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1、第26卷第2期河南科學(xué)Vol.26No.22008年2月HENANSCIENCEFeb.2008文章編號:1004-3918(2008)02-0172-05植物根系構(gòu)型的生態(tài)功能及其影響因素毛齊正,楊喜田,苗蕾（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)園藝學(xué)院，鄭州450002)摘要:植物根系構(gòu)型即根系在其生長介質(zhì)中的生長與分布,直接影響著植物的生長和發(fā)育.通過概述植物根系構(gòu)型的基本概念以及生態(tài)作用,總結(jié)影響植物根構(gòu)型的諸多因素,主要包括根系的生物學(xué)特性、自然條件和人工干擾.基于當(dāng)前的研究現(xiàn)狀,提出了植物根系構(gòu)型需進(jìn)一步研究的
2、問題.關(guān)鍵詞:植物根系構(gòu)型;生態(tài)功能;影響因素中圖分類號:S718.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A土壤的物質(zhì)和能量被植物獲取和利用均是通過根系得以實(shí)現(xiàn)的.因此，根系的分布特征反映了土壤的[1]物質(zhì)和能量被植物利用的可能性以及生產(chǎn)力.大量研究證實(shí)，根系的形態(tài)分布直接影響植物對土壤中營養(yǎng)和水分的吸收，進(jìn)而影響到植物地上部分的生長和生態(tài)功能的發(fā)揮.根系在土壤中的分布主要表現(xiàn)為根系構(gòu)型，即根系在土壤中的空間分布，包括二維構(gòu)型和三維構(gòu)型.根系的結(jié)構(gòu)直接反映了根系的生長狀況，因此，良好的根系構(gòu)型不僅提高了根系對土壤養(yǎng)分和水分利用
3、的效率，而且也是構(gòu)建穩(wěn)定生態(tài)群落的基礎(chǔ).所以，通過植物的根系結(jié)構(gòu)來研究植物的生長發(fā)育及其生態(tài)穩(wěn)定性具有重要意義.近年來，根系構(gòu)型的研究已成為諸多學(xué)科研究的熱點(diǎn)問題.從根系與土壤有機(jī)質(zhì)的交換作用來看，根系結(jié)構(gòu)是植物吸收機(jī)能的決定因素；從植物生長穩(wěn)定性來看，[2-3]根系的幾何形態(tài)決定了植物的固土作用和土壤的抗沖性能.所以，在明確根系構(gòu)型在植物生長和生態(tài)作用發(fā)揮的基礎(chǔ)上，研究植物根系構(gòu)型的形成因素，探索健康穩(wěn)定的植物根系結(jié)構(gòu)將是今后根系構(gòu)型研究的重點(diǎn).1植物根系構(gòu)型[4]根系構(gòu)型是指同一根系中不同類型的根（
4、直根系）或不定根（須根系）在生長介質(zhì)中的空問造型和分布.根系構(gòu)型常被描述為根系的三維空間配置和布局，即根系是如何通過分支相互聯(lián)結(jié)的，它決定了植物的抗拔能力和桿的通直性.具體來說，植物根系構(gòu)型包括立體幾何構(gòu)型和平面幾何構(gòu)型.立體幾何構(gòu)型是指不同類型的根（直根[5]系）或不定根（須根系）在介質(zhì)中的三維空間分布，平面幾何構(gòu)型則為同一根系的各種根沿根軸二維平面上的分布.一般平面幾何構(gòu)型可由能直接測定的指標(biāo)（如主根與基根或各不定根之間的夾角等參數(shù)）來描述，[6]各類根的根長、根重和吸收面積等指標(biāo)在一定程度上也能間
5、接反映此特征.實(shí)踐證明，二維構(gòu)型在多種情[7]況下可以間接反映三維的構(gòu)造模型.根構(gòu)型參數(shù)有根生長角度、根半徑、根表面積、根體積、根重、根冠比等根系組成.但是，由于根系生長的介質(zhì)——土壤是不透明的，不易直接觀測，且根系生長受土壤環(huán)境條件的影響很大，具有較大的可塑性.所以，要對根構(gòu)型的各個參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測定是非常困難的.傳統(tǒng)的根系研究方法有挖掘法、土塊法、釘板法、管栽法、網(wǎng)袋法等，但是，這些方法往往需要進(jìn)行破壞性取樣，使根系[8]與土壤分離開來.隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了同位素示蹤法、地下根室及微根室等
6、非破壞性研究方法.這些方法不需要破壞性取樣，避免了謹(jǐn)慎、耗時、費(fèi)力的取樣程序，但往往只能獲得一些有限的原位觀[9]測數(shù)據(jù)，難以獲得完整、準(zhǔn)確的三維形態(tài)數(shù)據(jù).近年來，計(jì)算機(jī)在根系研究的領(lǐng)域內(nèi)得到快速發(fā)展，根系掃描技術(shù)及根系圖像分析軟件（如WINRHIZO軟件、CI—400/600軟件）的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步為根系參數(shù)（如根收稿日期:2007-10-19基金項(xiàng)目:河南省高校杰出科研人才創(chuàng)新工程項(xiàng)目（30200250）作者簡介:毛齊正（1984-），女，河南原陽人，碩士，研究方向?yàn)榍懈鶎γ缒靖禈?gòu)型的影響；通信作
7、者：楊喜田（1965-），男，河南長垣人，教授，博士，主要從事水土保持以及恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究.2008年2月毛齊正等:植物根系構(gòu)型的生態(tài)功能及其影響因素-173-系分級、根系長度、根系表面積、根系分支等）的精確測定提供了有力的科學(xué)依據(jù).2植物根系構(gòu)型的生態(tài)功能2.1根系構(gòu)型對養(yǎng)分、水分吸收的影響根系構(gòu)型是植物根系生長和分枝的結(jié)果，決定了植物吸收和傳導(dǎo)水分、養(yǎng)分的能力.越來越多的事實(shí)證明，根系構(gòu)型是影響植物生產(chǎn)的重要因素.自然條件下，水分、養(yǎng)分在土壤中的空間分布不均勻且會出現(xiàn)局部的虧缺，根系構(gòu)型在很大程度上決
8、定著根利用這些資源的效率.根系的構(gòu)型決定了根搜索土體能力的大小.如果新生側(cè)根可以長出母軸已搜索的土體，則有利于根對土壤資源的吸收.大量研究表明，側(cè)根與養(yǎng)分吸收運(yùn)輸有顯著關(guān)系.Russell曾研究裸根中距根尖50cm以[10][11]內(nèi)磷、鉀、鈣的吸收運(yùn)輸情況，認(rèn)為側(cè)根的發(fā)生是根系增加養(yǎng)分吸收進(jìn)行的正常反應(yīng).Fitter等提出根系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，并估算了根系周圍的土壤中磷的虧缺與根系構(gòu)型的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)磷虧缺的區(qū)域與土體中是否[12]存在根系密切
