江陵杰等:水稻冠层温度研究进展 究偏少67),多数研究是基于田间肥水调控下冠层温将会关闭以防止水分流失。 度与水稻表观特征和产量构成的研究,缺乏从能量1.3冠层温度的变化规律 平衡条件下探究不同冠层温度水稻植株内在生理水1.3.1日变化水稻冠层温度的变化规律包括日 平的差异,甚至有些学者研究结果互相排斥。本文变化规律和生育进程变化规律。中国关于水稻冠层 对当下水稻冠层温度方面的研究结果进行梳理,将温度变化规律的观察与研究起步较晚。在关于稻田 从水稻冠层温度的基本特性、影响因素、测量方法以生态效应的研究中普遍认为水稻冠层温度一般低于 及研究成果应用转化等方面进行阐述,致力于梳理气温,但受气温影响较大,在上午7:00至 现阶段水稻冠层温度研究的基本轮廓和发掘创新型11:00由于日辐射的增强和气温的回升,水稻冠层 测温技术的应用。以便今后学者更直观地了解水稻温度迅速上升,在11:00至15:00点处于水稻植 冠层温度及其相关研究成果,为以后对水稻冠层温株代谢的稳定时段,冠层温度呈现平缓浮动变化状 度方面深层次、系统化研究提供参考和借鉴。 态,15:00后随日辐射量和气温的降低迅速下降,与 1水稻冠层温度的基本特性 气温变化趋于一致2。夜间,即使气温较低,由于 田间生态小气候的形成具有一定保温作用,可能出 1.1冠层温度的能量来源 现水稻冠层温度高于气温的现象。Lin在分蘖期 水稻冠层温度是水稻生理生态特征之一。植物对南粳9108进行了水稻冠层温度连续测量,认为同 体温形成过程的研究始于20世纪60年代8,冠层一品种和处理的水稻群体具有相同的冠层温度,在 温度取决于植物冠层的能量平衡,受遗传、自然环境晴天的白天,水稻群体的温度低于气温,但是在夜间 和田间管理措施等综合影响9。水稻冠层与外高于气温。在上午10:00至下午4:00之间,水稻 界环境通过辐射、传导、对流和蒸腾散热等方式进行作物与环境之间的温差相对显著。 热量交换,同时伴随光合作用、呼吸作用、酶促反应1.3.2生育进程变化由于不同生育阶段水稻需 等系列代谢活动。水稻能够维持一定的冠层温度并水量不同,水稻的气冠温差在不同生育阶段有很大 依赖于水稻自身代谢与环境能量交换达到相对平的波动。Iiu等研究认为,水稻在每个不同的生 衡。现阶段,受限于试验设计的复杂程度和精确监长期保持一定的冠层温度,随着环境温度的变化,冠 测技术的匮乏很难通过实测手段分析水稻冠层温度层温度变化不显著。例如,作物温度在7月20日为 能量平衡的各项因素对于水稻体温的贡献大小 31~33℃,8月16日为25.5~27.5℃,9月20日为 1.2水稻对冠层温度的自身调节方式 21.0~2.5℃。有研究结果表明,经过缺水锻炼后 水稻是一年生作物,各生育期皆有适宜的温度的水稻对自身代谢有一定的调节能力以适应环 范围,在能量平衡下,水稻也具有相对稳定的体温范境1,在一定限度水分亏缺的环境中仍然能够正常 围。因此,水稻在不同生长环境下对冠层能量平衡生长,因此水分胁迫下气冠温差会随生育期的推进 有一定微调能力。前人研究发现,水稻冠层温度与而增加。对于水稻冠层温度变化规律的研究受众多 气温变化并非完全同步,而是随气温升高冠层温度因素限制。目前,数据依赖于人工采集,想要获得完 上升幅度逐步减小,当气温升高时,水稻群体的叶片整的温度变化数据十分困难。水稻冠层温度不仅受 温度也随之升高0,叶片气孔导度变大,进而加快气温、光照、风速等自然条件因素的影响,而且还受 了水稻蒸腾速率,而水稻蒸腾作用的加强反过来又施肥、供水等田间管理措施调控,为深入研究水稻冠 能降低叶面和叶室温度,但温度提高对蒸腾速率加层温度的变化特征需要更为严谨的试验设计以及大 大的影响是占主导地位的。因此,蒸腾作用是水稻量试验工作投入。 群体在面临高温时对冠层温度进行有限调控的驱动1.4水稻冠层温度与水稻其他性状的关联性 力。水稻根部从土壤中吸收的水分进入根内导管 1.4.1水稻冠层温度与产量构成的关系对于水 在蒸腾拉力作用下进入茎部导管提供各部分水分代稻冠层温度与产量关系的硏究始于上世纪九十年 谢。当气温过高时,水分迅速往叶内导管输送,通过代,其中 Garrity等和 Singh等研究指出水稻 气孔进行蒸腾作用实现水稻冠层温度的调节。不过冠层温度与其产量存在一定关联,并发现开花期水 这种调节受多种因素的影响,例如土壤缺水时,气孔稻冠层温度与水稻结实率和产量呈显著负相关,相究偏少[６￣７] ꎬ多数研究是基于田间肥水调控下冠层温 度与水稻表观特征和产量构成的研究ꎬ缺乏从能量 平衡条件下探究不同冠层温度水稻植株内在生理水 平的差异ꎬ甚至有些学者研究结果互相排斥ꎮ 本文 对当下水稻冠层温度方面的研究结果进行梳理ꎬ将 从水稻冠层温度的基本特性、影响因素、测量方法以 及研究成果应用转化等方面进行阐述ꎬ致力于梳理 现阶段水稻冠层温度研究的基本轮廓和发掘创新型 测温技术的应用ꎮ 以便今后学者更直观地了解水稻 冠层温度及其相关研究成果ꎬ为以后对水稻冠层温 度方面深层次、系统化研究提供参考和借鉴ꎮ １ 水稻冠层温度的基本特性 １.１ 冠层温度的能量来源 水稻冠层温度是水稻生理生态特征之一ꎮ 植物 体温形成过程的研究始于 ２０ 世纪 ６０ 年代[８] ꎬ冠层 温度取决于植物冠层的能量平衡ꎬ受遗传、自然环境 和田间管理措施等综合影响[６￣７ꎬ ９] ꎮ 水稻冠层与外 界环境通过辐射、传导、对流和蒸腾散热等方式进行 热量交换ꎬ同时伴随光合作用、呼吸作用、酶促反应 等系列代谢活动ꎮ 水稻能够维持一定的冠层温度并 依赖于水稻自身代谢与环境能量交换达到相对平 衡ꎮ 现阶段ꎬ受限于试验设计的复杂程度和精确监 测技术的匮乏很难通过实测手段分析水稻冠层温度 能量平衡的各项因素对于水稻体温的贡献大小ꎮ １.２ 水稻对冠层温度的自身调节方式 水稻是一年生作物ꎬ各生育期皆有适宜的温度 范围ꎬ在能量平衡下ꎬ水稻也具有相对稳定的体温范 围ꎮ 因此ꎬ水稻在不同生长环境下对冠层能量平衡 有一定微调能力ꎮ 前人研究发现ꎬ水稻冠层温度与 气温变化并非完全同步ꎬ而是随气温升高冠层温度 上升幅度逐步减小ꎬ当气温升高时ꎬ水稻群体的叶片 温度也随之升高[１０] ꎬ叶片气孔导度变大ꎬ进而加快 了水稻蒸腾速率ꎬ而水稻蒸腾作用的加强反过来又 能降低叶面和叶室温度ꎬ但温度提高对蒸腾速率加 大的影响是占主导地位的ꎮ 因此ꎬ蒸腾作用是水稻 群体在面临高温时对冠层温度进行有限调控的驱动 力ꎮ 水稻根部从土壤中吸收的水分进入根内导管ꎬ 在蒸腾拉力作用下进入茎部导管提供各部分水分代 谢ꎮ 当气温过高时ꎬ水分迅速往叶内导管输送ꎬ通过 气孔进行蒸腾作用实现水稻冠层温度的调节ꎮ 不过 这种调节受多种因素的影响ꎬ例如土壤缺水时ꎬ气孔 将会关闭以防止水分流失ꎮ １.３ 冠层温度的变化规律 １.３.１ 日变化 水稻冠层温度的变化规律包括日 变化规律和生育进程变化规律ꎮ 中国关于水稻冠层 温度变化规律的观察与研究起步较晚ꎮ 在关于稻田 生态效应的研究中普遍认为水稻冠层温度一般低于 气温ꎬ 但 受 气 温 影 响 较 大[１１] ꎬ 在 上 午 ７ ∶ ００ 至 １１ ∶ ００由于日辐射的增强和气温的回升ꎬ水稻冠层 温度迅速上升ꎬ在 １１ ∶ ００ 至 １５ ∶ ００ 点处于水稻植 株代谢的稳定时段ꎬ冠层温度呈现平缓浮动变化状 态ꎬ１５ ∶ ００后随日辐射量和气温的降低迅速下降ꎬ与 气温变化趋于一致[１２] ꎮ 夜间ꎬ即使气温较低ꎬ由于 田间生态小气候的形成具有一定保温作用ꎬ可能出 现水稻冠层温度高于气温的现象ꎮ Ｌｉｕ [１３] 在分蘖期 对南粳 ９１０８ 进行了水稻冠层温度连续测量ꎬ认为同 一品种和处理的水稻群体具有相同的冠层温度ꎬ在 晴天的白天ꎬ水稻群体的温度低于气温ꎬ但是在夜间 高于气温ꎮ 在上午 １０ ∶ ００ 至下午 ４ ∶ ００ 之间ꎬ水稻 作物与环境之间的温差相对显著ꎮ １.３.２ 生育进程变化 由于不同生育阶段水稻需 水量不同ꎬ水稻的气冠温差在不同生育阶段有很大 的波动ꎮ Ｌｉｕ 等[１３]研究认为ꎬ水稻在每个不同的生 长期保持一定的冠层温度ꎬ随着环境温度的变化ꎬ冠 层温度变化不显著ꎮ 例如ꎬ作物温度在 ７ 月 ２０ 日为 ３１~３３ ℃ ꎬ８ 月 １６ 日为 ２５.５ ~ ２７.５ ℃ ꎬ９ 月 ２０ 日为 ２１.０~２２.５ ℃ ꎮ 有研究结果表明ꎬ经过缺水锻炼后 的水稻对自身代谢有一定的调节能力以适应环 境[１４] ꎬ在一定限度水分亏缺的环境中仍然能够正常 生长ꎬ因此水分胁迫下气冠温差会随生育期的推进 而增加ꎮ 对于水稻冠层温度变化规律的研究受众多 因素限制ꎮ 目前ꎬ数据依赖于人工采集ꎬ想要获得完 整的温度变化数据十分困难ꎮ 水稻冠层温度不仅受 气温、光照、风速等自然条件因素的影响ꎬ而且还受 施肥、供水等田间管理措施调控ꎬ为深入研究水稻冠 层温度的变化特征需要更为严谨的试验设计以及大 量试验工作投入ꎮ １.４ 水稻冠层温度与水稻其他性状的关联性 １.４.１ 水稻冠层温度与产量构成的关系 对于水 稻冠层温度与产量关系的研究始于上世纪九十年 代ꎬ其中 Ｇａｒｒｉｔｙ 等[１５] 和 Ｓｉｎｇｈ 等[１６] 研究指出水稻 冠层温度与其产量存在一定关联ꎬ并发现开花期水 稻冠层温度与水稻结实率和产量呈显著负相关ꎬ相 江陵杰等:水稻冠层温度研究进展 ２３５