如何探究植物根系的秘密?

植物的營養器官

俗語云「根深葉茂」,根是植物繁茂的基礎。

植物根系不僅起著支撐和固定地上部分的作用,而且還是吸收、運輸和儲存水分、碳水化合物和營養物質以及合成一系列有機化合物的重要器官,在生態系統物質和能量循環中發揮著十分重要的作用。

隨著生物質能源、碳匯和地下生態系統養分循環的深入研究,使植物根系特徵、生物量和分佈的研究成為當前的研究熱點。

那麼如何探究植物根系的秘密呢?

常見的研究方法有如下幾種。

1

傳統挖掘法

挖掘法是一種最常用的取樣方法,一般包括整株分區挖掘和挖取土壤剖面獲取根系。

1

該方法可以完整地獲取一定範圍內的所有根系樣品,並測定不同徑級根系的形態結構和分佈特徵,是最常用也是最直接的根系研究方法。該方法主要用於對根系的形態特徵、水平和垂直分佈特徵的相關研究。該方法資料真實可靠,但缺點是工作量大、過程複雜、對環境破壞大、無法實現根系動態觀測等。

2

根鑽法

根鑽法是分析細根的生物量、季節生產量和細根週轉量最廣泛、最主要的方法。

2

用根鑽系統在全年不同取樣時間重複獲取不同土層深度的原狀土樣,通過水洗過篩,挑選出死根、活根樣品,並對其生物量和根系形態學參數分別進行測量,通過極差法、矩陣法、分室通量模型法等方式獲得細根的年生產量和週轉時間。該方法通過大量的重複性試驗,可獲得較可靠的資料,且對環境破壞性較小,但缺點是無法實現實時觀測、工作量大、對土壤類型有一定要求等。

3

生長袋法

生長袋法是分析植物細根生產量的一種常規方法。

3

該方法是將土壤以柱狀形式取出,去除所有根系後裝入生長袋,回填至原地,經過一段時間後取出生長袋,獲取袋中的植物細根即為該時期新長出來的細根。該方法常用於估算植物細根的年生產量,尤其常用在植物地下器官生長較快的熱帶以及亞熱帶的森林植物細根的年生產量的估算。其最主要的缺點是植物根系環境條件的變化會對植物根系的生長產生影響,即使採用原狀土回填到生長袋中,但在採集過程中土壤的孔隙度和結構被破壞,無法達到與土壤原本生長環境一致,土壤的水分和養分也發生了變化,會影響細根的生長,同時植物細根在去除根系的採集土壤中生長狀況可能會與原狀土壤中的生長環境有所不同。

4

容器法

容器法是一種在特定器皿中對根系的發育狀況進行觀測的方法。

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該方法一般適用於室內實驗的容器苗、樹木幼苗等。該法是將體積一定的敞口容器埋置於土壤中,植株幼苗栽培其中,一段時間後進行取樣分析,取出容器內的土柱,獲得完整植株根系。其優點是工作量相對較小,觀察方便,能保持根系的完整性,主要缺點是由於容器的大小無法與實際土壤的根系生長和分佈匹配,可能導致所獲得的根系體積偏小。

5

微根視窗法

微根視窗法常運用於對根系的動態生長、死亡情況的長期野外定位實時觀測。

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該方法的優點是能快速準確地對植物根系的形態學指標、根系活性指標和壽命週期進行動態監測和資料採集,能很大程度地減少野外工作取樣的時間和人工成本,且對根系和環境破壞程度較小,因此能更加準確地估測細根的生長量、週轉量和分解速率。該方法的主要缺點是由於微根管圖像採集器的限制,無法測定根系單位面積的形態特徵參數和生物量,且微根管與土壤界面的原生土壤環境的改變會影響根系的正常生長,同時只通過微根管的圖像採集方式,很難分辨物種豐富的林分中不同的植物根系。

6

埋袋法

埋袋法也稱根袋法,是一種研究根系分解速率及其有機碳和養分釋放規律的細根研究方法。

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該方法來源於凋落物的分解研究,被廣泛運用於各種陸地生態系統包括熱帶、亞熱帶以及高山森林草原的凋落物的分解研究。該法的原理是將野外取回來的根系按照不同的徑級分開,剪成小段,稱取一定的質量放入尼龍網袋中,再埋回取樣的樣方土壤中,並且定期取回尼龍網袋,沖洗烘乾,獲得不同分解時期的細根質量。該研究方法能夠實現細根分解的動態觀測,並且操作簡單,對環境的破壞程度較小。

採用以上多種試驗方法,對根系進行系統的研究,能夠更加精確地計算植物的生物量,對根系的垂直分佈特徵以及生物量進行詳細的測算,認識並精確利用植物根系的特徵。本文根據賈志清等的《青海共和盆地典型固沙植物根系特徵及功能研究》一書撰寫,轉載於賽拉艾芙

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