摘要
作物冠层温度是表征作物冠层能量平衡及生理生态状况的重要指标，其对农田水分状况诊断、作物选育种等具有重要意义。研究冠层温度的变化规律及其对环境因子的响应，对加强水资源管理、有效监测作物生长等具有一定的实践意义。因此本研究以2019-2020年的冬小麦和夏玉米为研究对象，利用精密红外温度传感器（SI-411）连续监测冬小麦和夏玉米生育期内的冠层温度，并同步获取试验地太阳辐射、大气温度、相对湿度等环境因子数据，通过划分不同天气状况（典型晴天与典型雨天）、设置不同水分处理（I1：85%~100%的田间持水量；I2：70%~85%的田间持水量；I3：50%~65%的田间持水量），分析冠层温度的日内变化规律，并利用高斯寻峰算法分析不同情况下冠层温度同环境因子间的峰值时间差，利用时滞互相关分析法计算冠层温度同各环境因子间的时滞时间，最后分析了时滞效应对冠层温度模拟和土壤含水率监测精度的影响。得到的主要结论如下： （1）冬小麦冠层温度在不同天气状况下的变化规律及其对太阳辐射、大气温度、相对湿度等环境因子的响应不同。在典型晴天冠层温度及各环境因子的日内变化时间序列均为单峰曲线，而典型雨天均呈多峰曲线；在典型晴天，冠层温度对各环境因子的响应曲线为环状，即上升曲线与下降曲线不重合，其中冠层温度对太阳辐射、相对湿度的响应回环为逆时针，对大气温度的则为顺时针，而雨天并未形成明显的环状曲线；冠层温度与各环境因子存在明显的时滞效应，在晴天冠层温度滞后太阳辐射50min，分别超前大气温度、相对湿度40min、30min，与土壤热通量不存在时滞效应，在雨天冠层温度滞后太阳辐射30min，超前大气温度20min，与相对湿度、土壤热通量不存在时滞效应。 （2）不同水分处理下的夏玉米冠层温度变化存在一定差异，其对环境因子的滞后响应时间也不同。不同水分处理下的冠层温度峰值存在一定差异，冠层温度峰值随土壤含水率的减小而逐渐升高且到达峰值的时间延后；利用高斯寻峰算法确定冠层温度同各环境因子间的峰值时间差，并计算两者间的归一化时滞回环面积，发现不同水分处理的归一化时滞回环面积具有显著性差异且归一化时滞回环面积越大则峰值时间差越大；利用时滞互相关分析法计算得到全生育期内I1、I2、I3水分处理的冠层温度滞后太阳辐射的时间分别为50、40、80min，超前大气温度、相对湿度的时间分别为40、40、20min；各环境因子与冠层温度的关系式均较符合二次多项式，且考虑时滞效应能够明显提高冠层温度的拟合精度。 （3）考虑冠层温度和大气温度的时滞效应能够提高冠气温差监测土壤含水率的精度。以拔节抽穗期和灌浆期的夏玉米为研究对象，发现拔节抽穗期的冠层温度和大气温度较灌浆期晚达到峰值，拔节抽穗期冠层温度与大气温度的时滞时间要比灌浆期长20min左右；比较考虑时滞效应前后中午11:00~13:00冠气温差均值的大小发现考虑时滞效应会显著降低冠气温差，考虑峰值时间差的冠气温差最小，考虑时滞时间的次之，未考虑时滞的最大；利用冠气温差监测不同生育期不同深度的土壤含水率发现，考虑冠气温度时滞效应能够在一定程度上提高土壤含水率的监测精度，在拔节抽穗期，考虑峰值时间差的冠气温差对于各深度土壤含水率的监测精度最高，其次为考虑时滞时间的冠气温差，未考虑时滞的精度最低，在灌浆期，考虑峰值时间差对于0~10cm、0~20cm土层土壤含水率的监测精度提高较高，考虑时滞时间对于0~40cm、0~60cm的提高精度较高。这为利用植物生理特性监测农田水分状况提供了新的参考。
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