不同土壤濕度下小麥葉氣溫差對光照強度的反應及對蒸騰的影響

根據(jù)能量平衡原理,葉片與空氣溫差的變化取決于太陽凈輻射的強弱和作物蒸騰量的大小。當作物獲得充分的水分供應,葉片因蒸騰而冷卻,溫度下降并低于其在蒸騰抑制時所能達到的溫度;而當水分供應減少時,作物蒸騰的潛熱減少,顯熱增加,葉片溫度相應上升。

Tannner最早研究發(fā)現(xiàn),冠層溫度可以反映植株水分狀況,提出了用植株溫度指示植株水分虧缺的設想。Idso 和Jackson等先后提出日脅迫度指標、作物水分虧缺指標等基于冠氣溫差的水分虧缺診斷指標,并在不同地區(qū)的多種作物上進行了應用研究。康紹忠、蔡煥杰、石培華等普遍認為,冠氣溫差可以較好的反應作物水分狀況,并且認為,最佳的冠氣溫差觀測時刻是午后。

蒸騰是作物重要的生理活動,它既促進作物體內的水分傳輸與物質輸送,減弱其溫度的變化幅度,又保證作物進行光合作用之需要,對作物的生命活動極為重要。小麥葉氣溫差對蒸騰速率的影響可以直接反映土壤濕度的狀況。吳海卿等研究發(fā)現(xiàn),冬小麥的蒸騰速率隨土壤濕度遞增而一直遞增,綜合考慮蒸騰速率與光合速率及水分利用效率之間的關系,得出高土壤濕度條件下冬小麥存在奢侈蒸騰耗水現(xiàn)象;單長卷等采用盆栽試驗對不同土壤濕度條件下冬小麥幼苗蒸騰及與其影響因子的關系進行了研究,發(fā)現(xiàn)蒸騰速率和氣孔導度均隨土壤濕度的減少而呈降低趨勢,通過逐步回歸,獲得了不同土壤濕度條件下冬小麥幼苗蒸騰速率與其影響因子的回歸模型;萬長建等根據(jù)實際觀測資料,對小麥蒸騰速率的時空變化規(guī)律進行了分析,認為影響小麥蒸騰的主要氣象因子是溫度、光照強度和濕度,且在分析基礎上,建立了用常規(guī)氣象資料計算小麥蒸騰速率的簡化模式等。上述研究成果為小麥的生理生態(tài)的環(huán)境適應性研究提供了不同的方法。光照強度對小麥葉氣溫差的影響在不同的土壤濕度條件下是不同的,同時小麥葉氣溫差也直接影響了葉片的蒸騰速率。本試驗利用人工控制土壤濕度,研究不同土壤濕度下光照強度對小麥葉氣溫差的影響及小麥葉氣溫差對蒸騰速率的影響,旨在為小麥節(jié)水灌溉和干旱防御提供科學依據(jù)。

1 　材料和方法

本試驗在中國農業(yè)科學院農田灌溉研究所作物灌溉組的試驗田進行。使用滴灌設備控制灌水量,不需要自然降水, 試驗坑深為2 m , 每坑面積為1. 5 m ×2. 0 m ,水泥罩面和封底,坑內土壤充分混合,田間持水量為24. 0 % ,凋萎濕度為7. 6 %。供試品種為鄭麥9405 ,半冬性品種,播期為2006 年10月10 日,從小麥返青至蠟熟期保持不同的土壤濕度。試驗設5 個處理,即: A (土壤田間持水量的40 %左右) 、B(土壤田間持水量的50 %左右) 、C(土壤田間持水量的60 %左右) 、D (土壤田間持水量的80 %左右) 、E(大于土壤田間持水量的90 %) 。2007年4 月30 日小麥進入開花期,5 月10 日,使用中子測墑儀對5 個處理進行土壤墑情測定,分別為:A :9. 04 %,B : 11. 01 %, C: 14. 89 % , D : 19. 62 % , E :24. 00 % ,同時使用L I - 6200 便攜式作物生理測定儀在8 :00 - 18 :00 每1 h 測定一次葉片溫度、空氣溫度、光照強度、蒸騰速率等。推薦使用儀器：光照箱、智能光照培養(yǎng)箱。

2 　結果與分析

2. 1 　不同土壤濕度下小麥葉氣溫差變化

觀測結果表明,土壤濕度為14. 89 %時的小麥葉片溫度較土壤濕度為9. 04 %時偏低1. 77 ℃;較土壤濕度為24. 00 %時偏低0. 62 ℃。由此可以看出,在土壤濕度較小的條件下,葉片溫度偏高,隨著土壤濕度的增大,葉片溫度逐漸降低,在適宜的土壤濕度下,葉片溫度達到最低值。分析認為,適宜的土壤濕度有利于小麥蒸騰速率的提高,蒸騰速率的提高加速了作物的自身循環(huán),水分散失速率的加快有效降低了小麥葉片溫度。土壤濕度偏低容易產(chǎn)生干旱脅迫,土壤濕度偏大則易引起漬害進而影響小麥循環(huán)的順利進行。同時葉片溫度的降低可以延長葉片功能,延長灌漿時間,這對營養(yǎng)物質的積累和轉移都是非常有利的。

對小麥葉氣溫差及光照強度的變化趨勢進行分析,發(fā)現(xiàn)在土壤濕度< 15. 00 %時,小麥葉氣溫差具有和光照強度較為一致的變化趨勢(圖1) 。小麥葉氣溫差最大值出現(xiàn)在光照強度最強的12 : 00 -13 :00 ,說明在土壤濕度較小時,小麥葉氣溫差的大小基本上由光照強度的強弱決定。午前光照強度逐漸增大,葉片用于蒸騰的潛熱減少,顯熱增加,葉片溫度相應上升,從而造成小麥葉氣溫差逐漸增大,且在12 :00 - 13 :00 達到最大。同時發(fā)現(xiàn),隨著土壤濕度的增加,小麥葉氣溫差最大值出現(xiàn)的時間逐漸與光照強度不同步。分析發(fā)現(xiàn),隨著土壤濕度的增加,小麥葉氣溫差極值出現(xiàn)的時間逐漸提前,土壤濕度越大,小麥葉氣溫差極值出現(xiàn)的時間越早。也就是說當作物獲得充分的水分供應,葉片因蒸騰而冷卻,溫度下降并低于其在蒸騰抑制時所能達到的溫度。光照強度對小麥葉氣溫差的控制強度隨著土壤濕度的增大而逐漸減弱。