根系是树木生物量和功能的重要组成部分。但是，根系隐藏于地下，无法用肉眼识别，因此难以追踪地下根系的生长发育过程。相比之下，随着光学技术的逐渐发展，对树木地上部分的监测能力越来越强。本研究提出了两个基本问题：（1）可以多大程度上探测树木地上部分对根损伤的响应?（2）可以多大程度地损伤根系？分别采用三种不同的无损监测方法探究上述问题：（1）光学技术获取叶片绿度；（2）热红外技术获取叶片温度变化；（3）光谱技术获取五种不同的植被指数（光化学反射指数(Photochemical reflectance index, PRI)、叶绿素光合指数(Chlorophyll photosynthesis index, CIRed-edge)、花青素反射指数1(Anthocyanin reflectance index 1, ARI1)、结构不敏感色素指数(Structure insensitive pigment index, SIPI）和归一化差值水体指数(Normalized difference water index, NDWI)）。对三种树木(阿拉伯松(Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.))、巴勒斯坦橡树(Palestineoak(Quercus calliprinos Webb.))和角豆树(Carob(Ceratonia silique L.)))的根系进行人为损伤后，每隔一小时记录一次上述指标，记录截止时间为根系损伤后一个月。根系损伤方法为分别去除25%、50%和75%的根系，并与对照组进行比较。树木地上部分对根系损伤的响应程度随时间和根系损伤程度而逐渐加重。叶片升温(最高可达3℃)和PRI下降是最显著也是响应最快的指标，在根系损伤2天后即可探测出叶片温度的变化。NDWI和叶片绿度的敏感性最低，当根系损伤达75%后才能探测出差异，而且响应时间分别为根系损伤14天和30天后。不同树种之间地上部分对根系损伤的响应差异较大，角豆树的响应最强，松树的响应最弱。叶片温度和PRI的变化显示，根系损伤会破坏叶子的蒸腾和光合作用。尽管树木的根系发达，但是根系损伤仍然会降低树木的蒸腾和光合作用。

图1 试验方案：三个不同树种均取五棵树苗，并将根系修剪到三个不同的水平（包含对照）。采用三种不同的无损监测方法监测冠层响应，监测时间间隔为一小时，监测时间为根系损伤后一个月

图2 根系损伤2天、7天和14天后阿拉伯松的表型变化（从左至右为对照、25%损伤、50%损伤和75%损伤）。右侧为热成像，可显示温度变化。左下角RGB影像中的白板用于标定当前光照条件

图3 三个树种地上部分对根系损伤的响应。纵向为树种，横向为地上部指标，dT为温度，GCC为绿色颜色坐标指数，可表示叶片绿度，其余为植被指数