氣象因子對(duì)黃土高原間套作豌豆和春小麥葉片水勢(shì)的影響

王彩斌，王克鵬，王彥武

(1.甘肅省白銀市農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心， 甘肅 白銀 730900； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

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氣象因子對(duì)黃土高原間套作豌豆和春小麥葉片水勢(shì)的影響

王彩斌1，王克鵬2，王彥武2

(1.甘肅省白銀市農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心， 甘肅 白銀 730900； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院會(huì)寧農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，對(duì)春小麥和豌豆間套作模式下，不同氣象因子對(duì)春小麥和豌豆葉水勢(shì)的影響進(jìn)行了田間對(duì)比觀測(cè)。結(jié)果表明：在半干旱地區(qū)，春小麥和豌豆的葉水勢(shì)與氣象因子的關(guān)系在不同生育期的表達(dá)式不同，與大氣溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，與太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度、大氣水勢(shì)均呈二次方程模型，與綜合氣象因子也呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。不同氣象因子對(duì)作物葉水勢(shì)影響的通徑分析表明，影響春小麥葉水勢(shì)日變化作用最強(qiáng)的氣象因子是大氣水勢(shì)，其次是大氣相對(duì)濕度、大氣溫度和太陽(yáng)輻射。大氣相對(duì)濕度、大氣溫度和太陽(yáng)輻射對(duì)春小麥葉水勢(shì)日變化的直接影響小于它們通過(guò)大氣水勢(shì)的間接影響。對(duì)豌豆葉水勢(shì)日變化直接影響最大的氣象因子是大氣溫度，其次是大氣水勢(shì)、太陽(yáng)輻射和大氣相對(duì)濕度。大氣水勢(shì)、太陽(yáng)輻射和大氣相對(duì)濕度的直接通徑系數(shù)均小于各自通過(guò)大氣溫度的間接通徑系數(shù)，這三者對(duì)豌豆葉水勢(shì)日變化的直接影響小于它們通過(guò)大氣溫度的間接影響。

半干旱地區(qū)；氣象因子；葉水勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞間套作種植模式，尤其是對(duì)豆科作物與禾本科作物的間套作種植模式進(jìn)行了深入的研究，對(duì)間套作種植條件下，作物對(duì)光、熱資源的競(jìng)爭(zhēng)補(bǔ)償，對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收、利用及轉(zhuǎn)移進(jìn)行了大量研究，為間套作種植模式的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[1]。劉素慧和馬海燕等人研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期連作種植會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤酶活性，造成農(nóng)田土壤的微生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重失衡[2-3]。張鳳云等人的研究表明，間套作能夠促進(jìn)植物根系對(duì)農(nóng)田水分的充分利用，有利于增加根層土壤的貯水量,在不增加農(nóng)田灌溉水的同時(shí)大幅度提高單位面積產(chǎn)量，促進(jìn)作物水分利用效率明顯提高[4]。蘇本營(yíng)等人的研究發(fā)現(xiàn)，合理的間套作能夠充分利用有限資源,提升單位面積物質(zhì)產(chǎn)出,同時(shí)還具有多重其他生態(tài)效益,是一種基于生物多樣性的可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展范式[5]。安瞳昕等人的研究表明，甜玉米與不同蔬菜間套作的總產(chǎn)量和總產(chǎn)值均高于蔬菜單作, 有利于提高農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益[6]。李隆等人的研究表明，利用間套作農(nóng)業(yè)生態(tài)工程種植技術(shù)可以充分挖掘土壤累積態(tài)磷素，減少農(nóng)田磷肥投入，對(duì)于維持磷素資源和土壤肥力的可持續(xù)性，防控農(nóng)田面源污染，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。實(shí)行間套作可以充分利用光能、土地面積、作物間的競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)關(guān)系，豌豆和春小麥帶狀套作模式已成為西北干旱地區(qū)作物種植的主要方式之一[8]。葉水勢(shì)是影響作物許多生理過(guò)程的重要因素[9]，它的高低隨環(huán)境因素的變化而變化，并與產(chǎn)量密切相關(guān)[10]，是反映作物體內(nèi)水分虧缺最靈敏的生理指標(biāo)[11]。干旱地區(qū)土壤水分含量少，植物始終處于水分逆境中，因此植物水勢(shì)的變化可以反映植物適應(yīng)干旱環(huán)境的能力[12]，分析葉水勢(shì)與環(huán)境因素的關(guān)系對(duì)于建立環(huán)境因子與作物生理指標(biāo)的定量關(guān)系，模擬葉水勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化具有重要的作用[13]。目前有關(guān)植物葉水勢(shì)的研究，主要集中在不同灌水措施和施肥處理對(duì)植物葉水勢(shì)的影響方面，干旱地區(qū)氣象因子對(duì)作物葉水勢(shì)的影響研究較少[14-15]。為此，本試驗(yàn)在田間條件下研究了中國(guó)西北半干旱區(qū)豌豆和春小麥套作種植條件下，不同氣象因子對(duì)作物葉水勢(shì)的影響，旨在為黃土高原半干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1自然概況

試驗(yàn)于2014年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院會(huì)寧農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。該區(qū)屬于黃土高原半干旱區(qū)，平均海拔2 025 m，日照時(shí)數(shù)2 476.6 h，年均氣溫9.71℃，≥0℃積溫3 018.6℃，≥10℃積溫2 639.1℃，無(wú)霜期161 d。年平均降水量340.0 mm，年蒸發(fā)量1 800 mm，干燥度2.68，為西北半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。該區(qū)土壤類(lèi)型為黃綿土，土層深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好。0～200 cm土壤平均容重為1.28 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)11.56 g·kg-1，全氮0.71 g·kg-1，全磷1.58 g·kg-1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)耕作模式，設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m×20 m，隨機(jī)排列。供試作物為春小麥和豌豆，其中春小麥品種為“甘春24號(hào)”，播種量270 kg·hm-2，豌豆品種為“隴豌1號(hào)”，該品種屬早熟半無(wú)葉型豌豆，生育期85～90 d。株高55～65 cm，半矮莖，直立生長(zhǎng)，株蔓粗壯；有限結(jié)莢習(xí)性，雙莢率達(dá)75%以上，莢長(zhǎng)7.0 cm，莢寬1.2 cm，不易裂莢；每莢5～7粒，播種量260 kg·hm-2。小麥各試驗(yàn)區(qū)每年播前基施農(nóng)家肥45 000 kg·hm-2，施N 100 kg·hm-2，P2O5100 kg·hm-2(尿素+二銨)；豌豆各試驗(yàn)區(qū)每年播前基施農(nóng)家肥35 000 kg·hm-2，N15 kg·hm-2，P2O5100 kg·hm-2(二銨+過(guò)磷酸鈣)，所有肥料都作為基肥在播種時(shí)同時(shí)施入。春小麥于2014年3月15日播種，8月10日收獲；豌豆于2014年4月1日播種，8月1日收獲。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用PMS壓力室水勢(shì)儀(Plant Moisture Stress, Corvallis, Oregon, USA)測(cè)定作物葉水勢(shì)。在作物各生育期選擇一個(gè)晴朗天氣進(jìn)行觀測(cè)，從6:00～18:00每隔2 h測(cè)定1次，其中小麥抽穗前測(cè)定部位為從上往下第二片葉子，抽穗后(包括抽穗期)為旗葉[16]；豌豆取上部完全展開(kāi)葉片，每次在各小區(qū)隨機(jī)抽取3～4個(gè)葉片，取均值代表該小區(qū)的葉水勢(shì)[17]。在測(cè)定春小麥和豌豆開(kāi)花期葉水勢(shì)的同時(shí)，對(duì)相應(yīng)時(shí)刻的氣象因子進(jìn)行測(cè)定，用Decagon Devices， Inc(Pullman，Washington，USA)生產(chǎn)的Millivolt Input Data Logger TGPR-1001測(cè)定太陽(yáng)輻射。

大氣相對(duì)濕度采用干濕溫度計(jì)在作物群體中上部(群體高度2/3處)測(cè)定；大氣溫度采用干濕溫度計(jì)在作物群體以上50 cm處測(cè)定[18]；大氣水勢(shì)可由水勢(shì)的定義式用大氣相對(duì)濕度計(jì)算[19]：

ψa=(RT/VW)ln(RH)=4.6248×105Tln(RH)式中:ψa為大氣水勢(shì)(Pa)；R為氣體常數(shù)；T為空氣絕對(duì)溫度；VW為水的偏摩爾體積；RH為大氣相對(duì)濕度。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel繪制圖表，采用spss軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)、相關(guān)分析、回歸分析以及通徑分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同生育期春小麥和豌豆葉水勢(shì)日變化

春小麥和豌豆的葉水勢(shì)在不同生育期的日變化趨勢(shì)大致相同(圖1，圖2)，均為清晨6∶00最高，然后隨著時(shí)間的推移而下降，大約在12∶00—14∶00左右降到最低，持續(xù)一段低谷期后逐漸回升，但是18∶00時(shí)的葉水勢(shì)值均未恢復(fù)到早晨的水平。因?yàn)榍宄抗庹杖酰瑲鉁氐?，空氣濕度大，蒸騰耗水少，因而作物的葉水勢(shì)較高。隨著光照增強(qiáng)，氣溫升高，蒸騰作用增強(qiáng)，空氣濕度下降，光合能力不斷加強(qiáng)，生理耗水增加造成植物體含水量下降，但植物需水量在增加，葉水勢(shì)呈下降趨勢(shì)。在正午過(guò)后隨光照強(qiáng)度的減弱，氣溫降低，蒸騰速率減小，葉水勢(shì)開(kāi)始回升。

圖1春小麥葉水勢(shì)在不同生育期的日變化

Fig.1Daily dynamics in leaf water potential of spring wheat at different growth stages

圖2豌豆葉水勢(shì)在不同生育期的日變化

Fig.2Daily dynamics in leaf water potential of field pea at different growth stages under tillage practices

2.2葉水勢(shì)與大氣溫度的關(guān)系

2.2.1不同生育期大氣溫度變化由圖3可以看出，春小麥和豌豆在不同生育期，大氣溫度的日變化趨勢(shì)相似，整個(gè)生育期內(nèi)白天的最高氣溫出現(xiàn)在14∶00—16∶00。春小麥拔節(jié)和抽穗期的氣溫在14∶00達(dá)到最大值，開(kāi)花和灌漿期氣溫在16∶00達(dá)到最大值，并且開(kāi)花和灌漿期的氣溫明顯高于拔節(jié)和抽穗期。豌豆氣溫日變化大小排序?yàn)榻Y(jié)莢鼓粒期>開(kāi)花期>現(xiàn)蕾期，最高氣溫出現(xiàn)在14∶00—16∶00。

2.2.2大氣溫度對(duì)春小麥和豌豆葉水勢(shì)的影響根據(jù)春小麥和豌豆不同生育期內(nèi)各試驗(yàn)區(qū)作物葉水勢(shì)(ΨL，MPa)日變化與對(duì)應(yīng)時(shí)間測(cè)定的氣溫(Ta，℃)日變化數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析(表1)，結(jié)果表明，各試驗(yàn)區(qū)春小麥和豌豆不同生育期的葉水勢(shì)與大氣溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，并且極顯著的負(fù)相關(guān)。

2.3葉水勢(shì)與太陽(yáng)輻射的關(guān)系

太陽(yáng)輻射既是一個(gè)重要的氣象因子，同時(shí)又對(duì)其它氣象因子的變化產(chǎn)生較大的影響[20]。

2.3.1不同生育期大氣溫度變化從圖4可以看出，春小麥和豌豆在不同生育期，晴天太陽(yáng)輻射日變化趨勢(shì)呈現(xiàn)拋物狀分布，在整個(gè)生育期內(nèi)最大值出現(xiàn)在12∶00—14∶00，除春小麥拔節(jié)期外，在春小麥抽穗期、開(kāi)花期和灌漿期，豌豆現(xiàn)蕾期、開(kāi)花期和結(jié)莢鼓粒期的太陽(yáng)輻射在絕大部分時(shí)刻都較為相近。春小麥拔節(jié)期太陽(yáng)輻射明顯比其它生育期低。

圖3　春小麥和豌豆不同生育期大氣溫度的日變化

圖4春小麥和豌豆不同生育期太陽(yáng)輻射的日變化

Fig.4Daily dynamics of solar radiation of spring wheat and field pea

2.3.2太陽(yáng)輻射對(duì)春小麥和豌豆葉水勢(shì)的影響對(duì)各試驗(yàn)區(qū)，春小麥和豌豆不同生育期的作物葉水勢(shì)(ΨL，MPa)日變化與對(duì)應(yīng)時(shí)間測(cè)定的太陽(yáng)輻射(R，W·m-2)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析(表2)，結(jié)果表明，春小麥和豌豆葉水勢(shì)與太陽(yáng)輻射形成一定程度的二次方程關(guān)系，葉水勢(shì)的變化相對(duì)于太陽(yáng)輻射的變化有滯后作用。在各試驗(yàn)區(qū)，春小麥拔節(jié)期和開(kāi)花期，葉水勢(shì)與太陽(yáng)輻射極顯著相關(guān)；豌豆現(xiàn)蕾期和開(kāi)花期，葉水勢(shì)與太陽(yáng)輻射顯著相關(guān)，結(jié)莢鼓粒期的葉水勢(shì)與太陽(yáng)輻射極顯著相關(guān)。

2.4葉水勢(shì)與大氣相對(duì)濕度的關(guān)系

2.4.1不同生育期大氣相對(duì)濕度變化從圖5可以看出，春小麥不同生育期大氣相對(duì)濕度的日變化與氣溫的變化正好相反。在春小麥整個(gè)生育期內(nèi)大氣相對(duì)濕度的最低值出現(xiàn)在14∶00—16∶00；拔節(jié)期和抽穗期相對(duì)濕度在14∶00達(dá)到最低值；開(kāi)花和灌漿期在16∶00達(dá)到最低值。各試驗(yàn)區(qū)不同生育期，大氣相對(duì)濕度的最低值大小依次為：抽穗期大氣相對(duì)濕度最高，其次是拔節(jié)和開(kāi)花期，灌漿期最低。

表2　不同耕作措施下作物葉水勢(shì)(MPa)與太陽(yáng)輻射(W·m-2)的關(guān)系

圖5春小麥不同生育期大氣相對(duì)濕度的日變化

Fig.5Daily dynamics of air relative humidity of spring wheat

圖6為豌豆不同生育期大氣相對(duì)濕度的日變化。在所有試驗(yàn)區(qū)，豌豆不同生育期大氣相對(duì)濕度的最低值出現(xiàn)在14∶00—16∶00，現(xiàn)蕾和結(jié)莢鼓粒期相對(duì)濕度在14∶00達(dá)到最低值，而開(kāi)花期在16∶00達(dá)到最低值。不同生育期各試驗(yàn)區(qū)相對(duì)濕度的最低值大小排序?yàn)榻Y(jié)莢鼓粒期>開(kāi)花期>現(xiàn)蕾期。

圖6豌豆不同生育期大氣相對(duì)濕度的日變化

Fig.6Daily dynamics of air relative humidity of field pea

2.4.2大氣相對(duì)濕度對(duì)春小麥和豌豆葉水勢(shì)的影響對(duì)試驗(yàn)區(qū)，春小麥和豌豆不同生育期的作物葉水勢(shì)(ΨL，MPa)和相應(yīng)時(shí)間測(cè)定的作物群體內(nèi)大氣相對(duì)濕度(RHa，%)進(jìn)行回歸分析(表3)，結(jié)果表明，在黃土高原傳統(tǒng)耕作方式下，豌豆現(xiàn)蕾期的葉水勢(shì)與大氣相對(duì)濕度相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平。在其他生育時(shí)期，春小麥和豌豆的葉水勢(shì)與大氣相對(duì)濕度均顯著相關(guān)，并且在春小麥開(kāi)花、灌漿期和豌豆開(kāi)花期，作物葉水勢(shì)與大氣相對(duì)濕度極顯著相關(guān)。

2.5葉水勢(shì)與大氣水勢(shì)的關(guān)系

2.5.1不同生育期大氣水勢(shì)變化從圖7可見(jiàn)，在春小麥整個(gè)生育期內(nèi)大氣水勢(shì)的最低值出現(xiàn)在14∶00—16∶00，拔節(jié)和抽穗期相對(duì)濕度在14∶00達(dá)到最低值，而開(kāi)花和灌漿期在16∶00達(dá)到最低值。不同生育期各試驗(yàn)區(qū)大氣水勢(shì)的最低值大小排序?yàn)椋撼樗肫?拔節(jié)期>開(kāi)花期>灌漿期。

從圖8可以看出，豌豆不同生育期內(nèi)大氣水勢(shì)的最低值同樣出現(xiàn)在14∶00—16∶00，現(xiàn)蕾和結(jié)莢鼓粒期大氣水勢(shì)在14∶00達(dá)到最低值，開(kāi)花期在16∶00達(dá)到最低值，不同生育期各試驗(yàn)區(qū)的大氣水勢(shì)最低值在結(jié)莢鼓粒期最高，開(kāi)花期次之，現(xiàn)蕾期最低。另外，因豌豆生長(zhǎng)前期降雨量少，豌豆長(zhǎng)勢(shì)差，有較多的裸露地面，群體大氣水勢(shì)較低，而在結(jié)莢鼓粒期之前降雨較多，使得豌豆長(zhǎng)勢(shì)較好，密度增大，群體大氣水勢(shì)較高。

表3　不同耕作措施下作物葉水勢(shì)(MPa)與相對(duì)濕度(%)的關(guān)系

圖7　春小麥不同生育期大氣水勢(shì)的日變化

圖8豌豆不同生育期大氣水勢(shì)的日變化

Fig.8Daily dynamics of air water potential of field pea

2.5.2大氣水勢(shì)對(duì)春小麥和豌豆葉水勢(shì)的影響表4結(jié)果表明，春小麥和豌豆各試驗(yàn)區(qū)的葉水勢(shì)與大氣水勢(shì)之間呈二次方程關(guān)系，在春小麥開(kāi)花、灌漿期和豌豆開(kāi)花結(jié)莢鼓粒期，各試驗(yàn)區(qū)的葉水勢(shì)均與大氣水勢(shì)顯著相關(guān)，大氣水勢(shì)也是影響作物葉水勢(shì)的主要因素之一。

2.6葉水勢(shì)與不同氣象因子之間的綜合關(guān)系及通徑分析

氣象因子是影響植物葉水勢(shì)日變化規(guī)律的重要因素。植物葉水勢(shì)在一天的變化中呈現(xiàn)先減小后增大的總體趨勢(shì)，這種變化規(guī)律與大氣溫度、太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度和大氣水勢(shì)的日變化密切相關(guān)。運(yùn)用多元線(xiàn)性逐步回歸分析方法，重點(diǎn)分析不同生育期，春小麥和豌豆葉水勢(shì)與大氣溫度(Ta)、太陽(yáng)輻射(R)、大氣相對(duì)濕度(RHa)和大氣水勢(shì)(Ψa)4個(gè)氣象因子之間的回歸關(guān)系，回歸關(guān)系見(jiàn)表5所示。

從表5，春小麥與大氣溫度(Ta)、太陽(yáng)輻射(R)、大氣相對(duì)濕度(RHa)和大氣水勢(shì)(Ψa)4個(gè)氣象因子之間的回歸關(guān)系可以看出，春小麥拔節(jié)期太陽(yáng)輻射對(duì)葉水勢(shì)沒(méi)有顯著效應(yīng)；開(kāi)花期大氣相對(duì)濕度對(duì)試驗(yàn)區(qū)的葉水勢(shì)沒(méi)有顯著效應(yīng)。在春小麥其他各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期，葉水勢(shì)均與4個(gè)氣象因子顯著相關(guān)。豌豆葉水勢(shì)與大氣溫度(Ta)、太陽(yáng)輻射(R)、大氣相對(duì)濕度(RHa)和大氣水勢(shì)(Ψa)4個(gè)氣象因子之間的回歸關(guān)系可以看出，除豌豆現(xiàn)蕾期，大氣水勢(shì)對(duì)試驗(yàn)區(qū)的豌豆葉水勢(shì)沒(méi)有顯著影響外，其余生長(zhǎng)時(shí)期，豌豆葉水勢(shì)與4個(gè)氣象因子均顯著相關(guān)。表明大氣溫度、太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度和大氣水勢(shì)是該地區(qū)作物葉水勢(shì)日變化的主要影響因子。

表4　不同耕作措施下作物葉水勢(shì)(MPa)與大氣水勢(shì)(MPa)的關(guān)系

表5　不同耕作措施下作物葉水勢(shì)(MPa)與氣象因子的回歸關(guān)系

為了探討氣象因子對(duì)作物葉水勢(shì)影響的綜合效應(yīng)，對(duì)春小麥和豌豆不同生育期各試驗(yàn)區(qū)，各時(shí)間點(diǎn)測(cè)定的平均葉水勢(shì)與對(duì)應(yīng)時(shí)間測(cè)定的氣象因子進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析。

春小麥不同生育期內(nèi)葉水勢(shì)與氣象因子的回歸方程為：

ΨL=-0.08156Ta-0.0004R+0.04138RHa-0.0167Ψa-2.9865，F(xiàn)檢驗(yàn)表明，此回歸模型可信度達(dá)到97.01%(R2=94.06，P<0.01)，說(shuō)明春小麥葉水勢(shì)日變化的變異平方和有94.06%是由氣象因子的日變化造成的。變量與自變量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明它們與葉水勢(shì)之間的回歸關(guān)系真實(shí)可靠，是影響春小麥葉水勢(shì)的主要影響因子。

豌豆不同生育期內(nèi)葉水勢(shì)與氣象因子的回歸方程為：

ΨL=-0.0653Ta-0.0003R+0.0019RHa-0.0065Ψa-0.0081，F(xiàn)檢驗(yàn)表明，此回歸模型可信度達(dá)到98.15%(R2=95.85，P<0.01)，說(shuō)明豌豆葉水勢(shì)日變化的變異平方和有95.85%是由氣象因子的日變化造成的。變量與自變量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明它們與葉水勢(shì)之間的回歸關(guān)系真實(shí)可靠，是影響豌豆葉水勢(shì)的主要影響因子。

采用通徑分析能有效而直觀地表示相關(guān)變量對(duì)結(jié)果的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)[21]。4個(gè)氣象因子對(duì)作物葉水勢(shì)影響的通徑分析表明(表6)，大氣水勢(shì)是影響春小麥葉水勢(shì)日變化作用最大的氣象因子，其直接通徑系數(shù)(-1.3021)最大，其次是大氣相對(duì)濕度、大氣溫度和太陽(yáng)輻射。大氣相對(duì)濕度、大氣溫度和太陽(yáng)輻射的直接通徑系數(shù)均小于各自通過(guò)大氣水勢(shì)的間接通徑系數(shù)，表明這三者對(duì)春小麥葉水勢(shì)日變化的直接影響小于它們通過(guò)大氣水勢(shì)的間接影響。由此可見(jiàn)，大氣水勢(shì)在春小麥葉水勢(shì)日變化中起主要作用，雖然大氣溫度與春小麥葉水勢(shì)極顯著相關(guān)，但通徑分析結(jié)果表明，大氣溫度的直接通徑系數(shù)(-0.8395)較小，說(shuō)明其對(duì)葉水勢(shì)影響的直接作用較小，不是葉水勢(shì)日變化的主要原因，而是引起大氣水勢(shì)變化的主要因素。

表6　不同耕作措施下作物葉水勢(shì)與氣象因子的通徑系數(shù)

同樣由表6可以看出，對(duì)豌豆葉水勢(shì)日變化直接影響最大的氣象因子是大氣溫度，其直接通徑系數(shù)(-1.1570)最大，其次是大氣水勢(shì)、太陽(yáng)輻射和大氣相對(duì)濕度。大氣水勢(shì)、太陽(yáng)輻射和大氣相對(duì)濕度的直接通徑系數(shù)均小于各自通過(guò)大氣溫度的間接通徑系數(shù)，表明這三者對(duì)豌豆葉水勢(shì)日變化的直接影響小于它們通過(guò)大氣溫度的間接影響，由此可見(jiàn)，大氣溫度在豌豆葉水勢(shì)日變化中起主要作用。

3　討　論

葉水勢(shì)的日變化是植物蒸騰作用消耗水分的速率和根系的水分供應(yīng)能力之間的差異造成的，氣象因子會(huì)通過(guò)影響植物的蒸騰作用而影響植物水勢(shì)的變化[22]。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，它們首先通過(guò)保持水分吸收和減少水喪失來(lái)維持體內(nèi)的水分平衡[22-23]。在土壤-植物-大氣連續(xù)體中,作為中間環(huán)節(jié)的植物,其水勢(shì)無(wú)疑受土壤和大氣的雙重影響,因此從土壤和大氣兩方面著手,分析環(huán)境因素對(duì)植物水勢(shì)的影響,可以了解植物適應(yīng)環(huán)境的生理變化特征。本試驗(yàn)的研究結(jié)果表明,植物葉水勢(shì)與大氣溫度、太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度及大氣水勢(shì)具有顯著的相關(guān)關(guān)系,這與胡守忠等[24]的研究結(jié)果一致，葉水勢(shì)日變化的主要?dú)庀笠蜃右蜃魑锊煌兴町?。一般?lái)說(shuō)，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，它們首先通過(guò)保持水分吸收和減少水喪失來(lái)維持體內(nèi)的水分平衡[22]，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)和細(xì)胞壁的彈性變化來(lái)保持一定的膨壓，以提供植物在干旱條件下繼續(xù)生長(zhǎng)的物質(zhì)力量[25]。由于植物的生態(tài)生理學(xué)特性不僅受到植物本身遺傳因素的控制[26]，也受到外界自然環(huán)境條件的影響[27]，而且在植物的發(fā)育階段或生長(zhǎng)季節(jié)里，其表現(xiàn)出來(lái)的水分生理特性也不盡相同[28]。本文雖然建立了春小麥和豌豆葉水勢(shì)與氣象因子的關(guān)系，但是在旱作情況下，葉水勢(shì)與測(cè)定時(shí)的土壤水分條件關(guān)系很大，所得結(jié)果只能是反映實(shí)驗(yàn)?zāi)攴萏囟l件下的一個(gè)變化規(guī)律，又由于作物葉片水勢(shì)的變化受包括作物本身調(diào)節(jié)作用在內(nèi)的多種因素的影響，因此，要全面、正確地認(rèn)識(shí)植物的水分生理、生態(tài)生理學(xué)特性及機(jī)理還需要做大量的工作。

4　結(jié)　論

1) 在半干旱地區(qū)，春小麥和豌豆的葉水勢(shì)與大氣溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，與太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度、大氣水勢(shì)均呈二次方程模型，與綜合氣象因子也呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。

2) 春小麥和豌豆的葉水勢(shì)與大氣溫度、太陽(yáng)輻射、大氣相對(duì)濕度、大氣水勢(shì)均有顯著的相關(guān)關(guān)系。影響春小麥和豌豆葉水勢(shì)日變化最強(qiáng)的氣象因子分別是大氣水勢(shì)和大氣溫度。

3) 大氣水勢(shì)、太陽(yáng)輻射和大氣相對(duì)濕度對(duì)豌豆葉水勢(shì)日變化的直接影響小于它們通過(guò)大氣溫度的間接影響。

4) 春小麥和豌豆在不同生育期葉水勢(shì)的日變化趨勢(shì)大致相同，均為清晨6∶00最高，大約在12∶00—14∶00之間達(dá)到最低，隨后逐漸回升，在18∶00左右，葉水勢(shì)值約恢復(fù)到早晨9∶00的水平。

[1]Peng X B, Zhang Y Y, Cai J, et al. Photosynthesis, growth and yield of soybean and maize in a tree-based agro forestry intercropping system on the Loess Plateau[J]. Agro forestry Systems，2009,76:569-577.

[2]劉素慧，劉世琦，張自坤.大蒜連作對(duì)其根際土壤微生物和酶活性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(5):1000-1006.

[3]馬海燕，徐瑾，鄭成秋，等.非洲菊連作對(duì)土壤理化性狀的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,44(8):3733-3742.

[4]張鳳云，吳普特，趙西寧，等.間套作提高農(nóng)田水分利用效率的節(jié)水機(jī)理[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(5):1400-1406.

[5]蘇本營(yíng)，陳圣賓，李永庚，等．間套作種植提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2013,33(14):4505-4514．

[6]安瞳昕，吳伯志，代平，等.甜玉米蔬菜間套復(fù)種模式產(chǎn)值效益研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014,32(1):42-47.

[7]夏海勇，李隆，張正.間套作體系土壤磷素吸收優(yōu)勢(shì)和機(jī)理研究進(jìn)展[J].中國(guó)土壤與肥料，2015,10(1):1-6.

[8]張潔瑩，寧堂原，馮宇鵬，等.套作糯玉米對(duì)連作菜地土壤特性及產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,46(10):1994-2003.

[9]Jongdee B, Fukai S, Cooper M. Leaf water potential and osmotic adjustment as physiological traits to improve drought tolerance in rice[J]. Field Crops Research, 2002,76:153-163.

[10]高鷺，胡春勝，陳素英.噴灌條件下不同灌水處理冬小麥的葉水勢(shì)特征[J].土壤,2005,37(4):410-414.

[11]Dominik Kopec， Dorota Michalska-Hejduk， Ewa Krogulec. The relationship between vegetation and groundwater levels as an indicator of spontaneous wetland restoration[J]. Ecological Engineering，2013,57:242-251.

[12]Rimes D W， Yamada H， Hughes S W. Climate-normalized cotton leaf water potentials for irrigation scheduling[J]. Agricultural Water Management, 1987,12:293-304.

[13]Mahmoud Raeini-Sarjaz， Vida Chalavi. Pulvinus activity， leaf movement and leaf water-use efficiency of bush bean (Phaseplus vulgaris L.) in a hot environment[J]. International Journal of Biometeorology, 2008,52(8):815-822.

[14]佟長(zhǎng)福,郭克貞,史海濱,等.薛鑄環(huán)境因素對(duì)紫花苜蓿葉水勢(shì)與蒸騰速率影響的初步研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(12)：152-155.

[15]張鳴,張仁陟,蔡立群.不同耕作措施下春小麥和豌豆葉水勢(shì)變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008,19(7):1467-1474.

[16]Wen-Yuan Kao, Bai-Ling Lin. Phototropic leaf movements and photosynthetic performance in an amphibious fern, Marsilea quadrifolia[J]. Journal of Plant Research, 2010,123(5):645-653.

[17]Santos M G, Ribeiro R V, Machado E C, et al. Photosynthetic parameters and leaf water potential of five common bean genotypes under mild water deficit[J]. Biologia Plantarum, 2009,53(2):229-236.

[18]Hatem Zgallal, Kathy Steppe. Effects of Different levels of water stress on leaf water potential, Stomatal Resistance, protein and chlorophyll content and certain anti-oxidative enzymes in tomato plants[J]. Journal of integrative plant biology, 2006,48(6):679-685.

[19]康紹忠，劉曉明，熊運(yùn)章.土壤—植物—大氣連續(xù)體水分傳輸理論及其應(yīng)用[M].北京:水利電力出版社，1994:53.

[20]曲佳，須暉，王蕊，等.日光溫室番茄群體太陽(yáng)總輻射量的分布規(guī)律及其與光合作用的關(guān)系李天來(lái)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,39(6):178-184.

[21]Wullschleger S D, Dixon M A, Oosterhuis D M. Field measurement of leaf water potential with a temperature-corrected in situ thermocouple psychomotor[J]. Plant Cell and Environment， 2006,11(3):199-203.

[22]Mahmoud Raeini-Sarjaz. Circadian rhythm leaf movement of Phaseolus vulgaris and the role of calcium ions[J]. Plant Signaling & Behavior, 2011,6(7):962-967.

[23]Bj?rn Fischer, Valeri Goldberg, Christian Bernhofer. Effect of a coupled soil water-plant gas exchange on forest energy fluxes: Simulations with the coupled vegetation-boundary layer model HIRVAC[J]. Ecological Modeling, 2008,214(2-4):75-82.

[24]胡守忠，喬冬梅，石海濱，等.鹽澤化地區(qū)SPAC系統(tǒng)不同界面能態(tài)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2006,20(5):177-182.

[25]Guo-Lan Liu, Han-Wei Mei, Xin-Qiao Yu, et al. Panicle water potential, a physiological trait to identify drought tolerance in rice[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2007,49(10):1464-1469.

[26]Xunyan Wang, Wanjun Zhang, Xiuping Liu. Daily variation in transpiration rate and water potential of Robinia pseudoacacia[J]. Journal of Food Agriculture & Environment, 2013,11(1):999-1005.

[27]Lobna MNIF, Mohamed chaieb. Net photosynthesis and leaf water potential of buffel grass(CenchrusciliarisL.) accessions, growing in the arid zone of Tunisia[J]. Journal of Biological Research-Thessaloniki, 2010,14(1):231-238.

[28]Qiang Yu, Shouhua Xu, Jing Wang, et al. Influence of leaf water potential on diurnal changes in CO2and water vapour fluxes[J]. Boundary, 2007,124(2):161-181.

Effects of meteorological factors on leaf water potential of spring wheat and field pea in Loess Plateau

WANG Cai-bin1, WANG Keng-peng2, WANG Yan-wu2

(1.Gansu Baiyin Center of Agricultural Technology Extension, Baiyin, Gansu 730900, China;2.CollegeofResourcesandEnvironment,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

A field experiment was conducted to investigate the effects of meteorological factors on the leaf water potential (ΨL) of spring wheat and field pea in Loess Plateau. The results showed that the relationship between leaf water potential and four meteorological factors changed with the growth stages of spring wheat and field pea. Leaf water potential exhibited a linear relationship with air temperature (Ta) and a quadratic relationship with solar radiation (R), air relative humidity (RHa) and air water potential (Ψa). A good linear relationship was observed between leaf water potential and the integrated meteorological factors. Among the four meteorological factors, air water potential had the strongest effect on the leaf water potential of spring wheat, followed by air relative humidity, air temperature and then solar radiation. The direct path coefficients of air relative humidity, air temperature andRwere smaller than their respective indirect path coefficients via air water potential, indicating that the direct effects of these three factors on diurnal variations in the leaf water potential of spring wheat were less than their respective indirect effects via air water potential. A highly significant correlation between air temperature and spring wheat leaf water potential was found, indicating a minor direct effect on leaf water potential. Airtemperature was not the primary cause for diurnal variations in the leaf water potential of spring wheat but acted as the primary factor for variations in air water potential. Air temperature had the strongest direct effect on diurnal variations in the leaf water potential of field pea, followed by air water potential, solar radiation and then air relative humidity. Solar radiation and air relative humidity were both smaller than their respective indirect path coefficients via air temperature, indicating that the direct effects of these three factors on diurnal variations in pea leaf water potential were less than their indirect effects via air temperature.

semi-arid region; meteorological factors; leaf water potential

1000-7601(2016)05-0120-09

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.19

2015-06-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360148)

王彩斌(1964—)，男，甘肅白銀人，高級(jí)農(nóng)藝師，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與技術(shù)。 E-mail： wlf8769216@163.com。

S344.3

A