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背景与目标：多年生根系经历数十年的发育过程，其结构性组分和吸收性组分持续周转；然而，大多数根系结构模型将木质根视为永久性结构，忽略了根系的年龄结构。我们构建了一个受实证数据约束的建模框架，明确表征多年生根系中的年龄结构种群动态、生长调控和休眠过程。 方法：我们扩展了功能—结构植物模型 CPlantBox，通过整合年龄依赖的存活率、次生径向生长和气候驱动的休眠过程，模拟多年生根系数十年尺度的发育。模型参数化基于幼年和成熟葡萄植株独特的三维根系数据，并结合树木年轮学根龄测定结果，同时与根系水力学性质进行耦合。 主要结果：实证分析揭示了多世代根龄分布以及木质化结构根的大规模周转，这与静态木质结构支架的假设相矛盾。模型再现了根龄分布、不同根序的存活概率以及细根—结构根长度比，并生成了具有现实性且基因型特异的三维根系结构。模拟的吸收剖面和水力学情景显示，根龄和根系结构对根系功能具有显著影响。 结论：明确表征木质根的年龄分布及年龄依赖过程，可能从根本上改变对多年生根系结构与功能的预测。该框架推动了根系建模超越一年生植物范式，并为分析多年生作物中基因型×气候互作对长期根系结构和水力学后果的影响提供了可迁移的工具。
根系年龄结构支配多年生植物的长期构型与水力功能：一个建模框架 | bioRxiv
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# 根系年龄结构支配多年生植物的长期构型与水力功能：一个建模框架
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Mona Giraud 、 Lukas Fichtl 、 Daniel Leitner 、 Andrea Schnepf 、 Katharina Steng 、 Matthias Friedel
doi： https://doi.org/10.64898/2026.10.03.756415
Mona Giraud 1 于利希研究中心有限公司，生物与地球科学研究所，农业圈层 3；
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通讯作者： m.giraud{at}fz-juelich.de
Lukas Fichtl 2 德国盖森海姆大学普通与有机葡萄栽培系，65366 Geisenheim，德国
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Daniel Leitner 1 于利希研究中心有限公司，生物与地球科学研究所，农业圈层 3；
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Andrea Schnepf 1 于利希研究中心有限公司，生物与地球科学研究所，农业圈层 3；
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Katharina Steng 2 德国盖森海姆大学普通与有机葡萄栽培系，65366 Geisenheim，德国
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Matthias Friedel 2 德国盖森海姆大学普通与有机葡萄栽培系，65366 Geisenheim，德国
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## 摘要
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## 摘要
**背景与目的：** 多年生植物的根系在数十年间持续发育，其结构组分和吸收组分不断周转；然而，大多数根系构型模型将木质根视为永久性结构，并忽略根系的年龄结构。我们构建了一个受经验数据约束的建模框架，明确表示多年生根系中的年龄结构种群动态、生长调控和休眠过程。
**方法：** 我们扩展了功能—结构植物模型 CPlantBox，通过整合年龄依赖的存活、次生径向生长和气候驱动的休眠过程，模拟多年生根系在数十年尺度上的发育。模型参数化采用了来自幼龄和成熟葡萄植株的独特三维根系数据，以及通过树木年轮学获得的根系年龄测量数据，并将模型与根系水力特性相耦合。
**主要结果：** 经验分析揭示了多世代年龄分布以及木质化结构根的大规模周转，这与静态木质骨架的假设相矛盾。模型再现了年龄分布、不同根序的存活概率以及细根与结构根的长度比，并生成了符合实际且具有基因型特异性的三维根系构型。模拟的吸水剖面和水力情景显示出由根龄和根系构型驱动的显著影响。
**结论：** 明确表示木质根的年龄分布及年龄依赖过程，可能从根本上改变对多年生根系构型与功能的预测。该框架推动根系建模超越一年生植物范式，并为分析多年生作物中基因型 × 气候互作对长期构型和水力特性产生的影响提供了可迁移工具。
## 利益冲突声明
## 资助者信息声明
德国联邦环境基金会（Deutsche Bundesstiftung Umwelt，DBU）
德国研究基金会（DFG），EXC-2070–390732324–PhenoRob
## 版权
。
本文依据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 10 月 6 日。
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# 根系年龄结构支配多年生植物的长期构型与水力功能：一个建模框架
Mona Giraud 、 Lukas Fichtl 、 Daniel Leitner 、 Andrea Schnepf 、 Katharina Steng 、 Matthias Friedel
bioRxiv 2026.10.03.756415； doi： https://doi.org/10.64898/2026.10.03.756415
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# 根系年龄结构支配多年生植物的长期构型与水力功能：一个建模框架
Mona Giraud 、 Lukas Fichtl 、 Daniel Leitner 、 Andrea Schnepf 、 Katharina Steng 、 Matthias Friedel
bioRxiv 2026.10.03.756415； doi： https://doi.org/10.64898/2026.10.03.756415
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.03.756415v1?rss=1
🏷️ 多年生根系 根系年龄结构 功能—结构植物模型 根系水力学 根系周转