不同土壤湿度下小麦叶气温差对光照强度的反应及对...

根据能量平衡原理,叶片与空气温差的变化取决于太阳净辐射的强弱和作物蒸腾量的大小。当作物获得充分的水分供应,叶片因蒸腾而冷却,温度下降并低于其在蒸腾抑制时所能达到的温度;而当水分供应减少时,作物蒸腾的潜热减少,显热增加,叶片温度相应上升。

Tannner最早研究发现,冠层温度可以反映植株水分状况,提出了用植株温度指示植株水分亏缺的设想。Idso 和Jackson等先后提出日胁迫度指标、作物水分亏缺指标等基于冠气温差的水分亏缺诊断指标,并在不同地区的多种作物上进行了应用研究。康绍忠、蔡焕 杰、石培华等普遍认为,冠气温差可以较好的反应作物水分状况,并且认为,最佳的冠气温差观测时刻是午后。

蒸腾是作物重要的生理活动,它既促进作物体内的水分传输与物质输送,减弱其温度的变化幅度,又保证作物进行光合作用之需要,对作物的生命活动极 为重要。小麦叶气温差对蒸腾速率的影响可以直接反映土壤湿度的状况。吴海卿等研究发现,冬小麦的蒸腾速率随土壤湿度递增而一直递增,综合考虑蒸腾速率与光 合速率及水分利用效率之间的关系,得出高土壤湿度条件下冬小麦存在奢侈蒸腾耗水现象;单长卷等采用盆栽试验对不同土壤湿度条件下冬小麦幼苗蒸腾及与其影响 因子的关系进行了研究,发现蒸腾速率和气孔导度均随土壤湿度的减少而呈降低趋势,通过逐步回归,获得了不同土壤湿度条件下冬小麦幼苗蒸腾速率与其影响因子 的回归模型;万长建等根据实际观测资料,对小麦蒸腾速率的时空变化规律进行了分析,认为影响小麦蒸腾的主要气象因子是温度、光照强度和湿度,且在分析基础 上,建立了用常规气象资料计算小麦蒸腾速率的简化模式等。上述研究成果为小麦的生理生态的环境适应性研究提供了不同的方法。光照强度对小麦叶气温差的影响 在不同的土壤湿度条件下是不同的,同时小麦叶气温差也直接影响了叶片的蒸腾速率。本试验利用人工控制土壤湿度,研究不同土壤湿度下光照强度对小麦叶气温差 的影响及小麦叶气温差对蒸腾速率的影响,旨在为小麦节水灌溉和干旱防御提供科学依据。

1 　材料和方法

本试验在中国农业科学院农田灌溉研究所作物灌溉组的试验田进行。使用滴灌设备控制灌水量,不需要自然降水, 试验坑深为2 m , 每坑面积为1. 5 m ×2. 0 m ,水泥罩面和封底,坑内土壤充分混合,田间持水量为24. 0 % ,凋萎湿度为7. 6 %。供试品种为郑麦9405 ,半冬性品种,播期为2006 年10月10 日,从小麦返青至蜡熟期保持不同的土壤湿度。试验设5 个处理,即: A (土壤田间持水量的40 %左右) 、B(土壤田间持水量的50 %左右) 、C(土壤田间持水量的60 %左右) 、D (土壤田间持水量的80 %左右) 、E(大于土壤田间持水量的90 %) 。2007年4 月30 日小麦进入开花期,5 月10 日,使用中子测墒仪对5 个处理进行土壤墒情测定,分别为:A :9. 04 %,B : 11. 01 %, C: 14. 89 % , D : 19. 62 % , E :24. 00 % ,同时使用L I - 6200 便携式作物生理测定仪在8 :00 - 18 :00 每1 h 测定一次叶片温度、空气温度、光照强度、蒸腾速率等。推荐使用仪器：光照箱、智能光照培养箱。

2 　结果与分析

2. 1 　不同土壤湿度下小麦叶气温差变化

观测结果表明,土壤湿度为14. 89 %时的小麦叶片温度较土壤湿度为9. 04 %时偏低1. 77 ℃;较土壤湿度为24. 00 %时偏低0. 62 ℃。由此可以看出,在土壤湿度较小的条件下,叶片温度偏高,随着土壤湿度的增大,叶片温度逐渐降低,在适宜的土壤湿度下,叶片温度达到最低值。分析认为, 适宜的土壤湿度有利于小麦蒸腾速率的提高,蒸腾速率的提高加速了作物的自身循环,水分散失速率的加快有效降低了小麦叶片温度。土壤湿度偏低容易产生干旱胁 迫,土壤湿度偏大则易引起渍害进而影响小麦循环的顺利进行。同时叶片温度的降低可以延长叶片功能,延长灌浆时间,这对营养物质的积累和转移都是非常有利 的。

对小麦叶气温差及光照强度的变化趋势进行分析,发现在土壤湿度< 15. 00 %时,小麦叶气温差具有和光照强度较为一致的变化趋势(图1) 。小麦叶气温差最大值出现在光照强度最强的12 : 00 -13 :00 ,说明在土壤湿度较小时,小麦叶气温差的大小基本上由光照强度的强弱决定。午前光照强度逐渐增大,叶片用于蒸腾的潜热减少,显热增加,叶片温度相应上升, 从而造成小麦叶气温差逐渐增大,且在12 :00 - 13 :00 达到最大。同时发现,随着土壤湿度的增加,小麦叶气温差最大值出现的时间逐渐与光照强度不同步。分析发现,随着土壤湿度的增加,小麦叶气温差极值出现的时 间逐渐提前,土壤湿度越大,小麦叶气温差极值出现的时间越早。也就是说当作物获得充分的水分供应,叶片因蒸腾而冷却,温度下降并低于其在蒸腾抑制时所能达 到的温度。光照强度对小麦叶气温差的控制强度随着土壤湿度的增大而逐渐减弱。

2. 2 　不同土壤湿度下小麦叶气温差对光照强度的反应

通过对不同土壤湿度下小麦叶气温差与光照强度的相关分析发现,在土壤湿度< 15 %时,小麦叶气温差与光照强度线性关系明显( r > 0. 9) 。随着土壤湿度的逐渐增加,两者之间的线性相关逐渐减小。这说明当土壤湿度> 15 %时,水分的充足供应增加了冬小麦的蒸腾总量,降低了叶片温度,光照强度在土壤湿度较大的情况下会有效增加光合积累,而不再是小麦叶气温差的决定因素。也 就是说,在土壤湿度达到田间持水量的80 %以上时,光照强度对小麦叶气温差的影响不再是主要因素(图2 - 6) 。

2. 3 　小麦叶气温差对叶片蒸腾速率的影响

由图7 - 11 可以看出,土壤湿度< 15 %时,在上午的11 :00 之前,蒸腾速率随着小麦叶气温差的增加而加大,12 :00 之后,蒸腾速率并不随着小麦叶气温差的增大而增强,未表现出规律性。当土壤湿度超过15 %以后,水分的充分供应既保证了较高的蒸腾速率,也有效降低了叶片温度,减小了小麦叶气温差,从上午开始,小麦叶气温差和蒸腾速率的变化趋势就相反。