一、根看不见，怎么才能量清楚

地上部分好量，株高、叶面积、穗数，拿尺子与相机就能办；地下部分难量，根埋在土里，挖出来就断，断了就数不全。可根恰恰是决定产量的那一半：水与养分靠它吸，风来了靠它抓，干旱时靠它往深处找水。同一块地上，两个品种地上长得差不多，产量能差两成，差别往往在根上。所以做根系研究的人，先得解决一件事：把看不见的根，变成能数、能比的形状。

量根有三条路。一是挖根法，整株挖出来，用水冲掉泥，称重、量长；准是准，可细根一冲就断，冲走的往往是吸收能力强的那些，留下的都是粗根。二是根钻法，打一根土芯，洗出里面的根，分拣、称重、量长；快，可只取一小段，拼不出整株的构型。三是图像法，把洗干净的根摊平，拍一张图，软件按像素描出每一条根，算长度、直径、分叉；根完整、摊得平，它就能把整株的形态一次算出来。

恒美智造的这条产品线走的是第三条路，五个型号，从 A4 拍照到 A3 扫描，配同一套分析软件。这个品类的叫法有几种：按对象叫根系分析仪，按系统叫植物根系分析系统，按图像叫植物根系图像分析仪，按设备叫根系扫描仪，说的是同一件事：把根摊开、拍下来、算成数。叫法不同，做的事一样；做课题的人关心的是能出哪些参数，做生产的人关心的是快不快。快不快这件事，一半看机器，一半看流程：洗根、摊根、拍照、修正，四步里三步是人做的，机器只在第三步上省时间。所以选型时别只盯着成像速度，先看自己一天能洗几份根；洗不动，机器再快也是空转。恒美智造在方案里会把人工这一步算进去，算完再谈型号。

表1 两头看不见，一头能看见

表注：图像法的前提是洗得干净、摊得平；洗断的根，软件算得再细也补不回来。

二、两根路线：拍照与扫描

拍照式的做法是高拍仪俯拍：根系摊在一块透明盘上，上方的相机一次拍全，软件按像素描边。它的强项是快，一份根几十秒就出图，一天能做几十份；成像速度比扫描式快出二十倍，这个差距在样品多的时候是决定性的。它的弱项是对重叠敏感：两根根挨在一起，软件可能当成一根，长度就算少了；所以摊根这一关必须做细，摊不开的地方靠后期修正补。

扫描式的做法是贴面扫：根系压在两片玻璃之间，扫描头一行一行扫过去。它的强项是图像质量，4800 乘 9600 的分辨率，零点五毫米的细根也能描出边界；光路封闭，不受外界光影响，同一份根扫两次，结果几乎一样。它的弱项是慢，一份根几分钟，而且必须摊平压紧，卷曲的根压不进去；压得太紧，细根会断，压在玻璃上的水痕也会进图。

怎么选，看两件事：一年多少份、根有多细。一年上千份的筛选试验，走拍照式，快是硬道理；要出精细的直径分布、要发文章用图，走扫描式，图像质量是硬道理。两条路线的数可以比，但要固定一条用到底；前一半拍照、后一半扫描，两段的系统偏差不一样，混在一起算平均，结论就带着一个说不清的量。恒美智造在资料里写了一句：机器的差别可以接受，路线的混用不能接受。还有一层要说明：扫描式的图能直接印在论文里，拍照式的图通常要再处理一遍；要出图的研究组，这一点比速度更重要。恒美智造两种都做，用户在同一个牌子里换，软件与耗材不用推倒重来。

表2 一份根样走完的七个动作

表注：第三个动作决定成败；根一叠，长度与分叉数全部失真，事后修不回来。

三、二十二个参数，怎么排

头一组是长度类：根总长、各直径段的长度、分支频率。根总长是所有根段长度相加，它反映吸收潜力；同样重量的根，细而长的那一种表面积大，吸水吸肥能力强。各直径段的长度是按粗细分量程统计，比如零点五到一毫米、一到二毫米、二到五毫米各占多少；这一组数更能看出根型，细根多的根系适应贫瘠土壤，粗根多的根系抗倒伏。第二组是形态类：平均直径、直径中值、直径上限、根总面积、总投影面积、总体积、根尖计数、分叉计数、交叠计数。这一组数里，根尖计数与分叉计数有用：根尖是吸收的活跃部位，根尖多说明根系在扩展；分叉多说明分支能力强。交叠计数是软件给的提示：交叠多的地方，识别可能出错，需要人工看一眼。

第三组是结构类：拓扑分析、分形维数、颜色分析、根瘤个数、向地角与水平角。拓扑分析算出根与根怎么连、夹角多大，能区分鱼尾型与叉状型两类构型；分形维数用盒维数法算，数值越大说明根系在平面上填充得越满；颜色分析能分出活根与死根、新根与老根；根瘤个数用来估固氮贡献；向地角与水平角说明根往哪个方向长。这一组是分水岭：只给前两组数的软件，看不出根型差异。这三组数还有个用法：交叉着看。细根多、分形维数高、向地角小，说明根系在表层密集铺开；粗根多、向地角大、拓扑分支少，说明根系往下扎。两种根型的适应策略不一样，前者抢肥，后者抗旱；看品种适合哪种地，就从这三组数里读。三组数还有一层用法：互相校验。分形维数高而根总长不长，说明根在平面上盘得密，土壤可能板结；根总长长而根尖数少，说明根段长但分叉少，可能是徒长。恒美智造在培训时会给两个反常例子，让用户自己看图判断。

表3 三个词，看出根的长相

表注：三个词里，直径分布与拓扑是分水岭；只报总长的软件，看不出根型差异。

四、五个型号，从 A4 到 A3

拍照式有两个量程。HM-GX01 是 A4 幅面，2000 万像素自动对焦，有效分析幅面 297 乘 210 毫米，一万五千元；苗期根系与单株小样本用它够，摊得开、算得快。HM-GX01S 是 A3 幅面，2200 万像素，297 乘 420 毫米，一万八千五百元；成株整株根摊开往往超过 A4，这一量程才装得下，装不下就得分段拍，分段之后连接关系就断了。

扫描式也有两个量程。HM-GX02 是 A4 双光源扫描，光学分辨率 4800 乘 9600，反射稿幅面 355.6 乘 215.9 毫米，透扫 320 乘 203.2 毫米，两万三千八百元；双光源分别装在扫描面板下方与上盖里，扫的时候两边一起亮，根系不会有阴影，边缘清楚。HM-GX02S 是 A3 版，反射稿 304.8 乘 429.26 毫米，透扫 304.8 乘 403.86 毫米，接口升到 USB 3.1，三万一千八百元。

顶上是 HM-GX03S，A3 扫描全功能，四万六千元。它在 HM-GX02S 的基础上多了几项兼测：针叶的面积、长度、宽度；大豆花生的果荚分成果柄、果身、果喙三段，各测粗细、长、弧长、弧弦高；籽粒的芒长、小叶的叶柄长。林业与油料作物的单位，一台机器把根、叶、荚、粒四样都测了，不必再配别的设备。五个型号共用一套软件，程序逻辑一样，换量程不用重学。五个型号还有一个共同点：都能接同一台电脑、同一套授权；单位里有几台机器，数据能合到一个库里。这一条在多课题组共用一台机器的单位格外管用：谁做完了传上去，别人按样号就能调出来，不必抱着硬盘来回跑。

表4 五个型号，两个量程幅面

表注：五个型号共用一套分析软件；差别在成像方式、幅面与兼测项。

五、洗根、铺根、分析，七步

头两步是取样与冲洗。取样要整株挖：离株二十厘米下铲，连土坨一起起，别一铲下去切断主根；挖出来装袋，写上样号与处理。冲洗要用低压流水，从土坨外往里冲，别拿水柱对着根冲；水压一大，零点五毫米以下的细根直接冲走，冲走的恰恰是吸收能力很强的那一量程。冲的时候用手指轻拨，别搓揉，搓一次根毛就掉一层。中间两步是摊根与拍照。摊根要用镊子把根一条条拨开，枝不叠枝、根不压根，摊在透明盘上；摊不开的地方先拨松，实在交叠的留到后期修正。拍照要补光均匀，整幅进框，四角留一点余量；光斑落在根上，那一块的颜色变浅，描边就断。摊根是整套流程里费工的一步，也是省不得的一步；根一叠，长度与分叉数全部失真，事后修不回来。

末三步是分析、修正、存量程。自动识别跑完，先看整幅的描边是不是贴着根走，再看交叠计数提示的位置；错了就用裁剪、合并、连接三个工具改，改错了可以回退。修正完导出数据，同时存图；图按样号命名，与表一对一。七步走完，一份根大约半小时，其中洗根与摊根占了大半；想让一天多做几份，先想办法把这两步并行，而不是换一台算得更快的机器。这句话在样品多的时候格外实在，恒美智造在回访时也常提这一句。一份根半小时，其中洗根二十分钟、摊根八分钟、分析与修正两分钟；想把一天的量翻倍，加一个人洗根，比换一台算得更快的机器有效。培训时按实际人数排一遍班，让用户自己看出瓶颈在哪一步。看得清之后，添人还是添机器，就有了依据：洗根跟不上，添人；修正跟不上，添工作站；都不缺，只是机器太慢，才轮到换量程。恒美智造在回访时会问一句现在卡在哪，答案往往不是机器。

六、根系数据能回答什么问题

头一个问题是根构型与抗逆。同一作物不同品种，根的分布差别很大：有的主根深扎，抗旱；有的侧根密布表层，抢肥快。拓扑分析与向地角这两组数能把这种差别量化；抗旱育种筛材料，看的就是深层根占比与向地角。这类研究过去靠挖剖面看，主观、不可重复；现在把根摊平拍下来，一组数组摆出来，谁深谁浅一目了然。第二个问题是细根与养分循环。生态研究里有个词叫细根周转，指细根不断生长、死亡、分解的过程；这个过程是土壤碳输入的主要来源之一。要算周转，得知道单位土体内细根的长度与生物量，还要按季节反复测。根钻取芯、洗根、扫描、分量程统计，一套流程下来，一个样点一年的数据就能画一条曲线；曲线的高低与季节变化，就是周转的节奏。

第三个问题是数据可比性。根系数据过去难在比，因为每个人挖的方法、洗的手法、量的标准都不一样；同一块地两个人测，能差三成。图像法把标准固定下来：一样的摊法、一样的幅面、一样的算法、一样的修正规则；标准固定，数据才能横向比。恒美智造在资料里把这一条写在前头：买这台机器买的不只是快门，是一套可复现的口径。口径这件事，写在纸上容易，落到手上难：摊根的手法、修正的尺度、直径分量程的边界，三样都要统一。恒美智造在资料里给了三条参考规则，用户可以按自己的作物改，改完写进操作规程，全组照一份执行；执行一年，数据就能横向比了。

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