冬小麦主要生长期内冠气温差与蒸腾速率的关系

2011-05-01蔡甲冰施坰林

山西农业科学 2011年9期

周颖，刘钰，蔡甲冰，施坰林

（1.甘肃农业大学工学院，甘肃兰州730070；2.中国水利水电科学研究院水利所，北京100048）

作物冠层温度是由土壤—植物—大气连通体内的热量和水汽流决定的，它反映了作物和大气之间的能量交换[1]。作物冠层温度与其能量的吸收和释放过程有关，当供水状况不能满足植物蒸腾需水要求时，蒸腾速率降低，蒸腾、耗热减少，叶温升高，作物冠层与空气温度差的变化反映了土壤供水与植物需水之间的矛盾[2]。最近十几年来，随着红外测温技术的快速发展，冠层温度法正成为判别作物水分状况的重要手段之一，可快速测定较大范围的植物水分[3]，不少专家学者已研究了冠气温差和冠层温度方面的问题[4-5]。因此，冠气温差成为诊断作物缺水状况的重要指标之一。

本研究通过测定冬小麦主要生长期的冠层温度，对冬小麦进行冠层—空气温度差的分析，旨在找到与其相关的影响因素，与小麦的抗旱性（水分利用效率）及产量相联系起来，进一步为节水灌溉和作物高产提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

2010年4—6月，田间试验在中国水利水电科学研究院大兴试验基地进行，供试品种为冬小麦9218。试验区土壤为沙壤土，土层深厚，有机质含量较高。试验区属半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷少雨，春季干燥多风，夏季炎热多雨，多年平均降雨量540mm。试验区分为15个5m×5.5m的小区，外围设置保护区。小区随机布置。试验设置 T1，T2，T3 共 3 个灌水处理，T1，T2，T3处理的灌水下限分别控制在田间持水量的70%～80%，60%～70%，50%～60%，每个处理5次重复。灌溉采用田间闸管系统，水表计量。试验小区的农田管理措施如施肥、播种、耕作均与当地农民习惯保持一致。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 冠层温度冠层温度用日制Raytek ST60便携式红外测温仪测定，测定时仪器与作物冠层成45度角，必须避开裸地的影响，在小区东西南北4个方位循环观测2次，共得到8个数据，取其平均值为1次观测值。每天测定时间为8：00—18：00，每2h测定1次。选择晴朗无风的天气分别在小麦的关键生长期拔节—孕穗期（4月30日）、孕穗—开花期（5月22日）、灌浆期（6月3日）测定作物的冠层温度。

1.2.2 气温的测定用试验基地气象观测场的自动气象观测仪器记录大气温度、湿度、风速、太阳辐射等。

1.2.3 蒸腾速率的测定用Li-6400便携式光合仪测定蒸腾速率（Tr），在晴朗天气选取小麦的顶端叶片——旗叶观测，各小区选典型植株3株于8：00—16：00进行测量，每2 h测定1次。

2 结果与分析

2.1 冠气温差、蒸腾速率的日变化趋势

冠层温度（Tc）是指作物冠层叶、茎及穗表面温度的平均值。随气温（Ta）的升高，作物的冠层温度逐渐升高，中午达到最大，然后逐步降低。作物的冠气温差是冠层温度（Tc）与大气温度（Ta）的差值。从图1-a，2-a，3-a可以看出，冬小麦冠气温差（Tc－Ta）在日出以后呈现正值，不同灌水处理间差异不明显；随太阳辐射的增强，叶片因为失水，作物蒸腾的速率变大，与百叶箱中的气温速度增加相比，冠层温度增幅降低，冠气温差变为负值，随气温的升高，不同灌水处理间的差异越来越显著，在中午时段不同处理的冠气温差差异明显；而后随着蒸腾强度的降低，不同处理间的冠气温差逐渐减小[1]。晴天的夜间干旱麦田和湿润麦田冠层温度无明显差别，而白天湿润麦田的冠层温度明显低于干旱麦田，一天中12：00—14:00是冠层温差最大的时候，此时的冠层温度和叶水势最能反映土壤的供水能力和麦田受水分胁迫的严重程度，因此，此时段是能代表全天情形的最佳观测时间[6]。

蒸腾速率是植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量，其快慢受植物形态结构和多种外界因素的综合影响[7]。由图1-b，2-b，3-b 可知，蒸腾速率在小麦主要生长期内表现出先增加后减小的日变化规律，在14：00左右蒸腾强度达到峰值，原因是清晨日出后温度升高，大气湿度降低，植株叶片的气孔逐渐张开，蒸腾随之增强，午时达到高峰；之后光照逐渐减弱，叶片内水分减少，气孔逐渐关闭，蒸腾随之下降，日落后达最低点[8]。3个不同灌水处理的蒸腾速率（Tr）日变化趋势基本一致，清晨起逐渐增大，在14：00左右达最大值。

综合图1，2，3可以得出，3个生育期的典型日不同灌水处理冠气温差（Tc－Ta）和蒸腾速率（Tr）有明显的日变化规律。3个生育期的典型日内，冠气温差日变化趋势基本一致，早上日出以后，各灌水处理下冠气温差逐渐增大，不同灌水处理下差异不明显，在12：00—14：00太阳辐射较强，大气温度升高较快，冠气温差达到最大值，随后逐渐降低。到14：00左右各处理冠气温差差异显著，当灌水下限控制在田间持水量的70%～80%时，冠气温差基本都为负值；灌水下限控制在田间持水量的60%～70%，50%～60%时，Tc－Ta相对较大且基本为正值。而后，随辐射的降低，冠层温度和气温同时降低，冠层温度的降低幅度大于气温的降低，冠气温差呈下降趋势，不同处理间冠气温差的差异逐渐减少。蒸腾速率的大小也随大气的温度而变化，在14：00左右达到最大，而后随气温的降低而减小。冠气温差的日变化规律和蒸腾强度有很密切的关系，蒸腾速率日变化和冠气温差日变化趋势基本一致。

2.2 不同灌水处理冬小麦主要生育期内的冠气温差与蒸腾速率的关系

由2.1分析可知，14：00左右各不同灌水处理的冠气温差差异比较明显。从图4可以看出，冠气温差在作物主要生育期的前期（拔节—孕穗期）以及后期（灌浆期）都比较小，这是因为在5月初当地的太阳辐射较弱，气温不是很高，所以作物的冠层温度较低，而在后期小麦即将成熟，土壤中的水分较低，叶片干黄，作物的光合和蒸腾不是很强烈。在主要生育期的孕穗—开花期，不同灌水处理的冠气温差比较大，差异也比较明显：处理T1的冠气温差变化较小，且基本为负值，而处理T2和T3的冠气温差变化较大，由于太阳的辐射较强，大气温度较高，冠气温差较大，作物长势旺盛，故蒸腾速率也较大。这表明冬小麦中午的蒸腾主要以蒸腾失水为主，受其影响，冠气温差在14：00差异很大。

由于蒸腾速率受大气温度、太阳辐射、相对湿度、风速等天气条件的影响，具有明显的昼夜变化规律，同时，蒸腾速率的大小也受土壤水分状况的制约，在14：00左右蒸腾强度达到最高峰。从图5可以看出，3个不同灌水处理的Tr日变化趋势基本一致，且处理T2和T3的Tr日变化较处理T1的变化趋势线稍微平缓一些。这表明冬小麦中午的蒸腾主要以蒸腾失水为主，冠层温度受蒸腾失水的影响，冠气温差在14：00差异很大。