4植物根系和根际的研究方法

第4章植物根系和根际的研究方法

第一节植物根系的研究方法

植物根系具有吸收和输送养分和水分、合成植物激素和其他有机物质、储存营养物质以及支撑植物使之固定于土壤中等多方面的作用。它是植物与外界环境之间进行物质交换的主要器官，因此它与植物营养有着密切的关系。但植物根系的研究比地上部分的研究要困难的多。

一、根系研究方法

（一）钉板法：常用。

1、钉板的制作：

小板：50cm×50cm，钉长5cm，钉距5cm。

大板：60cm×100cm，钉长5cm，钉距5cm。

2、取样

3、清洗

4、根系摄影与测定

（二）容器法：

容器种植主要研究根系生理或生态学特性。条件容易控制。

1、容器大小与根系体积适应

2、种植盒的制作：

（三）玻璃壁或玻璃管法：用探头观察根系生长情况。

（四）多孔膜法：尼龙纤维多孔膜(孔径0.3m)

二、根系测定方法

（一）根系形态特征及其测定方法

根系形态特征包括根系体积、几何形状、长度、分布深度、根密度、分枝状况、根重、根表面积、根毛数量和根尖数等。根系形态与养分、水分的吸收能力有密切关系。在植物营养研究中，常用的根形态参数主要有根重、根长、根表面积、根密度、根毛和根尖数等。

1、根重

根重对于表征根的总量是一个很好的参数，植物吸收养分的数量和速率通常用单位根重作参量。根重分为根干重和根鲜重两种。根干重对于养分和水分吸收不是个理想的参数，因为老而粗的根所占的重量很大，而吸收养分和水分的能力很小。但当了解植物地下部的生产力时，干重常作为估计的标准。在估算根/冠比（R/S）时，也要用根干重。

测定根干重的方法，一般采用烘干重量法。在105o C条件下烘干10-20h或在60-70o C下烘干20h，称重。

根鲜重是个理想参数，在植物营养研究方面很有应用价值。养分吸收大多用根鲜重作参量。根鲜重容易测定，但准确程度与根外粘附水分有关，故受操作影响较大。

2、根长

根长被定义为单位土壤表面积上根系的总长度（L A ），计算公式为：

L A ＝ 当根长测定后，如已知根的平均直径，则可以推算根系表面积和根体积，也可用于计算养分吸收速率。所以，根长直接影响根系表面积的大小，而根表面积的多少与根系吸收面积直接相关。Barley （1970）把每单位土壤表面的根表面称为“根面积指数”。根长的测定方法有：

（1）直接法

在一平底玻璃盘中，铺上带mm 刻度的方格纸，其上用一块玻璃压平，然后倒少量水保持浅水层，将湿根置于其中，用镊子把根拉直，逐条测定其长度，最后累加即得。这种方法费时费事，比较复杂，一般不常用。

（2）直接截距法

直接截距法是Tennant （1975）发明的，是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（cm ）＝

交叉点数方格间距（cm ）

式中：11/14×方格间距等于转换因子，对于1、2、5cm 间距方格，转换因子分别为0.768、1.57、3.93；交叉点数为横截点数与纵截点数之和。对于间距为1cm 的方格纸，则

根长（cm ）＝

交叉点数

此法较直接法省时，测定的根长与实际根长之间有很好的相关性。 3、根径（半径或直径）

测定根径（根茎）的主要目的是了解土壤空隙大小与根系穿透潜力之间关系的信息，在一年生植物时，测定根径在大多情况下用来计算根表面积和根体积。常用的测定方法有：

（1）实际测定

测定前，须先将根系浸泡在水中数小时，然后用带有测微计的显微镜直接对鲜根进行测定，对粗根可采用小手镜或千分尺卡测定。如果一条根的直径上下有差别，则可按一定间距分别测定。根据根的直径大小，可以将其进行分类（表1），以便进一步研究。

表1 不同根茎根系粗细划分

根茎（mm ） 粗细分类 ＜0.5 很细 0.5-2.0 细 2.0-5.0 小 5.0-10.0 中 10.0-20.0 粗 ＞20.0

很粗

（2）估算法

许多文献中均采用公式估算法。将根系假设为均匀的圆柱体，按经验公式计算如下：

ｒ＝D W

⨯⨯L π

式中：r=根半径（cm ）；W=根鲜重（g ）；L=根长（cm ）；D=水的密度（g/cm 3

），π=3.1415926。由于

4ºC 时水的密度等于1g/cm 3

，则上式可简化为：

ｒ＝L πW

（Sumio & Barber ，1983）

4、根表面积

根表面积被认为是表征根系对水分和养分吸收最好的参数之一，可以用以下两种方法进行测定。 （1）直接计算法

用根径和根长或根体积计算求得，公式如下：

S ＝2πrL

式中：S=根表面积（cm 2

）；其它符号的含义同上。需要注意的是此法只能得到根表总面积，不能反映根系活力。

（2）吸附法

是通过根系的吸附作用进行间接估计根表面积，其结果与根系养分吸收量或吸收速率可能有关。吸附法有染料法和滴定法，测定的是根系吸收面积。

染料法：把洗净的鲜根侵入染色溶液中（通常为0.02-5mg.L -1

的亚甲基蓝溶液），轻轻搅动，保持一定时间后取出，用最初与最终染色溶液浓度之差即根系吸附的亚甲基量，来估计根表面积。

滴定法：把洗净、风干的植物根系侵入到3mol/LHCl 溶液中3s ，然后取出排去多余的酸后，置于一

定量蒸馏水中浸提10min ，用0.3mol.L -1

NaOH 标准溶液滴定，用消耗的NaOH 毫升数作为总根表面容量（total capacity of root surface ）。这两种方法测定的是相对根表面积。

5、根密度

是一个十分重要的参数，指每单位土壤容积（cm 3

）中根的总长度，表示为：

L V =2m

式中：L V 为根密度(cm/cm 3

)，m

是三相平面上每单位截取的根轴算术平均数。例如三个平面每平方厘米截取的根轴数分别为6、8、4，则L V =2（6+8+4）/3=12。

6、根体积

根体积是一种辅助参数，可与根系其它参数结合使用。测定方法有： （1）计算法

用平均根径和根长计算求得，公式如下：

Ｖ＝πr 2

L

式中：V 为根体积(cm 3

)，其它符号的含义同上。此法估算的误差较大，故不常用。 （2）排水法

按照鲜根体积等于排出水的体积的原理，精确量取。

在植物营养研究中，根体积测定一般不普遍，因为少量大根系与大量小根系具有相同的体积。 7、根毛数

根毛对于养料吸收具有特别重要的作用，主要表现在以下三方面。 （1）维持土壤与根组织的紧密接触，形成土壤一水一根的连续体系。（2）穿透根土阻力能力强，可以穿透粘土吸收养分和水分。如粘土之间的孔隙大小为10μm ，而小麦根的平均直径为216μm ，根毛直径为11.4μm 。（3）根毛对易扩散或迁移的养分起着特殊作用。根毛对于增加磷的吸收有很大的作用，据研究（Barley 1970），在土壤中有根毛比无根毛多吸收78%的磷，但在营养液中二者没有什么差别。

根毛的寿命一般为2-3周更新。根毛的长度、数量和密度与作物种类和土壤条件有关。一般多数作物有根毛，少数作数无根毛或少根毛（洋葱和胡罗卜）。根毛长度为0.1-1.5mm ，直径为5-25μm （表2）。

表2 六种植物根和根毛的特性（Barber 1984）

植物

根半径

根毛数/cm 根长

根毛长 根毛半径

根毛表面积根表面积