冬小麦田冠层温度与土壤温度的关系研究

司　南（山东农业大学水利土木工程学院，泰安 271018）



冬小麦田冠层温度与土壤温度的关系研究

司南
（山东农业大学水利土木工程学院，泰安 271018）

摘要：利用新型的自动化旋转摇臂式多点作物冠层红外温度监测系统对冬小麦主要生育期内冠层温度与麦田土壤温度进行了连续的观测，分析了冠层温度与土壤温度的相关性，结果表明：冠层温度与土壤温度均会随着气温的升高而升高，土壤温度一般低于冠层温度。两者的相关性在20 cm、30 cm、40 cm分别为0.804 8、0.756 7、0.782 1，没有出现递减。

关键词：冬小麦 冠层温度 土壤温度 实验

1　研究背景

冠层温度指的是作物冠层茎、叶表面温度的均值［1］。在国内，许多学者也做了相关的研究，樊廷录［2］通过对北方冬小麦23个品种灌浆，不同时期冠层温度的差异研究表明，不同基因型小麦灌浆期存在高度分异现象。项艳［3］则指出冬小麦拔节期与产量表现出负相关趋势。崔新菊［4］的研究表明冬小麦冠层温度不仅受基因型影响，还受灌浆时期和环境条件影响。这些研究大多基于冠层温度对不同基因型作物优良的筛选，或是对灌溉制度的优化。土壤温度是作物生长的重要生态因子，不仅控制着作物的新陈代谢，而且对作物蒸腾作用等生理过程也有一定的影响。然而，对于冠层温度和土壤温度之间关系的研究则较少。该文采用了红外测温等相关技术，分析了农田作物冠层温度与土壤温度的相关性，为冠层指标应用于农田墒情监测提供理论依据。

图1　冬小麦主要生育期内冠层温度与土壤温度和气温平均值的变化趋势

2　实验研究与方法

2.1试验田概况

试验田位于中国水利水电科学研究院大兴实验基地（北纬39°37′，东经116°26′）。实验基地为半干旱大陆性季风气候，春季比较干燥，夏季高温多雨，年平均降雨量为540 mm。实验在冬小麦主要生育期内进行，农田管理措施如施肥、播种、耕作均与当地农民一致。

2.2观测项目与方法

该实验采用自动化旋转摇臂式多点作物冠层红外温度监测系统进行数据采集。红外测温装置包括红外探头、旋转臂和红外测温传感器。其中，红外探头置于旋臂的末端，旋臂带动探头在一定高度的水平面上转动。红外探头在悬臂上以45°向下倾角安装，每1 h旋转1周，在转动的同时，每隔36°记录1次下垫面冠层温度。自动化旋臂装置上同时装载空气温度传感器，作物根区埋设了3层土壤温度传感器，分别为30 cm、40 cm，与冠层红外温度相同时间间隔观测记录。

3　结果与分析

3.1冠层温度与土壤温度和气温之间变化的相关性

如图1所示：5月中旬之后，气温明显高于冠温和土壤温度，三者之间的温度差值也拉大，且土壤温度始终低于冠层温度和气温，成明显的梯度效应。这说明随着气温的升高，作物蒸腾作用增强，因此根系从土壤中吸收的水分增多，存储在土壤水中的热随着水分被作物吸收，土壤温度相对损失部分热量，温度相对降低。

3.2冠层温度与土壤温度的相关性

以往的研究表明［5］，冠层处气温与土壤温度的相关系数随着土壤深度的增加而减小。但在此次试验中，冠层温度与土壤温度的相关系数并没有都是随着深度的增加而降低，而是出现了40 cm处高于30 cm的情况，这可能是由于作物根系分布在40 cm处要多于30 cm处，因此作物在40 cm处的吸水能力要强。作物在进行蒸腾作用时根吸收水分，同时也带走了土壤水中的热量。水的比热容远大于土壤，土壤温度会随着水分的流失而明显变化，因此反映在与冠层温度的相关性上为40 cm处高于30 cm处。这说明冠层温度对土壤温度的影响主要体现在土壤的下层。

参考文献

［1］ 董振国. 农田作物层温度初步研究 . 生态学报，1984，4（2）141～148

［2］ 徐银萍，宋尚有，樊廷录，等. 旱地冬小麦灌浆期冠层温度与产量和水分利用效率的关系 . 麦类作物学报，2007，27（11）168～172.

［3］ 项艳，龚道枝，白清俊，等. 冬小麦拔节期冠层温度与产量的关系研究 . 灌溉排水学报，2009，28（1）：47～49，66

［4］ 崔新菊，赵奇，尤明山，等. 不同灌溉条件下冬小麦灌浆期冠层温度与产量的相关性分析 . 作物杂志，2010

［5］ 郑宁，陆森，张劲松，等. 华北南部低丘山地刺槐林土壤温度与冠层气温关系的研究 . 林业科学研究，2013，26（1）107～112