近期研究表明，在半干旱地区，通过根区直接灌溉（DRZ）来维持葡萄生产和提高作物水分生产率具有潜力；然而，此前仅在沙质土壤中的红葡萄品种上对此进行过测试。为扩大其应用范围，开展了一项田间研究，旨在探究在较低灌溉速率下，DRZ 对种植于美国华盛顿州半干旱地区粉质壤土中的霞多丽白葡萄（葡萄属葡萄种霞多丽品种）的产量、浆果品质、根系生长、植株水分状况以及作物水分生产率的影响。

本研究采用随机完全区组设计，包含三个区组（即重复），以评估根区直接灌溉（DRZ）相较于商业地表滴灌（SD）的效果。每个区组涵盖所有处理方式，这些处理方式被随机分配到实验单元（即葡萄藤）。从萌芽到收获期，地表滴灌的灌溉速率（每年 167.3 - 217.2 毫米）由葡萄园管理者根据天气条件和长期指导方针设定，以实现生产目标。根区直接灌溉采用两种灌溉速率：高灌溉速率（DRZ - H，约为商业灌溉速率的 70% - 80%）和中灌溉速率（DRZ - M，约为商业灌溉速率的 50% - 60%）。每年，葡萄藤在萌芽期和收获期之间进行灌溉，从坐果期到收获期实施不同的处理。

在每个处理小区中间行的三株中心葡萄藤中选取一株，用于原位根系成像，以分析根系数量和根长密度（RLD，定义为单位根系图像面积的根长）。将透明微根管（长 80 厘米）安装在距离葡萄主干 30 厘米处，与葡萄主干呈 15° 角，以便观察 0 - 60 厘米土层内的根系。根系管露出地面 8 - 10 厘米的部分用铝箔胶带覆盖，并用橡胶帽密封，以避免光照对根系生长的干扰，同时防止光散射对成像的影响。在 2017 年和 2018 年的四个物候期，即花期、坐果期、转色期和收获期，拍摄根系图像。计算并比较不同灌溉处理下葡萄藤每年根系总数和根长密度的增长情况。

灌溉处理对根系生长有显著影响，在不同物候期，总根系数量和根长密度（RLD）存在显著差异（见下图）。在 0 - 60 厘米的土壤剖面中，地表滴灌（SD）产生的总根系数量最高，在两年的收获期，该数值分别比高灌溉速率的根区直接灌溉（DRZ - H）和中灌溉速率的根区直接灌溉（DRZ - M）高 10.2% - 48.7% 和 75.7% - 86.2%（图 A 和 B）。同样，与 DRZ - H 和 DRZ - M 相比，SD 灌溉的葡萄藤 RLD 分别增加了 28.4% - 77.4% 和 73.4% - 112.5%（图 C 和 D） 。

在两年的研究中，灌溉处理改变了 0 - 60 厘米土壤深度内的根系分布模式（图 4 和图 5）。在地表滴灌（SD）条件下，根系主要分布在 20 - 40 厘米的土壤深度，该深度范围内的根系数量占观测到的根系总数的 46.2% - 59.8%，根长密度（RLD）占 51.5% - 68.0%。然而，在根区直接灌溉（DRZ）条件下，更多的根系分布在 40 - 60 厘米的土层中，随着土壤深度增加，根系数量和根长密度有所增加 。与地表滴灌（SD）相比，采用根区直接灌溉（DRZ）的葡萄藤，在处理实施后，20 - 40 厘米土壤深度的根系数量减少了 44.8% - 62.4%，根长密度（RLD）降低了 48.3% - 66.1%。

 本文中对根区直接灌溉的处理类似于控制地下水位深度 ，通过把水位控制在不同深度，监测植物根系的分布差异。RhizoScope根系原位控制实验系统为进行这样的课题研究提供了完美的解决方案。它以控制型蒸渗系统作为种植平台，可取原状土，土柱面积1平方米，高2米。

蒸渗系统配置地下水连通模块，自动控制水势或水位，既可用于控制实验，也可实时调控与大田水力学梯度一致，作物生长环境与大田同步。实现土壤热通量、土壤水势梯度等控制。

同时RhizoScope根系原位控制实验系统使用结合摄像和扫描模式于一体的AZR-300活体根系监测系统采用微根窗技术可以原位快速对土壤剖面上根系生物量进行连续性监测，避免土钻取根对根系的扰动和破坏。

扫描模式下，一次扫描可以观察20cm深土层内根系生物量，1200dpi的分辨率完全可以满足观察大部分根系的需求。其摄像模式分辨率高达4800dpi，可对小至10um的根毛、菌丝做到清晰观察。这样就可以把直径小于2mm的细根也纳入测量范围内。

两种模式相结合大大提高了对根系生物量监测的准确性。该系统可以测量根长度、根直径、根面积、根总长、根总面积、根平均直径、根数量，统计根系生物量、细根寿命、细根周转率等。

AZR-300复合根系生长动态监测系统及其拍摄的根毛

64 倍图像放大功能，用于观察植物根菌、真菌和土壤动物活动等。还配有紫外光源，用于区分活根和死根。

AZR-300拍摄植物幼根和白蚁

配置土壤水分、温度、水势、电导率、氧化还原电位和pH传感器，用于研究土壤环境对根系生长动态、根系空间分布和根周转率的影响。