細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)能夠反映植物捕獲水分和養分的能力，也能反映植物平衡不同器官間的碳分配能力，還能反映植物適應變化氣候條件的能力。但相比植物地上部分生長(cháng)動(dòng)態(tài)，細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)知之甚少，特別是細根生長(cháng)季節性動(dòng)態(tài)和年際動(dòng)態(tài)。所以提升控制環(huán)境條件下細根生長(cháng)季節性動(dòng)態(tài)的認識能力，對于評估植物資源分配和地下凈初級生產(chǎn)力是很重要的。

吸收細根是指未木質(zhì)化的、短命的、直徑非常小的、分泌初生代謝產(chǎn)物和次生代謝產(chǎn)物的、靠近根尖的根系片段，這種短命結構對于資源捕獲和微生物互作非常重要。吸收細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)可能會(huì )受到諸多內因和外因的影響，內因如在生長(cháng)葉片、繁殖器官等時(shí)，受不同器官間對碳水化合物的競爭影響，細根的生產(chǎn)力會(huì )降低；外因如干旱、水澇、低溫、低養分可利用環(huán)境等，細根的生產(chǎn)力會(huì )降低。諸多因素相互作用，最終形成了細根生長(cháng)速率的峰谷變化。

但是因諸多原因限制，例如觀(guān)測方法，目前關(guān)于細根生長(cháng)周期性的研究成果是非常有限的。而在眾多觀(guān)測方法中，微根管/窗法是倍受根系研究者青睞和接受的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以按照固定時(shí)間間隔定期直接借助圖像觀(guān)測細根的生長(cháng)動(dòng)態(tài)，但是缺點(diǎn)在于從圖像中提取根長(cháng)、根直徑等形態(tài)參數是一項非常費時(shí)費力的工作，尤其是觀(guān)測頻率較高、時(shí)間較長(cháng)時(shí)，以至于獲取細根生長(cháng)季節性動(dòng)態(tài)和年際動(dòng)態(tài)是非常困難的。

為了了解采用微根管/窗法開(kāi)展細根動(dòng)態(tài)研究現狀，于2021年11月27日，采用“minirhizotron”和“root dynamic”兩個(gè)主題詞在Web of Science中檢索，僅得到402條檢索結果（只以“minirhizotron”為主題詞會(huì )多一些），從1989年-2021年，平均每年僅發(fā)表12.18篇文章。這個(gè)檢索結果相信很多根系研究者都會(huì )覺(jué)得不可思議，這樣的產(chǎn)出與觀(guān)測設備的擁有量是不匹配的。有設備，但是沒(méi)有產(chǎn)出，這是根系動(dòng)態(tài)研究面臨的現狀。

要突破這種現狀，首先需要確定根系動(dòng)態(tài)觀(guān)測參數，不同參數的觀(guān)測難易程度是不一樣的，比較經(jīng)典的參數有細根生長(cháng)速率、累積細根生長(cháng)速率、死根死亡速率、累積細根死亡速率、中值壽命/周轉率、根尖數等。細根生長(cháng)速率、累積細根生長(cháng)速率、死根死亡速率、累積細根死亡速率、中值壽命/周轉率的提取，詳見(jiàn)Germon等（Germon, 2016）以“Unexpected phenology and lifespan of shallow anddeep fine roots of walnut trees grown in a silvoarable Mediterranean agroforestrysystem”為題發(fā)表于Plant Soil的文章，這篇文章的作者團隊利用微根管法在地中海地區開(kāi)展了系統性的工作，也算得上是微根管法的經(jīng)典應用案例，曾在各種場(chǎng)合反復推薦。

最近，Withington等（Withington et al., 2021）以“Remarkable Similarity in Timing of AbsorptiveFine-Root Production Across 11 Diverse Temperate Tree Species in a CommonGarden”為題，在Frontiers in Plant Science上發(fā)表了利用微根管法獲取圖像，以一級吸收根和二級吸收根為研究對象，采用每個(gè)圖幅的細根數量作為細根生長(cháng)指標，觀(guān)測了11種溫帶樹(shù)種（5種常綠樹(shù)種和6種落葉樹(shù)種）的細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)，分析了土壤35cm厚土層中一級細根和二級細根的物候和生長(cháng)，以及每月和全年的細根生長(cháng)，并建立細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)與年降雨量關(guān)系。發(fā)現大多數樹(shù)種和觀(guān)測年的細根生長(cháng)的主峰或最大峰值出現在六到九月間，且在大多數觀(guān)測年份，所有物種的細根生長(cháng)物候是相對一致的。相比濕潤年份，干旱年份的所有樹(shù)種的細根生長(cháng)都減低至少75%。年累積根長(cháng)生長(cháng)與生長(cháng)年前一年的降雨量有著(zhù)比生長(cháng)年降雨量更強的相關(guān)性，表明根系對降雨的響應有時(shí)滯效應。

圖1 2000-2002年11種溫帶樹(shù)種細根根長(cháng)生長(cháng)的季節性動(dòng)態(tài)

圖2 2005-2007年11種溫帶樹(shù)種細根根長(cháng)生長(cháng)的季節性動(dòng)態(tài)

表1 11種溫帶樹(shù)種吸收細根的年根長(cháng)生長(cháng)

表2 基于前一年的平均降雨量預測11個(gè)溫帶樹(shù)種年細根根長(cháng)生長(cháng)

參考原文

Jennifer M. Withington, Marc Goebel1, Bartosz Bu?aj, Jacek Oleksyn, Peter B. Reich， David M. Eissenstat1（2021）. Remarkable Similarity in Timing of Absorptive Fine-Root Production Across 11 Diverse Temperate Tree Species in a Common Garden. Frontiers in Plant Science, 11, 623722, 1-14. doi:10.3389/fpls.2020.623722.