全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(10): 15641574 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31271660), 国家公益性行业(农业)科研专项经费项目(201503130)和山东省农业重大应用技术创新课
题资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 王东, E-mail: wangd@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8247828
Received(收稿日期): 2014-12-16; Accepted(接受日期): 2015-04-06; Published online(网络出版日期): 2015-07-09.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150709.1452.002.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01564
微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响
王 东* 徐学欣 张洪波 林 祥 赵 阳
山东农业大学农学院 / 作物生物学国家重点实验室 / 山东小麦玉米周年高产高效生产协同创新中心, 山东泰安 271018
摘 要: 2012—2013 和 2013—2014 年度田间试验中设小麦灌浆初期不灌水(W0)、畦灌(W1)和小麦专用微喷带灌溉
(W2) 3 个处理, 并在灌浆中后期设置不同微喷时间和水量处理, 以明确微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温、湿度和粒
重的影响。灌浆初期 10:00进行 W2处理, 当日中午穗层温度降低 6.8~11.3℃, 降幅明显大于 W1处理; 灌水后第 2~4
天与 W1无显著差异, 第 4天与 W0无显著差异。W2处理当日叶片水势显著大于 W1处理, 当日光合速率和次日叶
片水势与光合速率及千粒重和籽粒产量均与W1无显著差异, 且显著大于W0处理; W2的灌水利用效率显著大于W1
处理。在小麦灌浆后期于 10:00、12:00、14:00时采用微喷带喷水 5 mm和 10 mm均显著降低冠层温度, 提高冠层相
对湿度、旗叶水势和群体光合速率, 且微喷时间越早越有利。本试验结果表明, 小麦灌浆初期微喷补灌或中后期在预
报高温当天 10:00时微喷补水 5~10 mm, 可显著提高粒重和籽粒产量。
关键词: 小麦; 微喷带; 灌溉; 冠层温度; 冠层湿度; 粒重
Effects of Irrigation with Micro-sprinkling Hoses on Canopy Temperature and
Humidity at Filling Stage and Grain Weight of Wheat
WANG Dong*, XU Xue-Xin, ZHANG Hong-Bo, LIN Xiang, and ZHAO Yang
College of Agronomy, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology / Cooperative Innovation Centre of Shandong
Wheat-Corn Crops, Tai’an 271018, China
Abstract: We carried out a two-year field experiment in 2012–2013 and 2013–2014 growing seasons of winter wheat, with treat-
ments of no irrigation (W0), border irrigation (W1), and irrigation with micro-sprinkling hoses special for wheat (W2). The W2
treatment was conducted at different time of a day in early or late grain filling stage with different amounts of irrigation in the
middle and late filling stages. The results showed that the spike layer temperature of W2 decreased by 6.8–11.3°C after irrigating
with micro-sprinkling hoses at 10:00 a.m. in early grain filling stage, and the decline was significantly greater than that of W1.
However, no significant difference in temperature of spike layer was observed between W2 and W1 from the 2nd day to the 4th
day after irrigation and between W2 and W0 at the 4th day after irrigation. The leaf water potential on the irrigation day was sig-
nificantly higher in W2 than in W1. In contrast, leaf photosynthetic rate on the irrigation day, as well as leaf water potential and
leaf photosynthetic rate on the next day were similar between W2 and W1. As a result, the grain weight and the grain yield in W2
and W1 were higher than that in W0 treatment. Besides, the irrigation water use efficiency of W2 was significantly higher than
that of W1. When 5 or 10 mm of water was sprayed by micro-sprinkling hoses at 10:00, 12:00, and 14:00 hours in the late grain
filling, the canopy temperature decreased significantly whereas the canopy relative humidity, the flag leaf water potential, and the
canopy apparent photosynthetic rate tended to increase. During a day, earlier irrigation resulted in better improvement of water
status and photosynthetic performance for wheat leaf. Our results suggest that supplementary irrigation with micro-sprinkling
hoses should be conducted at early grain-filling stage or at 10:00 on a day during middle-to-late grain filling with 5–10 mm water
spray each time when daily high temperature is forecasted.
Keywords: Wheat; Micro-sprinkling Hoses; Irrigation; Canopy temperature; Canopy humidity; Grain weight
小麦灌浆期冠层温湿度是由土壤–植物–大气连 通体内的热量和水汽流决定的, 既能反映作物和大
第 10期 王 东等: 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响 1565


气之间的能量交换 [1], 也是影响小麦叶片光合性能
和籽粒产量的重要因素[2-3]。一般来说, 气温 20~24
℃、相对湿度 60%~80%是小麦籽粒灌浆较适宜的
温、湿度范围[3]。而我国黄淮和北部冬麦区在小麦
灌浆期内经常发生高温低湿型干热风, 其基本特征
是日最高气温>32℃ , 14:00 时的空气相对湿度
<30%、风速>3 m s–1 [4]。这种气象灾害天气能在很
短时间内强烈破坏小麦的光合作用和水分平衡, 显
著降低籽粒灌浆速率, 造成减产, 一般在干热风较
轻年份减产 5%~10%, 在较重年份达 10%~30%[5-6]。
干热风会引起叶片气孔部分闭合 , 抑制光合蒸腾 ,
重干热风下叶片光合还明显受到非气孔限制[2]。干
热风发生的时期不同, 籽粒灌浆速率下降的幅度也
不同, 表现为灌浆中期>灌浆后期>灌浆前期, 重度
干热风>轻度干热风; 干热风后, 虽经冬小麦自身修
复和后续灌浆, 最终千粒重仍不同程度降低, 降低
幅度最大的来自灌浆后期重度干热风, 千粒重降低
5.4 g, 降幅达 14.5%, 其次来自灌浆中期重度和轻
度干热风, 千粒重分别降低 9.7%和 4.8%, 再次为灌
浆后期轻度干热风, 而灌浆前期干热风对千粒重影
响不显著[6]。黄淮海地区 68个气象台站 1961—2010
年 50 年间的气象数据表明, 气候变暖背景下, 虽然
各地区在不同年代干热风灾害总体表现减少趋势 ,
但地区间存在明显差异, 河北省南部地区轻干热风
和重干热风出现的平均日数最多, 分别超过 8 d和 4
d, 危害最重; 河南中部、西北部及河北石家庄附近
一带轻干热风和重干热风出现的平均日数分别为
6.0~8.0 d和 2.5~3.5 d; 北京、天津、河南南部、山
东中部一带轻干热风和重干热风出现的平均日数分
别为 2.0~6.0 d和 0.5~2.5 d, 今后干热风仍是影响该
地区小麦生产最重要的农业气象灾害之一[7]。因此,
如何抵御干热风危害, 减少产量损失, 是当前亟待
解决的技术难题。
为抵御和减轻干热风的危害, 前人在耐高温、
抗干热风品种选育方面做了大量工作, 亦提出了调
整播种期、喷施生长调节剂、遮阴等措施[3, 8]。还有
研究提出, 灌浆期喷灌或短时喷雾能显著改善田间
小气候, 减轻干热风危害, 提高籽粒产量[9-10]。本课
题组前期研究发明了适用于小麦生育中后期微喷灌
溉的小麦专用微喷带(ZL20122 0356553.7)[11], 取得
显著的节水高产效果[12-13]。本文在前期研究的基础
上, 拟探讨微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温、湿度
变化及粒重的影响, 以期创建通过改善冠层小气候
抵御干热风的新技术途径, 为实现小麦高产高效栽
培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
山东省兖州市小孟镇史家王子村 (35.67°N,
116.69°E)和岱岳区道朗镇玄庄村(36.21°N, 116.92°E)
试验田坡度分别为 0.218%和 0.265%。播种前试验地
0~20 cm土层土壤养分状况和 0~200 cm各土层土壤
水分状况见表 1。2012—2013 年度, 小麦生育期内
总降水量 238.0 mm, 其中播种–拔节期 92.0 mm, 拔
节 –开花期 10.5 mm, 开花 –成熟期 135.5 mm;
2013—2014年度, 小麦生育期内总降水量 191.6 mm,
其中播种–拔节期 47.6 mm, 拔节–开花期 32.7 mm,
开花–成熟期 111.3 mm。
1.2 试验设计
2012—2013 年度设 3 个灌水处理(W0、W1 和
W2), 3次重复。小区畦宽(左侧畦梗中心线至右侧畦
梗中心线的垂直距离) 2 m, 畦面宽 1.6 m, 畦梗宽
0.4 m, 畦长 80.0 m, 面积 160 m2, 小区间设 1.0 m保
护行。每小区等行距种植 8 行小麦, 实际行距 22.9
cm。对各处理均于小麦拔节初期采用畦灌方式灌溉,
灌水量为 100 mm, 之后W0不再灌水, W1和W2于
灌浆初期(开花后第 10天 10:00)灌第二水。其中, W1
处理仍采用畦灌方式, 改口成数为 90%, 即当水流
前锋到达畦长长度的 90%位置时停止灌水, 用水表
计量的实际灌水量为 58.0 mm; W2处理则采用小麦
专用微喷带(ZL20122 0356553.7)灌溉, 灌水前测定
土壤含水量, 设定 0~140 cm土层土壤目标相对含水
量为 70%, 根据灌水定额公式计算所需灌水量(CIR,
mm), CIR =100γbdDh(θt–θn) [13-14]。式中, γbd (g cm–3)
为土壤容重; Dh (cm)为灌水前土壤含水量的测定深
度, 即 140 cm; θt (mg water g–1 dry soil)为目标土壤
含水量, 即田间持水量乘以目标土壤相对含水量; θn
(mg Water g–1 dry soil)为灌溉前 0~140 cm土层土壤
平均含水量。自小区边行向内数, 均在第 4行与第 5
行之间沿小麦种植行向(畦长方向)铺设一条微喷带。
微喷带进水端装有压力表、水表和闸阀, 进水端水
压为 0.02 MPa, 灌水量为 29.4 mm。灌溉水水源为井
水 , 从水源至微喷带之间采用直径为 110 mm 的
PVC水龙带输水。
2013—2014年度设置两组试验。第 1组采用裂
区设计, 主区为灌水处理(W0、W1 和 W2), 各处理
1566 作 物 学 报 第 41卷


表 1 试验田土壤基础肥力和土壤含水量
Table 1 Soil fertility and soil water content of the experimental plot
土壤养分和含水量
Soil nutrient and water content
史家王子
Shijiawangzi
玄庄
Xuanzhuang
有机质 Organic matter (%) 1.51 1.47
全氮 Total nitrogen(%) 0.11 0.10
碱解氮 Available nitrogen (mg kg1) 110.40 103.60
速效磷 Available phosphorous (mg kg1) 32.70 40.30
0~20 cm土壤养分
Nutrient in 0–20 cm soil layer
速效钾 Available potassium (mg kg1) 116.10 113.80

0–20 cm 15.27 18.52
20–40 cm 16.89 19.49
40–60 cm 17.96 19.73
60–80 cm 16.74 17.85
80–100 cm 18.03 19.08
100–120 cm 19.43 20.94
120–140 cm 19.74 21.53
140–160 cm 21.34 21.65
160–180 cm 21.14 22.20
播前土壤含水量
Soil water content before
sowing (%)
180–200 cm 20.19 22.39
史家王子和玄庄田间试验分别于 2012–2013和 2013–2014年度实施。
Field experiments were carried out in Shijiawangzi village (2012–2013 wheat season) and Xuanzhuang village (2013–2014 wheat season).

灌溉方式、试验小区畦田规格及水源、输水方式和
水表安装位置等均与 2012—2013年度相同, 拔节初
期 3个处理均采用畦灌方式灌水 105 mm, 灌浆初期
(开花后 10 d)对 W1和 W2再分别灌水 54.6 mm (畦
灌)和 31.8 mm (微喷带灌溉); 副区为微喷带灌水量
处理, 灌浆中后期(开花后第 26、第 28 和第 33 天)
当预报日最高气温超过 32℃时, 于当日 10:00 采用
小麦专用微喷带(ZL20122 0356553.7)进行一次微喷,
设置 3个微喷水量处理, 分别为 0、5和 10 mm; 各
处理的编号依次为 W0、W0 (5 mm)、W0 (10 mm),
W1、W1 (5 mm)、W1 (10 mm), W2、W2 (5 mm)、
W2 (10 mm)。第 2 组试验是在拔节初期畦灌 105
mm+开花后第 10天微喷带灌溉 31.8 mm的基础上再
进行裂区设计, 当日预报最高气温超过 33℃时(花
后第 26天), 采用微喷带微喷, 以微喷启动时间为主
区, 微喷水量为副区。微喷启动时间设置 10:00、
12:00、14:00、16:00共 4个水平, 微喷水量设置 0、
5和 10 mm共 3个水平。
两年度供试品种均为济麦 22, 播前施纯氮 105
kg hm–2、P2O5150 kg hm–2、K2O 150 kg hm–2, 拔节
期施纯氮 135 kg hm–2。氮肥为尿素(含 N 46%), 磷肥
为磷酸二铵(含 P2O5 46%, 含 N 18%), 钾肥为氯化
钾(含 K2O 60%)。两年度播种期分别为 2012 年 10
月 8 日和 2013 年 10 月 6 日, 均于小麦四叶期定苗,
基本苗为 180株 m–2。其他管理措施同一般高产田。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 小麦冠层温湿度日变化 2012—2013年度
于小麦开花后10 d灌水处理当日的11:00、13:00、
15:00、17:00时, 及灌水后第2、第3、第4天的8:00、
10:00、12:00、13:00、15:00和17:00时, 分别测定小
麦穗层、穗下20 cm和穗下40 cm处的行间温度。每
小区距畦首20、40和60 m处设3个测量区, 每个测量
区内自小区边行起在第1、第2、第3、第4行间均放
置温度计, 以每小区12点的平均值作为小区的冠层
温度测定值。同时, 在无灌溉处理小区穗上1.0 m处
测定大气温度。
2013—2014 年度于小麦开花后第 26 天的
10:00、11:00、12:00、13:00、14:00、15:00、16:00、
17:00和 18:00时, 用 KTH-1型温湿度计分别测定小
麦穗层、穗下 36 cm和穗下 72 cm处的行间温度和
相对湿度; 10:00、12:00、14:00和 16:00喷水处理于
微喷后立即测定冠层温、湿度, 实际测定时间依次
为 10:15、12:15、14:15和 16:15。按 2012—2013年
度方法, 每小区测定 12 个点取平均值, 并在无灌溉
处理小区穗上 1.0 m处测定大气温度和相对湿度。
1.3.2 小麦旗叶水势和光合速率日变化 2012—
第 10期 王 东等: 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响 1567


2013年度于小麦开花后 10 d灌水当日的 11:00、
13:00、15:00和17:00及灌水后第2天的8:00、10:00、
12:00、13:00、15:00和17:00, 用Psypro型露点水势测
量系统(Wescor, 美国)和CIRAS-2型光合作用测定系
统(Hansatech, 英国)测定旗叶水势和光合速率日变
化。选小区中部距畦首41 m处, 自边行起随机测定
第1、第2、第3、第4行小麦旗叶各1片, 取平均值。
2013—2014 年度于小麦开花后第 26 天的
10:00、12:00、14:00、16:00 和 18:00, 用 Psypro 型
露点水势测量系统(Wescor, 美国)和 GXH-3051 型
CO2 红外线分析仪(北京均方理化科技研究所)测定
旗叶水势和群体光合速率。另外, 10:00、12:00、14:00
和 16:00 喷水的处理于微喷后立即测定, 实际测定
时间分别为 10:15、12:15、14:15 和 16:15。每小区
中部(距畦首 41 m处)自小区边行起随机选择第 1、
第 2、第 3、第 4行小麦旗叶各 1片测量水势, 取平
均值为该小区的旗叶水势; 于每小区距畦首 22、42
和 62 m处测定旗叶光合速率, 3个测量区平均值为
该小区的群体光合速率。测定群体光合速率时使用
的同化箱长 100 cm、宽 100 cm、高 120 cm, 框架外
罩以透光性良好的投影膜, 透光率 95%左右, 箱内
装有一个 80W 的风扇, 用于搅匀箱内气体。测定时
每隔 20 s读取一次数据, 同步测定土壤呼吸。
610 3600 273 44 1000CAP 4
273 22
C V
M T L
       
式中, CAP 为群体表观净光合速率(μmol CO2
m–2 h–1), ΔC为作物群体净光合实际同化 CO2浓度差
(10–6); V为同化箱体积(m3); ΔM为测定时间(s); T为
同化箱温度(℃); L为测定群体所占的土地面积(m2)。
1.3.3 小麦产量及灌水利用效率 小麦成熟期 ,
在各试验小区距畦首25、50和75 m处取2 m ×1 m范
围内的小麦, 全部收获脱粒, 每小区总收获面积为6
m2, 待籽粒自然风干至含水率为12.5%时分别称重,
计算平均产量, 同时取样测定千粒重。灌水利用效率
(kg hm–2 mm–1) = 籽粒产量(kg hm–2)/灌水量(mm) [15]。
1.4 统计分析
采用 Microsoft Excel 2007 处理数据和作图, 用
DPS 7.05软件统计分析, 用 LSD法检验差异显著性。
2 结果与分析
2.1 小麦冠层温度日变化
2012—2013 年度于小麦灌浆初期(开花后 10 d)
进行灌水处理, 处理后 0~4 d 可见冠层温度变化在
处理间有明显差异(图 1)。
在灌水当天, W0的穗层温度在 11:00—17:00与
气温无显著差异 ; 而 W1 和 W2 的穗层温度在
11:00—15:00 低于 W0 处理(P<0.05), 在 11:00 时分
别比W0低 4.8℃和 11.3℃, 在 13:00时分别低 1.8℃
和 6.8℃; 到 17:00时, W2和 W1的穗层温度与 W0
无显著差异。穗下 20 cm和 40 cm处 11:00—17:00
的温度变化与穗层呈现相似的变化规律, 即 W1 和
W2 的温度低于 W0 (P<0.05), 其最大温差出现在
11:00 (穗下 20 cm和 40 cm温度, W1低 9.8℃和 11.7
℃, W2低 14.2℃和 14.6℃), 13:00后随着气温的降低
处理间温差逐渐缩小, 但到 17:00 时仍有一定的温
差, 穗下 20 cm处 W1和 W2的温度比 W0低 3.0℃
和 2.6℃, 穗下 40 cm处温度低 4.7℃和 4.2℃。
灌水后第 2 天, W0 处理 8:00—10:00 的穗层温
度 , 10:00、13:00 和 15:00 的穗下 20 cm 温度 ,
10:00—17:00 的穗下 40 cm 温度均显著高于气温
(P<0.05), 而W1和W2的穗层及穗下 20 cm和 40 cm
温度在观测期内均低于 W0, 且与 W0 的温差以
13:00时最大, 穗层、穗下 20 cm和 40 cm的平均温
差分别为 5.4℃、11.1℃和 17.8℃。W1 与 W2 比较,
8:00时 W2处理的穗层、穗下 20 cm和 40 cm温度
均低于 W1, 此后则与 W1无显著差异。
灌水后第 3 天, W0 的穗层温度在 8:00—17:00
与气温无显著差异, 而穗下 20 cm和 40 cm的温度
8:00时低于气温(P<0.05), 10:00—15:00时高于气温
(P<0.05), 至 17:00又与气温无显著差异。W1与 W2
处理 3个观测高度的温度在全观测期均无显著差异,
但在 12:00—15:00显著低于W0的温度(P<0.05), 最
大温差出现在 15:00 (穗层, 4.9℃)、13:00 (穗下 20
cm, 8.7℃)、15:00 (穗下 40 cm, 14.8℃)。与 W0相比,
灌浆期补水的 2个处理使 8:00—17:00 穗层、穗下
20 cm和 40 cm的平均温度分别降低 2.3℃、5.7℃和
9.7℃。
灌水后第 4 天, 各处理的穗层温度均低于气温,
W0的穗下 20 cm和 40 cm温度在观测期与气温无显
著差异, W1和 W2在不同观测高度的温度无显著差
异。虽然 W1和 W2对穗层已无显著降温效果, 但穗
下 20 cm和 40 cm的温度仍显著低于 W0 (P<0.05),
尤其在 12:00, 温差分别为 5.0℃和 6.0℃。
上述结果表明, 在小麦灌浆初期采用微喷带于
10:00时灌溉, 当日中午穗层温度可降低 6.8~11.3℃,
降温幅度明显好于畦灌处理; 灌水后第 2、第 3、第
1568 作 物 学 报 第 41卷


4 天, 微喷灌处理与畦灌处理仍有明显的降温效果,
但两处理之间无显著差异, 均以穗下 40 cm 处的降
温幅度最大, 其次是穗下 20 cm处, 再次是穗层, 对
穗层的降温作用可延续至灌水后第 3天。
2013—2014 年度于小麦灌浆后期(开花后 26 d)
进行微喷灌处理, 处理当天的冠层温度变化如图 2
所示。无喷水处理在 10:15—18:00 期间, 穗层温度
与气温无显著差异, 而穗下36 cm和72 cm的温度高
于气温 ; 两微喷水量处理显著降低了3个观测高度
的温度(P<0.05), 且两微喷水量处理间无显著差异,
说明在小麦灌浆后期于10:00、12:00、14:00或16:00
微喷水5~10 mm均可显著降低冠层温度。
2.2 小麦冠层相对湿度日变化
2013—2014年度于小麦灌浆后期(开花后 26 d)

图 1 开花后 10 d灌水各处理的小麦冠层温度日变化(2012–2013)
Fig. 1 Diurnal variation of temperature in wheat canopy under irrigation at 10 days after anthesis (2012–2013)
0 DAI: 喷灌当天; 1 DAI: 喷灌后第 2天; 2 DAI: 喷灌后第 3天; 3 DAI: 喷灌后第 4天。W0: 灌浆初期不灌水; W1: 畦灌; W2: 专用微
喷带灌溉。
0 DAI: the day of irrigation; 1 DAI: the 2nd day of irrigation; 2 DAI: the 3rd day of irrigation; 3 DAI: the 4th day of irrigation.
W0: no irrigation; W1: border irrigation; W2: irrigation with micro-sprinkling hoses special for wheat.
第 10期 王 东等: 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响 1569



图 2 开花后 26 d微喷当天小麦冠层温度日变化(2013–2014)
Fig. 2 Diurnal variation of temperature in wheat canopy under micro-sprinkling irrigation at 26 days after anthesis (2013–2014)

微喷灌处理当天测定冠层相对湿度, 结果两微喷水
量处理明显提高了穗层及穗下 36 cm和 72 cm的相
对湿度(图 3)。无喷水处理在全观测期内穗层相对湿
度与大气湿度无显著差异, 而穗下 36 cm和 72 cm的
相对湿度高于大气湿度(P<0.05); 与无喷水处理相
比, 两微喷水量处理自喷水后至当日 18:00 持续增
加穗层、穗下 36 cm和 72 cm的相对湿度(P<0.05)。
以穗层相对湿度为例, 当微喷时间为 10:00时, 5 mm
和 10 mm 喷水量在处理后 15 min 使相对湿度提高
82.5%和 105.9%, 微喷后 1 h 至 18:00, 两微喷水量
处理穗层平均相对湿度升高至 41.6%和 47.5%, 比无
喷水处理分别提高 53.3%和 75.3%; 当微喷时间为
12:00 时, 微喷后 15 min 穗层相对湿度提高 112.2%
(5 mm微喷水量)和 118.0% (10 mm微喷水量), 微喷
后 1 h至 18:00两微喷水量处理穗层平均相对湿度分
别为 42.5%和 44.9%, 比无喷水处理分别提高 52.6%
和 61.0%; 当微喷时间为 14:00时, 微喷水量为 5 mm
和 10 mm处理提高即时(处理后 15 min)穗层相对湿
度的百分率达到最高, 两处理均为 152.1%, 微喷后
1 h 至 18:00, 两微喷水量处理穗层平均相对湿度分
别为 49.5%和 50.1%, 比无喷水处理分别提高 53.2%
和 54.9%; 当微喷时间为 16:00时, 即时穗层相对湿
度提高 87.2% (5 mm微喷水量)和 113.9% (10 mm微
喷水量), 微喷后 1 h至 18:00平均相对湿度分别提高
31.0%和 37.7%。
两微喷水量处理比较 , 在中午高温时间(12:00
和 14:00)进行微喷处理, 5 mm和 10 mm喷水量, 对
提高穗层相对湿度的效果相同, 但 10 mm喷水量比
5 mm喷水量对提高 15:00以前穗下 72 cm相对湿度
有显著效果; 10:00进行微喷, 穗层和穗下 36 cm在
16:00 以前的相对湿度表现为 10 mm 喷水量处理高
于 5 mm喷水量处理, 但穗下 72 cm的相对湿度在大
部分观测时间表现为两喷水量处理差异不显著 ;
16:00进行微喷, 两喷水量处理在穗层和穗下 36 cm
的即时(处理后 15 min)增湿效果有显著差异, 之后
两处理无显著差异(图 3)。因此, 小麦灌浆后期采用
微喷带于 10:00、12:00、14:00或 16:00时微喷 5~10
mm水可显著提高冠层相对湿度。
2.3 小麦旗叶水势、光合速率及群体光合速率的
变化
2012—2013 年度比较 3 种灌水方式, 在灌水当
天, W2 (微喷灌)处理在 11:00—17:00的旗叶水势最
1570 作 物 学 报 第 41卷



图 3 开花后 26 d微喷当天小麦冠层相对湿度(RH)日变化(2013–2014)
Fig. 3 Diurnal variation of relative humidity (RH) in wheat canopy under micro-sprinkling irrigation at 26 days after anthesis
(2013–2014)

高, 其次为 W1, W0 处理最低, 且处理间差异显著
(P<0.05); 同期W2的旗叶光合速率也显著高于W0,
但与 W1无显著差异。灌水后第 2天 8:00—17:00的
旗叶水势和光合速率, W2 与 W1 无显著差异, 但显
著高于 W0 (图 4)。
2013—2014年度比较不同微喷水量处理对当日
旗叶水势和群体光合速率的影响。微喷后至 18:00,
两微喷水量处理的旗叶水势均显著高于无喷水处理,
而两微喷水量处理在大部分观测时间点无显著差异
(图 5)。群体光合速率的日变化特点, 两微喷水量处
理显著优于无喷水处理, 二者之间因微喷启动时间
不同而在某些观测时间点呈现显著差异 , 尤其是
10:00 和 12:00 进行微喷, 但 16:00 微喷处理对群体
光合效率没有显著影响(图 5)。总体来看, 小麦灌浆
后期采用微喷带于 10:00、12:00、14:00时微喷 5~10
mm 水可显著提高当日叶片水势和群体光合速率 ,
但在本试验处理范围内微喷启动时间越早对改善叶
片水分状况和光合性能越有利。
2.4 不同处理对小麦粒重、籽粒产量和灌水利用
效率的影响
两年度试验结果表明, W2的千粒重和籽粒产量
与 W1 无显著差异, 均显著大于 W0 处理; W2 的灌
水利用效率大于 W1 (表 4)。说明灌浆初期灌溉可显
著提高小麦粒重和籽粒产量, 采用微喷带补灌不仅
能获得高产, 而且比畦灌处理减少了灌水量, 显著
提高灌水利用效率。在拔节期和灌浆初期灌溉的基
础上, 灌浆中后期遇高温天气时采用微喷带于 10:00
微喷, 可显著提高粒重和籽粒产量, 每次微喷水 5
mm 和 10 mm 效果相当; 在拔节期灌水而灌浆初期
无灌溉的条件下, 灌浆中后期遇高温天气时每次微
喷水 10 mm可显著提高粒重和产量, 而每次微喷水
5 mm对粒重和产量无显著影响(表 4)。
3 讨论
农田表面温度的高低依赖于农田表面与大气之
间的能量交换平衡, 由土壤–植物–大气连续体内的
第 10期 王 东等: 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响 1571


热量和水汽流决定, 受作物、土壤、大气三方面因
子的综合影响[16]。有研究指出, 冠气温度差与 0~50
cm土层土壤相对湿度有良好相关[17], 利用防雨棚分
别控制土壤重量含水量为田间持水量的 45%、55%、
65%、70%和 80%, 小麦乳熟期的平均和最高冠层温
度随着土壤含水量的增加整体呈下降趋势[18], Zhang
等[19]采用盆栽的方法, 在水稻扬花期分别控制土壤
体积含水量为 24%、55%、90%和 175%, 也得到基

图 4 开花后 10 d灌水当天的小麦旗叶水势和光合速率(Pn)日变化(2012–2013)
Fig. 4 Diurnal variations of water potential and photosynthetic rate (Pn) of wheat flag leaf under the irrigation at 10 days after
anthesis (2012–2013)
W0: 灌浆初期不灌水; W1: 畦灌; W2: 专用微喷带灌溉。
W0: no irrigation; W1: border irrigation; W2: irrigation with micro-sprinkling hoses special for wheat.

图 5 开花后 26 d微喷当天小麦旗叶水势和群体光合速率日变化(2013–2014)
Fig. 5 Diurnal variations of water potential of flag leaf and canopy apparent photosynthetic rate under the micro-sprinkling
irrigation at 26 days after anthesis (2013–2014)
1572 作 物 学 报 第 41卷


表 4 不同处理小麦籽粒重、籽粒产量和灌水利用效率
Table 4 Grain weight, grain yield, and irrigation water use efficiency of wheat in different treatments
处理
Treatment
总灌水量
Total irrigation amount (mm)
千粒重
1000-grain weight (g)
籽粒产量
Grain yield (kg hm–2)
灌水利用效率
Irrigation WUE (kg hm–2 mm–1)
2012–2013
W0 100.0 40.1 b 8993 b 89.9 a
W1 158.0 42.9 a 9631 a 61.0 c
W2 129.4 42.4 a 9582 a 74.0 b
2013–2014
W0 105.0 44.9 d 9355 d 89.1 a
W0 (5 mm) 120.0 45.2 cd 9494 cd 79.1 b
W0 (10 mm) 135.0 45.6 c 9506 c 70.4 c
W1 159.6 48.1 b 10014 b 62.7 d
W1 (5 mm) 174.6 49.6 a 10486 a 60.1 de
W1 (10 mm) 189.6 49.8 a 10435 a 55.0 e
W2 136.8 48.3 b 10179 b 74.4 bc
W2 (5 mm) 151.8 49.7 a 10496 a 69.1 c
W2 (10 mm) 166.8 50.0 a 10509 a 63.0 d
W0: 灌浆初期不灌水; W1: 畦灌; W2: 专用微喷带灌溉。每一年度中, 数据后不同字母表示处理间有显著差异(P< 0.05)。
W0: no irrigation; W1: border irrigation; W2: irrigation with micro-sprinkling hoses special for wheat. In each growing season, values
followed by different letters are significantly different at P< 0.05. WUE: water use efficiency.

本一致的结论。本试验发现, 在灌浆初期无灌水处
理的小麦穗层 (R2=0.8994, P<0.01)、穗下 20 cm
(R2=0.8351, P<0.01)和穗下 40 cm (R2=0.8453, P<
0.01)的温度均与气温呈极显著正相关(n=23), 但各
层温度与气温的差值不仅在一天之内有较大变化 ,
而且各天之间也有较大差异, 穗层和穗下 20 cm 处
的冠气温差与气温无显著相关, 穗下 40 cm 处的冠
气温差与气温呈显著正相关 (R2=0.4014, P<0.05,
n=23)。这可能与自然风速和小麦中上部冠层空气流
通程度有关[10]。灌溉后各灌水处理的冠层温度显著
降低, 以冠层中部和基部的温度平均降幅较大; 微
喷灌处理灌水后当日中午小麦穗层及中部、基部冠
层的温度降幅显著大于畦灌处理。
冠层温度与作物自身的生理特性有关, 不同品
种冬小麦开花至灌浆期的冠层温度和水分利用效率
均存在显著差异, 冠层温度较低的品种, 其产量和
水分利用效率较高[20]。冠层温度持续偏低的大麦品
种在花后功能叶片的叶绿素含量、净光合速率、气
孔导度、蒸腾速率等方面具有显著优势, 且叶绿素
含量、净光合速率下降缓慢[21]。冠层温度不仅是作
物、土壤、大气综合作用的结果, 其变化也会对作
物叶片气体交换和光合同化等带来显著影响[22]。在
冠气温差较小时, 随冠气温差的增大, 蒸腾速率呈
上升趋势, 而当冠气温差>0℃后, 随冠气温差的增
大, 蒸腾速率不再增加, 甚至出现下降趋势[23]。遇干
热风时, 麦田喷雾 1.0~1.5 mm, 冠层温度迅速降低,
虽然受空气温度和相对湿度及风速的影响, 在喷雾
停止 50~60 min 后, 冠层温度又回升至与未喷雾处
理相同的水平 , 但喷雾处理的小麦籽粒产量提高
291 kg hm–2 [9]。在干热风条件下, 遮阴或补灌措施亦
能提高小麦旗叶持绿面积、叶绿素质量分数, 降低
叶片黄化指数、类胡萝卜素质量分数、渗透调节物
质质量分数, 有效缓解干热风对小麦的伤害[24]。本
试验在小麦灌浆初期采用微喷带喷水 29.4 mm, 对
穗层的降温作用可延续至灌水后第 3 天, 而且第 4
天小麦冠层中部和基部的温度仍显著低于未灌水的
处理。研究还表明, 在小麦灌浆后期于 10:00、12:00、
14:00和 16:00时微喷补水 5 mm或 10 mm均显著降
低冠层温度, 提高冠层相对湿度, 且微喷时间越早,
对改善小麦叶片水分状况和光合性能越有利。
花后 20~22 d和花后 28~30 d, 8:00—17:30进行
30℃高温处理极显著地降低小麦粒重 , 以花后
20~22 d高温对粒重的影响最大[25]。一般认为, 灌浆
期空气相对湿度在 75%左右比较适宜, 可获得较高
的千粒重[26], 高温低湿或高温高湿均不利于粒重和
产量的提高[27]。增加土壤含水量有助于缓解空气高
温低湿对小麦的胁迫, 但当土壤含水量过高时, 则
易损害部分根系, 出现高土壤含水量不能供给高蒸
第 10期 王 东等: 微喷带灌溉对小麦灌浆期冠层温湿度变化和粒重的影响 1573


腾的现象[28]。小麦灌浆中后期喷灌可降低冠层附近
的气温, 提高田间水汽压, 减小冠层–大气水汽压驱
动势 , 降低水汽流量 , 使冠层附近蒸发力减小 , 有
效降低叶片蒸腾和地面蒸发, 从而缓解和减弱高温
下植株过度蒸腾失水对生理和生长造成的不良影
响, 显著提高产量和水分利用效率[29]。本试验进一
步证明, 灌浆初期微喷补灌或中后期在预报高温当
日 10:00时微喷, 每次 5~10 mm水, 可明显改善小麦
冠层温湿度条件, 提高粒重和籽粒产量。
4 结论
小麦灌浆初期畦灌或采用微喷带灌溉均能显著
降低冠层温度、提高叶片水势和光合速率, 但微喷
带灌溉处理对灌后当日田间小气候的影响比传统畦
灌处理更大。灌浆初期采用微喷带喷水 29.4 mm对
穗层的降温作用可延续至灌水后第 3 天, 对小麦冠
层中部和基部的降温作用可延续至第 4 天。小麦灌
浆中后期遇高温, 于 10:00—16:00 采用微喷带微喷
补水, 喷水量 5 mm或 10 mm, 均显著降低冠层温度,
提高冠层相对湿度, 显著提高粒重和产量, 微喷时
间越早效果越好。
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