草地植物根系和土壤分离技术研究进展

侯 佳，王占义，于泽明，肖 楠

(1.内蒙古农业大学职业技术学院，内蒙古包头 014109；2.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019；3.内蒙古自治区环境科学研究院，内蒙古呼和浩特 010011)

草地植物根系和土壤分离技术研究进展

侯 佳1，王占义2，*，于泽明3，肖 楠2

(1.内蒙古农业大学职业技术学院，内蒙古包头 014109；2.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019；3.内蒙古自治区环境科学研究院，内蒙古呼和浩特 010011)

根系是植物吸收水分、养分，物质合成和转化的重要器官。由于根系埋藏于土壤中取样困难，导致对根系的研究相对落后。研究植物根系，对根系和土壤的分离是首要而关键的一步。应用不同的根-土分离技术，对研究结果的精准度和可靠性有重要影响。本文对国内外有关根系和土壤的分离技术做了综述。

植物根系；土壤；分离技术；研究进展

1 引言

根系是植物吸收水分、养分，进行活性物质合成和转化的重要器官。根系形态、生理特性与地上部的生长发育有密切的联系。地下根系的生长发育特性和分布规律是地上部产量的保证。对于多数多年生牧草，地下根系既是水分养分的贮藏和有机物质的合成场所，也是重要的繁殖器官。此外，草地优势植物根系的特点还与草地植被演替、水土流失紧密关联。因此，草地植物根系的研究为合理利用和改良草地、遏制草地退化，水土保持和牧草选育等提供了理论基础〔1〕。然而由于根系埋藏于土壤中，植物根系的不透明生长环境及其相互交错的复杂形态，使得根系的测量、研究难度远大于植物地上部〔2〕。对于准确取样、测定、观察等研究手段应用有一定制约，导致根系的研究相对落后。研究植物根系，对根系和土壤的分离是首要而关键的一步。分离的技术不同，对后续形态指标、生物量的测定及根系周转和含碳量的计算〔3〕等研究结果的精准度和可靠性有着重要的影响〔4〕。查阅国内外数据库尚未发现有关根系和土壤分离技术方面的文献综述，本文通过查阅资料，结合根系研究经历进行了总结，以期推动我国的根系生物学研究。综合国内外有关根系和土壤分离技术，主要有干法分离和湿法分离两类。

2 干法分离技术

干法分离技术，是指不采用水洗而直接处理相对干燥的土壤，实现根系和土壤颗粒的分离。干法分离技术主要有挖掘法，干筛法，静电分离法和起苗机法。

2.1 挖掘法

是针对特定植株，挖开土壤剖面，采用小刀、针，镊子刷子等工具，缓慢细致地去除根系周围土壤，逐渐暴露获得完整根系的过程。这种方法最为原始，简单、易行、直观性强，应用范围广，但是对于根系的损伤很大，并且实验数据的可靠性和精确度较低，限定了研究内容和研究范围〔5〕。挖掘法在灌木〔6，7，8〕和草本植物中〔9，10〕均有广泛的应用，仍然是目前获得整株植物根系的方法之一。

2.2 干筛法

该法首先需要压碎土块，将嵌入土块内部的根系释放，然后采用不同孔径的筛子由粗到细逐步分离土壤和根系。这种方法适合于土壤沙性强，粘结性差，植物根系相对较粗的情况〔11，12〕。在这些地区应用此法要比水洗法省工省时，简单准确〔4〕。

2.3 静电法

此法由德国霍恩海姆大学的Kuzyakov,Yakov等提出〔13〕。方法是首先将根系和土壤的混合物平铺展开成薄层，然后采用聚乙烯或者其他有机化合物制成的板块放置在土层之上并间隔一定的距离，通过摩擦或者其他方式使得聚乙烯板带有静电，根系和细小的有机碎片便会吸附到聚乙烯板面上，从而实现根系和土壤的分离。使用本方法每次处理的土样小于20克比较适宜，同时宜多次吸附，效果较好！

2.4 起苗机法

本法是针对灌木作业，一般由拖拉机牵引，带动起苗铲从底部切取根层土块，通过机械振动实现土块的破碎，达到根系和土壤分离。一般起苗机包括机架、起苗铲、振动筛、连杆、偏心轮、传动机几部分组成。此法一般针对灌木苗期移栽时使用，根系相对较粗，土壤容易破碎的地区使用〔14〕。

3 湿法分离技术

湿法分离技术是指借助于水或溶液，处理土壤和根系，实现根系和土壤的分离。该技术主要包括手洗过筛法，自动洗根机法，色素形成法和土壤分散剂法等等。

3.1 手洗过筛

把混合物放置在一叠不同孔径的筛子上，用水冲洗混合物，然后把各级筛子上获得的根系和石块收集在一起，利用比重差别，水中分离石块与根系。该法简单易信行，缺点是容易在冲洗过程中损失根系，需要注意最后一级筛子的孔径大小〔4〕〔15〕。Livesley等人研究了洗根时不同孔径筛子对于根系的损失，发现0.2mm的筛子损失量少，比较适宜研究细根〔16〕。当然也有使用更细小的100目的筛子水洗〔17〕。另外，冲洗宜用自来水，不宜用蒸馏水〔18〕。

3.2 自动洗根机法

该法通过水流的旋转运动和压缩空气的吹动，将根系和泥土轻柔分离；清洗过程中分离出的根系被收集在滤网中；洗根机配有电泵、蓄水箱、污水管道等。该法首次实现了根系清洗的自动化，标准化作业，避免了人为操作的不确定性，但是也存在不足之处：部分细根会粘连在机器内壁，需经常检查；不同品牌的洗根机，可保留的最细根系直径不同等〔19，20〕。

3.3 色素形成法

本法是通过根系吸收体外色素或者直接在植物茎上注射有颜色的溶液，然后观察液体在根系内的分布，可用来区分不同植物的根系和土壤，一般限于较小的植物〔21〕。常用的色素是TTC氯化三苯基四氮唑。本法在需要区分活根和死根时，或者根系颜色和土壤反差不明显时应用较多〔22〕。

3.4 土壤分散剂法

对于火山灰之类粘性较大、水洗难以完全分离根系的土壤，可以加入0.1%-1%的碳酸铵或氨水溶液，浸泡数小时至一昼夜，分散土壤颗粒，再通过水洗震荡分离根系和土壤。常用的分散剂还有偏磷酸钠盐溶液、氯化钠、次氯酸钠、过氧化氢、碱性含钙土壤可用弱酸溶液等。本法可有效实现根系和土壤的分离，但是要注意所用化学试剂对根系的损伤、褪色，以及对后续实验观测的影响〔23，24〕。

4 小结

虽然实现根系和土壤的分离有多种方法，且不同的方法有其各自的优缺点，实际应用中还需要根据不同的研究目的和实验材料进行方法比选。特殊情况实在难以分开的时候还可以使用燃烧法。实现根系和土壤的分离难免存在对根系的损伤，近年来也有方法可以在土壤中原位观测根系，不用根-土分离同样可以达到目标。这些方法有根窗法〔25，26〕，X-光扫描法〔27〕，探地雷达法〔28，29〕，同位素示踪法〔30〕，核磁共振成像法〔31〕，元素平衡法〔32〕，数学模型法〔33〕等，这些方法的优点是可以保持土壤和根系的完整性，减少根系损失和对于自然土壤的破坏，而且对于测定的数值准确率也较高，缺点是设备昂贵，限制了方法的广泛应用。

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Research Progress of Plant Roots and Soil Separation Technology in Grassland

Hou Jia1，Wang Zhanyi2*，Yu Zeming3，Xiao Nan2

(1.Vocational and Technical College, Inner Mongolia Agricultural University, Baotou, Inner Mongolia,014109; 2.Colloge of grassland, resource and Environment,Inner Mongolia Agricultural University,Huhhot 010019; 3.Insitute of Enviromental Scicence in Inner Mongolia, Huhhot 010011, China)

Roots are important organs for plants to absorb water and nutrients, to prorduce and to synthetize organic matter. Due to the difficulty of sampling in the soil, the study of the root system is relatively backward. For studying plant roots, the separation of roots and soils is the primary and critical step. The use of different root-soil separation techniques has an important effect on the accuracy and reliability of the results. In this paper, the separation techniques of root and soil at home and abroad were reviewed.

plant roots; soil; separation technology; research progress

Q944

A

2095—5952(2017)01—0005—04

2017-01-20

中国博士后科学基金面上项目(2015M572634XB),内蒙古农业大学学生科技创新项目(2015-21)。

侯 佳(1981-)，女，内蒙古呼和浩特市人，讲师，主要从事园艺植物生理与解剖研究。 E-mail：hj116116@sina.com.

[*通讯作者]王占义，男，博士，讲师，主要从事草地资源生态与植物根系研究。E-mail：zhanyiwang2006@163.com