冬小麥主要生長期內冠氣溫差與蒸騰速率的關系

周 穎，劉 鈺，蔡甲冰 ，施坰林

（1.甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州730070；2.中國水利水電科學研究院水利所，北京100048）

作物冠層溫度是由土壤—植物—大氣連通體內的熱量和水汽流決定的，它反映了作物和大氣之間的能量交換[1]。作物冠層溫度與其能量的吸收和釋放過程有關，當供水狀況不能滿足植物蒸騰需水要求時，蒸騰速率降低，蒸騰、耗熱減少，葉溫升高，作物冠層與空氣溫度差的變化反映了土壤供水與植物需水之間的矛盾[2]。最近十幾年來，隨著紅外測溫技術的快速發展，冠層溫度法正成為判別作物水分狀況的重要手段之一，可快速測定較大范圍的植物水分[3]，不少專家學者已研究了冠氣溫差和冠層溫度方面的問題[4-5]。因此，冠氣溫差成為診斷作物缺水狀況的重要指標之一。

本研究通過測定冬小麥主要生長期的冠層溫度，對冬小麥進行冠層—空氣溫度差的分析，旨在找到與其相關的影響因素，與小麥的抗旱性（水分利用效率）及產量相聯系起來，進一步為節水灌溉和作物高產提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

2010年4—6月，田間試驗在中國水利水電科學研究院大興試驗基地進行，供試品種為冬小麥9218。試驗區土壤為沙壤土，土層深厚，有機質含量較高。試驗區屬半干旱大陸性季風氣候，冬季寒冷少雨，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，多年平均降雨量540mm。試驗區分為15個5m×5.5m的小區，外圍設置保護區。小區隨機布置。試驗設置 T1，T2，T3 共 3 個灌水處理，T1，T2，T3處理的灌水下限分別控制在田間持水量的70%～80%，60%～70%，50%～60%，每個處理5次重復。灌溉采用田間閘管系統，水表計量。試驗小區的農田管理措施如施肥、播種、耕作均與當地農民習慣保持一致。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 冠層溫度 冠層溫度用日制Raytek ST60便攜式紅外測溫儀測定，測定時儀器與作物冠層成45度角，必須避開裸地的影響，在小區東西南北4個方位循環觀測2次，共得到8個數據，取其平均值為1次觀測值。每天測定時間為8：00—18：00，每2h測定1次。選擇晴朗無風的天氣分別在小麥的關鍵生長期拔節—孕穗期（4月30日）、孕穗—開花期（5月22日）、灌漿期（6月3日）測定作物的冠層溫度。

1.2.2 氣溫的測定 用試驗基地氣象觀測場的自動氣象觀測儀器記錄大氣溫度、濕度、風速、太陽輻射等。

1.2.3 蒸騰速率的測定 用Li-6400便攜式光合儀測定蒸騰速率（Tr），在晴朗天氣選取小麥的頂端葉片——旗葉觀測，各小區選典型植株3株于8：00—16：00進行測量，每2 h測定1次。

2 結果與分析

2.1 冠氣溫差、蒸騰速率的日變化趨勢

冠層溫度（Tc）是指作物冠層葉、莖及穗表面溫度的平均值。隨氣溫（Ta）的升高，作物的冠層溫度逐漸升高，中午達到最大，然后逐步降低。作物的冠氣溫差是冠層溫度（Tc）與大氣溫度（Ta）的差值。從圖1-a，2-a，3-a可以看出，冬小麥冠氣溫差（Tc－Ta）在日出以后呈現正值，不同灌水處理間差異不明顯；隨太陽輻射的增強，葉片因為失水，作物蒸騰的速率變大，與百葉箱中的氣溫速度增加相比，冠層溫度增幅降低，冠氣溫差變為負值，隨氣溫的升高，不同灌水處理間的差異越來越顯著，在中午時段不同處理的冠氣溫差差異明顯；而后隨著蒸騰強度的降低，不同處理間的冠氣溫差逐漸減小[1]。晴天的夜間干旱麥田和濕潤麥田冠層溫度無明顯差別，而白天濕潤麥田的冠層溫度明顯低于干旱麥田，一天中12：00—14:00是冠層溫差最大的時候，此時的冠層溫度和葉水勢最能反映土壤的供水能力和麥田受水分脅迫的嚴重程度，因此，此時段是能代表全天情形的最佳觀測時間[6]。

蒸騰速率是植物在一定時間內單位葉面積蒸騰的水量，其快慢受植物形態結構和多種外界因素的綜合影響[7]。由圖1-b，2-b，3-b 可知，蒸騰速率在小麥主要生長期內表現出先增加后減小的日變化規律，在14：00左右蒸騰強度達到峰值，原因是清晨日出后溫度升高，大氣濕度降低，植株葉片的氣孔逐漸張開，蒸騰隨之增強，午時達到高峰；之后光照逐漸減弱，葉片內水分減少，氣孔逐漸關閉，蒸騰隨之下降，日落后達最低點[8]。3個不同灌水處理的蒸騰速率（Tr）日變化趨勢基本一致，清晨起逐漸增大，在14：00左右達最大值。

綜合圖1，2，3可以得出，3個生育期的典型日不同灌水處理冠氣溫差（Tc－Ta）和蒸騰速率（Tr）有明顯的日變化規律。3個生育期的典型日內，冠氣溫差日變化趨勢基本一致，早上日出以后，各灌水處理下冠氣溫差逐漸增大，不同灌水處理下差異不明顯，在12：00—14：00太陽輻射較強，大氣溫度升高較快，冠氣溫差達到最大值，隨后逐漸降低。到14：00左右各處理冠氣溫差差異顯著，當灌水下限控制在田間持水量的70%～80%時，冠氣溫差基本都為負值；灌水下限控制在田間持水量的60%～70%，50%～60%時，Tc－Ta相對較大且基本為正值。而后，隨輻射的降低，冠層溫度和氣溫同時降低，冠層溫度的降低幅度大于氣溫的降低，冠氣溫差呈下降趨勢，不同處理間冠氣溫差的差異逐漸減少。蒸騰速率的大小也隨大氣的溫度而變化，在14：00左右達到最大，而后隨氣溫的降低而減小。冠氣溫差的日變化規律和蒸騰強度有很密切的關系，蒸騰速率日變化和冠氣溫差日變化趨勢基本一致。

2.2 不同灌水處理冬小麥主要生育期內的冠氣溫差與蒸騰速率的關系

由2.1分析可知，14：00左右各不同灌水處理的冠氣溫差差異比較明顯。從圖4可以看出，冠氣溫差在作物主要生育期的前期（拔節—孕穗期）以及后期（灌漿期）都比較小，這是因為在5月初當地的太陽輻射較弱，氣溫不是很高，所以作物的冠層溫度較低，而在后期小麥即將成熟，土壤中的水分較低，葉片干黃，作物的光合和蒸騰不是很強烈。在主要生育期的孕穗—開花期，不同灌水處理的冠氣溫差比較大，差異也比較明顯：處理T1的冠氣溫差變化較小，且基本為負值，而處理T2和T3的冠氣溫差變化較大，由于太陽的輻射較強，大氣溫度較高，冠氣溫差較大，作物長勢旺盛，故蒸騰速率也較大。這表明冬小麥中午的蒸騰主要以蒸騰失水為主，受其影響，冠氣溫差在14：00差異很大。

由于蒸騰速率受大氣溫度、太陽輻射、相對濕度、風速等天氣條件的影響，具有明顯的晝夜變化規律，同時，蒸騰速率的大小也受土壤水分狀況的制約，在14：00左右蒸騰強度達到最高峰。從圖5可以看出，3個不同灌水處理的Tr日變化趨勢基本一致，且處理T2和T3的Tr日變化較處理T1的變化趨勢線稍微平緩一些。這表明冬小麥中午的蒸騰主要以蒸騰失水為主，冠層溫度受蒸騰失水的影響，冠氣溫差在14：00差異很大。

冠層溫度反映了作物冠層的能量平衡狀況，作物的蒸騰是作物可供能量耗散的一個主要途徑。由以上分析可知，冠氣溫差和蒸騰速率的日變化趨勢基本一致，它們都與天氣狀況有關，均受大氣溫度、大氣濕度、太陽輻射強度、空氣飽和壓差等因素影響。

由圖6可知，在小麥的主要生育期內，不同灌水處理下，冠氣溫差和蒸騰速率存在密切的關系。隨冠氣溫差的增加，蒸騰速率表現出先增加后減小的變化規律。冠氣溫差較小時，隨冠氣溫差的增大，蒸騰速率呈上升趨勢，而當冠氣溫差＞0℃以后，隨冠氣溫差增大，蒸騰速率不再增加，甚至出現一定的下降趨勢[9]。

3 結論

本試驗通過對冬小麥冠氣溫差和蒸騰速率的研究，得出如下結論。

（1）小麥冠層溫度隨著大氣溫度的變化而變化，一天中的最高點出現在 12：00—14：00，而且不同處理的冠層溫度—空氣溫差的最大值也出現在午時。

（2）冠氣溫差聯系著葉片的水分與能量平衡，并且與氣孔導度、蒸騰速率關系比較密切。

（3）冠氣溫差較小時，隨著冠氣溫差的增大，蒸騰速率呈現上升趨勢，而當冠氣溫差大于0℃以后，隨著冠氣溫差的增大，蒸騰速率卻不再增加，甚至還出現一定的下降趨勢，這也證實了彭世彰[9]對節水灌溉條件下水稻葉氣溫差變化規律與水分虧缺診斷試驗研究的結論。

［1］張喜英，裴東，陳素英.用冠氣溫差指導冬小麥灌溉的指標研究[J].中國生態農業學報，2002，10（2）：102-105.

［2］董振國.作物冠層溫度與土壤水分的關系 [J].科學通報，1986（8）：108-110.

［3］梁銀麗，張成峨.冠層溫度—氣溫差與作物水分虧缺關系的研究[J].生態農業研究，2000，8（1）：24-26.

［4］鄧強輝，潘曉華，石慶華.作物冠層溫度的研究進展[J].生態學雜志，2009，28（6）：1162-1165.

［5］黃曉林，李妍，李國強.冠層溫度與作物水分狀況關系研究進展[J].安徽農業科學，2009，37（4）：1511-1512，1515.

［6］劉學著，張連根.不同水分脅迫條件下冬小麥冠層溫度日變化差異性研究[J].北京農業大學學報，1994，20（2）：229-232.

［7］李東方，張勝利，吳大付.金銀花葉片凈光合速率日變化影響因子研究[J].山西農業科學，2009，37（12）：14-17.

［8］張明炷，黎慶淮，石秀蘭.土壤學與農作學[M].北京：中國水利水電出版社，1993：102-107.

［9］彭世彰.節水灌溉條件下水稻葉氣溫差變化規律與水分虧缺診斷試驗研究[J].水利學報，2006，37（12）：1503-1508.