根系三维构型对植物养分吸收具有非常重要的作用，特别是对一些难移动性养分(如磷)的吸收具有重要的影响。植物根系三维构型的精确模拟是研究植物根系生长及其对养分吸收利用等营养功能的重要手段之一，但由于根系的复杂性和地下生长的不可见性，迄今尚无原位、非破坏性定量测定三维根构型参数的有效方法。本研究创建了一套原位透明三维栽培系统，可无接触、原位、动态地观察植物根系构型生长。利用三维激光扫描仪并结合原位透明三维栽培系统可原位、无破坏、动态、高精度地采集根系三维构型图像，为根系研究提供一种简便易行的新途径。主要研究内容如下： ⑴本研究所提出的基于‘空间投票’的图像重建方法可精确重建出三维根系构型，由此可得到相当精确的根系骨架，并利用球样条曲线对根系三维构型进行高精度模拟，可精确地定量计算出根系三维构型参数。不同根构型可以用总根长、平均基根角度(直根系)或平均不定根角度(须根系)、根宽、根深、根宽深比和介质不同层次的根长分布率等三维根构型参数进行较为精确的定量描述。并且上述六个根构型参数在不同磷处理下的动态生长变化均可用相应的方程进行定量描述。 ⑵植物根系三维构型参数与植株磷含量和生物量有密切关系，但是在不同生长时期，根系三维构型参数与生物量和磷含量的相关性不同。在生长早期，有较多的根系三维构型参数与植株生物量和磷含量呈显著相关，发芽后第6天的大豆根构型参数除了根深和根长在0-5cm层的分布率外，其他四个构型参数都与植物营养生长参数显著相关。发芽后第6天的水稻根构型参数除了根宽深比外，其他五个参数都与植物营养生长参数显著相关。随着根系的生长，与植株生物量和磷含量呈显著相关的根构型参数变少。到了第18天，只有大豆总根长、根长在0-5cm层分布率以及水稻总根长、根宽和植物营养生长参数存在显著相关。 ⑶本试验利用透明三维栽培系统Phytagel培养获取的大豆和水稻根系构型参数分别与前人报道的通过田间试验获取的成熟期植物营养生长参数数据显著相关，并且在生长早期(发芽后第6天)较多的根构型参数与田间成熟期营养生长参数具有显著相关。说明可以利用植物生长早期的根构型参数预测成熟期的植株生物量和磷含量。 ⑷在不同生长时期，磷处理对三维根构型参数的影响不同。随着根系不断生长，大豆只有平均基根角度受磷处理的影响基本保持一致；水稻只有总根长受磷处理的影响保持一致。这表明今后研究不同磷处理对根系构型影响时，需要考虑根系生长时间这个因素。在不同的生长时间分析不同磷处理对根构型的影响，会得到不同的结果。 ⑸不同磷处理对不同植物的三维根构型参数的影响不同。大豆平均基根角度在分层磷处理下最小，在低磷处理下最大；而水稻平均不定根角度在低磷处理下最小。同时，水稻根深在低磷处理下最小，而大豆根深在低磷处理下有比高磷处理大的趋势。 ⑹在整个生长期，大豆和水稻的总根长在分层磷处理和高磷处理都没有显著差异，说明根构型的差异并不一定与根系的总量(总根长)有关，而是与根系在三维空间上的相对分布有关。 ⑺首次发现相同大豆品种与不同玉米品种间作时，会出现不同的根系生长情况，NE1与HX3的根系互相交叉生长，而GZ1与HX3的根系回避生长。表明在间作系统中，豆科植物与禾本科植物根系生长互作具有基因型特异性。 ⑻本研究设计的原位透明三维栽培系统可高度模拟田间真实环境，根系在介质空间上的分布比二维生长系统更接近在实际田间根系生长的空间分布，所计算的三维根构型参数也更有代表性。