徐銀萍，宋尚有， 樊廷錄

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)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(xué)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(gè)小尺度范圍內(nèi)，當(dāng)作物材料不同時(shí)冠層溫度的分異狀況以及由此派生出的問(wèn)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(guò)程有關(guān)［2］。大量研究認(rèn)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(duì)環(huán)境脅迫反應(yīng)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(jià)值而且是可行的［3］。用作物本身的生理變化來(lái)反映作物的水分狀況則是作物缺水研究中一個(gè)主要的分支，這些生理變化指標(biāo)主要有葉水勢(shì)、莖水勢(shì)、葉片相對(duì)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(guò)作物的冠層溫度來(lái)反映作物缺水的研究隨著探測(cè)方法的進(jìn)展越來(lái)越深入，并已在國(guó)外形成了相對(duì)成熟的灌溉技術(shù)［4］。

小麥?zhǔn)鞘澜绺鲊?guó)的重要糧食作物之一，20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著人民生活水平的提高，對(duì)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(gè)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(jī)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(yàn)材料

參試的21個(gè)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(lái)源于美國(guó)德州Bushland農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在農(nóng)業(yè)部甘肅鎮(zhèn)原旱塬生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)站 （35°30′N，107°29′E）進(jìn)行。試驗(yàn)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(zhǎng)期盛行以冬小麥為主的“一年一熟制”，或填閑復(fù)種的“兩年三熟輪作制”。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積13.4 m2（6.7 m×2.0 m），于2006年9月25日開(kāi)溝撒播，每小區(qū)種10行，行距0.2 m，基本苗375萬(wàn)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(shí)（翌年6月26日）各小區(qū)單收單打，風(fēng)干后統(tǒng)計(jì)籽粒產(chǎn)量。其余管理按大田常規(guī)措施進(jìn)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(yàn)?zāi)攴葑魑镄杷c供水正常。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 冠層溫度（CT）采用國(guó)產(chǎn)BAU-1型手持式紅外測(cè)定儀。分辨率0.1℃，測(cè)量精度為常溫±0.2℃，響應(yīng)時(shí)間為2～3 s。選擇晴朗無(wú)云的天氣，分別于冬小麥揚(yáng)花至灌漿期選定8個(gè)監(jiān)測(cè)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(cè)定各小區(qū)的CT值，測(cè)定時(shí)間為13：30～15：30時(shí)。觀測(cè)時(shí)，按照農(nóng)田小氣候觀測(cè)的對(duì)稱法進(jìn)行，視場(chǎng)角取5°，手持測(cè)溫儀置于高度1.5 m左右，以30°瞄準(zhǔn)小區(qū)內(nèi)中間的冠層，測(cè)點(diǎn)為群體生長(zhǎng)一致、有代表性的部位，避開(kāi)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(fù)測(cè)定5次，取其平均值。

1.3.2 土壤水分測(cè)定和水分利用效率（WUE）計(jì)算播種前（2006年9月24日）和收獲時(shí)（2007年6月26日）分別用土鉆法測(cè)定每小區(qū)2 m土層（每20 cm為1個(gè)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(guò)MM950自動(dòng)氣象站記錄儀獲得。利用土壤水分平衡方程計(jì)算每個(gè)小區(qū)作物耗水量（ET）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS軟件進(jìn)行處理，采用Excel軟件作圖。

ET（mm）=播前2 m土壤貯水量－收獲時(shí)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(cè)結(jié)果（表1）初步表明，冬小麥揚(yáng)花至灌漿期間，在大氣、土壤、農(nóng)藝措施完全相同的試驗(yàn)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(cè)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(dá)到差異顯著外（可能是氣候或測(cè)定誤差所致），其余監(jiān)測(cè)日內(nèi)不同冬小麥品種（系）CT的差異均達(dá)到了極顯著（P＜0.001）和顯著水平（P＜0.05）。即冬小麥揚(yáng)花至灌漿期CT值受品種遺傳特性的影響很大。8個(gè)監(jiān)測(cè)日的測(cè)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(jìn)程的推移，不同冬小麥品種（系）CT有逐漸增加的趨勢(shì)，這與大氣溫度的逐漸升高密切相關(guān)。因此，小麥開(kāi)花后不同時(shí)期的CT也存在顯著差異，確定適宜的測(cè)定時(shí)期顯得十分重要。不同監(jiān)測(cè)日的CT相關(guān)數(shù)據(jù)表明，開(kāi)花初期（5月13日、5月15日）CT與其它各時(shí)期CT相關(guān)性較低，其相關(guān)顯著性的變化無(wú)明顯規(guī)律，如5月13日不同冬小麥品種（系）CT測(cè)定值與開(kāi)花后（隨著灌漿過(guò)程的進(jìn)行）CT的相關(guān)系數(shù)增加，相關(guān)性增強(qiáng)；5月17日后各測(cè)定日之間CT的相關(guān)系數(shù)均達(dá)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(gè)監(jiān)測(cè)日的21個(gè)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(yīng)降低。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，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(shuō)明從揚(yáng)花至灌漿初期R2（由0.244增至0.596）有逐漸增大的趨勢(shì)，5月22日（灌漿頂峰階段）R2達(dá)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(fù)相關(guān)性從揚(yáng)花至灌漿期呈現(xiàn)出強(qiáng)—弱—強(qiáng)的變化規(guī)律。

CT與產(chǎn)量的負(fù)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(yáng)花至灌漿后期的CT為12.7～31.0℃，比21個(gè)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(gè)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(yáng)花至灌漿后期品系1R26、1R40、1R20的CT為15.3～35.0℃，比21個(gè)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(gè)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(jiàn)，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(yáng)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(yáng)花至灌漿期，不同冬小麥品種（系）的WUE分別與不同監(jiān)測(cè)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(yīng)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(yáng)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(fù)相關(guān)性呈現(xiàn)增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)的趨勢(shì)。CT偏低的品種其WUE高，而CT偏高的品種其WUE低，如1R17、1R11、1R38，揚(yáng)花至灌漿后期的CT為12.7～31.0℃，比21個(gè)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(gè)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(yáng)花至灌漿后期的CT為15.3～35.0℃，比21個(gè)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(gè)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(jiàn)，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(qiáng)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(yáng)花至灌漿期，供試21個(gè)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(qiáng)—減弱—增強(qiáng)的變化趨勢(shì)，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(yīng)降低。

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

2）從揚(yáng)花至灌漿期，不同冬小麥品種（系）WUE差異顯著，其CT與WUE的負(fù)相關(guān)性呈現(xiàn)增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)的趨勢(shì)。CT偏低的品種（系）WUE高，而CT偏高的品種（系）WUE低。在當(dāng)?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(qiáng)的適應(yīng)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(cè)日的冠層溫度始終較低，CT較高的品種（系）不同監(jiān)測(cè)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(bào)道相一致［10］。灌漿期CT可以作為測(cè)定品種（系）之間CT差異的適宜時(shí)期，但究竟在灌漿初期、中期還是后期為最佳時(shí)期，有待進(jìn)一步研究。

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