李玲玲 范緯世 李敬瑜

【摘 要】水分脅迫是指土壤缺水而明顯抑制植物生長的現(xiàn)象。植物除因土層中缺水引起水分脅迫外，干旱、淹水、冰凍、高溫或鹽堿條件等不良環(huán)境作用于植物體時(shí)，都可能引起水分脅迫。不同植物及品種對水分脅迫的敏感性不同，影響不一。我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，掌握植物水分脅迫的診斷方法不僅對農(nóng)作物的生長十分必要，對造林護(hù)林也是十分有益的。

【關(guān)鍵詞】水分脅迫;植物缺水;診斷方法

引言

植物吸水和散失水分的過程是植物本身不同的器官和它所在環(huán)境的相互作用和反饋影響的結(jié)果，受土壤-植物-大氣連續(xù)體各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合作用，因此判斷植物是否缺水應(yīng)從氣候、植物、土壤三方面入手。綜合考慮以上的診斷因素，可以將植物水分狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)一步劃分為三種類型：第一類以土壤為對象，第二類以環(huán)境為對象，第三類直接以植物為對象。下面分別詳細(xì)介紹這三類指標(biāo)。

1? 以土壤為對象

在水分虧缺的監(jiān)測中，以土壤為對象是經(jīng)常采用的方式，屬于間接指標(biāo)。從20世紀(jì)80年代以來，應(yīng)用于土壤水分測量的時(shí)域反射儀 得到了不斷改進(jìn)和廣泛應(yīng)用，其突出優(yōu)點(diǎn)是可自動(dòng)、快速、多方位的連續(xù)監(jiān)測土壤水分狀況，且不需要特殊標(biāo)定。

由于田間土壤的復(fù)雜性和變異性，所有方法在測量田間土壤含水量時(shí)都不可避免的會產(chǎn)生一定的誤差，誤差的產(chǎn)生既有儀器和操作方面的原因，也有測量方法本身的原因。對于前者，可通過設(shè)備和技術(shù)改進(jìn)予以減小或消除，而對于后者，明顯的改善是非常困難的。因此，研究土壤特性的空間變異性，并用于確定田間土壤墑情監(jiān)測的合理測點(diǎn)數(shù)目和位置，對提高灌溉決策精確度具有重要意義。

2? 以環(huán)境為對象

以環(huán)境為對象的指標(biāo)也屬于間接指標(biāo)。采用數(shù)學(xué)模型與監(jiān)測手段相結(jié)合，利用定期測定田間土壤含水率對灌溉預(yù)報(bào)模型的模擬結(jié)果進(jìn)行不斷地修正，使整個(gè)生育期的預(yù)報(bào)和實(shí)測結(jié)果的誤差平方和最小，發(fā)揮預(yù)報(bào)模型和實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高調(diào)度的準(zhǔn)確性和靈活性。如利用時(shí)域反射儀、土壤水分探頭獲取田塊的實(shí)時(shí)含水量，以便攜式葉面積儀測定作物葉面積指數(shù)，確定此時(shí)的作物系數(shù)，通過紅外接口或數(shù)據(jù)下載輸入灌溉制度模擬模型，尋求該田塊的下一次補(bǔ)灌點(diǎn)發(fā)生日期及灌水量，模擬生育期內(nèi)的作物籽實(shí)、植株、根系的生長過程。

這些研究結(jié)合近年來己逐步成熟的分形理論和多因素場預(yù)報(bào)理論，特別是將環(huán)境的監(jiān)測與預(yù)報(bào)有機(jī)結(jié)合起來，利用監(jiān)測結(jié)果校正預(yù)報(bào)的累積誤差，同時(shí)利用預(yù)報(bào)方法大幅度減小監(jiān)測的頻率與成本，達(dá)到在保證精度的條件下降低成本的目標(biāo)。

3? 以植物為對象

植物指標(biāo)是指與植物生長密切相關(guān)的植物水分指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到，植物需水狀態(tài)體現(xiàn)了一種綜合關(guān)系，包括空氣需要量、土壤含水量、根的密度和分布以及其他植物特征。因此，要真正測得植物的缺水量，除了將精力放在測量土壤和大氣等環(huán)境因子上，還應(yīng)該主要對植物本身的需水狀況進(jìn)行測量。植物的生長情況能綜合反映天氣和土壤水分的變化情況，故合理的灌溉應(yīng)以植物的生長狀況為主要依據(jù)。由于植物生長狀況是天氣條件、土壤水分條件和病蟲害等綜合影響的結(jié)果，理論上講，植物水分狀況應(yīng)從植物本身考慮，而將土壤含水率、根系分布以及大氣蒸散量等情況作為輔助判斷條件。植物的水分狀況會在植物的生理過程和生長狀況下直接反映出來，這種信息可以來自單個(gè)植物（如葉水勢、莖桿直徑變差、莖流等），但是必須有合理的空間分布性或者校正樣本，也可以整體考慮，比如冠層溫度或者總輻射。因此，以植物本身為對象的水分脅迫判斷越來越受到眾多學(xué)者的推崇。這一類的指標(biāo)屬于直接指標(biāo)，可分為形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)兩種。

3.1? 形態(tài)指標(biāo)

形態(tài)指標(biāo)是指與植物水分代謝相關(guān)的形態(tài)特性，如葉色、葉角、葉片卷曲程度等。用CCD彩色攝像頭對番茄秧苗的形態(tài)指標(biāo)作了監(jiān)測，采用有限元法進(jìn)行了圖像特征提取，而后應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對植物含水量與圖像有限元特性間的非線性關(guān)系進(jìn)行識別和鑒定，從而預(yù)測正在萎蔫的植物的水分狀況

3.2? 生理指標(biāo)

生理指標(biāo)是指一些與水分相關(guān)的生理性狀。這些生理變化指標(biāo)主要有莖流，植物水分脅迫指數(shù)，冠層溫度，植物莖直徑變化，植物生理電信號等。下面分別對這些指標(biāo)分別進(jìn)行介紹。

通過測量果樹的莖液流速來計(jì)算蒸騰量，從而作為反映植物水分狀況的指標(biāo)之一。對植物體內(nèi)的水分流速做出準(zhǔn)確的測定，然后按照一定的公式換算，即可得到整株植物在一定時(shí)間內(nèi)的蒸騰量，即莖液總流量的大小。植物莖干直徑大小的不同，在公式中由莖干平均截面來體現(xiàn)。通過連續(xù)測定莖液流速及蒸騰量的變化規(guī)律，即可隨時(shí)了解果樹的供水狀況。

植物水分脅迫指數(shù)是利用紅外測溫儀測得冠層溫度，并可根據(jù)能量平衡公式中干、濕氣溫及凈輻射等來計(jì)算得到。許多學(xué)者利用此方法對不同種類的植物進(jìn)行了大量研究。植物水分脅迫指數(shù)綜合考慮了土壤、植物和外界環(huán)境的因素，被認(rèn)為是較理想的指標(biāo)之一。

冠層溫度信息可以很好地反映植物的水分狀況，植物冠層和大氣的溫度差也常被用來作為水分脅迫診斷的指標(biāo)之一。一些研究指出，植物葉冠與周圍空氣的溫度差異是指示植物水分狀況的一個(gè)良好指標(biāo)。運(yùn)用這個(gè)指標(biāo)來檢測水分脅迫是基于在適當(dāng)灌溉的情況下，植物通過水分的蒸發(fā)使葉片的溫度低于周圍空氣溫度原理的。

植物葉片、果實(shí)和莖桿在缺水時(shí)的微收縮現(xiàn)象也可反應(yīng)植物的水分脅迫和灌溉指標(biāo)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種無損和持續(xù)監(jiān)測植物與水分關(guān)系的方法，因此能夠進(jìn)行一些具體的測量，比如最大最小收縮量和收縮期長度等。

植物電信號是指與植物生理過程及體內(nèi)傳送信息相關(guān)的生理信號，它是植物對環(huán)境變化刺激所產(chǎn)生的反應(yīng)。目前研究也表明，高等植物具有敏感性，當(dāng)環(huán)境因子改變或植物受到刺激時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)，即植物電信號的改變。該指標(biāo)檢測應(yīng)用也很廣泛。

4? 結(jié)論

植物的生長情況能綜合反映天氣和土壤水分的變化情況，故合理的灌溉應(yīng)以植物的生長狀況為主要依據(jù)。由于植物生長狀況是天氣條件、土壤水分條件和病蟲害等綜合影響的結(jié)果，植物水分狀況除了應(yīng)主要從植物本身考慮，還應(yīng)將土壤含水率、根系分布以及大氣蒸散量等情況作為輔助判斷條件，因此，掌握各種情況下植物水分脅迫的診斷方法十分必要。

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