任何生物的生长和繁衍，都需要能量、水与矿物质。人靠嘴喝水、吃食物，再通过胃和肠道消化吸收。植物则主要是通过根从土壤中吸收水分和矿物质。
一株植物能否在特定的土壤中吸收到所需要的水分和矿物质，取决于三方面的因素，第一个是土壤中有没有足够的水分和矿质营养，第二个是这些植物所需要的矿质营养有多少处于能够被根系直接吸收的水溶状态，第三个则是根自身的吸收能力。
一种土壤中含有多种矿质营养，但不同的土壤类型在所含矿物质种类的数量和比例上往往有所不同，同一种矿物质在形态上也有很多种，有难溶于水的无机态或有机大分子，也有易溶于水的无机态。比如，土壤中的大部分氮是植物不能直接吸收的大分子有机氮，占比很小的无机态氮中能够被植物吸收的也不算多。
自然环境中的植物是通过什么样的本领在特定的土壤中生长和生存下来的呢？基本上通过两招，一招是植物自身在形态、结构和生理上的适应性演化，比如，起源于格鲁吉亚、伊拉克和土耳其的许多欧亚种葡萄品种都比较耐石灰。鸭梨的根系分布很深很广造就了它更强的适应能力。另一招是借助于土壤生物，尤其是土壤微生物的帮助。几乎所有的植物根系都有相伴相随的各种生物和微生物，大多数土壤微生物把难溶于水的大分子有机物或矿物分解、转化成根系可以吸收的水溶态小分子或离子，或直接帮助根系延伸到更深更广的土壤中。
对于一株植物来说，根是所有器官生长和发育的基础，职责重大，所以，不论其外观如何不同，植物的根系往往都很复杂且庞大。比如，20世纪30年代曾经有人测量生长16周的黑麦根系时发现，它有1300万个主根和侧根轴，总长度可达500公里，在这些根的表面上有100亿个以上的根毛，整个根系的表面积相当于一个职业篮球场那么大！
就外观上看，单子叶植物和双子叶植物的根系有所不同。单子叶植物的根从种子萌发时出现的3-6个初生的根轴（主根）上进一步延伸出更多的结节根（侧根），形成主根与侧根不易区分的须根系。双子叶植物的直根系中，主根和侧根很容易区分。
不论是须根系还是直根系，根的吸收能力依赖于根系的大小及其分布、嫩根及根毛的数量，这些又都建立在根的基本结构上。
根要不断向土壤中延伸以寻找到更多的水分和矿质营养，根尖就不可避免地与土壤发生摩擦，为了减少磨损，根分生组织产生的新细胞分化成根冠细胞，根冠细胞通常还会分泌一些黏胶来润滑根尖防止细胞脱水。根冠细胞还是感受重力信号引导根向着土壤生长的部位。所以，根的生长有向地性。
在距离根顶端大约0.1毫米的位置，细胞开始快速分裂，到大约0.4毫米时分裂变慢，这一段就是根的分生区。分生区产生的新细胞向下形成根冠，分生区之上的细胞，也就是离根顶端大约0.7-1.5毫米的位置开始，细胞纵向快速生长为主，叫做伸长区。伸长区靠里面的细胞逐渐分化成皮层和内皮层，内皮层上的凯氏带把关水分和溶质的进出。内皮层再往里就是中柱了，其中包括韧皮部和木质部。众所周知，韧皮部主要负责来自叶片或储藏器官的有机营养物特别是碳水化合物的运输，木质部主要输送水分和无机矿物质。
研究发现，根端韧皮部的发育比木质部快得多，显示出韧皮部对于根的发育更加重要。因为，根的生长也就是细胞分裂和分化、对水分和矿质营养的吸收都需要有机碳，也就是能量的支持，这些有机碳还为根部有机化合物的合成提供碳骨架。
基于这些生理特性，种子萌发形成的幼苗是否健壮的第一因素往往是种子自身的成熟饱满度，春季
果树萌生出来的芽和花是否健壮也是首先与树体中存储的有机营养有直接关系。因此，选择饱满健康的种子播种、秋季合理施肥都是很有科学道理的基本常识。
伸长区再往上就是成熟区，它的细胞越加分化明显，除了皮层和韧皮部，木质部已经发育成具备向地上部运转大量水分和溶质的能力，表皮细胞部分外延形成很多根毛，根毛进一步增加了根的表面积，可以更广阔地与土壤亲近以吸收更多的水分和矿质养分。
把肥料施用在根的什么位置最合适，是生产中应该注意的一个细节，但很多人往往并不重视。实际上，嫩根是水分和溶质的主要吸收部位，对于嫩根的具体分区，在吸收上往往有所不同。比如，大麦的根尖顶端吸收钙和铁，玉米的根顶端部位吸收铵的速率比伸长区要快得多，因为这个部位的细胞分裂需要更多的氮元素，但能够得到的能量支持，也就是有机碳又很少，在把氮同化成大分子有机氮化合物时，铵根离子比硝酸根离子消耗的能量少得多（其原理会在之后的章节中介绍），所以，在这个部位的铵根离子更受欢迎。磷属于懒惰性元素，在土壤中的移动性很差，根毛扩展了根的吸收面积和能力，这样使许多植物的根尖成熟区成为吸收磷最活跃的部位。
植物在土壤中通过根的延伸去寻找更多的水和营养，这就是根的向肥性和向水性，所以，要想使植物有一个庞大健壮的根系，就得通过一些措施“引诱”植物的根向着更深更广的土壤中延伸生长。把大量肥料施用在种苗或根的附近，看似提高了工效，省事省劲，但代价是植物也跟着变懒了，根系分布差，最终导致植物的抗倒伏能力、耐旱耐瘠薄能力等也随之变差，甚至健康水平也变低，病虫害发生更严重更难有效防控。
根可以主动去寻找水与营养，反过来，土壤中的水也可以带着营养流动到根的表面。这种流动有两种方式，一种是扩散，一种是质流（也叫集流）。扩散是一种不消耗能量的物理运动，营养随着水分从高浓度的位置流向低浓度的位置，有水有浓度差，就有养分的移动。质流则是被迫的，水溶液被蒸腾作用产生的拉力拉着走向根的表面。意味着，植物生长旺盛、有土壤水分、有土壤矿质元素、有蒸腾作用，才有质流。
当水流速率（受蒸腾作用影响）和土壤溶液中的营养元素浓度很高的时候，质流在植物营养的供给中担当重要的角色。当根的吸收速率很高但土壤中的养分浓度很低的时候，质流的角色变小，扩散是主角。
随着根对水分和营养的吸收，根表面的营养浓度逐渐降低，这就在根的周围土壤溶液中形成了一个浓度梯度，根周围的营养元素逐渐流向根表面。但当根周围的营养元素浓度也很低的时候，就会形成一个以根为核心向外延伸至0.2-2.0毫米范围的营养耗竭区。在这种情况下，根必须要通过继续生长（或借助于土壤微生物的菌丝）延伸到营养耗竭区之外的土壤中寻找营养。
此时，在贫瘠和干旱的土壤中，营养和水分有限，根的生长只能逐渐减弱，及时浇水施肥就显得非常必要。
随着土壤中可利用的营养增加，根的生长随即加快，当营养超过理想水平的时候，根能够得到的碳水化合物，也就是能量供应，却往往不能同步，意味着有饭无力吃，根的生长也会终止。
实际上，在含有较高矿物营养的土壤中，小麦、莴苣等作物，只需要其根系的百分之十几就可以吸收到足够的养分。因此，植物会适当减少根部的资源分配，把光合作用合成的碳水化合物更多的分配给茎尖和生殖器官，这也是施肥增产的一种机制。换句话说，施肥一定要适度，过量施肥既浪费也不利于增产增收。
参考资料
1、Lincoln TaizPlant & Eduardo Zeiger等，Plant Physiology and Development Sixth Edition；
2、Lincoln TaizPlant & Eduardo Zeiger等，Plant Physiology Fifth Edition中文版；
3、文中图片源自网络。
