黃土旱塬不同基因型小麥莖流變化及與環(huán)境條件的關系

摘要：采用美國Dynamax公司生產(chǎn)的Flow32包裹式莖流計，于拔節(jié)期晴朗天氣條件下，通過對8種不同基因型小麥的莖流速率及相關環(huán)境因子的測定，研究了8種不同基因型小麥莖流速率日變化規(guī)律及其對環(huán)境因子的響應。結果表明，不同基因型小麥的莖流速率日變化都呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，日莖流量最大的品種是豫展2000，最小的品種為陜農(nóng)150；日變化中，莖流速率受不同環(huán)境因子（溫度、總輻射、光合有效輻射、相對濕度和風速）影響明顯，達到了極顯著水平，其中莖流速率與相對濕度呈顯著的負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關。

關鍵詞：黃土旱塬；小麥；莖流速率；，環(huán)境因子

中圖分類號： S181 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0072-02

收稿日期：2013-11-26

基金項目：陜西省教育廳自然科學專項（編號：2013JK0728）；寶雞文理學院重點項目（編號：ZK11065）。

作者簡介：張蓓蓓（1983—），河南沈丘人，博士，講師，主要從事農(nóng)業(yè)生理生態(tài)學研究。Tel：（0917）3566337；E-mail：zbb83101@126.com。旱地農(nóng)業(yè)在西北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，干旱缺水是限制當?shù)刈魑镌霎a(chǎn)的關鍵因素之一，而黃土旱塬橫貫陜甘豫晉寧5省（區(qū)），是我國以生產(chǎn)小麥為主的古老旱農(nóng)區(qū)，也是各省所在的糧倉，該地區(qū)海拔600～1 200 m，年降水量540～600 mm，氣候上屬半干旱和半濕潤易旱區(qū)，由于干旱缺水，小麥產(chǎn)量一直低而不穩(wěn)，因此如何選擇合適的小麥品種，成為該地區(qū)研究的主要方向之一。[1]

莖流計（Sap Flow Gauge），又叫樹液儀，是通過加熱植物莖稈來測量莖流速率進而計算植物蒸騰量的儀器。通過植物莖流大小測算植株耗水量來反映植株水分狀況，成為植物生理研究的新方法，而運用莖流計測量植物蒸騰量的方法被越來越多的學者廣泛應用[2]。蔣進對胡楊的莖流進行了測量分析[3]；Xia 等分析了中國西北半沙漠地區(qū)檸條錦雞兒晝夜及季節(jié)性莖流變化[4]。劉浩等通過采用Dynamax公司開發(fā)包裹式莖流計觀測日光溫室番茄植株的莖流變化，研究莖流速率的變化規(guī)律及莖流速率檢測結果的標準化處理技術，證實番茄植株莖流速率經(jīng)標準化處理后可以真實反映植株蒸騰規(guī)律[5-6]。

美國Dynamax公司生產(chǎn)的Flow32包裹式莖流計，利用能量平衡原理，具有不需要標定，不傷害植物，并能在田間對植株進行長時間定點測定等優(yōu)點。本研究采用該莖流計對長武站種植的8種基因型小麥的莖流速率進行連續(xù)監(jiān)測，并對小麥與不同環(huán)境因子進行了相關分析，以期為選擇該區(qū)域適合種植的小麥品種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1品種及試驗設計

試驗品種為陜麥893、鄭農(nóng)16、陜農(nóng)150、陜優(yōu)225、洛陽8716、小偃6號、小偃107、豫展2000，種子去雜，測千粒質(zhì)量，做發(fā)芽試驗，計算播種量。耕地，深耕25 cm，旋耕12～15 cm。手工點播，播深3 cm，行距20 cm，基本苗 225萬/hm2，小區(qū)播種面積10 m2，隨機區(qū)組設計，3次重復。

1.2地點及自然條件

試驗于2007年9月至2008年6月在黃土高原中部的陜西省長武縣洪家鄉(xiāng)王東村中國科學院長武生態(tài)實驗站進行，地理位置107°40′30″E，35°14′30″N，海拔1 200 m，該區(qū)屬暖溫帶半濕潤易旱氣候區(qū)，年均降水584 mm，年均氣溫9.1 ℃，≥10 ℃ 的積溫3 029 ℃，無霜期171 d。試驗布置在未進行灌溉的旱作農(nóng)耕地上。試驗地平坦寬闊，黃土堆積深厚，土壤為黃黏黑壚土。

1.3數(shù)據(jù)采集及處理

1.3.1莖流速率于拔節(jié)期用美國Dynamax公司生產(chǎn)的Flow32 包裹式莖流計測定不同基因型小麥的莖流速率日變化，本試驗選用探頭SGA5，電壓為4 V，于測定前1 d傍晚（用于調(diào)零）選擇莖稈粗壯的小麥，測其莖稈面積后進行包裹，2 d 后進行數(shù)據(jù)采集，莖流計每小時記錄1次數(shù)據(jù)，莖流速率以g/h表示；日莖流量以g表示。

1.3.2氣候數(shù)據(jù)包括總輻射[Eg，mol/（m2·s）]、光合有效輻射[PAR，mol/（m2·s）]、相對濕度（RH，%）、風速（v，m/s）、空氣溫度（T， ℃）。

1.3.3數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003 和SPSS16.0進行統(tǒng)計處理，運用One-Way ANOVA進行單因素方差分析；用Tukeys HSD檢驗進行多重比較分析。

2結果與分析

2.1不同基因型小麥莖流變化特征

在拔節(jié)期對8種不同基因型小麥的莖流速率變化進行了全天每隔1 h的連續(xù)監(jiān)測，試驗期間天氣晴好。試驗結果表明，拔節(jié)期黃土旱塬地區(qū)8種不同基因型小麥莖流速率日變化為單峰值，有明顯的晝夜節(jié)律性變化。小麥莖流速率日變化見圖1，從圖1可以看出，白天流速大于夜晚流速，呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，大部分品種從06：00就開始出現(xiàn)比較小的莖流，12：00最大；部分品種從21：00至次日06：00莖流為零，主要是由于白天蒸騰作用強烈，小麥耗水量大，晚上通過莖流來補充白天小麥失水，保持小麥體內(nèi)水分平衡，這是干旱區(qū)植物抗逆的一種自我保護機制。

莖流指蒸騰作用在植物體內(nèi)引起的上升液流，莖流變化可以反映植株蒸騰作用的強弱。通過精確測算莖流量，可以基本確定植株蒸騰失水量[7-8]。一般來說，莖流流速大，則蒸騰作用也強，植株耗水量大；莖流流速小，蒸騰作用弱，植株耗水量小。本試驗中，不同基因型小麥日莖流量是不同的，差異均達極顯著水平（圖2）。拔節(jié)期，日莖流量最大的是豫展2000，為35.08 g，與其他各品種都達到極顯著差異，最小的是陜農(nóng)150，日莖流量為15.02 g。

2.2環(huán)境因子對莖流變化的影響

研究表明，太陽輻射、空氣溫濕度、風速、土壤濕度是影響植物莖流的主要環(huán)境因子[9]。太陽輻射是植物光合作用和蒸騰作用的啟動因子，它同時直接或者間接對其他環(huán)境因子產(chǎn)生影響。

將各環(huán)境因子包括總輻射、光合有效輻射、相對濕度、風速、溫度日變化與拔節(jié)期不同基因型小麥日莖流速率進行了相關分析，結果見表1。從表1可以看出，所有品種的莖流速率日變化與環(huán)境因子均達到了極顯著相關。其中莖流速率與總輻射、光合有效輻射的相關系數(shù)大于與溫度、相對濕度、風速的相關系數(shù)；莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關，風速對莖流速率變化影響低于其他環(huán)境因子。

3討論與結論

作物蒸騰是一個復雜的生理過程[10-11]，它既受作物本身形態(tài)結構和生理狀況的制約，又受各種外界條件的影響，要準確測定是非常困難的。而莖流計可在作物自然生長狀況下適時監(jiān)測整株植物的蒸騰速率，以莖流量來表示整株的蒸騰量。在拔節(jié)期不同基因型小麥的日莖流量是不同的，日莖流量最大的是豫展2000，為35.077 g，最小的是陜農(nóng)150，為 15.022 g。根據(jù)日莖流量的差異，我們可以在黃土旱塬農(nóng)業(yè)區(qū)選擇日莖流量較小的品種進行種植。

黃土旱塬區(qū)不同基因型小麥莖流速率變化受輻射的影響最強（總輻射和光合有效輻射），與各輻射都達到極顯著相關；風速對莖流速率的影響最小。莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關。對于環(huán)境因子的影響來說，不同學者對不同地區(qū)植物的研究結果不盡相同。孫鵬森等通過對華北平原地區(qū)油松莖流變化與環(huán)境因子關系的研究指出，太陽輻射、空氣溫度、風速、土壤濕度對莖流的影響較大，而空氣相對濕度影響較小[12]；王華田等指出，輻射強度和風速是北京西山地區(qū)油松、栓皮櫟冠層蒸騰耗水的決定因素[13]。試驗結果表明地域、植被類型、環(huán)境因子對植株莖流的影響均存在差異。

參考文獻：

[1]強秦，曹衛(wèi)賢，劉文國，等. 旱地小麥不同栽培模式對土壤水分和水分生產(chǎn)效率的影響[J]. 西北植物學報，2004，24（6）：1066-1071.

[2]何斌，李衛(wèi)紅，陳永金，等. 干旱脅迫條件下胡楊莖流與莖直徑變化分析——以塔里木河下游英蘇斷面為例[J]. 干旱區(qū)地理，2007，30（2）：223-230.

[3]蔣進. 極端氣候條件下胡楊的水分狀況及其與環(huán)境的關系[J]. 干旱區(qū)研究，1991（2）：35-38.

[4]Xia G M，Kang S Z，Li F S，et al. Diurnal and seasonal variations of sap flow of Caragana korshinskii in the arid desert region of north-west China[J]. Hydrological Processes，2008，22（8）：1197-1205.

[5]劉浩，孫景生，段愛旺，等. 溫室滴灌條件下番茄植株莖流變化規(guī)律試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（10）：77-82.

[6]段愛旺. 一種可以直接測定蒸騰速率的儀器——莖流計[J]. 灌溉排水，1995，14（3）：44-47.

[7]羅中嶺. 熱量法莖流測定技術的發(fā)展及應用[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，1997，18（3）：54-59.

[8]司建華，馮起，張小由. 熱脈沖技術在確定胡楊幼樹干液流中的應用[J]. 冰川凍土，2004，26（4）：503-508.

[9]孫慧珍，周曉峰，康紹忠. 應用熱技術研究樹干液流進展[J]. 應用生態(tài)學報，2004，15（6）：1074-1078.

[10]岳廣陽，張銅會，趙哈林，等. 科爾沁沙地黃柳和小葉錦雞兒莖流及蒸騰特征[J]. 生態(tài)學報，2006，26（10）：3205-3213.

[11]Nagler P L，Glenn E P，Thompson L T. Comparison of transpiration rates among saltcedar，cottonwood and willow trees by sap flow and canopy temperature methods[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2003，116：73-89.

[12]孫鵬森，馬李一，馬履一. 油松、刺槐林潛在耗水量的預測及其與造林密度的關系[J]. 北京林業(yè)大學學報，2001，23（2）：1-6.

[13]王華田，馬履一. 利用熱擴式邊材液流探針（TDP）測定樹木整株蒸騰耗水量的研究[J]. 植物生態(tài)學報，2002，26（6）：661-667.

2.2環(huán)境因子對莖流變化的影響

研究表明，太陽輻射、空氣溫濕度、風速、土壤濕度是影響植物莖流的主要環(huán)境因子[9]。太陽輻射是植物光合作用和蒸騰作用的啟動因子，它同時直接或者間接對其他環(huán)境因子產(chǎn)生影響。

將各環(huán)境因子包括總輻射、光合有效輻射、相對濕度、風速、溫度日變化與拔節(jié)期不同基因型小麥日莖流速率進行了相關分析，結果見表1。從表1可以看出，所有品種的莖流速率日變化與環(huán)境因子均達到了極顯著相關。其中莖流速率與總輻射、光合有效輻射的相關系數(shù)大于與溫度、相對濕度、風速的相關系數(shù)；莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關，風速對莖流速率變化影響低于其他環(huán)境因子。

3討論與結論

作物蒸騰是一個復雜的生理過程[10-11]，它既受作物本身形態(tài)結構和生理狀況的制約，又受各種外界條件的影響，要準確測定是非常困難的。而莖流計可在作物自然生長狀況下適時監(jiān)測整株植物的蒸騰速率，以莖流量來表示整株的蒸騰量。在拔節(jié)期不同基因型小麥的日莖流量是不同的，日莖流量最大的是豫展2000，為35.077 g，最小的是陜農(nóng)150，為 15.022 g。根據(jù)日莖流量的差異，我們可以在黃土旱塬農(nóng)業(yè)區(qū)選擇日莖流量較小的品種進行種植。

黃土旱塬區(qū)不同基因型小麥莖流速率變化受輻射的影響最強（總輻射和光合有效輻射），與各輻射都達到極顯著相關；風速對莖流速率的影響最小。莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關。對于環(huán)境因子的影響來說，不同學者對不同地區(qū)植物的研究結果不盡相同。孫鵬森等通過對華北平原地區(qū)油松莖流變化與環(huán)境因子關系的研究指出，太陽輻射、空氣溫度、風速、土壤濕度對莖流的影響較大，而空氣相對濕度影響較小[12]；王華田等指出，輻射強度和風速是北京西山地區(qū)油松、栓皮櫟冠層蒸騰耗水的決定因素[13]。試驗結果表明地域、植被類型、環(huán)境因子對植株莖流的影響均存在差異。

參考文獻：

[1]強秦，曹衛(wèi)賢，劉文國，等. 旱地小麥不同栽培模式對土壤水分和水分生產(chǎn)效率的影響[J]. 西北植物學報，2004，24（6）：1066-1071.

[2]何斌，李衛(wèi)紅，陳永金，等. 干旱脅迫條件下胡楊莖流與莖直徑變化分析——以塔里木河下游英蘇斷面為例[J]. 干旱區(qū)地理，2007，30（2）：223-230.

[3]蔣進. 極端氣候條件下胡楊的水分狀況及其與環(huán)境的關系[J]. 干旱區(qū)研究，1991（2）：35-38.

[4]Xia G M，Kang S Z，Li F S，et al. Diurnal and seasonal variations of sap flow of Caragana korshinskii in the arid desert region of north-west China[J]. Hydrological Processes，2008，22（8）：1197-1205.

[5]劉浩，孫景生，段愛旺，等. 溫室滴灌條件下番茄植株莖流變化規(guī)律試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（10）：77-82.

[6]段愛旺. 一種可以直接測定蒸騰速率的儀器——莖流計[J]. 灌溉排水，1995，14（3）：44-47.

[7]羅中嶺. 熱量法莖流測定技術的發(fā)展及應用[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，1997，18（3）：54-59.

[8]司建華，馮起，張小由. 熱脈沖技術在確定胡楊幼樹干液流中的應用[J]. 冰川凍土，2004，26（4）：503-508.

[9]孫慧珍，周曉峰，康紹忠. 應用熱技術研究樹干液流進展[J]. 應用生態(tài)學報，2004，15（6）：1074-1078.

[10]岳廣陽，張銅會，趙哈林，等. 科爾沁沙地黃柳和小葉錦雞兒莖流及蒸騰特征[J]. 生態(tài)學報，2006，26（10）：3205-3213.

[11]Nagler P L，Glenn E P，Thompson L T. Comparison of transpiration rates among saltcedar，cottonwood and willow trees by sap flow and canopy temperature methods[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2003，116：73-89.

[12]孫鵬森，馬李一，馬履一. 油松、刺槐林潛在耗水量的預測及其與造林密度的關系[J]. 北京林業(yè)大學學報，2001，23（2）：1-6.

[13]王華田，馬履一. 利用熱擴式邊材液流探針（TDP）測定樹木整株蒸騰耗水量的研究[J]. 植物生態(tài)學報，2002，26（6）：661-667.

2.2環(huán)境因子對莖流變化的影響

研究表明，太陽輻射、空氣溫濕度、風速、土壤濕度是影響植物莖流的主要環(huán)境因子[9]。太陽輻射是植物光合作用和蒸騰作用的啟動因子，它同時直接或者間接對其他環(huán)境因子產(chǎn)生影響。

將各環(huán)境因子包括總輻射、光合有效輻射、相對濕度、風速、溫度日變化與拔節(jié)期不同基因型小麥日莖流速率進行了相關分析，結果見表1。從表1可以看出，所有品種的莖流速率日變化與環(huán)境因子均達到了極顯著相關。其中莖流速率與總輻射、光合有效輻射的相關系數(shù)大于與溫度、相對濕度、風速的相關系數(shù)；莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關，風速對莖流速率變化影響低于其他環(huán)境因子。

3討論與結論

作物蒸騰是一個復雜的生理過程[10-11]，它既受作物本身形態(tài)結構和生理狀況的制約，又受各種外界條件的影響，要準確測定是非常困難的。而莖流計可在作物自然生長狀況下適時監(jiān)測整株植物的蒸騰速率，以莖流量來表示整株的蒸騰量。在拔節(jié)期不同基因型小麥的日莖流量是不同的，日莖流量最大的是豫展2000，為35.077 g，最小的是陜農(nóng)150，為 15.022 g。根據(jù)日莖流量的差異，我們可以在黃土旱塬農(nóng)業(yè)區(qū)選擇日莖流量較小的品種進行種植。

黃土旱塬區(qū)不同基因型小麥莖流速率變化受輻射的影響最強（總輻射和光合有效輻射），與各輻射都達到極顯著相關；風速對莖流速率的影響最小。莖流速率與相對濕度呈顯著負相關，與其他環(huán)境因子呈顯著正相關。對于環(huán)境因子的影響來說，不同學者對不同地區(qū)植物的研究結果不盡相同。孫鵬森等通過對華北平原地區(qū)油松莖流變化與環(huán)境因子關系的研究指出，太陽輻射、空氣溫度、風速、土壤濕度對莖流的影響較大，而空氣相對濕度影響較小[12]；王華田等指出，輻射強度和風速是北京西山地區(qū)油松、栓皮櫟冠層蒸騰耗水的決定因素[13]。試驗結果表明地域、植被類型、環(huán)境因子對植株莖流的影響均存在差異。

參考文獻：

[1]強秦，曹衛(wèi)賢，劉文國，等. 旱地小麥不同栽培模式對土壤水分和水分生產(chǎn)效率的影響[J]. 西北植物學報，2004，24（6）：1066-1071.

[2]何斌，李衛(wèi)紅，陳永金，等. 干旱脅迫條件下胡楊莖流與莖直徑變化分析——以塔里木河下游英蘇斷面為例[J]. 干旱區(qū)地理，2007，30（2）：223-230.

[3]蔣進. 極端氣候條件下胡楊的水分狀況及其與環(huán)境的關系[J]. 干旱區(qū)研究，1991（2）：35-38.

[4]Xia G M，Kang S Z，Li F S，et al. Diurnal and seasonal variations of sap flow of Caragana korshinskii in the arid desert region of north-west China[J]. Hydrological Processes，2008，22（8）：1197-1205.

[5]劉浩，孫景生，段愛旺，等. 溫室滴灌條件下番茄植株莖流變化規(guī)律試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（10）：77-82.

[6]段愛旺. 一種可以直接測定蒸騰速率的儀器——莖流計[J]. 灌溉排水，1995，14（3）：44-47.

[7]羅中嶺. 熱量法莖流測定技術的發(fā)展及應用[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，1997，18（3）：54-59.

[8]司建華，馮起，張小由. 熱脈沖技術在確定胡楊幼樹干液流中的應用[J]. 冰川凍土，2004，26（4）：503-508.

[9]孫慧珍，周曉峰，康紹忠. 應用熱技術研究樹干液流進展[J]. 應用生態(tài)學報，2004，15（6）：1074-1078.

[10]岳廣陽，張銅會，趙哈林，等. 科爾沁沙地黃柳和小葉錦雞兒莖流及蒸騰特征[J]. 生態(tài)學報，2006，26（10）：3205-3213.

[11]Nagler P L，Glenn E P，Thompson L T. Comparison of transpiration rates among saltcedar，cottonwood and willow trees by sap flow and canopy temperature methods[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2003，116：73-89.

[12]孫鵬森，馬李一，馬履一. 油松、刺槐林潛在耗水量的預測及其與造林密度的關系[J]. 北京林業(yè)大學學報，2001，23（2）：1-6.

[13]王華田，馬履一. 利用熱擴式邊材液流探針（TDP）測定樹木整株蒸騰耗水量的研究[J]. 植物生態(tài)學報，2002，26（6）：661-667.