全 文 ：第 17卷 第 3期
2001年 5月
农 业 工 程 学 报
T ransac tions of th e CSAE
Vol. 17　 No. 3
May　 2001
文章编号: 1002-6819( 2001) 03-0015-09
地下水位较高条件下不同根区湿润方式对
梨树根与茎液流及其水分平衡的影响
康绍忠① 1 , 胡笑涛 1 , Ian Goodwin2 , Peter Jerie2
( 1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室 , 杨凌　 712100;　 2.澳大利亚持续灌溉农业研究所 )
摘　要: 为了探讨地下水位较高条件下根区湿润方式对梨树根和茎液流及水分平衡的影响 ,开展了较系统的试验
研究。 试验共设三种处理 ,即传统畦灌 ( CFI) ,部分根干燥灌溉 ( PRD)和分根区交替灌溉 ( ARDI) ,分别使用土壤水
分监测系统 ( Envir oSCAN )和热脉冲探针监测土壤水分动态和梨树根和茎液流。结果表明在 PRD和 ARDI情况下
湿润根区的根液流不仅大于干燥根区 ,而且也大于 CFI情况下的相同区域。复水后 , ARDI干燥区的根液流比 PRD
的恢复和提高快得多 ,并且比 C FI的大 ; ARDI的茎液流比 CFI的小 ,但比 PRD保持一侧根干燥时的大。在只有一
侧根区灌溉时 , ARDI和 PRD的日耗水量比 CFI的小。 ARDI和 PRD中湿润侧的根系具有水分吸收补偿效应 ,当
干燥根区复水后能够提高水分的吸收能力 ,其程度与根区持续干燥的时间长短有关。 逐日根液流与参考作物蒸发
蒸腾量关系密切 ,但随着表面灌溉方式和湿润根区的不同这些关系明显的不一样。 逐日茎液流与参考作物蒸发蒸
腾量有关 ,而且在不同的表面灌溉方式下 ,土壤含水率相同时茎液流和参考作物蒸发蒸腾量的比率不同。与 CFI相
比 , ARDI和 PRD大约少用 50%的灌溉水量 ,但是梨树的水分消耗量和茎液流并没减少相同的比例。 表面湿润方
式对水量平衡和液流的作用明显受到地下水位的影响。 在 ARDI和 PRD条件下的地下水利用量比 CFI条件下有
明显增加。
关键词: 液流 ; 水量平衡 ; 地下水位 ; 部分根干燥 ; 梨树
中图分类号: S275. 3; S365　　　　文献标识码: A
收稿日期: 2000-12-26
基金项目: 国家自然科学基金 ( 49725102, 39870478 )和
G1999011708项目、澳大利亚 ACIRA项目
①康绍忠 ,教授 ,博士生导师 ,院长 ,杨凌　西北农林科技大学水
利与建筑工程学院 , 712100
　　充足的水分和养分供给是保证农业生产的基本
条件。 近年来水资源紧缺正逐渐成为一个严重的世
界性问题 ,所以提高水分利用效率变得非常重要。许
多研究表明: 调亏灌溉 ( RDI)、分根区交替灌溉
( ARDI)和部分根干燥 ( PRD)等新的灌水技术可以
明显提高作物和果树的水分利用效率 [1～ 8 ]。 PRD是
作物在生长期一半根区保持充分灌溉 ,而另一半根
区保持干燥较长一段时间 ; ARDI是作物生长期内
根区两侧交替灌溉。与传统灌溉方式相比 ,这些技术
可以大量减少灌溉水量、降低蒸腾而作物产量却没
有降低。很多研究结论表明 ARDI和 PRD可以提高
大部分作物和果树的水分利用效率 [3, 4, 7, 9～ 12 ]。 但是
这方面的研究主要集中在作物产量、水分消耗和水
分利用率上 ,对于在该条件下的水分平衡、根液流和
茎液流及根系的水分吸收能力的研究还少有报道。
关于部分根干燥 (或部分根湿润 ,固定根区灌
溉 )时根液流和水分吸收已有一些研究成果 [13～ 15 ]。
Tan和 Buttery ( 1982) [16 ]发现仅在一侧根区供水时
可以充分满足梨树的水分需求 ; Poni等 ( 1992) [ 17]对
苹果、葡萄、桃树、梨树用分根试验也得到类似的结
论。 但是这些结果只是在滴灌的条件下固定根区湿
润或干燥时所得到的 ,没有考虑地下水的影响 ,而且
在不同的气候、土壤、地下水位、果树种类和灌溉制
度条件下 ,这些结论不能直接应用于其它地区。特别
是在分根交替干燥和湿润时 ,与固定根区干燥情况
下相比根系吸水能力的补偿效应明显提高。 地面灌
溉和滴灌相比土壤水分运动不同 ,地下水位和根区
毛细管吸水的作用也会影响土壤水分的分布和平
衡、根系吸水能力及茎液流。
为提高灌溉水利用率 ,针对地下水位较高条件
下 ,不同地表湿润方式对根液流 (不同侧的根区 )和
茎液流、水分平衡的影响进行研究是有必要的。
为探索在地下水位较高的条件下 ,不同的表面
湿润方式对梨树的液流、根系水分吸收能力、土壤水
分动态和根区水分平衡的作用而开展了本试验。 试
图通过研究在地下水位较高条件下 PRD、 ARDI和
15
传统的整个根区灌溉方式下根液流、茎液流、根系水
分吸收、耗水量和水分平衡的变化状况 ,为有效的灌
溉管理提供可靠的基础。
1　材料和方法
1999年 11月～ 2000年 4月 ,试验在澳大利亚
维多利亚州 Tatura附近 Netherso le的 Packham梨
园 (东径 145°16′,南纬 40°26′)进行。 该地区属半干
旱气候 ,年降水量 487 mm,地下水埋深 1. 5～ 1. 8
m ,土质为粘壤土 ,中等透水性 ,有机质含量中等 ,土
壤剖面上层 110 cm的平均田间持水率 0. 415
cm
3
/cm
3
,容重约 1. 5 g /cm3。
所有试验小区耕作、施肥、病虫害防治处理均相
同。试验小区随机分布 ,设 4个重复。梨树株距 3. 1
m ,行距 5. 8 m。试验采用地面灌溉 ,设计了三种湿
润方式 ,即传统畦灌 ( C FI)、部分根区干燥灌溉
( PRD)、分根区交替灌溉 ( ARDI)。果树生长期内灌
水 5次 ,分别安排在 1999年 11月 27日、 12月 6日
和 2000年 1月 7日、 1月 30日、 3月 20日。灌溉水
量由每次灌溉前后测得的土壤含水率确定。果树耗
水量由水量平衡方程估算 ,地下水补给量用定位通
量法计算。每个处理中 ,在树体大小相近的一块区域
中选取三棵树 ,树龄约 40年 ,树冠高约 5 m、宽 3m。
开始试验前 ,靠近茎干底部距树约 0. 3 m、与树干成
对称分布挖两个小洞 ,露出 0. 15 m深处的一条表
层根 (根和树干的直径如表 1所示 ) ,用于安装监测
液流的热脉冲探针。这些探针用绝热箔纸包裹 ,防止
由于温度变化所产生的影响。然后将土回填在探针
周围 ,以最大限度减少对根系的伤害。
表 1　三种处理监测液流的梨树根和茎的直径
Table 1　 Average trunk and roo t diameters o f the pea r
tr ees monito ring sap flow in th ree surface w etting pa tterns
处理 茎直径 /mm
根直径 /m m
西侧 东侧
CFI 299. 21 88. 10 88. 90
ARDI 284. 89 100. 44 64. 29
PRD 313. 54 74. 74 80. 34
茎液流和根液流使用补偿式脉冲技术测
量 [18, 19 ]。液流速率是根据运动的液流传送的一种短
暂热脉冲确定的速度来测得。每套热脉冲探针由一
个热脉冲发射探针和两个传感探针组成 ,传感探针
直径 1. 8～ 2. 0 mm,安装在沿树干方向的两个平行
钻孔中 ,一个传感探针 (上行流探针 )置于热脉冲发
射探针以下 5 mm处 ,另一个 (下行流探针 )置于其
上 10 mm处。短脉冲周期性地由热脉冲发射探针发
出 ,传感探针则不断地监测每一个和液流一起流动
的脉冲速度。在距地表约 0. 4 m的树干上沿径向的
两个平行的钻孔中安装两个热脉冲探针 ( SF100)。
根据仪器生产厂家提供的使用手册的计算程序 ,可
以计算出液流速度。 使用同样的程序和仪器可以测
量出根液流速率。分别在干燥和湿润根区的两个根
上安装热脉冲探针 ,每 30 min记录一次热脉冲值。
在同一地区 ,根据测量的树的直径、树皮厚度、木质
部尺寸 ,校正根液流、茎液流数据 ,用来比较在不同
地面湿润方式下的相对差异。
在 ARDI、 PRD和 CFI三种处理小区分别安装
了土壤水分监测系统 ( EnviroSCAN ) ,用于连续记
录土壤水分动态。 Env iroSCAN通过测量土壤的介
电常数来确定土壤含水率。 EnviroSCAN从地表至
100 cm深每隔 20 cm安置有一个传感器 ,在每个处
理距中心线东西 50 cm和 150 cm处安装 4个测管。
气象数据由位于试验区大约 12 km的 Tatura
的一个标准气象站提供 ,测量参数包括:气温、空气
湿度、 2 m高处风速、降水和辐射、 A级蒸发皿的蒸
发量。
果实收获前 ,在每个小区的土壤水分测量仪器
附近选取八棵树作为样本测产 ,记录果实大小、平均
单果重、每棵树的果实数量和总产量。
2　结果与分析
2. 1　土壤水分特征
气象记录表明该地区冬季和早春有 206. 9 mm
的降水 ,梨树在这个时期的耗水量不大 ,所以在开始
试验时根区土壤含水量较高 , 0～ 100 cm土壤平均
初始含水率约为 0. 38～ 0. 40 cm3 /cm3 (图 1所示 )。
经过 4周水分消耗 ,表层土壤含水率降至约 0. 28
cm
3 /cm
3。在试验开始后的前 26 d里 ,所在的处理中
梨树不同根区观测得到水分吸收速率相近。 第一次
灌溉时 , CFI处理的小区梨树两侧都灌水 , PRD处
理的仅灌西侧根区 , ARDI处理的灌区东侧的根区。
三种湿润方式灌水后产生了不同的土壤水分分布状
况 , PRD和 ARDI处理与 CFI中有明显的不同。结
果表明在 ARDI和 PRD中根区两侧的土壤水分到
下一次灌溉一直保持差异 ,在灌水的一侧具有较高
的土壤含水率。 梨树根区的土壤水分分布特征允许
另一半根系一直生长在干燥土壤中。 CFI处理中整
16 农业工程学报 2001年　
个根区的平均土壤含水率明显高于 ARDI和 PRD,
在 PRD处理中干燥一侧复水时土壤含水率很接近
CFI处理。
图 1　三种处理土壤含水率随时间 (试验开始后天数 )的变化
Fig. 1　 Rainfall and pan evapo ration of Class A variation during pear fruit g r owing season
　　果树生育期土壤剖面平均含水率曲线如图 2所
示。对于传统的畦灌 ( CFI) ,在 60 cm深处有明显的
下渗锋面 ,锋面以上土壤含水率达到最大值。对于
ARDI处理 ,土壤水分分布接近线性分布 ,每次灌水
前后上层土壤含水率比深层要小 ,在根区存在一个
自下而上逐渐增大的土壤含水率梯度 ,这说明在梨
树生长季节 ,土壤中 110 cm以下深处的根区有向上
的水分运动。在 PRD处理中当保持根区一侧干燥期
间 ,有类似于 ARDI处理中的土壤水分分布剖面。这
些结果表明 ARDI和 PRD比 CFI在根区保持灌溉
水和减少深层渗漏方面效果更好 ,而且也提高了灌
溉水利用率。
图 2　不同处理土壤剖面平均含水率曲线
Fig. 2　 Variation o f v olumetric soil w ater
content of differ ent sides in r oo tzone fo r
differ ent sur fa ce w et ting patte rns
2. 2　水分吸收和耗水量
表 2列出了不同处理用 Envio rSCAN测出的根
区东侧和西侧的水分吸收率。在试验开始的前 26 d
(第一阶段 ) ,三种处理根区两侧的水分吸收无明显
不同 ,因为两侧土壤含水量无明显差异。在 PRD处
理中 ,试验开始后的 27～ 89 d,干燥一侧吸收水分占
湿润一侧吸收水分的平均比例为 50. 6%。 ARDI处
理中 ,每次灌溉期间干燥一侧吸收的水分占湿润一
侧的平均比例为 55. 8% ,但在整个试验过程中东
侧、西侧总的吸收水量分别为 801. 2 mm和 815. 1
mm。 在 CFI中 ,由于两侧同时灌水 ,所以从两侧吸
收的水量无明显不同。在 PRD中 ,为防止梨树生长
季节中出现水分胁迫 ,试验开始 90 d后东侧也象西
侧一样灌溉 ,但是 ,由于东侧在早期经过了长期的
( 63 d)干旱 ,其水分吸收速率仅是西侧的 69. 5% ,可
能是因为在干燥期间根系吸水能力下降 ,复水后仅
有部分根恢复了吸水能力而造成的。
与 CFI相比 , PRD和 ARDI中干燥一侧根系吸
收水分速率大大降低 ,但湿润一侧则大大增加。 在
PRD和 ARDI中 ,湿润一侧明显出现根系吸水的补
偿效应 ,吸收水分速率与 CFI同侧相比分别增加了
18%和 22% ,而干燥侧平均水分吸收降低 40. 0%和
34. 7% 。 ARDI中整个根区的水分吸收比 CFI少 ,在
90 d后即使东侧复水 , ARDI和 PRD之间的水分吸
收无明显不同。这表明 ARDI处理比 PRD处理中根
系存在更大的补偿效应。
果树耗水量早期较小 ,中后期大 ,收获时再次减
小。水分吸收的高峰期在试验开始后的第 90～ 99 d,
即 1月 29日至 2月 6日 ,在此期间 CFI、 PRD和
ARDI的日平均耗水量分别为 7. 53, 7. 92和 7. 33
mm /d。梨树生长季节的这种耗水规律与气候因素、
树的需水量、根区土壤含水率及根区湿润方式有关。
PRD在前 3次灌溉中因为只有西侧灌溉 ,所以平均
17　第 3期 康绍忠等:地下水位较高条件下不同根区湿润方式对梨树根与茎液流及其水分平衡的影响
日耗水量比 CFI要小 ,但由于第 4次东侧也进行了
灌溉所以比 CFI大。一般来说 ARDI比 CFI耗水量
要小 ,只是在有降雨的特殊阶段 (如第 100～ 139 d)
稍大一些。这些结果也说明在 PRD和 ARDI中干燥
部分的根区在经过长期水分胁迫复水后 ,其耗水量
大于 CFI处理 ,可能是因为产生了补偿效应 ,使根
系吸水能力提高了。
表 2　三种处理的不同根区水分消耗实测值
Table 2　 Roo t w ater flow and trunk w ater flow o f pea r
tr ees in an o rchard unde r thr ee ir rig ation methods
处理 试验开始后天数 /d
梨树需水量 /mm
西侧 东侧
梨园耗水量 /m m
西侧 东侧 每天平均
CFI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1a
96. 8
98. 6
78. 4
90. 7
68. 8a
99. 6
464. 1b
55. 1a
96. 8
98. 6
78. 4
90. 7
68. 8a
99. 6
464. 1b
123. 7
52. 6
202. 6
169. 1
71. 6
128. 4
97. 2
845. 2
114. 2
48. 9
415. 8
164. 5
79. 1
126. 5
101. 3
850. 3
4. 58
5. 64
6. 75
7. 25
7. 53
3. 19
2. 54
4. 76
PRD
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1a
100. 4
99. 3
96. 7
89. 1
68. 8a
94. 3
479. 8b
55. 1a
0
0
0
102. 2
68. 8a
101. 4
203. 6b
122. 4
57. 9
253. 2
189. 4
87. 6
144. 8
102. 7
958. 0
117. 9
26. 3
128. 4
98. 8
70. 7
119. 5
104. 2
665. 8
4. 62
4. 68
6. 16
6. 27
7. 92
3. 30
2. 65
4. 56
ARDI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1a
0
106. 1
0
101. 2
68. 8a
0
207. 3b
55. 1a
105. 9
0
96. 3
0
68. 8a
112. 4
314. 6b
120. 6
30. 9
248. 2
116. 9
96. 4
120. 8
67. 4
801. 2
118. 5
60. 4
135. 5
191. 3
50. 1
137. 2
122. 1
815. 1
4. 60
5. 07
6. 19
6. 70
7. 33
3. 23
2. 43
4. 54
　注:灌溉日期分别是 1999年 10月 27日、 11月 6日 , 2000年 1月 7
日、 1月 30日、 3月 20日 ;标注 a表示降雨量 ,该时期没有灌
溉 ;标注 b表示灌溉水的利用量 ,不包括利用的降雨量。
上述结果可能是由于在 PRD和 ARDI中根系
水力传导度和生长变化引起的。 康绍忠等 ( 1997,
1999) [6, 11 ]发现经过干燥锻炼的根系复水后水力传
导度大幅度提高。 Liang等 ( 1996) [20 ]也提出干燥根
系复水后会刺激次生根的生长。 Green等 ( 1995,
1997) [13, 14 ]通过局部灌溉试验 ,也发现果树根系在
局部湿润区内的吸水能力要比传统的整个根区灌溉
的大得多。根系能够迅速地改变吸水方式 ,使其在那
些可以获得水分的区域更好地吸收。而在整个根区
充分供水时 ,先前干燥土壤中活动较弱的根系很快
恢复它们的能力。新生根系旺盛生长的活力可能是
引起这一现象的原因所在。
2. 3　根液流
三种根区湿润方式下两侧根区的根液流如表 3
所示。 CFI处理中两侧平均根液流很相近。在 PRD
和 ARDI中湿润侧的根液流远大于干燥侧。 PRD处
理中一侧干燥时 ,湿润侧根液流是干燥侧的
190. 19% ,是 CFI同侧的 121. 29% ,而干燥侧根液
流仅是 CFI同侧的 63. 64% 。 PRD东侧的根液流一
直比西侧小 ,也比 CFI东侧小 ,但是东侧复水 50 d
后 (第 140～ 178 d)比 CFI同侧大。 在 ARDI中 ,湿
侧根液流量是干侧的 175. 32% ,是 CFI同侧的
114. 52% ,而干侧液流是 CFI同侧的 65. 31%。这些
比例与 EnviroSCAN测到的湿润区根系水分吸收
增加的速率是一致的。在 ARDI中 ,干侧根系经历较
短时间的干旱处理复水后 ,根液流能够迅速恢复和
提高 ,而 PRD中干燥侧必须复水相当长一段时间以
后 ,根系吸水能力才能恢复和提高。
果树生长季节根液流的变化规律与耗水量相
似 ,而且其峰值也出现在试验后第 90～ 99 d。图 3是
第 140～ 152 d期间 ,三种湿润方式下根区两侧根液
流的日变化 ,第 141 d进行了灌溉 , PRD、 CFI两侧
均灌 , ARDI仅灌东侧。 此次灌溉之前在第 91 d时
进行过灌溉 , PRD与 CFI灌两侧 ,但 ARDI仅灌西
侧。西侧的液流如图 4a所示。从图 4a可以看出灌前
ARDI西侧液流稍小一些 ,这是因为灌溉水量小 ,土
壤含水率低 ,本次没有灌溉 ,所以其值也比 PRD和
CFI同侧低。第 148 d降雨以后 , ARDI的液流接近
其它处理。 ARDI东侧液流在 141 d比 PRD和 CFI
小 ,但灌后的液流迅速增加 ,也比 CFI和 PRD同侧
(灌溉侧 )明显大得多 ,这种现象持续了 10多天 ,这
是因为根系吸水的补偿效应而造成的。 ARDI东侧
(灌溉侧 )的液流比西侧大。 PRD在原干燥区东侧复
水两次后液流恢复到与 CFI接近的水平 ,但仍比该
处理西侧的小。 根液流的峰值和随时间的变化有很
大的差异 ,这与气象因素的变化有关。第 148 d较低
的峰值是由于降雨引起的。
18 农业工程学报 2001年　
图 3　第 140～ 152 d期间 ,三种湿润方式下根区两侧根液流的日变化
Fig . 3　 The daily va ria tions o f ro ot sap flow in different sides of r oo tzone fo r thr ee sur fa ce wet ting patte rns
表 3　三种处理不同时间的根、茎液流实测值
Table 3　 Roo t sap flow and trunk sap flow under thr ee sur fa ce w et ting patte rns in a pea r o rcha rd
处理 试验开始后天数 /d
根液流
总量 /L
西侧 东侧
平均值 /L· d- 1
西侧 东侧
茎液流
总量 /L 平均值
/L· d- 1 /m m· d- 1
CFI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
160. 68
59. 40
211. 11
164. 34
81. 42
236. 25
202. 41
1115. 61
151. 32
56. 97
218. 55
159. 27
78. 93
228. 99
197. 73
1091. 76
6. 18
6. 60
6. 81
7. 14
8. 13
5. 91
5. 19
6. 27
5. 82
6. 33
7. 05
6. 93
7. 89
5. 73
5. 07
6. 12
1704. 82
607. 32
2880. 83
2314. 93
1144. 78
2578. 81
1582. 62
12814. 11
65. 57
67. 48
92. 93
100. 65
114. 48
64. 47
40. 58
71. 99
3. 65
3. 76
5. 17
5. 60
6. 37
3. 59
2. 26
4. 01
PRD
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
154. 92
62. 23
269. 70
190. 50
88. 86
247. 23
204. 75
1223. 19
151. 38
34. 29
129. 27
113. 16
75. 90
210. 33
211. 77
926. 10
5. 97
7. 47
8. 70
8. 28
8. 88
6. 18
5. 25
6. 93
5. 82
3. 81
4. 17
4. 92
7. 59
5. 25
5. 43
5. 19
1581. 06
485. 73
2319. 11
1952. 84
1074. 62
2761. 20
1729. 85
11904. 41
60. 81
53. 97
74. 81
84. 91
107. 46
69. 03
44. 36
66. 88
3. 39
3. 01
4. 17
4. 73
5. 98
3. 84
2. 47
3. 72
ARDI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
152. 58
33. 48
226. 77
126. 96
85. 80
251. 91
105. 93
983. 13
154. 68
63. 72
136. 59
200. 79
58. 53
158. 43
232. 02
1004. 76
6. 33
6. 37
7. 32
5. 52
8. 58
6. 30
2. 73
5. 52
6. 18
7. 08
4. 41
8. 73
5. 85
3. 96
5. 94
5. 64
1598. 48
477. 66
2480. 62
2263. 64
935. 37
2179. 26
1264. 86
11199. 89
61. 48
53. 07
80. 02
98. 41
93. 54
54. 48
32. 43
62. 92
3. 42
2. 96
4. 46
5. 48
5. 21
3. 03
1. 81
3. 50
　　此结果表明地面灌溉条件下在 PRD和 ARDI
处理中 ,当一侧干燥时湿润侧根系吸水存在补偿效
应 ,其吸水速率远远大于 CFI的处理 ,干燥侧复水
后其吸水能力也能够恢复 ,而且 ARDI比 PRD恢复
更快 ,这与根系经历干燥时间长短有关。长期置于干
燥土壤中的根系 ,会发生诸如表皮层的栓化、脱落 ,
次生根的老化、死亡等变化 [ 21] ,这些变化使干土中
的根系变成了 “空管” ,失去了活力。交替灌溉可以
改善这种状况。 根液流实测值的变化与先前已发表
的结果很相近 [ 13～ 15, 22, 23]。但是 ,这些根液流值比以
前发表的葡萄 [13, 24, 25 ]和苹果树 [25 ]的值大一些 ,这可
能是由于冠层结构、树体的尺寸、树龄及根系直径的
不同引起的。在此项研究中每棵树树龄约为 40年 ,
树冠大 ,根系发达。地下水位较浅可能也是一个影响
因素。另外 , Green等 ( 1997) [14 ]提出湿润侧根液流比
对照 (两侧湿润 )增加 50% ,但该研究中 PRD和
19　第 3期 康绍忠等:地下水位较高条件下不同根区湿润方式对梨树根与茎液流及其水分平衡的影响
ARDI分别仅增加了 10%和 21% ,这些不同可能是
由于地下水埋深浅、地下水毛细上升补充干燥区土
壤水分所用引起的 ,也可能与持续干燥时间和地面
灌溉方式有关。
逐日根液流和用 Penman-M ontei th公式推算
的参考作物需水量之间的关系曲线表明: PRD根区
两侧根液流的差异比 ARDI的大 ,在 CFI中两侧根
液流则无明显差别。另外 ,这种差异明显与气象因素
有关。 当 ET0小时 ,这种差异也小 ,而 ET 0大时 ,这
种差异也大。
2. 4　茎液流
从表 3可以看出 ,第 27～ 89 d, PRD的茎液流
比 CFI和 ARDI的小 ,在第 90～ 99 d当干燥侧复水
后其值恢复到与 CFI中接近的值 ,然后就比 CFI的
值大。 ARDI的茎液流比 CFI的小 ,也比 PRD干燥
侧复水一段时间后的茎液流小 ,此结果与根液流情
况相似。茎液流的最大值出现在第 67～ 99 d,即 1月
6日到 2月 6日 ,此时期 ARDI、 PRD和 CFI的茎叶
流的值从 5. 48 mm /d到 6. 37 mm /d,峰值出现时间
与耗水规律相似 ,但从表 2可以看出 ,茎液流峰值明
显比耗水量小。产生这个现象的原因可能是液流测
量值只包括蒸腾量 ,但用 EnviroSCAN测得的耗水
量包括蒸发、蒸腾两部分 ;另一个原因是由热脉冲原
理测量的液流值比实际的蒸腾量小得多。 Smith等
( 1996) [26 ]发现采用热脉冲方法测量的液流流速远
远低于实际值 ,强调了使用它来衡量蒸腾之前验证
该方法精确度的重要性。 实际的液流流速与采用热
脉冲技术得到的测量值之间是线性关系 ,校正系数
是 1. 62。当把茎液流测量值看作蒸腾量用于水量平
衡计算时必须进行校正。不过 ,在这里把其测量值作
为一个相对指标时 ,用于比较不同表面灌溉湿润方
式下茎液流速度的差异。
图 4是不同表面灌溉方式下茎液流的日变化
图。在第 67～ 76 d期间三种表面湿润方式下的茎液
流是不同的 , ARDI的值略小于 CFI的 (图 4a ) ;
PRD的值比 CFI小得多 ,因为在 PRD处理中只有
一侧灌溉而另一侧经历了长时间的干旱。 CFI、
ARDI和 PRD的茎液流峰值分别为 12. 0, 11. 4和
9. 0 L /h。 PRD干燥侧复水后 49 d,其茎液流超过了
CFI和 ARDI(图 4b) ,并且第 67～ 76 d期间的值比
第 140～ 152 d期间的值大得多 ,这是由于第 67～ 76
d是梨树生长的关键期 ,耗水量非常大。此外 ,该期
间的气象条件是温度高 ,太阳辐射强烈 ,而在第 140
～ 152 d时水果收获 ,气候不再炎热。茎液流的日变
化规律与根液流非常相似 ,但茎液流速度却很大。
图 4　逐日根液流和用 Penman-Monteith公式推算的参考作物需水量之间的关系曲线
Fig. 4　 Rela tionship betw een daily roo t sap flow o f different sides in ro o tzone and refe rence evapot ranspiration
　　与前面提到的根液流类似 ,梨树茎液流观测值
的变化与过去已发表的结果相似 [13～ 15, 22, 23 ] ,但是根
液流和茎液流值比以前报导的葡萄1 3, 24, 25]和苹果
树 [23 ]的值大得多 ,这也可能是由于冠层结构、树体
尺寸、树龄、根系直径不同造成的。本研究中 ,三种处
理的最大蒸腾速率用校正后的茎液流速率来表示 ,
大约为 5. 48～ 6. 37 mm /d,这个值与当地果树的耗
水量 [27 ]是一致的。茎液流与 ET0之间的关系曲线表
明 ,表面灌溉方式不同茎液流与 ET0的关系曲线差
异明显 ,当 ET0较小时这种差别也小 , ET 0大时差别
也大。茎液流与 ET0的比率与整个根区的平均土壤
含水率之间的相关关系曲线显示: 该相关关系比茎
液流与 ET0的相关关系好得多。当根区的平均土壤
含水率相同时 ,不同表面湿润方式的茎液流与 ET0
20 农业工程学报 2001年　
的比率有明显差异 ,不同处理中平均土壤含水率相
同时 ARDI和 PRD中的值比 CFI的大。 该结果说
明当根区土壤含水率相同时 , ARDI和 PRD处理的
根系吸水能力比 CFI强。
2. 5　根区水量平衡
根区水量平衡计算结果如表 4所示。 从计算结
果可以看出三种处理在试验阶段总的蒸发蒸腾量是
808. 3～ 847. 9 mm。 PRD处理中 ,不仅在一侧干燥
期间总蒸发蒸腾量比 CFI明显减少 ,而且在整个生
长季节内的总蒸发蒸腾量也比 CFI中小。 PRD在一
侧干旱时腾发蒸腾量减少 12. 67% , ARDI在整个生
长季节降低 4. 67%。在整个生长季节土壤储水量的
变化 , ARDI明显比 PRD和 CFI大 ,因为在 ARDI
中灌水量大大减少了。该结果说明在 ARDI中整个
生长季节消耗了更多的土壤水分 ,缺少的水将由降
雨及地下潜水通过毛细管作用补给。 另外 ,与 CFI
相比 , PRD和 ARDI的排水量明显减少 ,这是因为
ARDI中仅有一侧湿润 ,在生育期中相当长的一段
时间内 , PRD中也仅一侧湿润 ,其水分的侧渗增加
了水分的水平运动、减小了深层渗漏。 在 ARDI和
PRD中由毛细管上升的地下水作用明显增加。
ARDI、 PRD和 CFI中的地下水利用量分别为
226. 2、 200. 9和 153. 8 mm, ARDI在整个生长季节
中地下水日均补给量为 1. 25 mm /d。这说明使用部
分根干燥技术 (一侧根干燥期间 )及分根区交替灌溉
技术将减少大约 50%的灌溉水量 ,但在地下水位较
高条件下梨树整个生长季节的蒸发蒸腾量并未减
少 ,因为地下水补给量大大增加了。这个结果与一些
文章中无地下水影响时的结果大不相同 ,主要是因
为本项研究在地下水位较高位情况下 ,由于地下水
补给 ,干燥一侧的根区没有充分干燥 ,因此没有象以
前的研究报告所述的产生根信号引起调节气孔开度
变小 ,达到减少蒸腾水量的目的。
表 4　不同处理 0～ 100 cm根区水分平衡计算结果
Table 4　Water balance components in 0～ 100 cm roo tzone of pear trees under three sur face w etting patterns
处理 试验开始后天数 /d 降水 /mm 灌溉用水量 /mm ET /mm 土壤水分变化 a /m m 排水量 /mm 地下水补给量 /m m
CFI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1
3. 6
55. 8
0. 2
0
68. 8
42. 0
225. 5
0
96. 8
98. 6
78. 4
90. 7
0
99. 6
464. 1
119. 0
50. 8
209. 2
166. 8
75. 3
127. 5
99. 3
- 64. 6
- 10. 7
- 7. 4
- 12. 8
+ 38. 9
- 51. 2
+ 34. 5
- 73. 3
0. 7
60. 3
0
0
0
0
7. 8
68. 8
0
0
47. 4
75. 4
23. 5
7. 5
0
153. 8
PRD
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1
3. 6
55. 8
0. 2
0
68. 8
42. 0
225. 5
0
50. 2
49. 7
48. 4
95. 7
0
97. 9
341. 9
120. 2
42. 1
190. 8
144. 1
79. 2
132. 2
103. 5
812. 1
- 61. 9
- 12. 5
- 10. 4
- 14. 6
+ 40. 3
- 47. 1
+ 38. 2
- 68. 0
0
24. 2
0
0
0
0
0
24. 2
3. 2
0
74. 9
80. 9
23. 8
16. 3
1. 8
200. 9
ARDI
0～ 26
27～ 35
36～ 66
67～ 89
90～ 99
100～ 139
140～ 178
0～ 178
55. 1
3. 6
55. 8
0. 2
0
68. 8
42. 0
225. 5
0
53. 0
53. 1
48. 2
50. 6
0
56. 2
261. 1
119. 6
45. 7
191. 9
154. 1
73. 2
129. 0
94. 8
808. 3
- 73. 7
- 11. 4
- 9. 7
- 55. 1
+ 2. 7
- 22. 7
+ 42. 8
- 127. 1
9. 2
22. 3
0
0
0
0
0
31. 5
0
0
73. 4
50. 6
25. 3
37. 5
39. 4
226. 2
　注:灌溉日期分别是 1999年 11月 27日 ( DAB27)、 12月 6日 ( DAB36) , 2000年 1月 7日 ( DAB68)、 1月 30日 ( DAB141) ; a正值表示该时段
土壤含水量增加 ,负值表示该时段土壤含水量降低。
3　结　论
ARDI和 PRD处理的湿润侧水分吸收远大于
干燥侧 ,湿润侧的值也明显大于 CFI中相同侧的
值。 ARDI和 PRD中湿润侧根系存在强烈的吸水补
偿效应。 PRD仅在西侧灌水时平均日耗水量小于
CFI中的 ,在干燥侧复水后其值比 CFI中的大。
ARDI的日耗水量小于 CFI的 ,根系一侧经过水分
21　第 3期 康绍忠等:地下水位较高条件下不同根区湿润方式对梨树根与茎液流及其水分平衡的影响
胁迫过程后复水 ,根系吸水能力将增强。
ARDI两侧的平均根液流比 PRD的大 ,但比
CFI的小。一侧干燥时 PRD的液流比 CFI小 ,但干
燥侧复水一段时间后大于 CFI的。 ARDI的干燥侧
经历短期干旱处理 ,复水后根液流能够很快恢复并
迅速增加。
当根区一侧长期干旱时 PRD的茎液流比 CFI
小 ,干燥侧复水一段时间后 ,比 CFI大。 ARDI的茎
液流比 CFI小。茎液流与 ET0的比率与整个根区的
平均土壤含水率之间的相关关系比茎液流与 ET0
的相关关系好。当根区土壤平均含水率相同时 ,不同
的表面湿润方式下茎液流与 ET0的比率明显不同 ;
在不同处理中土壤平均含水率相同时 , ARDI和
PRD中的比率值比 CFI中的大 ,这说明当根区土壤
平均含水率相同时 , ARDI和 PRD处理的根系比
CFI有较强的吸水能力。
尽管 ARDI和 PRD一侧干燥期间比 CFI的灌
溉水量大约减少 1 /2,但是梨树耗水量和茎液流并
未按相同的比例下降。 水量平衡和根系水分吸收明
显受到地下水位较高的影响 ,与 CFI相比 , ARDI和
PRD中的地下水利用量大大增加。
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Effects of Partial Rootzone Drying on Sap Flow and Water Balance
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Kang Shaozhong
1
, Hu Xiaotao
1
, Ian Goodwin
2
, Peter Jerie
2
( 1. Northwest Sci-Tech University of A griculture and Forestry , Yangling 712100;
2. I nstitute of Sustainable I rrigated Agriculture )
Abstract: The experiments w ere conducted to test sap flow and wa ter balance of pear trees response to
partial ro otzone drying under a shallow w ater table condition. Three treatments, i. e. conventional flo od
i rrig ation ( CFI) , fix ed 1 /2 partial ro otzone drying and the o ther 1 /2 par t i rrigated ( PRD) , and alternate
1 /2 par tial roo tzone drying and irrigating ( ARDI) , w ere designed. The EnviroSCAN probes and heat
pulse senso rs w ere used to moni to r soi l w ater dynamics and sap flow respectiv ely. The resul ts show n that
the root sap f low of wet side w as much la rg er than that o f dry side in PRD and ARDI, also larg er than that
o f the same side in CFI. The roo t sap f low o f dry side in ARDI was restored and improved mo re quickly
than in PRD af ter rew et ting. The t runk sap f low in PRD was smaller than in CFI when one side w as
drying, and it wa s larger than in CFI af ter the dry side rew et ting. The t runk sap f low in ARDI was smal ler
than in CFI, but larg er than in PRD during one side drying. The daily w ater consumption in ARDI and
PRD was smaller than that in CFI during the period of only one side i rrig ated. The compensato ry ef fect fo r
w ater uptake existed in the roo ts o f w et side fo r ARDI and PRD, and the ability o f root w ater uptake w as
enhanced when the dry side rew et ting , and it related the dura tion of root drying. Daily roo t sap f low was
signi ficant ly related to reference evapo transpi ration, but these relations w ere ma rkedly dif ferent fo r
di fferent surface w et ting pat terns and dif ferent sides. The dai ly t runk sap f low was also related to
reference evapo transpi ration, and the ratio o f t runk sap f low and reference evapo transpi ration was no t
same for the same soi l w ater content under dif ferent surface w etting pa tterns. Irrig ation wa ter use w as
appro xima tely reduced 1 /2 in ARDI and in the drying periods of PRD compared wi th CFI, but w ater
consumption of t rees and trunk sap f low w ere no t reduced the same percentag e. The effects of partial
rootzone drying on wa ter balance and sap f low w ere significantly influenced by the shallow ground w ater
table. The capil la ry contribution f rom ground w ater table w as signi ficant ly increased in ARDI and PRD
compared wi th CFI.
Key words: sap f low; w ater balance; g round w ater table; pa rtial rootzone drying; pear tree
23　第 3期 康绍忠等:地下水位较高条件下不同根区湿润方式对梨树根与茎液流及其水分平衡的影响