旱地冬小麥揚花至灌漿期冠層溫度與產(chǎn)量和水分利用效率的關(guān)系

徐銀萍，宋尚有， 樊廷錄

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院，甘肅蘭州 730070）

冠層溫度是指在大氣候背景以及土壤、栽培技術(shù)完全相同的條件下，在一個小尺度范圍內(nèi)，當作物材料不同時冠層溫度的分異狀況以及由此派生出的問題［1］。作物冠層溫度是由土壤—植物—大氣連通體內(nèi)的熱量和水氣流決定的，它反映了作物和大氣之間的能量交換，作物冠層溫度與其能量的吸收和釋放過程有關(guān)［2］。大量研究認為，冠層溫度與作物水分利用、蒸騰作用、水分脅迫以及生物體內(nèi)部代謝和抗旱性密切相關(guān)，是作物對環(huán)境脅迫反應的綜合生理表現(xiàn)。作物不同基因型之間存在冠層溫度的差異，并且從理論上講，冠層溫度與作物水分利用相關(guān)，因而把冠層溫度用于作物基因型的篩選是有價值而且是可行的［3］。用作物本身的生理變化來反映作物的水分狀況則是作物缺水研究中一個主要的分支，這些生理變化指標主要有葉水勢、莖水勢、葉片相對含水量、葉溫或冠層溫度、葉氣孔阻力、葉片或冠層光合速率、作物光譜反射率以及葉片卷曲度等，其中通過作物的冠層溫度來反映作物缺水的研究隨著探測方法的進展越來越深入，并已在國外形成了相對成熟的灌溉技術(shù)［4］。

小麥是世界各國的重要糧食作物之一，20世紀90年代以來，隨著人民生活水平的提高，對農(nóng)作物品質(zhì)的要求有了較高的要求，小麥生產(chǎn)由單純追求穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效專用型方向發(fā)展［5］。小麥產(chǎn)量既受遺傳因素影響，也在很大程度上取決于環(huán)境條件和栽培技術(shù)，其中環(huán)境溫度是影響小麥籽粒產(chǎn)量的一個重要環(huán)境因子［6～8］。因此，從水分利用和產(chǎn)量的角度研究小麥耐熱性生理機制，闡明冠層溫度與產(chǎn)量、水分利用效率的關(guān)系，具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試的21個冬小麥品種（系）為1R8、1R14、1R20、1R19、 1R17、 1R13、 1R11、 1R4、 1R6、1R5、 1R2、 1R1、 1R40、 1R39、 1R38、 1R35、1R34、1R27、1R25、1R24、1R26，均來源于美國德州Bushland農(nóng)業(yè)試驗站。

1.2 試驗方法

試驗在農(nóng)業(yè)部甘肅鎮(zhèn)原旱塬生態(tài)環(huán)境重點野外科學觀測站 （35°30′N，107°29′E）進行。試驗區(qū)海拔1 254 m，年均降水量540 mm，降水主要分布在7、8、9月，年均氣溫8.3℃，土壤為黑壚土，長期盛行以冬小麥為主的“一年一熟制”，或填閑復種的“兩年三熟輪作制”。試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積13.4 m2（6.7 m×2.0 m），于2006年9月25日開溝撒播，每小區(qū)種10行，行距0.2 m，基本苗375萬株/hm2。每小區(qū)播前施磷酸二銨0.29 kg、尿素0.19 kg，返青后撒尿素0.15 kg。成熟時（翌年6月26日）各小區(qū)單收單打，風干后統(tǒng)計籽粒產(chǎn)量。其余管理按大田常規(guī)措施進行。小麥生育期降水量315.6 mm，較多年平均值（250 mm）增加26.4%。土層有效貯水143 mm，占田間最大有效貯水量的57.8%。試驗年份作物需水與供水正常。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 冠層溫度（CT）采用國產(chǎn)BAU-1型手持式紅外測定儀。分辨率0.1℃，測量精度為常溫±0.2℃，響應時間為2～3 s。選擇晴朗無云的天氣，分別于冬小麥揚花至灌漿期選定8個監(jiān)測日（5月13日、5月15日、5月17日、5月22日、5月28日、6月6日、6月8日、6月11日）測定各小區(qū)的CT值，測定時間為13：30～15：30時。觀測時，按照農(nóng)田小氣候觀測的對稱法進行，視場角取5°，手持測溫儀置于高度1.5 m左右，以30°瞄準小區(qū)內(nèi)中間的冠層，測點為群體生長一致、有代表性的部位，避開裸地影響，順入射光方向并且垂直于行直接在顯示屏上讀取數(shù)據(jù)。每小區(qū)重復測定5次，取其平均值。

1.3.2 土壤水分測定和水分利用效率（WUE）計算播種前（2006年9月24日）和收獲時（2007年6月26日）分別用土鉆法測定每小區(qū)2 m土層（每20 cm為1個層次）的土壤含水率，轉(zhuǎn)化為土壤貯水量（mm）。小麥生育期降水量通過MM950自動氣象站記錄儀獲得。利用土壤水分平衡方程計算每個小區(qū)作物耗水量（ET）。試驗數(shù)據(jù)采用SAS軟件進行處理，采用Excel軟件作圖。

ET（mm）=播前2 m土壤貯水量－收獲時2 m土壤貯水量+生育期降水量

WUE［kg/（hm2·mm）］=小麥籽粒產(chǎn)量/耗水量

2 結(jié)果與分析

2.1 冠層溫度

監(jiān)測結(jié)果（表1）初步表明，冬小麥揚花至灌漿期間，在大氣、土壤、農(nóng)藝措施完全相同的試驗區(qū)內(nèi)，不同小麥品種（系）之間CT存在明顯差異，在同一監(jiān)測日，不同品種（系）間都表現(xiàn)出高度的CT分異現(xiàn)象。方差分析結(jié)果表明，除6月11日未達到差異顯著外（可能是氣候或測定誤差所致），其余監(jiān)測日內(nèi)不同冬小麥品種（系）CT的差異均達到了極顯著（P＜0.001）和顯著水平（P＜0.05）。即冬小麥揚花至灌漿期CT值受品種遺傳特性的影響很大。8個監(jiān)測日的測定結(jié)果（表1）還顯示，不同冬小麥品種（系）CT的變幅依次為11.9～15.3℃、14.6～17.2℃、21.0～25.2℃、16.3～23.0℃、22.3～26.0℃、24.1～28.8℃、24.2～28.0℃、30.0～35.0℃，即隨著小麥灌漿進程的推移，不同冬小麥品種（系）CT有逐漸增加的趨勢，這與大氣溫度的逐漸升高密切相關(guān)。因此，小麥開花后不同時期的CT也存在顯著差異，確定適宜的測定時期顯得十分重要。不同監(jiān)測日的CT相關(guān)數(shù)據(jù)表明，開花初期（5月13日、5月15日）CT與其它各時期CT相關(guān)性較低，其相關(guān)顯著性的變化無明顯規(guī)律，如5月13日不同冬小麥品種（系）CT測定值與開花后（隨著灌漿過程的進行）CT的相關(guān)系數(shù)增加，相關(guān)性增強；5月17日后各測定日之間CT的相關(guān)系數(shù)均達到顯著或極顯著水平，并且有很高的一致性。

表1 不同冬小麥品種（系）的冠層溫度、籽粒產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率

2.2 冠層溫度與產(chǎn)量的關(guān)系

從8個監(jiān)測日的21個冬小麥品種（系）CT與籽粒產(chǎn)量的一元線性回歸關(guān)系（圖1）可以看出，品種（系）CT值與籽粒產(chǎn)量呈顯著的線型遞減關(guān)系，隨著CT的增大，產(chǎn)量相應降低。隨著生育進程的推進，CT與產(chǎn)量的線型回歸系數(shù)R2分別為0.244、0.429、0.596、0.724、0.418、0.453、0.531、0.552，說明從揚花至灌漿初期R2（由0.244增至0.596）有逐漸增大的趨勢，5月22日（灌漿頂峰階段）R2達到最大值0.724。隨著灌漿期的推后R2遞減，由0.724減小到0.453， 6月11日（灌漿后期）R2又出現(xiàn)遞增，由0.453增大到0.552。即CT與產(chǎn)量的負相關(guān)性從揚花至灌漿期呈現(xiàn)出強—弱—強的變化規(guī)律。

CT與產(chǎn)量的負相關(guān)性表明，隨著CT的降低，產(chǎn)量提高，CT偏低的品種其產(chǎn)量高，而CT偏高的品種（系）其產(chǎn)量低。如1R17、1R11、1R38揚花至灌漿后期的CT為12.7～31.0℃，比21個供試品種（系）的平均CT值（13.7～32.5℃）低2.0～3.0℃；其產(chǎn)量分別為5.7、5.5、5.6 t/hm2，比21個供試品種的平均值5.0 t/hm2分別高0.7、0.5、0.6 t/hm2，比產(chǎn)量最低的品種1R26（4.0 t/hm2）高1.7 t/hm2。揚花至灌漿后期品系1R26、1R40、1R20的CT為15.3～35.0℃，比21個供試品種（系）的平均CT值高2.0～3.0℃；產(chǎn)量分別為4.0、4.3、4.5 t/hm2，比21個供試品種的平均值低1.0、0.7、0.5 t/hm2。品種1R17和1R26的CT相差3.0～4.0℃，產(chǎn)量相差1.7 t/hm2。由此可見，具有較低CT的小麥品種（系）有利于緩解高溫和干旱的不利影響。

圖1 不同冬小麥品種（系）揚花至灌漿期冠層溫度與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

2.3 冠層溫度與水分利用效率的關(guān)系

從揚花至灌漿期，不同冬小麥品種（系）的WUE分別與不同監(jiān)測日的CT值呈顯著的線型遞減關(guān)系（圖2），隨著CT的增大，品種（系）之間的WUE相應降低。WUE與CT的線型回歸系數(shù)R2分別為0.091、0.406、0.402、0.666、0.399、0.463、0.445、0.607，由此看出，從揚花至灌漿期，不同冬小麥品種（系）之間WUE差異顯著。CT與WUE的負相關(guān)性呈現(xiàn)增強—減弱—增強的趨勢。CT偏低的品種其WUE高，而CT偏高的品種其WUE低，如1R17、1R11、1R38，揚花至灌漿后期的CT為12.7～31.0℃，比21個供試品種（系）的平均CT值低2.0～3.0℃；其WUE分別為14.1、14.2、12.9 kg/（hm2·mm）比21個品種（系）平均值11.9 kg/（hm2·mm）高2.2、2.3、1.0 kg/（hm2·mm），比WUE最低的品種1R26高4.7 kg/（hm2·mm）。品系1R26、1R40、1R20揚花至灌漿后期的CT為15.3～35.0℃，比21個供試品種（系）的平均CT值高2.0～3.0℃；WUE分別為9.5、10.1、10.8 kg/（hm2·mm），比21個供試品種（系）的平均值低2.4、1.8、1.1 kg/（hm2·mm）。CT偏低的品種（系）1R17和CT偏高的品種（系）1R26相比較，CT相差3.0～4.0℃，WUE相差4.7 kg/（hm2·mm）。由此可見，在相同栽培條件下，CT低的品種（系）較CT高的品種（系）能夠更好的利用有限的土壤水分，具有較強的抗旱性。

3 小結(jié)與討論

1）在甘肅隴東雨養(yǎng)旱作條件下，揚花至灌漿期，供試21個冬小麥品種（系）的冠層溫度存在明顯的差異，冠層溫度和產(chǎn)量之間的相關(guān)性呈現(xiàn)出增強—減弱—增強的變化趨勢，CT值與籽粒產(chǎn)量呈顯著的線型遞減關(guān)系，即隨著冠層溫度的增大，產(chǎn)量相應降低。

圖2 不同冬小麥品種（系）揚花至灌漿期冠層溫度與水分利用效率的關(guān)系

2）從揚花至灌漿期，不同冬小麥品種（系）WUE差異顯著，其CT與WUE的負相關(guān)性呈現(xiàn)增強—減弱—增強的趨勢。CT偏低的品種（系）WUE高，而CT偏高的品種（系）WUE低。在當?shù)貧夂蚝屯寥罈l件下，具有較低冠層溫度的小麥品種（系）1R17、1R11、1R38具有較強的適應性、較高的產(chǎn)量和水分利用效率。

3）灌漿期冠層溫度較低的品種不同監(jiān)測日的冠層溫度始終較低，CT較高的品種（系）不同監(jiān)測日的冠層溫度始終較高，這與劉黨校關(guān)于冷型小麥和暖型小麥報道相一致［10］。灌漿期CT可以作為測定品種（系）之間CT差異的適宜時期，但究竟在灌漿初期、中期還是后期為最佳時期，有待進一步研究。

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