋或每毫米具有十个分度的 测径器。如果单根直径不同，可每隔一定的长度进行测 量，也可以通过根系长度和体积计算得出。
了解根直径的大小，可能获得对土壤孔隙大小与根系穿透 力之间关系的信息，在研究一年生植物时，测定根直径 大多情况下用来计算根表面积和根体积。
(Guo et al., 2005 Plant Sci.; Tian et al., 2005, Plant Soil; Chun et al., 2005, Plant Soil）
植物根系形态与施磷生长效应间的关系 （地上部干物重mg/株）
植物种类
根形态
施磷量（mg/kg）
直径（cm） 根毛 0 10 30 90
地上部
干重 P (g/盆) (%)
2.10 0.95 2.34 0.65 1.93 0.32 1.63 0.27
根系
干重 长度 半径 (g/盆) (m/盆) (×102cm)
0.27 4.64 2.27 0.31 5.77 2.23 0.40 7.57 1.99 0.43 9.08 1.84
（三）根直径（半径）
注意：选择最优根系研究方法取决于研究人员的研究目 的，不存在能够回答所有问题的理想方法，有时往往 需要多种方法结合使用。
三、根系研究方法
（一）挖掘法（包括 传统挖掘法，水压 挖掘法，气压挖掘 法（用高压气流吹 走土粒或用真空原 理吸走土粒））：
关键技术:首先要选 择生长发育和位置 正常的植株，其次 要开沟和挖掘。