孙路

（陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075）

根系是一株植物全部根的总称，是植物固定、支撑，吸收和运输水分与养分的地下营养器官。作物是指直接或间接为人类需要栽培的植物。本文通过对近几年来作物根系形态几种常见研究方法的对比分析，指出现有根系形态研究方法的优缺点和适用性，并对未来作物根系研究方法进行了展望。

1 根系研究方法概述

作物根系形态是指根长、根数、根表面积、根体积等。作物根系的形态直接影响作物的生长和发育、对逆境的抵抗能力，进而影响作物的产量和质量。另外，对生态、环境、地质等方面也有不同程度的影响。根据作物栽培条件的不同，本文将根系形态的研究方法分为室内和室外两大类。

1.1 室内试验

对于个体偏小，且适应水培的作物，可选用刻度尺直接测量与肉眼观察相结合的传统的研究方法，也可借助现代化植物根系图像分析仪，对根系进行一维扫描，通过图像分析，得到根系的根长、根表面积、根直径等多方面参数，操作简单，功能强大；缺点在于，水培作物根系的生长分布容易受容器及培养条件的影响，得出的作物根系生长特征可作为研究作物根系生长的参考，不能等同于土壤中根系的实际生长特征。相比于水培作物，在盆栽、土柱等容器法种植作物方面需要注重洗根。洗根的传统方式为冲洗，冲洗的弊端在于水力、人力等因素会导致根系在冲洗过程中大量损坏，降低了测量的精度和可靠性。结合现代超声波技术，胡云华、杨恒山等人设计了超声波土壤根系提取机和清洗机，并获得了专利认证，通过超声波震动来剥离根系上吸附的土壤，并利用重力完成土壤与根系的自动分离，能较完整地提取出土壤中的作物根系，有利于节约水资源，减少劳动力和提高工作效率。但对于根系较为复杂的，超声波根系清洗机还不能完全保证清洗干净。

学者Cater、国际水稻研究所发明了气培法（雾培法）的根系研究法，将作物培养在培养箱（桶）中，作物由苯乙烯泡沫块等材料固定，容器中的营养液经空气压缩机产生的高压气体雾化，从特定的喷口喷洒到作物根系上，作物根系吸收雾化的营养液从而维持作物生长。该法取样简单、可观察根系完整生长过程、通气性好、根系的生长特征基本与大田作物根系一致，但气培法对雾化系统要求高，成本偏高。

1.2 户外大田试验

当作物完全处于自然状态下时，对作物根系的研究具有重要的实际指导意义，但地下根系的不可见性及取样时的破坏性等导致自然状态下的根系研究难度系数加大，难点在于准确取根、洗根。传统的取根代表方法有挖掘法、网袋法、同位素示踪法等。挖掘法指直接从土壤中挖掘出作物根系；网袋法指在作物种植前，将尼龙网袋插入土中，作物在网袋中生长，测量前将网袋连同作物根系带土取出，进行清洗并测量所需参数；同位素示踪法指让作物在限定的空间下吸收14CO2进行光合作用，根据研究需求，取出带土根系、清洗，根据同位素14C在植物体内的分布，通过在Х光放射性显影，从而得到完整的根系分布影像，该方法可有效地区分根系的活性。相关统计表明，用水冲洗根系会导致30%的根系脱落，降低了测量的精度和可靠性。

如何破解作物根系原位形态的不可视化，各国学者一直在不断探索。Bates等人首次将微根管法应用于微根系生长研究，利用反光镜观测根系，并结合素描记录图像实现根系观测，微根管观测方法实现了数字化、自动化。罗锡文等人基于多层螺旋CT技术的根系原位形态的可视化进行试验，指出CT成像技术用于实现作物根系原位形态构型观察是可行的。张建锋等人利用核磁共振成像（MRI）技术对作物根系三维构型进行原位无损检测，研究表明应用MRI技术进行作物根系三维构型的研究是可行的。陈信信等人自制了一款根构型数字化仪，实现了小麦根型的时空动态，并分析了小麦根构型的3D特征。

2 作物根系研究方法展望

综上可知，传统的作物根系研究方法的焦点问题为：如何从土壤中毫无损坏地分离出根系。传统的研究方法局限性很大，因为从土壤中分离出来的根系经过清洗、测量之后，不能再种回到原土壤继续生长，不能研究同一作物生长阶段的全过程研究。另外，分离根系的工作量大、难度高，而现代的作物根系研究方法集中攻克的问题为：如何在不挖出植物根系的前提下，观察到根系的生长状况。

随着科技的不断发展，作物根系重要性的宣传不断推广，对根系的研究团队必会不断扩充和壮大，对于根系的研究必将进一步深入，未来的作物根系研究方法在攻克现代研究方法焦点问题的难关上，将不断增加计算机科技含量投入。未来研究的重点在于彻底分离根系与土壤，快速、准确地从土壤中提取出根系的相关数据，如何实现根系发生、生长、衰老和死亡的动态监测。科技发展的力量不容小觑，作物根系的研究方法前景值得期待。

［1］Weaver，J.E.Root development of field crops［M］.McGraw-Hill，New York，1926.

［2］闫健，谢小妍.作物根系研究室的设计［J］.农机化研究，2006（01）：152-155.

［3］苗玉新.大田作物根系研究法概述［J］.黑龙江农业科学，2005（03）：50-52.

［4］王法宏，赵君实.作物根系的研究进展［J］.莱阳农学院学报，1991（03）：198-201.

［5］胡云华，张一澜，贺秀斌，等.超声波土壤根系提取机：中国，203216742［P］.2013-09-25.

［6］杨恒山，袁雪娇，张玉芹，等.一种超声波根系清洗机：中国，206410917［P］.201-08-15.

［7］Bates G H.A device for the observation of root growth in the soil［J］.Nature，1937（139）：966-967.

［8］罗锡文，周学成，严小龙，等.基于XCT技术的植物根系原位形态可视化研究［J］.农业机械学报，2004（02）：104-106，133.

［9］张建锋，吴迪，龚向阳，等.基于核磁共振成像技术的作物根系无损检测［J］.农业工程学报，2012，28（08）：181-185.

［10］陈信信，丁启朔，李毅念，等.南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征［J］.中国农业科学，2017（03）：451-460.