植物根系构型的生态功能及其影响因素

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1、第26卷第2期河南科学Vol.26No.22008年2月HENANSCIENCEFeb.2008文章编号:1004-3918(2008)02-0172-05植物根系构型的生态功能及其影响因素毛齐正,杨喜田,苗蕾（河南农业大学林学园艺学院，郑州450002)摘要:植物根系构型即根系在其生长介质中的生长与分布,直接影响着植物的生长和发育.通过概述植物根系构型的基本概念以及生态作用,总结影响植物根构型的诸多因素,主要包括根系的生物学特性、自然条件和人工干扰.基于当前的研究现状,提出了植物根系构型需进一步研究的

2、问题.关键词:植物根系构型;生态功能;影响因素中图分类号:S718.3文献标识码:A土壤的物质和能量被植物获取和利用均是通过根系得以实现的.因此，根系的分布特征反映了土壤的[1]物质和能量被植物利用的可能性以及生产力.大量研究证实，根系的形态分布直接影响植物对土壤中营养和水分的吸收，进而影响到植物地上部分的生长和生态功能的发挥.根系在土壤中的分布主要表现为根系构型，即根系在土壤中的空间分布，包括二维构型和三维构型.根系的结构直接反映了根系的生长状况，因此，良好的根系构型不仅提高了根系对土壤养分和水分利用

3、的效率，而且也是构建稳定生态群落的基础.所以，通过植物的根系结构来研究植物的生长发育及其生态稳定性具有重要意义.近年来，根系构型的研究已成为诸多学科研究的热点问题.从根系与土壤有机质的交换作用来看，根系结构是植物吸收机能的决定因素；从植物生长稳定性来看，[2-3]根系的几何形态决定了植物的固土作用和土壤的抗冲性能.所以，在明确根系构型在植物生长和生态作用发挥的基础上，研究植物根系构型的形成因素，探索健康稳定的植物根系结构将是今后根系构型研究的重点.1植物根系构型[4]根系构型是指同一根系中不同类型的根（

4、直根系）或不定根（须根系）在生长介质中的空问造型和分布.根系构型常被描述为根系的三维空间配置和布局，即根系是如何通过分支相互联结的，它决定了植物的抗拔能力和杆的通直性.具体来说，植物根系构型包括立体几何构型和平面几何构型.立体几何构型是指不同类型的根（直根[5]系）或不定根（须根系）在介质中的三维空间分布，平面几何构型则为同一根系的各种根沿根轴二维平面上的分布.一般平面几何构型可由能直接测定的指标（如主根与基根或各不定根之间的夹角等参数）来描述，[6]各类根的根长、根重和吸收面积等指标在一定程度上也能间

5、接反映此特征.实践证明，二维构型在多种情[7]况下可以间接反映三维的构造模型.根构型参数有根生长角度、根半径、根表面积、根体积、根重、根冠比等根系组成.但是，由于根系生长的介质——土壤是不透明的，不易直接观测，且根系生长受土壤环境条件的影响很大，具有较大的可塑性.所以，要对根构型的各个参数进行准确的测定是非常困难的.传统的根系研究方法有挖掘法、土块法、钉板法、管栽法、网袋法等，但是，这些方法往往需要进行破坏性取样，使根系[8]与土壤分离开来.随着现代科学技术的应用，出现了同位素示踪法、地下根室及微根室等

6、非破坏性研究方法.这些方法不需要破坏性取样，避免了谨慎、耗时、费力的取样程序，但往往只能获得一些有限的原位观[9]测数据，难以获得完整、准确的三维形态数据.近年来，计算机在根系研究的领域内得到快速发展，根系扫描技术及根系图像分析软件（如WINRHIZO软件、CI—400/600软件）的广泛应用，进一步为根系参数（如根收稿日期:2007-10-19基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目（30200250）作者简介:毛齐正（1984-），女，河南原阳人，硕士，研究方向为切根对苗木根系构型的影响；通信作

7、者：杨喜田（1965-），男，河南长垣人，教授，博士，主要从事水土保持以及恢复生态学研究.2008年2月毛齐正等:植物根系构型的生态功能及其影响因素-173-系分级、根系长度、根系表面积、根系分支等）的精确测定提供了有力的科学依据.2植物根系构型的生态功能2.1根系构型对养分、水分吸收的影响根系构型是植物根系生长和分枝的结果，决定了植物吸收和传导水分、养分的能力.越来越多的事实证明，根系构型是影响植物生产的重要因素.自然条件下，水分、养分在土壤中的空间分布不均匀且会出现局部的亏缺，根系构型在很大程度上决

8、定着根利用这些资源的效率.根系的构型决定了根搜索土体能力的大小.如果新生侧根可以长出母轴已搜索的土体，则有利于根对土壤资源的吸收.大量研究表明，侧根与养分吸收运输有显著关系.Russell曾研究裸根中距根尖50cm以[10][11]内磷、钾、钙的吸收运输情况，认为侧根的发生是根系增加养分吸收进行的正常反应.Fitter等提出根系的拓扑结构模型，并估算了根系周围的土壤中磷的亏缺与根系构型的关系，发现磷亏缺的区域与土体中是否[12]存在根系密切