旱地冬小麦扬花至灌浆期冠层温度与产量和水分利用效率的关系

徐银萍，宋尚有， 樊廷录

（1.甘肃省农业科学院经济作物与啤酒原料研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070）

冠层温度是指在大气候背景以及土壤、栽培技术完全相同的条件下，在一个小尺度范围内，当作物材料不同时冠层温度的分异状况以及由此派生出的问题［1］。作物冠层温度是由土壤—植物—大气连通体内的热量和水气流决定的，它反映了作物和大气之间的能量交换，作物冠层温度与其能量的吸收和释放过程有关［2］。大量研究认为，冠层温度与作物水分利用、蒸腾作用、水分胁迫以及生物体内部代谢和抗旱性密切相关，是作物对环境胁迫反应的综合生理表现。作物不同基因型之间存在冠层温度的差异，并且从理论上讲，冠层温度与作物水分利用相关，因而把冠层温度用于作物基因型的筛选是有价值而且是可行的［3］。用作物本身的生理变化来反映作物的水分状况则是作物缺水研究中一个主要的分支，这些生理变化指标主要有叶水势、茎水势、叶片相对含水量、叶温或冠层温度、叶气孔阻力、叶片或冠层光合速率、作物光谱反射率以及叶片卷曲度等，其中通过作物的冠层温度来反映作物缺水的研究随着探测方法的进展越来越深入，并已在国外形成了相对成熟的灌溉技术［4］。

小麦是世界各国的重要粮食作物之一，20世纪90年代以来，随着人民生活水平的提高，对农作物品质的要求有了较高的要求，小麦生产由单纯追求稳产、高产向优质、高产、高效专用型方向发展［5］。小麦产量既受遗传因素影响，也在很大程度上取决于环境条件和栽培技术，其中环境温度是影响小麦籽粒产量的一个重要环境因子［6～8］。因此，从水分利用和产量的角度研究小麦耐热性生理机制，阐明冠层温度与产量、水分利用效率的关系，具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的21个冬小麦品种（系）为1R8、1R14、1R20、1R19、 1R17、 1R13、 1R11、 1R4、 1R6、1R5、 1R2、 1R1、 1R40、 1R39、 1R38、 1R35、1R34、1R27、1R25、1R24、1R26，均来源于美国德州Bushland农业试验站。

1.2 试验方法

试验在农业部甘肃镇原旱塬生态环境重点野外科学观测站 （35°30′N，107°29′E）进行。试验区海拔1 254 m，年均降水量540 mm，降水主要分布在7、8、9月，年均气温8.3℃，土壤为黑垆土，长期盛行以冬小麦为主的“一年一熟制”，或填闲复种的“两年三熟轮作制”。试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积13.4 m2（6.7 m×2.0 m），于2006年9月25日开沟撒播，每小区种10行，行距0.2 m，基本苗375万株/hm2。每小区播前施磷酸二铵0.29 kg、尿素0.19 kg，返青后撒尿素0.15 kg。成熟时（翌年6月26日）各小区单收单打，风干后统计籽粒产量。其余管理按大田常规措施进行。小麦生育期降水量315.6 mm，较多年平均值（250 mm）增加26.4%。土层有效贮水143 mm，占田间最大有效贮水量的57.8%。试验年份作物需水与供水正常。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 冠层温度（CT）采用国产BAU-1型手持式红外测定仪。分辨率0.1℃，测量精度为常温±0.2℃，响应时间为2～3 s。选择晴朗无云的天气，分别于冬小麦扬花至灌浆期选定8个监测日（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）测定各小区的CT值，测定时间为13：30～15：30时。观测时，按照农田小气候观测的对称法进行，视场角取5°，手持测温仪置于高度1.5 m左右，以30°瞄准小区内中间的冠层，测点为群体生长一致、有代表性的部位，避开裸地影响，顺入射光方向并且垂直于行直接在显示屏上读取数据。每小区重复测定5次，取其平均值。

1.3.2 土壤水分测定和水分利用效率（WUE）计算播种前（2006年9月24日）和收获时（2007年6月26日）分别用土钻法测定每小区2 m土层（每20 cm为1个层次）的土壤含水率，转化为土壤贮水量（mm）。小麦生育期降水量通过MM950自动气象站记录仪获得。利用土壤水分平衡方程计算每个小区作物耗水量（ET）。试验数据采用SAS软件进行处理，采用Excel软件作图。

ET（mm）=播前2 m土壤贮水量－收获时2 m土壤贮水量+生育期降水量

WUE［kg/（hm2·mm）］=小麦籽粒产量/耗水量

2 结果与分析

2.1 冠层温度

监测结果（表1）初步表明，冬小麦扬花至灌浆期间，在大气、土壤、农艺措施完全相同的试验区内，不同小麦品种（系）之间CT存在明显差异，在同一监测日，不同品种（系）间都表现出高度的CT分异现象。方差分析结果表明，除6月11日未达到差异显著外（可能是气候或测定误差所致），其余监测日内不同冬小麦品种（系）CT的差异均达到了极显著（P＜0.001）和显著水平（P＜0.05）。即冬小麦扬花至灌浆期CT值受品种遗传特性的影响很大。8个监测日的测定结果（表1）还显示，不同冬小麦品种（系）CT的变幅依次为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℃，即随着小麦灌浆进程的推移，不同冬小麦品种（系）CT有逐渐增加的趋势，这与大气温度的逐渐升高密切相关。因此，小麦开花后不同时期的CT也存在显著差异，确定适宜的测定时期显得十分重要。不同监测日的CT相关数据表明，开花初期（5月13日、5月15日）CT与其它各时期CT相关性较低，其相关显著性的变化无明显规律，如5月13日不同冬小麦品种（系）CT测定值与开花后（随着灌浆过程的进行）CT的相关系数增加，相关性增强；5月17日后各测定日之间CT的相关系数均达到显著或极显著水平，并且有很高的一致性。

表1 不同冬小麦品种（系）的冠层温度、籽粒产量、耗水量和水分利用效率

2.2 冠层温度与产量的关系

从8个监测日的21个冬小麦品种（系）CT与籽粒产量的一元线性回归关系（图1）可以看出，品种（系）CT值与籽粒产量呈显著的线型递减关系，随着CT的增大，产量相应降低。随着生育进程的推进，CT与产量的线型回归系数R2分别为0.244、0.429、0.596、0.724、0.418、0.453、0.531、0.552，说明从扬花至灌浆初期R2（由0.244增至0.596）有逐渐增大的趋势，5月22日（灌浆顶峰阶段）R2达到最大值0.724。随着灌浆期的推后R2递减，由0.724减小到0.453， 6月11日（灌浆后期）R2又出现递增，由0.453增大到0.552。即CT与产量的负相关性从扬花至灌浆期呈现出强—弱—强的变化规律。

CT与产量的负相关性表明，随着CT的降低，产量提高，CT偏低的品种其产量高，而CT偏高的品种（系）其产量低。如1R17、1R11、1R38扬花至灌浆后期的CT为12.7～31.0℃，比21个供试品种（系）的平均CT值（13.7～32.5℃）低2.0～3.0℃；其产量分别为5.7、5.5、5.6 t/hm2，比21个供试品种的平均值5.0 t/hm2分别高0.7、0.5、0.6 t/hm2，比产量最低的品种1R26（4.0 t/hm2）高1.7 t/hm2。扬花至灌浆后期品系1R26、1R40、1R20的CT为15.3～35.0℃，比21个供试品种（系）的平均CT值高2.0～3.0℃；产量分别为4.0、4.3、4.5 t/hm2，比21个供试品种的平均值低1.0、0.7、0.5 t/hm2。品种1R17和1R26的CT相差3.0～4.0℃，产量相差1.7 t/hm2。由此可见，具有较低CT的小麦品种（系）有利于缓解高温和干旱的不利影响。

图1 不同冬小麦品种（系）扬花至灌浆期冠层温度与籽粒产量的关系

2.3 冠层温度与水分利用效率的关系

从扬花至灌浆期，不同冬小麦品种（系）的WUE分别与不同监测日的CT值呈显著的线型递减关系（图2），随着CT的增大，品种（系）之间的WUE相应降低。WUE与CT的线型回归系数R2分别为0.091、0.406、0.402、0.666、0.399、0.463、0.445、0.607，由此看出，从扬花至灌浆期，不同冬小麦品种（系）之间WUE差异显著。CT与WUE的负相关性呈现增强—减弱—增强的趋势。CT偏低的品种其WUE高，而CT偏高的品种其WUE低，如1R17、1R11、1R38，扬花至灌浆后期的CT为12.7～31.0℃，比21个供试品种（系）的平均CT值低2.0～3.0℃；其WUE分别为14.1、14.2、12.9 kg/（hm2·mm）比21个品种（系）平均值11.9 kg/（hm2·mm）高2.2、2.3、1.0 kg/（hm2·mm），比WUE最低的品种1R26高4.7 kg/（hm2·mm）。品系1R26、1R40、1R20扬花至灌浆后期的CT为15.3～35.0℃，比21个供试品种（系）的平均CT值高2.0～3.0℃；WUE分别为9.5、10.1、10.8 kg/（hm2·mm），比21个供试品种（系）的平均值低2.4、1.8、1.1 kg/（hm2·mm）。CT偏低的品种（系）1R17和CT偏高的品种（系）1R26相比较，CT相差3.0～4.0℃，WUE相差4.7 kg/（hm2·mm）。由此可见，在相同栽培条件下，CT低的品种（系）较CT高的品种（系）能够更好的利用有限的土壤水分，具有较强的抗旱性。

3 小结与讨论

1）在甘肃陇东雨养旱作条件下，扬花至灌浆期，供试21个冬小麦品种（系）的冠层温度存在明显的差异，冠层温度和产量之间的相关性呈现出增强—减弱—增强的变化趋势，CT值与籽粒产量呈显著的线型递减关系，即随着冠层温度的增大，产量相应降低。

图2 不同冬小麦品种（系）扬花至灌浆期冠层温度与水分利用效率的关系

2）从扬花至灌浆期，不同冬小麦品种（系）WUE差异显著，其CT与WUE的负相关性呈现增强—减弱—增强的趋势。CT偏低的品种（系）WUE高，而CT偏高的品种（系）WUE低。在当地气候和土壤条件下，具有较低冠层温度的小麦品种（系）1R17、1R11、1R38具有较强的适应性、较高的产量和水分利用效率。

3）灌浆期冠层温度较低的品种不同监测日的冠层温度始终较低，CT较高的品种（系）不同监测日的冠层温度始终较高，这与刘党校关于冷型小麦和暖型小麦报道相一致［10］。灌浆期CT可以作为测定品种（系）之间CT差异的适宜时期，但究竟在灌浆初期、中期还是后期为最佳时期，有待进一步研究。

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