水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

摘要

冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的能力以及辐射利用效率(Radiation use efficiency,RUE)的大小.目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程.为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响,本研究开展了2个生长季(2015-2016年和2016-2017年)的冬小麦田间试验.试验设置返青+拔节受旱(Early stress,ES),抽穗+灌浆受旱(Later stress,LS)以及全生育期不灌水(Whole stress,WS)3个不同处理,另外设置充分灌水处理作为对照(CK),灌水定额为80 mm.冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得.结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态.在受旱条件下,ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31％、15％和58％.受叶面积指数影响,CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90％、88％、79％和42％,WS处理显著低于其他3个处理,同时,各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数,其中ES处理的消光系数低于LS处理.CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1 532、1 410、1 403、537 g/m2.冬小麦的作物生长速率(Crop growth rate,CGR)呈现出和地上部生物量相似的规律,二者之间具有良好的相关性(R2 =0.99).冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE,本研究中CK处理的RUE为3.55 g/MJ,ES和LS处理的RUE要比CK处理低22％和5％,而WS处理仅比CK处理低22％.冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势,在开花期达到峰值.营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大,全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制,有待于进一步研究.本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数,可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度,降低模拟结果的不确定性.