江曉東，華夢飛，胡 凝，申雙和，楊曉亞，楊沈斌，郭建茂

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不同水源灌溉對水稻高溫熱害影響的微氣象學分析*

江曉東，華夢飛，胡 凝，申雙和，楊曉亞，楊沈斌，郭建茂

（南京信息工程大學江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044）

高溫熱害是長江中下游地區(qū)水稻常見的農(nóng)業(yè)氣象災害，井水和池塘水灌溉是水稻高溫熱害過程中常用的農(nóng)業(yè)措施。為研究高溫熱害下不同灌溉水源對稻田微氣象的影響，以兩優(yōu)培九為研究對象，在高溫熱害期間（2016年8月12?18日）開展田間試驗。試驗分3個處理，T1：用池塘水每日8：00灌溉，田間水層達10cm后停止，18：00排干，灌溉水溫平均30.5℃；T2：用井水每日8：00灌溉，田間水層達10cm后停止，18：00排干，灌溉水溫平均18.2℃；CK：試驗開始當天用池塘水灌溉至田間水深達10cm后停止，夜晚不排放，當田間水深低于5cm時補充灌溉至10cm，試驗期間每日8：00田間平均水溫27.2℃。對稻田不同層次的土溫和水溫、水稻冠層不同層次溫濕度、冠層頂部（120cm）葉溫、冠層上方太陽輻射等指標進行測定，用Penman-Monteith分層模式計算稻田能量平衡各分量的日變化。結(jié)果表明：白天（8：00?18：00），所有處理各層次冠層內(nèi)氣溫和地溫均為T1>CK>T2，隨著冠層高度增加，處理間氣溫差異逐漸減小；隨著土壤深度增加各處理間地溫差異逐漸減小。夜間（18：00?次日8：00），各處理間5cm地溫差異最大，其次為冠層40cm處。不同灌溉水溫改變了各處理的能量平衡分量，水體含熱量的變化（Q）表現(xiàn)為T2>CK>T1，土壤熱通量（G）、顯熱通量（H）和潛熱通量（LE）均表現(xiàn)為T1>CK>T2。說明較高溫度的池塘水灌溉加重了水稻的高溫熱害，而較低溫度的井水灌溉對抵御高溫熱害有良好效果。

水稻；高溫熱害；灌溉水源；溫度；能量平衡

隨著全球工業(yè)的發(fā)展，溫室氣體的排放量逐年上升，由此產(chǎn)生的溫室效應也越來越嚴重，溫室效應導致全球氣溫不斷升高，1880?2012年全球表面溫度上升0.85℃[1]。研究表明，預計未來幾十年內(nèi)全球?qū)⒁?.1～0.2℃·10a?1的速度持續(xù)升溫[2]，到2100年，氣溫將比現(xiàn)在上升4.8℃左右[1]。在全球氣候變暖的背景下，極端氣候事件的發(fā)生頻率和強度有所增加[3?4]，對生態(tài)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重影響[5?7]。當日平均氣溫≥30℃或日最高氣溫≥35℃的天氣持續(xù)3d以上，水稻就會發(fā)生高溫熱害[8]。研究表明，開花期水稻受到高溫脅迫時，光合能力下降，花粉形成數(shù)量減少，花粉的活力、萌發(fā)率均顯著降低，水稻結(jié)實率下降，導致水稻減產(chǎn)[9?10]。灌溉是抵御水稻高溫熱害的有效措施，史寶忠等[11]研究表明，灌溉比不灌溉日平均溫度降低0.3℃；張彬等[12]研究表明，灌溉深度越大，冠層降溫越顯著。段驊等[13]研究表明，抽穗灌漿期高溫脅迫下實施輕干濕交替灌溉，雖然水稻冠層溫度與水層灌溉無顯著差異，但可以提高產(chǎn)量和品質(zhì)；程建平等[14]研究表明，全生育期間歇灌溉可以提高水稻水分利用效率、品質(zhì)和產(chǎn)量。

稻田能量交換與溫度變化密切相關(guān)，植物冠層能量平衡耦合了土壤、植被和大氣之間的能量交換過程，稻田氣象要素的變化與能量分配之間關(guān)系密切[15]，能量平衡方程中各分量數(shù)值的大小可指征稻田中能量流動的特征[16?20]。灌溉會影響稻田中的水熱環(huán)境[11?12,15]，在實際生產(chǎn)中，地下水、池塘水及河水是主要的灌溉水源，但不同水源水溫不同，對稻田小氣候有何影響，有待分析研究。為了研究不同灌溉水源對稻田小氣候的影響，在水稻抽穗開花期高溫熱害發(fā)生期間，對稻田進行池塘水和地下水灌溉處理，測定稻田的輻射通量、土壤熱通量、水稻冠層不同層次的溫濕度和不同層次的土溫和水溫，分析稻田的小氣候及能量傳輸特征，以期為抵御水稻高溫熱害，提高水稻產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在江蘇省南京市南京信息工程大學農(nóng)業(yè)氣象試驗站（32.2°N，118.7°E）進行。供試水稻品種為兩優(yōu)培九，2016年4月15日播種，大田旱育秧，秧齡30d，5月15日移栽，8月12日始穗，9月28日成熟。大田移栽密度為1.4×105穴·hm?2，每穴1苗，株距0.17m，行距0.26m。試驗在2016年8月12?18日（抽穗期）高溫熱害發(fā)生期間開展，設置3個灌溉處理，分別為：T1，用池塘水每日8：00灌溉，田間水層達10cm后停止，18：00排干，持續(xù)7d，灌溉水溫平均30.5℃；T2，用井水每日8：00灌溉，田間水層達10cm后停止，18：00排干，持續(xù)7d，灌溉水溫平均18.2℃；對照（CK），試驗開始當天用池塘水灌溉至田間水深達10cm后停止，夜晚不排放，當田間水深低于5cm時補充灌溉至10cm，持續(xù)7d，試驗期間每日8：00田間平均水溫27.2℃。每個處理3個重復，每個重復小區(qū)面積為5m×5m。池塘水灌溉處理和井水灌溉處理在8月11日夜間已排去田間水層，對照處理保留田間水層。試驗期間除灌溉條件外，其它田間管理措施按照高產(chǎn)田進行。

灌溉處理期間，每個灌溉處理隨機選擇一個小區(qū)，在小區(qū)中心位置插入豎桿，在豎桿上布置相關(guān)傳感器，觀測稻田1.5m處的太陽總輻射和凈輻射，水稻冠層頂部的葉溫，水稻冠層內(nèi)40cm（水稻植株高度1/3處）、80cm（水稻植株高度2/3處）、120cm（水稻植株高度頂端）和130cm（水稻植株高度頂端10cm處）處的氣溫和相對濕度，5cm深處水溫，0、5、10和20cm的土壤溫度和土壤熱通量。太陽輻射由四分量凈輻射傳感器(CNR4，Kipp & Zonen，NED)測定，葉溫由紅外傳感器（SI-111，Apogee，USA）測定，冠層溫濕度由溫濕度傳感器（HOBO U23-001，Onset，USA）測定，水層溫度和土壤溫度由溫度傳感器（HOBO U23-003，Onset，USA）測定，土壤熱通量由熱通量板（HFT03，Campbell Scientific，USA）測定，埋在土層5cm處。稻田1.5m處風速由自動氣象站（U30-NRC，Onset，USA）記錄。觀測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集器（CR3000，Campbell Scientific，USA）自動采集，采集頻率為1/60Hz。

試驗期間的氣象數(shù)據(jù)見圖1。由圖可見，8月12?18日，稻田日平均氣溫分別為32.1、33.0、33.0、32.6、32.0、31.4和32.2℃，平均為32.3℃；日最高氣溫分別為36.7、36.7、37.3、36.9、36.6、35.9和37.0℃，平均為36.7℃，水稻遭受嚴重的高溫熱害[8]。

圖1 2016年試驗期間氣象數(shù)據(jù)

1.2 能量平衡的計算方法

以Penman-Monteith的冠層阻抗模型為基礎，建立各層子模式[21]。將稻田在垂直方向上劃分為兩層，分別為植物冠層和水層，在忽略系統(tǒng)內(nèi)能前提下，冠層吸收的凈輻射全部用于顯熱和潛熱交換（用于冠層生長所需的輻射可忽略不計[22]），即

式中，Rn1為冠層吸收的凈輻射（W?m?2），Hf為葉片（120cm）與空氣（130cm）的顯熱通量（W?m?2），Hl為冠層高度空氣（120cm）與冠層上方空氣（130cm）的顯熱通量（W?m?2），LEf為冠層高度葉片（120cm）與空氣（130cm）的潛熱通量（W?m?2），LEl為冠層高度空氣（120cm）與冠層上方（130cm）空氣的潛熱通量（W?m?2），ρCp為空氣的定容比熱（1240J?m?3），γ為干濕球常數(shù)（0.667hPa?℃?1），Tf為冠層高度（120cm）葉溫（℃），T為冠層上方（130cm）氣溫（℃），Tl為冠層高度（120cm）氣溫（℃），e為冠層上方（130cm）實際水汽壓（hPa），el為冠層高度（120cm）實際水汽壓（hPa）；ef*是溫度為Tf時的飽和水汽壓（hPa），rf為葉片邊界層阻力（s?m?1），rs為冠層氣孔阻力（s?m?1）。

水層的能量平衡可由下列方程表示

式中，Rn2為水層吸收的凈輻射（W?m?2），H2為水層與冠層空氣（120cm）的顯熱通量（W?m?2），LE2為水層與冠層空氣（120cm）的潛熱通量（W?m?2），T2為田間5cm水層溫度（℃）；e2*為溫度是T2時的飽和水汽壓（hPa），raH1和raLE1以及raH2和raLE2為冠層和水層顯熱通量和潛熱通量的空氣動力學阻力（s?m?1），在中性層結(jié)下兩者相等，統(tǒng)一為ra1和ra2。G為土壤熱通量（W?m?2），由熱通量板(HFT03，Campbell Scientific，USA)測得，Q為水體含熱量的變化（W?m?2），以每小時變溫計算。Cw為水的比熱（4200J?kg?1?℃?1），ρw為水的密度（1000kg?m?3），Dw為灌水深度（10cm），Tw為水溫（℃）。

將冠層和水層能量平衡方程合并可得出稻田總能量平衡方程，即

式中，Rn為稻田凈輻射（W?m?2），由四分量輻射傳感器(CNR4，Kipp & Zonen，NED)測得；H為稻田顯熱通量（W?m?2），為H1、H2、Hf的和；LE為稻田潛熱通量（W?m?2），為LE1、LE2和LEf的和。阻力項可由以下各式求得

式中，W為葉片的特征尺度（水稻葉片為0.02），u為冠層高度（120cm）風速（m?s?1）。

氣孔阻力的影響因子很多，在水分充足的條件下，可只考慮太陽輻射對其的影響，即

式中，S為到達冠層的總太陽輻射強度（W?m?2）。

冠層上方的空氣動力學阻抗采用Thom等[23]的公式，即

式中，Za為參考高度（120cm），d為零平面位移（m），Z0為粗糙度（m），一般與植株高度h（120cm）有關(guān)，d=0.63h，Z0=0.13h。k為卡門常數(shù)，取0.4，u0為參考高度Za的風速（m?s?1）。

冠層頂?shù)耐牧鹘粨Q系數(shù)K(h)由下式求得[24]

冠層內(nèi)部的空氣動力學阻抗為

式中，α為衰減系數(shù)，取值2.5，Z1和Z2分別為冠層的高度（120cm和5cm）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Matlab和Excel進行數(shù)據(jù)處理。由于每天的氣溫變化規(guī)律相同，因此，將試驗期間7d（8月12?18日）每天的太陽輻射、氣溫、水溫、土溫等物理量和能量平衡分量作平均處理，數(shù)據(jù)均取7d的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水源灌溉后稻田溫度的垂直分布

由圖2可見，高溫期間用不同水源灌溉后，田間20cm地層?地面130cm垂直范圍內(nèi)，溫度分布狀況按白天和夜間分別統(tǒng)計后各處理差異有所不同。圖2a顯示，由于灌溉時池塘水（T1，灌溉水溫平均30.5℃）、井水（T2，灌溉水溫平均18.2℃）與田間水（CK，8：00平均水溫27.2℃）的溫度明顯不同，因此，灌溉當天稻田內(nèi)水層平均溫度間出現(xiàn)明顯差異，白天（8：00?18：00）T1、T2和CK處理平均水溫（5cm水層處）分別為29.6℃、27.9℃、和28.7℃，池塘水處理最高，井水處理最低。地面以上40、80、120和130cm處各處理冠層內(nèi)空氣溫度均表現(xiàn)出池塘水處理（T1）最高，井水處理（T2）最低，CK居中的特點，且隨著高度增加處理間氣溫差異逐漸減小，由40cm處T1比CK高0.4℃、T2比CK低0.5℃逐漸降至130cm處的T1比CK高0.2℃、T2比CK低0.1℃。水層以下，各處理地表以及地下5cm、10cm、20cm土壤溫度間也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律，即T1>CK>T2，其中0cm地溫差異最明顯，差值分別為1℃和0.6℃，土層往下溫差逐漸減小，5cm處差值分別為0.6℃和 0.5℃，10cm處為 0.5℃和0.3℃，20cm處為 0.3℃和0.1℃。

由圖2b可見，夜間(18：00?次日8：00)，T1、T2處理由于田間排干水層，因此，地下5cm?地上80cm處溫度分布出現(xiàn)與白天明顯不同的變化。池塘水（T1）和井水（T2）處理溫度均下降較快，明顯低于CK處理，其中井水（T2）處理中溫度下降更快，5cm地溫處理間差異最大，T2比CK低1.0℃，T1比CK低0.5℃，其次為冠層40cm處，T2比CK低0.5℃，T1比CK低0.4℃。地下10cm、20cm溫度特點與白天大致相同，仍然表現(xiàn)為T1>CK>T2；地上120、130cm處的差異已不明顯。

圖2 試驗期間（8月12?18日）不同灌溉處理稻田垂直剖面溫度分布均值

注：短線表示標準差。下同。

Note：The short line indicates the standard deviation. The same as below.

可見，高溫期間向田間引入溫度較高的池塘水和溫度較低的井水灌溉后，對稻田生態(tài)系統(tǒng)20cm地層?地面130cm范圍內(nèi)垂直剖面的溫度分布具有明顯影響，特別是對5cm地層?地面80cm處的影響更大。池塘水灌溉提高了稻田生態(tài)系統(tǒng)垂直方向各層次的溫度，而井水則降低了各層次溫度。

2.2 不同水源灌溉后稻田能量平衡分析

高溫期間向田間引入溫度較高的池塘水和溫度較低的井水灌溉后，各處理溫度垂直剖面分布影響了能量的傳導。各處理凈輻射通量（Rn）使用的是相同的數(shù)值，由圖3a可見，各處理稻田的凈輻射通量變化呈單峰曲線，在12：00達到最大值。

由圖3b可見，不同處理間顯熱通量（H）的日變化差異明顯，在9：00?17：00稻田的H值均表現(xiàn)為T1>CK>T2，T1和CK的H值均呈單峰曲線變化，T2的H值呈雙峰曲線變化。T1在12：00時達到日最大值150.79W?m?2，比T2高67.95W?m?2，比CK高31.67W?m?2；T2的H在9：00達到低谷?34.44W?m?2，這是由于井水溫度較低（18.2℃），改變了稻田熱量流動方向，使稻田熱量向水中傳遞。在12：00時達到日最大值82.84W?m?2。各處理H在18：00?次日6：00的H數(shù)值在10W?m?2附近波動，處理間無明顯差異。整日T1顯熱交換傳遞熱量為4.20MJ?m?2，T2為2.09MJ?m?2，CK為3.53 MJ?m?2。

圖3c表明，各處理稻田潛熱通量（LE）的日變化均呈單峰曲線，各處理間LE值有一定差異。8：00?17：00各處理LE皆表現(xiàn)為T1>CK>T2，8：00灌溉后T1的LE高于CK是由于T1水溫較高（30.5℃），使得田間溫度上升，促進潛熱交換。所有處理均在12：00達到日最大值，T1、T2和CK的LE分別為326.00、294.62和310.95W?m?2。T1、T2處理的LE值在5：00?6：00由負值轉(zhuǎn)變?yōu)檎担?8：00稻田灌溉水排干后變?yōu)樨撝?，而CK的LE值始終為正值。在19：00?次日5：00，CK處理LE高于T1、T2。8：00?18：00，T1、T2和CK的LE值分別為7.03、6.09和6.78MJ?m?2；19：00?次日8：00，T1、T2和CK的LE值分別為?0.12MJ?m?2、?0.16MJ?m?2和0.48MJ?m?2。

由圖3d可見，各處理稻田水體含熱量（Q）的日變化差異明顯。T1和CK的Q表現(xiàn)為單峰曲線變化規(guī)律，T2為雙峰曲線。T1處理灌溉水溫較高（30.5℃），在8：00灌溉后由于水體向外放熱而使水溫降低，Q值達到低谷?7.43W?m?2，而后Q逐漸升高，在13：00達到峰值56.38W?m?2，比CK低14.01W?m?2；T2處理灌溉水溫較低（18.2℃），在8：00灌溉后由于水體吸熱，促使Q值迅速上升，9：00達到日最大值130.43W?m?2，之后水溫上升導致水體吸熱減慢使得Q值降低，10：00達到低谷90.48W?m?2，在13：00達到第2峰值109.43W?m?2，CK的Q值也在13：00達到日最大值70.39W?m?2，此時T2比CK高39.04W?m?2。T1和CK處理的Q值在15：00?16：00開始發(fā)生轉(zhuǎn)折，由正值變?yōu)樨撝担琓2變?yōu)樨撝档臅r間較T1和CK明顯延后，發(fā)生在16：00?17：00。而19：00?次日7：00期間由于T1和T2處理田間無水層，因此Q為0W?m?2。8：00?18：00，水體吸熱量T1為0.57MJ?m?2，T2為2.46MJ?m?2，CK為0.93MJ?m?2。19：00?次日8：00，T1和T2田間無水，水體吸熱量均為0，CK為?0.59MJ?m?2。

圖3 試驗期間（8月12?18日）不同處理能量平衡分量日變化均值

T1和T2處理的土壤熱通量（G）的日變化也呈雙峰曲線，CK則呈單峰曲線變化（圖3e）。在9：00?17：00各處理G值皆表現(xiàn)為T1>CK>T2，18：00?次日6：00呈現(xiàn)相反規(guī)律，即T2>CK>T1。T1處理在9：00由于灌溉水體溫度較高（30.5℃）加大了熱量向土壤傳遞，水體中的熱量被土壤吸收，達到第一峰值28.08W?m?2，造成T1處理地溫升高。在14：00達到日最大值36.80W?m?2。T2處理在8：00達到第一峰值3.61W?m?2，在灌入井水后，由于井水溫度較低（18.2℃），土壤中的熱量向水中傳遞，改變了G的方向，在9：00時G迅速變?yōu)樨撝担?6.48 W?m?2），土壤中大量熱量傳遞至水中被水體吸收，從而降低了土壤溫度，15：00時G達到日最大值22.27W?m?2。CK處理在14：00達到日最大值27.90W?m?2。在0：00?6：00，T1和CK的G值為負值，T2處理在2：00以后下降為負值，在7：00? 8：00，所有處理G值由負值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?。各處理全天向土壤傳遞熱量，T1為10.89MJ?m?2，T2為0.66MJ?m?2，CK為0.75MJ?m?2。

2.3 不同水源灌溉后稻田能量平衡分量與凈輻射之間的比例關(guān)系

研究不同水源灌溉能量平衡分量與凈輻射之間的比例關(guān)系可得知稻田熱量的主要耗散項以及水溫對各分量的影響程度[25]。不同灌溉水源處理稻田的能量平衡分量與凈輻射之間的比例關(guān)系見表1。由表可見，各處理潛熱通量占凈輻射的比例（LE/Rn）最大，說明LE是稻田能量輸出的最主要途徑。顯熱通量占凈輻射的比例（H/Rn）為第二大項，表明H也是稻田能量輸出不可忽視的重要途徑。而不同水源灌溉對各能量分量造成的差異以Q最為明顯，水體含熱量的變化占凈輻射的比例（Q/Rn）T1比CK低41.13%，T2比CK高166.36%。水體熱量變化使稻田溫度呈現(xiàn)不同的小氣候特征，進而影響了田間潛熱、顯熱及土壤熱通量的分配比例，具體表現(xiàn)為T1的LE/Rn比CK低7.80%，T2比CK低10.53%；T1的H/Rn比CK高15.00%，T2比CK低40.53%；土壤熱通量占凈輻射的比例（G/Rn）T1比CK高15.97%，T2比CK低11.08%。

表1 試驗期間（8月12?18日）能量平衡日總量占凈輻射的比例均值（%）

3 結(jié)論與討論

開花期是水稻產(chǎn)量器官建成的關(guān)鍵時期，也是受高溫熱害影響最敏感的時期[9,26?28]，是防御高溫熱害的關(guān)鍵時期之一。本研究結(jié)果表明，灌溉溫度較低的井水可以降低稻田氣溫和土壤溫度，減輕高溫熱害對水稻的傷害，而灌溉溫度高的池塘水則會使稻田升溫，加重水稻的高溫熱害。

能量平衡各分量受氣象要素的影響[16]，從不同水源灌溉對稻田溫度及能量傳輸特征的影響可知，稻田冠層溫度升高會加大稻田潛熱通量、顯熱通量和土壤熱通量。

受不同灌溉水源溫度的影響，稻田水體含熱量Q是本試驗中直接受試驗處理影響的物理量，也是處理間差異最大的分量，其它能量平衡分量皆因Q的改變而發(fā)生變化。在8：00?18：00灌溉溫度較高的池塘水處理（T1）其水體吸收熱量低于CK 0.36MJ?m?2，而灌溉溫度較低的井水處理（T2）則高于CK1.53MJ?m?2，且T2的Q值變?yōu)樨撝档臅r間較T1和CK延后1h，說明T2處理稻田水體吸收了較其它處理更多的熱量，可延長水體吸熱時間，使稻田冠層氣溫和土壤溫度維持較低值。而夜間CK處理Q值為負說明水體向稻田放熱，成為田間熱源，這與高志球等[29]研究一致。由此可斷定，夜晚將含熱量高的水體排出可降低稻田溫度，保持夜間稻田低溫。

受灌溉水溫影響，各處理土壤熱通量G也發(fā)生明顯變化。9：00?18：00，灌溉溫度較低的井水（T2）處理土壤熱通量小于灌溉溫度較高的池塘水處理（T1）和CK，這也是T1處理0?20cm土壤的升溫幅度小于T1和CK的原因。在18：00排水以后，因為CK田間仍有水體覆蓋，且水溫高于40cm和80cm處的冠層溫度和0?20cm的土壤溫度，因而水體向土壤和空氣中繼續(xù)放熱，使夜間CK處理0?20cm各層土壤溫度和0?80cm冠層溫度均為各處理最高值，這與黃銳等[30]的研究結(jié)果一致，而T1、T2處理田間無水層覆蓋，其土壤溫度和氣溫下降較快。

稻田水體含熱量Q值的改變還影響了稻田顯熱交換，灌溉溫度較高的池塘水（T1）處理通過顯熱交換耗散能量比CK高0.67MJ?m?2，而灌溉溫度較低的井水（T2）處理比CK低1.44MJ?m?2，這是由于T1水溫較高，使冠層氣溫上升，加大了冠層與冠層上方的溫度梯度，促進熱量向上傳遞，使顯熱交換加強；而T2則由于水溫較低，降低了冠層氣溫，使冠層與冠層上方的溫度梯度減小，降低了顯熱交換。夜間，所有處理的H值均為正，說明稻田氣溫高于冠層上方氣溫，水稻冠層在向環(huán)境釋放能量，這是由于土壤中的熱量向外釋放所致。

潛熱交換是稻田能量轉(zhuǎn)化的重要途徑[25]，本研究亦表明，潛熱通量LE是稻田能量耗散的主要途徑。稻田的潛熱受蒸散影響[14]，Q值的改變也影響了稻田的潛熱交換。灌溉溫度較高的池塘水（T1）后冠層溫度升高，而灌溉溫度較低的井水（T2）后冠層溫度降低，冠層氣溫升高有利于蒸散，使不同灌溉處理下稻田系統(tǒng)潛熱交換產(chǎn)生差異[31]。故白天T1的LE比CK高0.25MJ?m?2，T2比CK低0.69MJ?m?2。夜晚受田間水層的影響，CK田間較高的溫濕度是維持LE為正值的主要因素。

總體而言，從本試驗結(jié)果看，高溫熱害發(fā)生時，池塘水受太陽輻射升溫，將熱量帶入稻田系統(tǒng)，使稻田氣溫和土壤溫度上升，促進稻田潛熱和顯熱交換，加大土壤熱通量，加重了高溫熱害；而溫度較低的井水灌溉，降低了稻田氣溫和土壤溫度，降低稻田潛熱和顯熱交換，減小土壤熱通量，熱量流入水體，夜晚將高熱量水體排出，對抵御高溫有良好效果。

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Micrometeorological Analysis of the Effects of Different Irrigation Water Sources on the Heat Stress of Rice

JIANG Xiao-dong, HUA Meng-fei, HU Ning, SHEN Shuang-he, YANG Xiao-ya, YANG Shen-bin, GUO Jian-mao

(Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Heat stress is one of the common agrometeorological disasters in the rice production in the middle and lower reaches of the Yangtze River in China. To mitigate the effect of heat stress on rice growth, irrigation with pond or well water was usually adopted, and which is considered to be an effective measure. In this paper, the effect of the irrigation with different water sources was evaluated by a field experiment conducted in Nanjing from August 12th to 18th, 2016, during which time a heat stress had just occurred. The rice variety Liangyoupeijiu was used in the experiment and three daily irrigation treatments, set as T1, T2 and CK, were implemented. For T1 and CK, pond water was used for the irrigation, and well water was used for T2. For all treatments, the irrigation started from 8：00 and stopped when the height of water layer reached about 10 cm. For T1 and T2, the paddy water was drained out at 18：00; but for CK, the water was kept with a height between 5 and 10cm. The average temperature was about 30.5℃ and 18.2℃ for pond and well water respectively. Since CK kept the water in the field, the average temperature of the paddy field water at 8：00 was about 28.2℃. The temperature and humidity within the rice canopy at four different heights (40cm, 80cm, 120cm and 130 cm), leaf temperature at the canopy top, and solar radiation above the canopy were measured. With the observations, the diurnal variation of each energy balance component in the paddy field was calculated using the Penman-Monteith stratification model. The micrometeorological characteristics of the paddy fields were analyzed. The results showed that from 8：00 to 18：00, the order of canopy temperatures for three treatments were T1>CK>T2. However, the difference of the canopy temperatures among the treatments decreased with the height within the canopy. Similarly, the difference of paddy soil temperatures among the treatments decreased with the depth in the soil. From 18：00 to 8：00, the difference of soil temperature at 5cm depth was the most obvious among the treatments. The difference of the canopy temperature at 40cm height within the canopy was the second one. The analysis indicated that the relationship between the changes of the energy balance of paddy fields and the irrigation water was close. The order of the heat storage in water (Q) was T2 >CK >T1. And the orders of soil heat flux (G), sensible heat flux (H) and latent heat flux (LE) were T1>CK >T2. These results suggested that irrigation with pond water could aggravate the heat stress on rice, while irrigation with well water is benefit to reduce the effect of heat stress on rice growth.

Rice; Heat stress; Irrigation water source; Temperature; Energy balance

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.04.007

2018?09?28

公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201506018）；國家自然科學基金面上項目（41875140）；江蘇省重點研發(fā)計劃（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）項目（BE2015365）

江曉東（1976?），副教授，博士，從事農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail:jiangxd@126.com

江曉東,華夢飛,胡凝,等.不同水源灌溉對水稻高溫熱害影響的微氣象學分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(4):260-268