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第 1O卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．1O NO．4
Dec．， 2002
冷型小麦灌浆期农田热量分配状况初探
许秀娟 张嵩午
(西北农林科技大学 杨陵 712100)
摘 要 根据农田小气候观测资料分析冷型小麦“陕229”和暖型小麦“9430”农田热量分配差异及成因结果表明，
灌浆期冷型小麦“陕 229”比“9430”品种株间 0．2m～2／3株高和 2／3株高～冠顶的潜热通量分别偏高 17．35～
67．4Ow／m 和 45．39～153．38w／m ，湍流热通量分别偏低 33．67～84+25W／m 和 21．24～142．99W／m ，通过地面
的土壤热通量偏低 1O．8O～13．24W／m2。不同温度型小麦农 田热量分配的差异是 由其生物学特性的差异所致，且
是导致冷型小麦农田生态环境较冷湿的主要原因。
关键词 冷型小麦 潜热通量 湍流热通量 土壤热通量
A study on the farmland heat distribution conditions of cold type wheat during milk-filling．XU Xiu—Juan，ZHANG
Song—Wu(Northwest Sci—Tech University ofAgriculture and Forestry，Yangling 712100)，CJEA，2002，10(4)：40～43
Abstract Based on the observed data from farmland microclimate，the farm land heat distribution conditions and the causes
are analysed．The results show that the latent heat fluxes of“Shaan229”are 17．35～67．4OⅥr／ and 45+39～153．38Ⅵr／n1z
higherthan those of“9430”and the turbulent heat fluxes of“Shaan 229”are 33．67～ 84．25W／m and 21．24～
142+99W／m lower than those of“9430”respectively at 0．2m tO 2／3 plant height and at 2／3 plant height to plant top in
row．The heat flux at soll surface in“shaan229”is 10．8O～13+24w／IT12 lower than that in“9430”．The difference of the
farm land heat distribution conditions between two temperature type wheats is caused by the difference of the biological
characteristics+This diference is the main cause bringing about cooler and wetter farm land ecological environmental of the
cold type wheat+
Key words Cold type wheat，Latent heat flux，Turbulent heat flux，Heat flux of soil
不同品种的小麦冠层温度在气候、土壤和栽培措施完全相同小范围内也存在差异，以当地主栽品种“小
偃 6号”为对照，将灌浆结实期(开花～成熟)与对照小麦相比，冠层温度持续偏低的小麦称为冷型小麦如“陕
229”；反之，则称为暖型小麦如“9430”，冷型小麦比暖型小麦有较优的生物学特性，其株间环境较冷湿，能抗
御该生育期热干大气环境胁迫，可为培育优良品种提供有利基因 1 ]。由于冷型小麦的界定和发现时间不
长，对其生态环境特征及其形成机理尚有待于系统深入研究。为此，本试验对“陕 229”和“9430”灌浆期农田
热量分配状况进行了初步研究与分析，为培育高产稳产、抗干热风的小麦新品种提供参考依据。
1 试验材料与方法
试验在西北农林科技大学农业试验站进行，该站位于秦岭北麓、渭河平原西部的头道塬，属黄淮平原冬
麦区，暖温带半湿润气候，供试小麦有“陕 229”、“9430”、“小偃 6号”、“9405”、“RB ”和“偃师 9号”6个品种，
随机区组排列，重复 3次，共 18个试验小区，全部品种于 1999年 10月 9日播种，冬季灌水 1次。小麦抽穗
后在“陕229”与“9430”品种2小区的行间安装地面温度表和曲管地温表，2小区安装地温表的方位一致，于
5月 9～30日晴天午后 14：00(或 15：00)进行 6次农 田小气候观测，观测项 目有净辐射、光照度、土壤温度、
风速、空气温度和湿度；5月 18日8：O0～20：O0每 3h加测 1次土壤温度；5月 16日及 20日8：O0～20：O0每
6h加测 1次土壤温度，同时记载小麦物候期，观测各小区植株叶片衰老进程，测定土壤湿度。
2 结果与分析
2．1 冷型小麦冠顶上方净辐射辐照度
冷型小麦“陕 229”与暖型小麦“9430”为相邻小区，午后冠顶上方 0．5m和 1．0m处净辐射辐照度“陕
*国家自然科学基金项 目(39870477)资助
收稿日期：2001-05-26 改回日期：2001-07-16
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第 4期 许秀娟等：冷型小麦灌浆期农田热量分配状况初探 41
229”比“9430”略偏小，其偏小值分别为 l3．2～35．2w／m 和 l9．8～41．8w／m (见表 1)。据研究‘5j，小麦叶
片变黄，群体叶面积减小，麦田反射率下降。全灌浆期“9430”品种麦叶变黄较快 ，如 5月 15日“9430”品种平
均仅有 3片麦叶，旗叶、倒 2叶和倒 3叶黄叶面积分别达 l2％、44％和 83％；而“陕 229”品种有 4片麦叶，其
中旗叶和倒 2叶均为绿色，倒 3叶和倒4叶分别有 l5％和 86％变黄，即“陕 229”叶片功能期较长 ，这一观测
结果与张嵩午等 研究相一致。据统计表明，灌浆期每 ITI 面积“陕 229”比“9430”约多 100片绿叶，这使“陕
229”麦田反射率较大，这可能是导致其麦田上方净辐射偏小的主要原因，但据 t检验，2品种间冠顶上方的
净辐射差异并不显著。
表 1 灌浆期农田净辐射辐照度
Tab．1 The net radiant flux density of field during filing stage
2．2 冷型小麦株间潜热通量与湍流热通量
试验采用 M．PI．布德柯法 计算“陕 229”与“9430”株间潜热通量和湍流热通量式为：
LE =一PLK 3q (1)
P =一lDC K 3 T (2)
式中，LE、P分别为潜热通量和湍流热通量，lD为空气密度，L为汽化潜热，c 为定压比热 ， 3q／ru3 T分别为
比湿垂直梯度与温度垂直梯度，K为湍流交换系数 ，K 由下式计算：
K = [-+器 ·n Z2]×z ㈩ m
今
[-+I
n =
Z
三
I
T1一 T2
(U2一 U。) (4)
则 ：
K = K ×Z (5)
式中，／C为卡曼常数(取 0．38)，U 、U 和 T。、T 分别为高度 z。、z 处的风速与绝对温度，z为z。和 z 间
的某一高度。对式(1)和(2)积分，高度由 z 到 z ，比湿由 q。到 q ，温度由 T。到 T ，得：
LE =PLK (6)
1 厶 2
m
P _PC (7)
m
将 5月 9～30日15：00(或 l4：00)的风速、温度和比湿资料分别代入式(4)、(6)和(7)计算株间 0．2m～
2／3株高、2／3株高～冠顶处潜热通量和湍流热通量(见表 2)。由表 2可知，晴天午后“陕 229”株间潜热通量
在 0．2m~2／3株高和 2／3株高～冠顶处分别比“9430”偏高 l7．35～67．40w／m 和 45．39～153．38w／m ，而
湍流热通量分别偏低33．67～84．25w／m 和21．24～142．99W／m 。经t检验 ，2品种除2／3株高～冠顶处
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42 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
表 2 灌 浆期 株 间潜热通 量与湍流 热通■
Tab．2 The latent heat flux and turbulent heat flux in rOW during filing stage
日期(月·日)
Date(month—day)
潜热通量／w·m Latent heat flux 湍流热通量／w·m Turbulent heat flux
潜热通 量在 0．10
显著性水平上存
在较明显差异外，
0．2m～2／3株高 2／3株高～冠顶 0．2m～2／3株高 2／3株高～冠顶 0
．2m-2／3株高处
。· m～ ／ p an eig ／’p an eight p an 。p。· m～ ／ p am eig ／ p an eight-p an op潜 热 通 量 以 及
“陕229" “ 0’ “陕 229" “ 0’ “陕229" “ 0’ “陕229" “ 0’ 0
． 2m-2／3株高和
—— ————_—— —— — ———二_——— —— —— 一 2／3株高～冠顶处
05．13 — 78．50 220．68 175．29 — 24．29 30．25 72．09 湍流热通量均存
05．16 99．73 64．68 275．46 173．20 46．14 79．81 106．21 213．71 在显著差异(显著
05．20 101．80 73．84 260．85 107 47 41．87 75．95 128．74 265．20 性水 平为 0．05～
05—24 69．24 51 89 153．90 88 69 59．81 144．06 75．87 218．86 0．01)，2000年虽
： ：!! !!： ! 翌! ：!：!! ： ：!! !!： ! ：： 与 1999年 5月
5月9日和13日“陕229”0．2m～2／3株高均为逆温状况。 气 候 条 件 不 同
(如2000年 5月降水量仅 29ram，而 1999年达 112．3ram)，但冷型小麦“陕 229”比暖型小麦“9430”农 田潜热
通量偏高，湍流热通量偏低的结果相一致 ]。据研究 ]，“陕 229”旗叶、倒 2叶和倒 3叶平均蒸腾速率达
0．O090mol／m ·s，而“9430”仅 0．0068mol／m2·s，由此可知“陕229”麦叶变黄慢，绿叶数量较多，故净辐射能量
中蒸散项 LE的能量增多，致使加热株间空气的湍流热通量明显减少。
2．3 冷型小麦农田土壤热通量
冷型小麦农田土壤热通量用热平衡台站规范法 计算，其式为：
r ／ 、
B= 卜 一 sz} (8)
式中，百为△f时间内0～0．2m的平均土壤热通量，C 为土壤容积热容量， 为日均导温率， 为 2次观测时
间间隔，s 为 0～0．2m土柱温度变化值，s：为0．1～0．2m温差的变化值， 表示 0～0．2m土层的平均热含量
r
变化，一 × ×s：表示通过0．2m的平均4-壤热通量。根据 5月 16日、18日、20日“陕 229”与“9430”试验小
区0～0．2m土壤温度计算了s 、s：和 5月 18日平均导温率 。，土壤容积热容量 C (J／n13·℃)的计算式n 为：
C = 1．93×10。 +2．5×10。fo+4．19×10。 (9)
式中， 、 和 分别为土壤中矿物质、有机质和水的容积份数。5月 19日在“陕 229”与“9430”试验田测
定0～0．2m 平均土壤湿度 分别 为 109．2g／kg和 102．4g／kg，土壤容重、孑L隙度 和有机质含量分别取
1．31g／cm 、51％和 11．72g／kg ]，代入式(9)计算得出“陕 229”与“9430”试验田土壤容积热容量 C 分别为
1．55~U／m ·℃和 1．51~U／n13·℃。本试验 5月 12～27日均无降水，5月 16～20日均为晴天，土壤湿度变化
较小，故把 5月 18日的日均导温率和 5月 19日的容积热容量近似作为 5月 16～20日的导温率和容积热容
量，最后把 C 、s 和 s：代入式(8)计算出5月 16日、18日和 20日8：O0～14：00的平均土壤热通量(见表
3)。表 3表明气候、土壤和栽培措施虽相同，但“陕229”比“9430”晴天 8：00～14：00时通过地面的平均土壤
热通量、0～0．2m土层平均热含量分别偏低 10．80～13．24w／m 和 11．02～13．67w／m ，均通过0．01显著水
平的 t检验，“陕 229”比“9430”0～0．2m土层热含量偏低导致该层土温偏低，由此可知“陕 229”的上
三叶功能期较长，其农田有较多绿叶遮挡 ，使到达地面的太阳辐射能量较少 ，试验表明“陕229”株间光照
度比“9430”偏小，差值 表3 灌浆期农田平均土壤热通■
由冠顶 自上 而下增 加
(见表 4)。据研究 ，5
～ 6月 晴 天 中 午 前 后
lklx的光 照 度 对 应 太
阳 总 辐 射 量 为 8．3～
9．7w／m ，以 lklx相 当
于 9W／n12的 太 阳总 辐
Tab．3 The mean heat flux of soil during filling stage in field
日期(f1．日) 0～0．2m土层热含量／w·m 通过 0．2m土层的热通量／w·m 通过地面的热通量／w·m
Date(month．day)Heat energy at 0m to 0 2m Soil Heat flux past 0．2m Soil Heat flux past surface
“陕229” “9430” “陕229” “9430” “陕229” “9430”
Shaan229 Shaan229 Shaan229
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第 4期 许秀娟等：冷型小麦灌浆期农田热量分配状况初探 43
射量估算，透射到“陕 229”株高 2／3、0．2m、0．05m 处的太 阳总辐射量将分别 比“9430”低 10．7W／n12、
40．7w／m 、46．5w／m ，“陕 229”品种较多的绿叶使潜热通量增大，且减少了到达地面的太阳总辐射能量，从
而造成农田土壤热通量偏小和0～0．2m土壤温度偏低。
表 4 灌浆期农 田光照度
Tab．4 The illuminanee of field during milk-filing
* 表 中“陕 229”的数值是“陕 229”与“9430”的差值 。
3 小 结
农田作物层所获得的净辐射能量，只有很少部分被叶片吸收后转化为可储存的光合能，大部分则消耗于
农 田蒸散 、湍流热交换和加热土壤 ，即 ：
R = LE +P +B (10)
式中，R为净辐射通量，LE为潜热通量，P为湍流热通量，B为土壤热通量。
冷型小麦“陕 229”与暖型小麦“9430”所获得净辐射能量差异虽不显著，但“陕 229”消耗于农田蒸散的能
量较多，致使用于加热空气、土壤的湍流热通量和土壤热通量明显少于“9430”，这是造成其农 田生态环境较
冷湿的主要原因，冷型小麦农田热量分配状况是由其叶片功能期较长、绿叶较多和植株蒸腾作用较旺盛等生
物学特性所决定。
参 考 文 献
1 张嵩午．小麦温型现象研究．应用生态学报，1997(5)：471～474
2 张嵩午，王长发．冷型小麦及其生物学特性．作物学报。1999(5)：608～615
3 许秀娟，张嵩午 冷型小麦灌浆期株间温、湿度的分析．西北农业大学学报，2000(6)：53～57
4 张嵩午，宋哲民，闵东红等．冷型小麦及其育种意义．西北农业大学学报，1996(1)：14～17
5 董振国，于沪宁著．农田作物层环境生态 北京：中国农业科技出版社，1994
6 翁笃鸣，陈万隆，沈觉成等，小气候和农田小气候．北京：中国农业出版社，1979
7 马耀华，刘树庆主编 环境土壤学．西安：陕西科学技术出版社 ，1998
8 陕西省土壤普查办公室．陕西土壤 北京：科学出版社．1992
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