基于作物水分胁迫指数和冠层温度测量确定核桃园水分状况的研究及意义

为解决准确评估核桃不同生长阶段水分状况的问题，研究人员开展了利用作物水分胁迫指数（CWSI）和冠层温度测量确定核桃园水分状况的研究。结果表明 CWSI 能反映核桃园水分状况变化，但计算时需注意一些参数影响。该研究对指导核桃园灌溉有重要意义。

　　在广袤的农业天地里，核桃树作为重要的经济和木本油料树种，在全球广泛种植。我国核桃产量和种植面积位居世界首位，且呈逐年上升趋势。然而，在西北干旱地区，约 4×10⁵公顷的核桃树面临着严峻的灌溉用水短缺问题，干旱甚至会导致核桃树出现叶焦病等情况。传统的果园水分监测方法，如土壤含水量（SWC）测量，仅考虑土壤水分，无法全面反映植物水分状况，容易产生误差；而茎 / 叶水势、气孔导度（g_s）等指标的测量，依赖专业设备，存在空间代表性差、耗时费力等缺点，难以在区域尺度应用。因此，准确评估核桃园在不同生长阶段的水分状况迫在眉睫。

为了解决这些问题，中国林业科学研究院等机构的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《Plant Methods》上。该研究具有重要意义，它为核桃园水分状况监测提供了新的方法和依据，有助于合理安排灌溉，提高水资源利用效率，进而保障核桃的产量和质量。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是利用热红外相机测量核桃树冠层温度，包括使用 FLIR A308 相机自动获取热红外图像，以及用 Therma CAM S65 相机测量干、湿参考表面温度；二是通过气象观测系统收集气象数据，该系统包含风速计、温湿度传感器等多种设备；三是采用特定公式计算作物水分胁迫指数（CWSI），如根据测量的蒸腾速率计算 CWSI_Tr ，以及根据冠层 - 气温差（dT）计算 CWSI 等。

研究结果

1. 环境因素和生理变量的时间变化：研究期间，气温（T_a）和水汽压亏缺（VPD）变化趋势较为一致，相对湿度（RH）与气温呈相反变化。净辐射（R_n）受天气影响波动大，降雨量少，土壤含水量（SWC）在灌溉和降水后增加。核桃树的生理参数，如蒸腾速率（T_r）、净 CO₂同化率（A_n）和气孔导度（g_s）能准确反映干旱胁迫程度。在油灌期，充分灌溉（FI）处理下这些参数保持稳定，而调节亏缺灌溉（RDI）处理下，随着干旱胁迫增加，这些参数显著降低，重新灌溉后逐渐恢复12。
2. CWSI 的日变化：在充分灌溉处理中，CWSI_Tr和 CWSI_s相对稳定，时间波动小；在水分胁迫的 RDI 处理下，二者先增加后减少，表明 CWSI_s能够描述核桃树水分状况的变化。而 CWSI_t在不同水分条件下均持续增加，无法描述核桃园水分状况的时间变化。通过替换 CWSI_t中 dT 的上下限进行计算，进一步验证了这一结论34。
3. CWSI 的季节变化：以晴天 8:00 - 18:00 的日平均 CWSI_Tr（CWSI_{Tr_day}）作为核桃园实际水分状况。研究发现，CWSI_s能较好地描述核桃园水分状况的日变化，12:00 是测量的最佳时间；CWSI_t在描述核桃树水分状况时存在较大误差，会高估或低估水分胁迫程度。此外，CWSI_s与 CWSI_Tr的相关性良好，且比 SWC 更能准确反映核桃园的水分状况567。

研究结论和讨论

研究表明，CWSI_s能较好地描述核桃园水分状况的日变化和日动态，且在反映核桃树水分状况方面优于土壤水分指数。然而，CWSI_t无法描述核桃园水分状况的日变化，在计算季节变化时会低估水分胁迫程度，这与核桃树空气动力学阻力的计算错误有关。此外，使用 CWSI 方法时，若最小冠层阻力采用恒定值，会导致水分状况估计出现较大误差，因此在计算 CWSI 时应注意核桃树不同生长阶段最小冠层阻力的变化。

总体而言，该研究通过监测冠层温度来确定核桃园水分状况的方法，有助于合理利用水资源，对大规模商业果园的生产具有重要意义。同时，研究也为后续进一步优化 CWSI 计算方法，更精准地监测核桃园水分状况提供了参考 。