全 文 ：第 26 卷 第 11 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 26 No． 11
2012 年 11 月 Journal of Arid Land Resources and Environment Nov． 2012
文章编号:1003 － 7578(2012)11 － 188 － 06
沙木蓼蒸腾耗水规律研究
*
樊文会，丁国栋，吴斌，张宇清，乌日娜
(北京林业大学水土保持学院，宁夏盐池荒漠化防治定位观测研究站，北京 100083)
提 要:采用热平衡包裹式树干茎流测量系统(Stem Heat Balance，SHB)和自动气象站观测沙木蓼生长季
茎干液流以及环境因子，以揭示毛乌素沙地沙木蓼(Atraphaxis bracteata A． Los)蒸腾耗水规律。结果表明:1)
沙木蓼液流具有明显的昼夜节律，启动、停止与日出、日落同步，夜间仍保持一定液流，以补充植物体水分亏缺。
2)沙木蓼液流规律受天气影响显著:降雨时白天的液流速率大幅下降，夜间液流却大幅提升，日液流总量降至
晴天的一半;阴天液流速率平缓，昼夜差距减小，液流总量较晴天小幅下降;多云天液流速率波动剧烈，但总液
流量变化不大。3)沙木蓼生长季的液流量与土壤水分状况和植物体的生长阶段密切相关，6、7 月份沙木蓼植
株处在旺盛的营养生长阶段，新叶生长迅速，加上土壤含水充足，液流量总体是增长趋势，从 7 月末到 8 月份沙
木蓼植株从营养生长期过渡到生殖生长以开花结果为主的阶段，蒸腾减小，同时天气干旱土壤水分逐渐亏缺，
液流量呈下降趋势。4)从 6 月到 8 月基茎 9mm，16mm，25mm 的沙木蓼总耗水分别为 100． 8kg，170． 5kg，301．
3kg。沙木蓼植株生长季茎干液流总量基本与基茎成正比，平均为 11． 5kg /mm/a，可以用来作各个茎级沙木蓼
植株的茎干液流推算，进而推算已知林分的总蒸腾耗水量。
关键词:毛乌素沙地;沙木蓼;茎流;耗水;天气;土壤水分
中图分类号:Q945． 17 文献标识码:A
水资源短缺是制约干旱荒漠区植被生长的首要因素，研究干旱区沙生植被耗水量，确定沙地水分承载
能力，对于生态植被的建设与管理有着重要的作用。植物根部吸收的水分 99． 8%以上消耗在蒸腾上［1，2］，
因此，可以用茎干液流表示植株的蒸腾耗水量。以热平衡为原理的包裹式茎流计探头(SHB)经 Sakura-
tani，Baker和 Steinberg等人的发展与完善［3 － 6］，在研究直径较小的植物茎干液流时具有明显的优越性:可
连续自动监测，时间分辨率高，对植物的正常生理活动影响小，野外操作方便［7］，实验证明准确性极高。
诸多学者应用热平衡方法研究干旱荒漠区植物蒸腾耗水规律，许浩等［8 － 10］利用包裹式热平衡茎流计研究
塔里木沙漠公路防护林树种乔木状沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、多枝
柽柳 (Tamarix ramosissima)在灌溉和干旱胁迫条件下的蒸腾耗水规律，夏永秋［13］研究黄土高原柠条 (Ca-
ragana korshinskii)的树干液流动态及其影响因子，Huang等［14］利用此法研究了沙坡头地区沙蒿 (Artemisia
ordosica)的茎干液流及其与环境因子的关系。张小由等［11］用 SHB 观测研究了额济纳绿洲沙枣 (Elaeag-
nus angustifolia)全年的茎干液流表明生长季液流，岳广阳等［12］用热平衡茎流计 Li － 6400 光合蒸腾仪同步
研究了科尔沁沙地黄柳 (Salix gordejevii)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)茎干液流及叶片蒸腾特征。
众多蒸腾耗水研究中关于沙木蓼的文献尚没有。
沙木蓼 (Atraphaxis bracteata)，灌木，根蘖发达，生长迅速，对干旱的适应能力强，抗风蚀沙埋，广泛分
布于库布齐沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地、宁夏河东沙地、腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、河西走廊等地，
生境主要为流动沙丘和丘间低地［15］。
文中以宁夏盐池毛乌素沙地沙木蓼为研究对象，采用 Dynamax茎流测量系统连续观测 3 棵植株 6、7、
8 月的茎干液流速率，并根据同步获取的气象资料、土壤水分等环境资料对其茎干液流、耗水规律及影响
因子进行了分析。研究结果对沙区植被建设及植物对沙地水分合理利用有重要的指导意义。
* 收稿日期:2011 － 11 － 4;修回日期:2011 － 11 － 23
基金项目:教育部博士点基金项目(20090014110003) ;十一五国家科技支撑计划课题(2006BAD26B0301)资助。
作者简介:樊文会(1987 －) ，女，硕士研究生，主要从事荒漠化防治的研究。E － mail:sanshierli30@ 126． com
通讯作者:丁国栋(1963 －) ，男，教授，博士生导师，主要从事荒漠化防治的研究。E － mail :dch1999 @ 263． net
DOI:10.13448/j.cnki.jalre.2012.11.022
1 研究区概况
研究区位于宁夏回族自治区东部的盐池县，地处毛乌素沙地南缘，37°48N，107°23E，海拔为 1354m ，
是典型的中温带大陆性季风气候，年平均气温 7℃，年降水量 287mm，主要集中在夏秋两季，7 ～ 9 月合计
占全年总降水量的 62%;光能丰富，热量较适中，年太阳辐射值为 1． 4 × 105 J /cm2，≥10℃ 积温 2944． 9℃;
年平均风速 2． 6m /s ，年平均相对湿度 51%;无霜期为 128d ，绝对无霜期为 100d。土壤为风砂土，pH 值
8． 5 ～ 8． 8。该区植被类型包括灌丛、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被。以耐旱的禾本科、藜科草本植物和
沙柳、乌柳、沙蒿、花棒、杨柴、沙木蓼灌丛为主。
2 研究方法
2． 1 实验材料及仪器安装
2010 年春选择沙木蓼灌丛中 3 株生长良好、茎干通直圆满，立地条件基本一致的植株，将茎干符合茎
流探头规格的灌丛单枝作为实验对象，被测单枝基径分别为 9、16 和 25mm，安装 SGB9、SGB16 和 SGB25
三种型号的探头。按 Dynamax茎流系统说明书安装好包裹探头，安装好以后将馈线与数采器(DT50)连
接，对数采器设工作参数，设置数据采集间隔期 10 min。根据数据采器内存大小，每 3 天下载观测数据。
2． 2 环境因子的观测
利用茎流测量系统连续观测沙木蓼生长季(6 － 10 月)，茎干液流;采用 Vantage Pro 2 自动气象站同步
测定太阳辐射、空气温度、空气相对湿度和风速等气象因子;土壤含水量用土钻取样烘干称重法测定，取样
深度 200cm，每隔 20cm取一个剖面点，每点三个重复，每旬取土样一次。
2． 3 数据处理
用测量系统自带软件处理 6 ～ 8 月份连续的茎干液流数据，得出生长季内每 10min 的茎干液流速率，
并由微积分法计算每天的液流量，从中选取数据用作分析作图，环境因子数据利用 SPSS 软件和 Excel 软
件处理并作图。
3 结果与分析
3． 1 沙木蓼植株典型晴天的液流规律
对三棵基径分别为 9、16、25mm的沙木蓼在典型晴天 6 月 15、16 两天的液流速率曲线进行比较，如图
1 所示，可以看出三者在白天的日进程趋势基本一致，液流的启动、停止时间相同，期间的波动同步，从清
晨 6h至 8h太阳升起，叶片接受的太阳辐射剧增，蒸腾和光合作用开始启动并迅速上升的过程中茎干液流
速率也大幅加快，植物导管运输足够的水分以供给叶片生理活动，8h 的液流速率达到最高值，分别为
250、180、100g /h左右，随后全天保持在此水平上下波动，持续近 10 个小时;直至 18h 太阳光强变弱，生理
活动随之逐渐减缓，直到 20:30 左右太阳辐射完全消失，液流速率从 18h 开始下降到 20:30 降至基本为
零。
夜间液流并不为零，对沙棘(Hippophae rhamnoides)［15］、沙枣［16］、多枝柽柳［10］、梭梭［9］、柠条［13］、黄
柳［12］等灌木植物以及胡杨(Populus euphratica)［16］、白榆(Ulmus Pumila)［17］等乔木树种植物体茎干液流的
研究中发现这些植物夜间都存在液流活动，夏永秋等［13，18］研究者认为是由于植物体各组织白天散失水分
过多，夜晚吸收并存储水分。如图 1 所示，9、16mm 沙木蓼植株的液流速率较小且差别不大，而 25mm 植
株的液流速率保持很高甚至达到了与白天最高液流相当的水平，在夜间液流总量上 9、16mm 的沙木蓼从
晚 20h半至第二天晨 6h的夜间液流总量在 200g左右，占全天液流总量的 10 － 15%，而 25mm植株的达到
了 1kg，占全天液流总量的 30%。茎干粗 25mm的沙木蓼夜间茎流活动如此强烈，这可能与植株冠幅大面
积指数高，白天蒸腾失水相对更多，造成植物体内水势降幅大，根系与土壤水势差大，根压作用强，因此液
流速率也很高。夏永秋［13］在对柠条夜间液流的分析中发现，低叶面积指数柠条林的液流要小于高叶面积
指数的柠条林，他认为原因可能在于稀疏林的蒸腾较小，土壤水分相对较高，植物体内水分亏缺较小，所以
通过根压作用以水分主动方式进入体内来补充白天植物蒸腾失去的水分也少。
3． 2 不同天气沙木蓼液流规律
·981·第 11 期 樊文会等 沙木蓼蒸腾耗水规律研究
在沙木蓼的整个生长季里，选取典型的晴天、阴天、雨天，对液流速率、液流量、以及日夜液流的分配进
行分析比较，天气直接影响着沙木蓼植株的日液流总量和日、夜液流的分配。如表 1 所示，阴、雨天白天的
液流量和速率较晴天小，三棵植株的白天液流量分别从晴天的 1． 3kg、2． 4kg、2． 7kg 降到了 0． 2kg、0． 3kg、
0． 5kg，反而夜间的液流量较晴天有大幅提升，三棵植株夜间的液流量分别从 0． 3kg、0． 4kg、1． 9kg 上升到
0 ． 6kg、1． 5kg、2kg，阴天日间的液流量较晴天稍有下降，夜间较晴天增加。阴、雨天日液流总量下降，夜间
液流在全天液流总量中所占比例却大幅提升，可
见天气状况对植物体液流起着重要的决定作用，
关于环境因子对植物液流的分析中，于红博［16］、
马建新［17］、夏永秋［13］、黄磊［14］、徐先英［20］、郭
跃［21］等对沙棘、沙枣、胡杨、柠条、沙蒿、白刺、柽
柳、梭梭、花棒(Hedysarum scoparium)的研究都发
现日间太阳辐射是影响植物茎干液流的首要因
素，由之主导的温度、饱和水气压差也间接影响着
植物液流。一般而言，光对蒸腾的影响首先是引
起气孔开放，太阳总辐射中的可见光能影响气孔
的开闭，其次是提高大气温度和植物体温，增加叶
内外的蒸汽压差，从而加速蒸腾。影响植物夜间
茎干液流的主导因素是土壤含水量和饱和水气压
差，阴雨天的夜间植物根系与土壤的水势差增大，
吸收水分阻力减小，液流量增大［21］。
表 1 不同天气条件下沙木蓼液流量及日夜分配
Tab． 1 The sap flows at day and night
in different weather conditions
沙木蓼
植株
液流量 晴天 雨天
(与晴天
比较)
阴天
(与晴天
比较)
9mm
日总量(g) 1649． 3 744． 5 0． 45 1171． 8 0． 71
日间量(g) 1307． 6 175． 9 0． 13 773． 1 0． 59
夜间量(g) 341． 7 568． 6 1． 66 398． 7 1． 17
夜间比重 0． 21 0． 76 0． 34
16mm
日总量(g) 3185． 7 1750． 2 0． 55 2599． 6 0． 82
日间量(g) 2447． 4 266． 3 0． 10 1574． 7 0． 57
夜间量(g) 438． 3 1483． 9 3． 39 1024． 9 2． 34
夜间比重 0． 14 0． 85 0． 39
25mm
日总量(g) 4614． 2 2530． 8 0． 55 4170． 5 0． 90
日间量(g) 2688． 7 489． 9 0． 18 1372 0． 51
夜间量(g) 1925． 5 2040． 8 1． 06 2798． 5 1． 45
夜间比重 0． 42 0． 82 0． 67
图 1 沙木蓼液流速率日变化曲线(晴天 6 月 15、16 日)
Fig． 1 The diurnal dynamics of sap flow (on sunny day of 15th，16th June)
如图 1，晴天白天液流速率曲线呈宽峰曲线，其高峰期可保持近 10 个小时，而雨天液流变化曲线呈不
规则的波动状态，对 6 月 7、8 两日降雨天气进行分析(图 2)，白天太阳辐射很微弱，蒸腾作用微弱蒸腾拉
力小，液流速率没有上升，随着降雨量的累积并向土壤入渗(图 3)至根系可吸收利用，从 16h 起液流量大
幅上升，整个夜间降雨在持续进行且雨强较大直至第二天 9 点雨停，在此期间三株沙木蓼的液流都以比晴
天白天高的速率在进行，9h雨停后太阳升起，太阳辐射渐渐增强，植物恢复光合和蒸腾作用，液流速率反
而逐渐降下来，此种现象在以往的研究中未曾有过报道，这是因为 7 日夜间至 8 日凌晨植物体内分别累积
的液流 0． 5kg、1． 5kg、6． 1kg已达到植物体可储存水量的饱和值，只需吸收少量水分就足够供给之后 7 小
时的蒸腾和光合所需。
3． 3 生长季沙木蓼茎干液流量分析
由图 4 可以看出，在整个生长季，沙木蓼的日耗水量和茎干粗依然保持正比且同步关系，三株沙木蓼
的耗水总量分别为 100． 8kg，170． 5kg，301． 3kg。不同茎干粗的沙木蓼植株生长季茎干液流总量基本与基
茎粗成正比，平均为 0． 12L /(m m －1·d －1)，由于沙木蓼是灌木树种，一般情况下其植株基茎最大能长到
30m粗，因此可以用植株地茎为纯量来做已知沙木蓼林分蒸腾耗水推延。花棒生长季日平均液流量为 0．
39 － 0． 47L /(cm －2·d －1)［21］，在一个生长季内，直径为 2． 0，2． 8，3． 4cm 的梭梭［9］总的日平均耗水量分别
·091· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 26 卷
为 1． 48 、2． 18 、3． 08kg，日均液流量为 0． 77L /(cm －2·d －1)，相对来说，沙木蓼为荒漠区低耗水植物。
图 2 沙木蓼液流日变化曲线(雨天 6 月 7、8 日)
Fig． 2 The diurnal dynamics of sap flow (on rainy day of 7th、8th June)
图 3 6 月 7、8 日气象因子日进程
Fig． 3 The process of environmental factors on 7th、8th June
在耗水量总体变化趋势上，是由植物体的生长状况、天气状况和土壤水分的盈亏三者共同作用的，植
物体的生长状况决定了其吸收水分的能力，天气状况决定了植物吸收水分的速率，土壤水分是植物根系吸
收水分的来源。沙木蓼根系分布在 10 － 120cm 深的沙土中，同步分析整个生长季此范围内的土壤含水
量，如图 5，经历了 5 月份的萌芽期进入 6 月份的旺盛生长期，同时此阶段土壤含水充分，植物体充分吸
水，茎干液流量维持高水平以维持高光合和蒸腾作用对水的需求;在 7 月末植株基本停止营养生长进入开
花、结果的生殖生长期，加之土壤剖面水分逐渐出现亏缺，整个剖面有效含水量从 78mm 降到 22mm，植株
液流值较 6 月呈现下降;8 月份是沙木蓼种子成熟、散播的阶段，随后生命活动微弱生长减慢，加上长期的
晴好天气，干旱加剧，液流值仍维持低水平。在许浩对塔里木沙漠沙拐枣的研究中，七月份生长最旺盛也
是耗水量最大的季节，随后耗水量逐渐下降。在总体变化趋势上，结合第 2 节的分析，在每次的阴雨天液
流都会下降，6 月 7、8 日降雨，15、16 日阴天，6 月 29、30、7 月 1 日三天降雨，7 月 8、9 日阴雨，8 月 18 日、
23 日的降雨在图中都可以看出液流量的下降，降雨过后的几天，液流量又会有小幅攀升。屈艳萍［22］对柽
柳 8 到 10 月日液流量变化规律做分析，日液流量在降水时会下降至晴天的一半，随着生长季的逐渐结束
枝叶开始凋萎，耗水量减小，液流量也相应逐渐减小。
4 讨论
(1)沙木蓼白天液流速率启动和速降的时段是与太阳的升起和落下同步的，晴天日间液流保持宽单
峰，夜间仍保持一定的液流速率。不同天气的茎干液流差异明显:晴天液流速率较大，变化幅度也大;多云
天和雨天液流变化幅度小但波动剧烈，雨天夜间流速增大，这是由于降雨太阳辐射减小，直接导致液流减
小，而夜间土壤湿度急增，导致树体与土壤之间存在比平时更大的水势梯度，迫使根系从土壤中吸收水分。
(2)不同茎干粗的沙木蓼植株茎干液流速率起伏变化趋势一致，且与茎干粗成正比。25mm、16mm、
·191·第 11 期 樊文会等 沙木蓼蒸腾耗水规律研究
图 4 沙木蓼生长季茎干液流量
Fig． 4 Sap flow over the effective growing season
图 5 生长季土壤有效含水量
(沙木蓼根系分布砂土层的含水量)
Fig． 5 Effective soil water over the growing season
9mm三个茎级沙木蓼植株的液流速率平均分别
为 250、180、100g·h －1，日平均耗水量 3、1． 7、
1kg，不同茎干粗的沙木蓼植株生长季茎干液流
总量基本与基茎粗成正比，平均为 11． 5kg /mm·
a，由于沙木蓼是灌木树种，一般情况下其植株基
茎最大能长到 30mm粗，可以以植株地茎为纯量
来做林分蒸腾耗水的推延，计算林分总的蒸腾耗
水量。
(3)植物体的生长状况，天气状况和土壤水
分的盈亏三者共同作用于茎干液流即植物体的
耗水量，在 6、7 月份土壤水分相对充足，沙木蓼
处于旺盛生长期，植株耗水量最大，8 月份土壤
水分出现亏缺加之沙木蓼进入开花、结果的生殖生长阶段，枝叶生长减慢，耗水量下降。在整个生长季，每
次降雨时段日耗水量都较雨前下降，但雨后会上升到更高的水平。
(4)由于沙木蓼植株耗水量会随着生长逐年递增，而沙地水资源非常有限，水分竞争也会随之加剧，
平茬和疏林对于植物存活就显得很必要，利于防风固沙的效果持续发挥。
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Study on the sap flow of Atraphaxis bracteata growing in Mu us Sand
FAN Wenhui，DING Guodong，WU Bin，ZHANG Yuqing，WU Rina
(Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Combating Desertification，Ministry of Education，College of Soil and Water Conservation，Beijing
Forestry University，Beijing 100083，P． R． China)
Abstract:To reveal the evapotransporation of Atraphaxis bracteata in Mu us Sandy land，Heat － balance Pack-
aged Stem Sap Flow Measuring System and Automatic Weather Station System were used to simultaneously meas-
ure and monitor the sap flow velocity and related environmental factors． The results showed that: (1)Sap flow
rate of Atraphaxis bracteata ascend and descend with the sunrise and sunset，it keep at peak for 8 hours in day．
There is still sap flow in night for water storage in plants． (2)The process of sap flow rate is obviously affected
by weather． In rainy days the flow drop to a rather low rate，but in night it rise greatly，the total flow is half of
that on sunny days． There is a relatively small difference in flow rate of day and night in cloudy wheather，and
the total flow reduces． In cloudy days，with the cloud moving，sap flow fluctuates，but total flow isn＇t affected so
much． (3)Sap flow of A． bracteata in the growing season is related with the soil water and vegetation storage．
From the vigorous vegetative growth in June and July to the reproductive stage in August，the soil water exhausts，
generally the sap flow is gradually decrease． (4)Sap flow of A． bracteata with different sizes of stem and crown
drift simultaneously and in proportion to stem diameter． From May to July，total sap flow of A． bracteata with the
stem diameters of 9mm，16mm and 25mm，are 100． 8kg，170． 5kg，301． 3kg，respectively，average as 11． 5kg /
mm /a． It can be used to calculate the total evaporation of a known forest of A． bracteata．
Key words:Mu us sand;Atraphaxis bracteata;sap flow;weather;soil water
·391·第 11 期 樊文会等 沙木蓼蒸腾耗水规律研究