全 文 ：第 10卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese J ournal of Eco—Agriculture
VO1．10 NO．2
June， 2002
用冠气温差指导冬小麦灌溉的指标研究
张喜英 裴 冬 陈素英
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)
摘 要 对 6个不 同灌水处理 的冬小 麦测定其冠 气 温差 ，计 算水 分胁迫 指 数 ，并建 立水 分胁 迫指 数 与冬小 麦 产量
之间的关系结果表明，冠气温差与土壤含水量有 良好的相关关系，冠气温差由正值变为负值相对应的 lm土层土壤
含 水量 为田间持水 量的 60％左右 ，可作 为灌水 的下限指标 。对 充分供 水的 冬小麦 ，中午 时段 随 大气饱 和 水汽 压差
的增加 ，冠 气温差 的负值越大 ，具有 良好 的线性关系 。据此建 立 了充 分供 水条 件 下冠 气温 差与 饱和 水汽 压差 的关
系方程，作为基线方程，计算不同灌水处理的冬小麦旺盛生长期间水分胁迫指数(CWSI)。水分胁迫指数与最终作
物经济产 量的关 系是一非 线性关 系，随水分 胁迫指数 的减 少 而产 量增 加 ，但 当水 分胁迫 指数 减少 到 一定 程度 时产
量达到 最大 ，这 时水 分胁迫指数 若再减少 ，产量 反而 降低。结 果 显 示平 均 水分 胁迫 指数 在 0．1～0．2左右 ，是 冬 小
麦最优 产量所 允许的水分供 应状 态。
关 键词 冠气 温差 水分 胁迫指数 冬小麦
Use of crop water stress index as indicators for scheduling irrigation in winter wheat，ZHANG Xi—Ying，PEI Dong，
CHEN Su—Ying(Shijiazhuang Institute of Agricultural Modernization，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang
050021)，CJEA，2002，10(2)：102～105
Abstract Canopy—ambient air temperature differences(Tc—Ta)for six irrigation treatments of winter wheat were moni—
tored during booting to grain filing period at Luancheng Station from 2000 to 2001 season．The results showed that the
midday Tc—Ta was closely related to soil moisture condition Soil moisture at 60％ of field capacity for the l m soil profile
of winter wheat corresponded with the changing of Tc—Ta from positive to negative．For a non—water—stressed treat—
ment，Tc—Ta was negatively related to the atmospheric vapor pressure difference(VPD)．A baseline equation of —
Ta with vPD was established to calculate the Tc—Ta under non—water-stressed condition for the purpose of calculation
of crop water stres index(CWSI)．The relation of average CWS1 with grain yield was non—linear．With the decrease in
CWSI，grain yield increased．W hen CWS1 was at about 0．1～0．2，the grain yield of winter wheat reached the optimum．
Thus，the average CWSI at 0．1～0 2 might be taken as the indicator for irrigation scheduling of winter wheat．
Key words Canopy—ambient air temperature difference，Crop water stres index(CWSI)，Winter wheat
根据作物 自身对水分的需求特点，建立作物供水制度可达到节水、增产和提高水分利用效率的目的，作
物水分状态的准确测定是建立这种有效灌溉制度的基础 ，因此准确确定作物的水分状态尤为重要。近年来
一 些专家学者从不同方面研究作物缺水状况的评价方法 ，从而制定相应的灌水指标 。国内外对能够反应
作物水分状况的因素进行了较多的研究 ，其中多用叶水势和冠层温度作参数计算作物水分胁迫指数 ’ ，并
进一步用于自动控制灌溉系统 中 。作物冠层温度是 由土壤一植物一大气连续体 内的热量和水汽通量所决
定，当供水状况不能满足植物蒸腾需水要求时，蒸腾速率降低，植物体温度升高。20世纪以来已尝试很多方
法测定植物体温度 ，早先的研究工作忽略了大气环境的影 响，并只局限于测定单片叶子的温度。随着红外测
温技术的发展，可以测量植物群体温度，并能考虑到周围环境温度的影响，使用植物体本身的温度反应其水
分状况成为可能。特别是 随着便携式红外测温仪的出现 ，可快速简便测定植 物体和土壤温度。Idso S．B．等
在 1981年提出一个经验关系式用以计算“非水分亏缺基线”。 ，这个基线代表作物在潜在蒸腾速率时下限温
度；与此相对应，需要计算一个当作物处于完全水分胁迫即蒸腾为零时上限温度，据此计算水分胁迫指数
(CWSI)。为此 ，研究了建立冬小麦产量与用冠气温差计算的水分胁迫指数关系，并提出用于指导冬小麦灌
溉的指标。 ．
* 中国科学院知识创新项目“华北平原精准种植技术体系集成与示范”(KZCX2．404．3)资助
收稿 日期：2001-08—15 改回日期：2001—10—31
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第 2期 张喜英 等 ：用 冠气温差指 导冬小 麦灌溉 的指标研究 103
1 试验材料与方法
试验于 2000～2001年冬小麦生长期间在中国科学院栾城农业生态系统试验站水分试验场进行 ，供试冬
小麦品种为当地大田普遍采用的“4185”，从不灌水到灌 5水 ，冬小麦分 6个灌水处理 ，每个处理 4次重复 ，每
小区面积 40m ，小区之间设有 2m保护行 以减少相互影 响。不同灌水处理灌水时 间如表 1所示 ，灌 水用地
下管道加塑料软管输送到田间，水表计量，每次灌水量 60mm。其他农 田管理措施如施肥、播种、耕作均一
致。每小区安装中子仪管至 2m深 ，用 IH一Ⅱ型中子仪定期测定不同层次土壤含水量 。2000～2001年冬小麦
生长期间降水量为 85．8mm，且降水主要集中在前期，后期降水稀少 ，特别是 5月份出现少见的高温天气影
响了冬小麦灌浆，致使所有处理千粒重比常年偏低。小麦成熟时人工收割与脱粒，风干后测定籽粒产量，并
进行考种分析。冠层温度用 Tasco THI 300型红外测温仪测定 ，测定时仪器与作物冠层成 45。角，在小区4
个方位观测 。为消除不同小区测定时间差异 ，进行循环观 测，每小 区每次观测共取得 8个数据 (8个数据平
均值为 1次观测值)。在冬小麦旺盛生长季节(4月下旬至 5月中旬)选择晴朗天气进行连续观测，每天测定
时间从 8：【)(】～18：00，每 2h测定 1次。同时用试验地点气象观测场 自动气象观测仪器记录温、湿、风、辐射
数据。作物水分胁迫指数(CWSI)的计算根据 Idso S．B．等提出的关系式计算 ：
CWSI= (1)
式中，丁c为冠层温度， 为空气温度，一些研究显示 可用百叶箱中气温代替冠层上部的气温来计算冠
气温差 ，因为前者测量比后者简便 ，本研究用百叶箱中温度代替冠层上部的气温。D1为冬小麦最大冠气温
差 ，也 是 丁c一 的上 限值 ， 表1 冬小麦不同灌水处理灌水次数与时间
根据文献资料’ ，一般认为该
上限值 为 20(2。D2为 丁c—
Ta的下限值 ，即充分供水作
物冠层 温度与气温 的差值 ，可
用基线方程来计算 。本 文
采用实测 充分供水 处理 (灌 5
水处理 )午间 14：【)(】的冠气 温
差与 当 时饱 和水 汽压差 的关
系 ，建立基线方程 ，计算 D2。
2 结果与分析
2．1 冬小麦冠气温差变化规律
Tab．1 The timing and numbers of irrigation for the
different treatments of winter wheat
冬小麦冠层温度的 日变化见图 1，随着气 温的升高 ，冠层温 度不断增加 ，中午 12：【)(】～14：【)(】时 达到最
37
34
31
28
25
22
19
16
13
10
图 1 不同灌水 处理冬小 麦冠气温 度 日变化 及随生育 期的变化 过程
Fig．1 The diurnal change of canopy temperature for different
irrigation treatments at different periods
大，然后逐渐降低，有明显
的 日变化 过程 。并 随 大气
温度 的升高 而冠层 温 度不
断升高 ，后期冠层温度大 于
前期 。冠气温差具有 明显 的
日变化 规律 (见 图 2)，日出
以后作物蒸腾速率较小，在
阳光照 射下 作物 冠层 温 度
升高 ，而相 比之下百叶箱中
空气温度升高较慢，充分灌
水和不 灌水 处理 的冬 小麦
冠层 温度均 大 于百 叶箱 中
气温，冠气温差呈现正值 ，
不同灌水处 理之 间差 异 不
明显 。而 随 辐射 强度 和饱
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104 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
4．5
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05．08
日期 ( 日)
图 2 不同灌水处理冬小麦冠气 温差 日变化过程
Fig．2 The diurnal change of the difference between canopy
temperature and ambient air temperature
和水 汽 压 差 的增 大 ，蒸 腾 强
度增高，叶片因为失水作用，
与百叶箱 中气 温 的增加 速度
相比，温度增幅降低，冠气温
差变为负值，这一负值的大小
与蒸 腾 强 度 密 切相 关 (见 图
2)。在 中午 时段不 同处 理 的
冠气温差差异显著 ，如 4月 25
日不灌 水和灌 1水 处理 的冬
小麦冠气温差为正，而其他处
理为 负。而后 随着 蒸腾 强 度
的降低，不同处理间冠气温差
的差异逐渐减小 ，因此 以中午
12：00～14：00时段冠气温差反应作物的供水状况最具代表性 。
2．2 冠气温差与土壤含水量的关系
图 3a和图 3b是冬小麦旺盛生长时期不同灌水处理 14：00冠气温差及 1m土层土壤体积含水量的变化 ，
随冬小麦耗水量的增加 ，不灌水处理冬小麦土
壤供水条件越来越差 ，由占田间持水量的 55％ 3．5
降到 42％，它的冠气温差正值越来越大，与灌 1 5
5水处理的冠气温差差异也越来越明显。灌 5
水处理的冬小麦其 lm土层土壤含水量均维持 谤
在 占田间持水量的 68％～70％以上 ，冠气温差 ～
维持在 O~C以下的负值。其他处理冠气温差和 -4 5
土壤含水量介于两者之 间 ，土壤含水量低则冠 一6．5
气温差越偏向于正值，表明冠气温差可反映作 0 4
物的供水状况 。一些研究认为冠气温差 为 0℃
是作物缺水的界限值 。图 3显示灌 1水和
不灌水处理冠气温差均为正值，处于缺水状 堇0 2
态；而 灌 2水 处理 的冬 小麦 冠 气温 差在 接 近
- 奎． ： -=-二 ：=：
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第 2期 张喜英等：用冠气温差指导冬小麦灌溉的指标研究 105
致 。由图 5可知 ，当水分胁迫指 数平均在 0．1～0．2范 围时冬小麦产量最优 ，因此平 均水分胁迫指数 在
0．1～0．2范 围为冬小麦优化供水的标准 。
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— 6
饱和水汽压差／Pa
图 4 充分供水 条件下 冠气温差 与饱和
水汽压 差的关 系
Fig．4 Non—water—stressed baseline for winter wheat
determined by linear regression technique
*用灌 5水 处理代表充分供 水处理 。
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5500
4500 。
J，：一3260x +419 75j+6761 9
3500
2500
- 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0
水分胁迫指数
图 5 冬小 麦抽穗灌 浆期 间平均 水分胁迫
指数 与籽粒产量 的关 系
Fig．5 The relation of average CWS1
with grain yield of winter wheat
* 图 中 y为产量 ． 为水分胁迫指 数。
3 小 结 与 讨 论
冠气温差和水分胁迫指数可反应作物的水分供应状态 ，因而可作为指导农 田水分管理的指标。水分胁
迫指数所需的参数涉及到冠温、大气温度和大气饱和水汽压差的测定，其中大气温度可用百叶箱中气温代
替，而饱和水汽压差也可从百叶箱中干湿球读数中得到，冠层温度较难测定，需要红外测温仪。随着遥感技
术的发展和应用，使大面积和及时监测农田冠层温度的变化成为可能 ，这有利于该项技术在农田实际管理中
的应用 。本文计算基准冠气温差 时 ，仅考虑饱和水汽压差 的影响 ，而忽略 了其他大气 因素如辐射 、风速的影
响，有些研究也认为温度对无水分胁迫时的冠气温差基准产生影响，为消除这些因素，可考虑建立包括净辐
射和空气动力学阻力因素的水分胁迫指数 ，但 由于这些包含理论基础的方法涉及因素多 ，不便 于实 际应用 ，
而本研究采用的经验方法涉及 因素只包括测定冠温 、气温 与饱和水汽压差 ，简便易行 ，今后需进一步加强确
定基准冠气温差值的可靠性研究。本研究结果是以冬小麦旺盛生长期间观测值来决定用于冬小麦优化灌溉
的水分胁迫指数值，其代表性有所降低。冬小麦生长期间各阶段气候条件差异显著，用整个生育期和不同发
育阶段的观测值指示灌溉指标将更准确和可靠。
参 考 文 献
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