草坪植物之水分生理與灌溉指標之研究

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※ 草坪植物之水分生理與灌溉指標之研究 ※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

計畫類別：□個別型計畫　　□整合型計畫

計畫編號：NSC 89－2313－B－002－108

執行期間：88 年 08 月 01 日至 89 年 07 月 31 日

計畫主持人：張育森

共同主持人：

執行單位：國立臺灣大學園藝學系

中　華　民　國 89 年 10 月 25 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

草坪植物之水分生理與灌溉指標之研究

Studies on Water Relations and Ir r igation Cr iter ion of

Tur fgr asses

計畫編號：NSC 89-2313-B-002-108

執行期限：88 年 08 月 01 日至 89 年 07 月 31 日

主持人：張育森 國立臺灣大學園藝學系

共同主持人：無

計畫參與人員：蔡玉茹 國立臺灣大學園藝學系

溫室（plastic tunnel）與人工光照氣候 室（artificially lighted phytotron）下， 以 葉 溫 或 作 物 水 分 逆 境 指 數 （ crop water stress index；CWSI）作為水分狀 況偵測值之指標。於塑膠布溫室中將 地毯草與假儉草分為乾旱及濕潤兩種 處理，乾旱處理之地毯草與假儉草葉 溫高出濕潤處理者 6-7℃，復水後，葉 溫明顯下降，可見葉溫隨著植物水分 狀況而變化；乾旱處理者之ΔT（Tc -Ta，即葉溫減去氣溫的差值）約為 6 ℃，濕潤處理者之ΔT 約為 0℃。於人 工光照氣候室中將地毯草作濕潤、中 等與乾旱三種處理，ΔT 同樣以中等與 乾旱處理者較高，約 5~6℃；濕潤處理 者之ΔT 維持在 3~4℃。由此可知單以 ΔT 無法用來判斷植物遭受水分逆境 的程度。CWSI 是從ΔT 和 VPD（蒸氣 壓差）間的線性方程式所求算的相對 值，較葉溫或ΔT 更利於作物間水分狀 況之比較，經 CWSI 的運算則可推測 植物的水分狀況，當 CWSI 偏於 1 時， 暗示此植物遭受水分逆境，偏於 0 時 則植物的水分狀況佳。 關鍵詞：地毯草、假儉草、葉溫、作 物水分逆境指數（CWSI）、水分管理 Abstr act

The objective of this experiment were to evaluate whether ∆T （ the difference of leaf and air temperature） or CWSI （crop water stress index） is a better plant water stress indicator for tropical carpetgrass and centipedegrass. In the plastic tunnel experiment, the leaf temperature of drought treated plants was 6~7℃ higher than that of the well-watered plant in tropical carpetgrass and centipedegrass. After rewatering, the leaf temperatures drop significantly. The

∆T of drought treated plants in both plastic tunnel and phytotron was 6℃, and that of well-watered plants in plastic tunnel was 0℃, but present 3~4℃ in phytotron. So ∆T could not be a reasonable quantifier for water stress. However, the CWSI values of well-watered plants and drought treated plants, either in plastic tunnel or in phytotron, were about 0 and 1 respectively. Therefore, the CWSI values, range from 0 （no stress） to 1 （maximum stress）, could be a better indicator of plant water status than leaf temperature and ∆T values in both tropical carpetgrass and centipedegrass.

Keywords: Tropical Carpetgrass,

Centipedegrass, Leaf Temperature, Crop Water Stress Index (CWSI), Water Management 二、緣由與目的 建立一套簡易且非破壞性測定植 物水分狀況的方法，一直是作物生理 學者努力的目標。Tanner（1963）率 先指出植物的水分狀況可藉由葉片溫 度的變化來預測，未經灌溉的馬鈴薯 葉溫比灌溉者高出 3℃，其葉溫所以上 升，乃由於蒸散作用下降的結果。Idso 等人（1977）與 Jackson 等人（1977） 發展的 stress-degree-day（SDD）系 統，以葉溫和氣溫的差值（ΔT）作為 水分逆境量化的表現，當ΔT 為負值 時，表示植物水分狀況良好；呈現正 值時，表示作物面臨水分逆境。Ehrler 等人（1973）指出ΔT 與 VPD 之間具有 一線性關係。於是 Idso 等人（1981） 發展出作物水分逆境指數（crop water stress index; CWSI），利用紅外線測 溫儀，量測溫度，使用 CWSI 前需先建 立欲測量植物的上下限。讓植物缺水 在完全沒有蒸散作用所顯示的ΔT，其 不受 VPD 所影響，此為上限基準線 （upper baseline），其值平行於 X 軸 （Idso 等人, 1981）; 下限即給予植 物良好的水分管理，使其達到最大的 蒸散作用潛力。蒸散作用增加，葉片 溫度下降，而 VPD 與ΔT 呈現負相關， VPD 愈大，ΔT 越小，此即為下限基準 線（lower baseline），其公式：(Tc -Ta)p＝a＋b×VPD，(Tc-Ta)p 是當水分供 應足夠，蒸散作用可發揮至最大潛力 時，葉溫減去氣溫的差值；a 和 b 分別 是截點（intercept）與斜率（slope）。 CWSI 即建立在上下限的相對值（Idso 等人, 1981），其範圍為 0-1 之間。當 CWSI 值越接近 0 時，水分狀況越好; 相 反的，CWSI 值越接近 1，則表示植物 正 處 於 逆 境 狀 態 （ Garrot 等 人 , 1993）。鑑於草坪植物的綠化應用日趨 重要，而水分灌溉管理為影響草坪品 質之重要因素，因此本試驗即以草坪

植物地毯草與假儉草為材料，於戶外 與人工光照室分別探討不同灌溉處理 下以葉溫、ΔT 及 CWSI 作為水分狀況 指標之可行性比較，藉以作為未來進 一步研究之基礎。 三、結果與討論 塑膠布溫室自上午 10：30 至下午 2：30，地毯草乾旱處理，其葉片溫度 明顯高於濕潤處理，上午 10：30 時， 乾 旱 處理 之 葉片 較 濕 潤 處 理 者 高 4 ℃，隨著正中午輻射量的增加、空氣 溫度的升高，至下午 12：30（灌溉前）， 地毯草乾旱處理之葉片較濕潤處理者 升高至 6℃，經復水後其葉片溫度有明 顯下降的趨 勢， 但 仍 高 於 濕 潤 處 理 者， 隨 後葉 片 溫 度 再 度 上 升 而 後 下 降。同樣地假儉草乾旱處理與濕潤處 理者，其葉溫之表現與地毯草結果類 似，但是乾旱處理經復水後，其葉片 溫度反較濕潤處理低，隨後葉溫之變 化與地毯草相同。在濕潤處理葉片溫 度的比較上，地毯草似乎較假儉草穩 定，地毯草維持在 37℃附近，假儉草 則在 36.5±1.5℃之間。 將地毯草葉片溫度與空氣溫度相 減，所得的葉氣溫差（△T），乾旱處 理約在 6℃，隨復水後下降；濕潤處理 者，則保持在 0℃左右。假儉草乾旱處 理與濕潤處理之△T 與地毯草相似。將 地毯草 Tc-Ta套用 9 月份上下限（Tc-Ta） p＝5.4℃、（Tc-Ta）p=7.22-0.23×VPD 可得到 CWSI 值，其 CWSI 主要分佈於 0-1 之間，乾旱處理復水後，其 CWSI 仍高於濕潤處理，其值大於 0。在假儉 草中也獲得類似的結果，不同的是， 乾旱處理經復水後，其 CWSI 低於濕潤 處理。 人工光照氣候室，其環境變化較 塑膠布溫室穩定，在葉片溫度方面， 因 地 毯草 花 箱於 試 驗 前 兩 天 皆 不 澆 水，故試驗第一天，三種處理之葉片 溫度約 32℃，隨著試驗的進行，濕潤 處理維持在 30℃左右，中等與乾旱處 理葉溫較高。為期 9 天的人工光照氣 候室試驗中，前 6 天中等與乾旱處理 的葉溫似乎沒有明顯的變化，至第七 天中等與乾旱處理之葉片出現萎凋， 其葉溫有上升的趨勢，中等處理經復 水後，隔天葉溫明顯下降，但仍高於 濕潤處理者；反觀，乾旱處理者，其 葉溫則上升至 36℃。比較兩次試驗地 毯草之葉溫，明顯的塑膠布溫室試驗 之 葉 溫皆 高 於人 工 光 照 氣 候 室 試 驗 者，且中等處理經復水後其葉溫會明 顯下降，但仍較濕潤處理高。 在△T 的表現上，地毯草中等與乾 旱處理，其值約在 5~6℃，濕潤處理者 則維持在 3~4℃。中等處理隨復水後下 降; 乾旱處理則上升至 8.4℃。塑膠布 溫室 試 驗 之乾 旱 處 理 其 值 亦 約 為 6 ℃，與人工光照氣候室試驗之中等與 乾旱處理結果相似，然而塑膠布溫室 試驗之濕潤處理者，則保持在 0℃左 右，較人工光照氣候室試驗之濕潤處 理低許多。將 Tc-Ta套用人工光照室之 上下限（Tc-Ta）p＝6.7℃、（Tc-Ta） p=10.81-0.62×VPD 可計算 CWSI 值， 濕潤處理 CWSI 主要分佈於 0 上下， 中等與乾旱處理皆大於 0.4 以上，除了

試驗第一天。當試驗第七天，中等與 乾旱葉片出現萎凋時，此時 CWSI 為 1.07 與 1.13，復水後，CWSI 降為 0.18。 乾 旱 處 理 於 試 驗 末 期 CWSI 值 為 2.06，此時植物已經死亡。由兩次試驗 可看出，葉溫可用來表示地毯草與假 儉草植體的水分狀況，當植物水分狀 況較好時，ΔT 較低；水分狀況較差 者，ΔT 較高，此結果與 Idso 等人 （1977）和 Jackson 等人（1977）相同。 在塑膠布溫室試驗中，地毯草與假儉 草於水分狀況良好時，ΔT 分佈在 0 上下，乾旱處理則約在 6℃，復水後Δ T 有明顯下降趨勢，隨後又上升。Ehrler （1973）認為，在灌溉後，需持續一 段時間後，ΔT 才會降至最小值，直到 土壤水分成了限制因子，ΔT 才又上 升。 然ΔT 雖可用來表示植株的水分 狀況，但卻無法用來判斷植物遭受水 分逆境的程度（Jackson 等人, 1981）。 人工光照氣候室試驗中地毯草濕潤處 理者之ΔT 明顯較塑膠布溫室試驗之 濕潤處理者高 3~4℃。因此，若以ΔT 之絕對值代表植株受到水分逆境之程 度，似乎與事實不符。若以 CWSI 來 評估植物水分逆境的程度，其值大多 分佈在 0~1 之間，當 CWSI 值越接近 0 時，水分狀況越好; 相反的，CWSI 值 越接近 1，則表示植物正處於逆境狀 態，此結果與胡桃（Garrot 等人, 1993） 和小麥（Garrot 等人, 1994）相符。 綜合上述之結果，葉溫與 CWSI 皆可有效的偵測出地毯草與假儉草的 水分狀況，然而，單獨以葉溫或ΔT， 易受環境因子，如 VPD 與光度等影 響，因而無法確實瞭解植物受水分逆 境的程度。相反的，CWSI 為一相對應 讀值，且其值介於 0~1 之間，趨於 0， 即表示水分狀況良好; 趨於 1，植株則 處於水分逆境，故 CWSI 較葉溫與ΔT 較能評估出植株水分逆境的程度。 四、計畫成果自評 1. 本研究內容與原計畫大致相符。 2. 葉溫、ΔT 與 CWSI 皆可有效的偵 測出地毯草與假儉草的水分狀況 的高低。 3. 然而，單獨以葉溫或ΔT，易受環 境因子，如 VPD 與光度等影響，因 而無法確實瞭解植物受水分逆境 的程度。 4. CWSI 是從ΔT 和 VPD（蒸氣壓差） 間 的 線 性 方 程 式 所 求 算 的 相 對 值，較葉溫或ΔT 更利於作物間水 分狀況之比較，當 CWSI 偏於 1 時，暗示此植物遭受水分逆境，偏 於 0 時則植物的水分狀況佳。 5. 由於 CWSI 為一相對應讀值，且其 值介於 0 1 之間，故 CWSI 較葉溫 與ΔT 更能評估出植株水分逆境的 程度，具有發展成草坪植物灌溉指 標之潛能和可行性。 五、參考文獻

1. Ehrler, W .L. 1973. Cotton leaf temperature as related to soil water depletion and meteorological factors. Agron. J. 65:404-409. 2. Garrot, D. J., Jr., M. W. Kilby, D. D.

Fangmeier, S. H. Husman, and A. E. Ralowicz. 1993. Pro-duction, growth, and nut quality in pecan under water stress based on the crop water stress index. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 118:694-698.

3. Garrot, D. J., Jr., M. J. Ottman, D. D. Fangmeier, S. H. Husman. 1994. Quantifying wheat water stress with the crop water stress index to schedule irrigations. Agron. J. 34:178-184.

4. Idso, S. B., R. D. Jackson, and R. J. Reginato. 1977. Remote sensing of crop yields. Science 196: 19-25. 5. Idso, S. B., R. D. Jackson, P. J.

Pinter, Jr. R. J. Reginato, and J. L. Hatfield. 1981. Normalizing the stress-degree-day parameter for environmental variadility. Agric. Meteorol. 24:45-55.

6. Jackson, R. D., R. J. Reginato, and S. B. Idso. 1977. Wheat canopy temperature: A practical tool for evaluating water requirements. Water Ressour. Res. 13: 651-656. 7. Jackson, R. D., S. B. Idso, R. J.

Reginato, and P. J. Pinter, Jr. 1981. Canpoy temperature as a crop water stress indicator. Water Ressour. Res. 17:1133-1138.

8. Tanner, C. B. 1963. Plant temperatures. Agron. J. 55:210-211.