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1、第三章 作物蒸发蒸腾作物蒸发蒸腾量包括植株蒸腾与棵间蒸发，是农田水分消耗的主要途径。作物蒸发蒸腾量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。它是水资源开发利用时必不可少的资料，是确定作物灌溉制度以及地区灌溉用水的基础，也是制定流域规划，地区水利规划，灌排工程规划、设计、管理的基本依据。作物蒸发蒸腾量的研究与估算，一直是灌溉排水领域中最重要的研究课题之一。随着全球水资源的日益紧缺，节水灌溉或者非充分灌溉，又给作物蒸发蒸腾量研究赋予了新的内容和要求。研究农田水分不足条件下作物蒸发蒸腾量及其变化规律，是做好节水灌溉的基础。此外，作物蒸发蒸腾研究在理论上也十分重要。作物蒸发蒸腾
2、量是SPAC系统中的一个最重要环节，是水分由液态变为气态的过程，它联系着水量平衡与热量平衡。31 作物蒸发蒸腾量的变化规律影响作物蒸发蒸腾量的因素很多，主要包括气候条件，作物品种，生育阶段，土壤条件，农田水分状况以及农业技术措施等。因此，在不同条件下，作物蒸发蒸腾量有其特殊的变化规律。311作物全生育期蒸发蒸腾量及其年际变化规律对于相同地区的同一种作物，在正常水分条件下，作物蒸发蒸腾量主要受气象因素影响。由于年际间气象条件不同，作物蒸发蒸腾量总量不同。典型地区夏玉米及双季晚稻全生育期蒸发蒸腾量如表31、表32所示。表3-1 夏玉米全生育期蒸发蒸腾量及水面蒸发量与降水量（望都）年份全生育期蒸发蒸
3、腾量（mm）全生育期水面蒸发量（mm）全生育期降水量（mm）1991306.5352.4310.81992312.1405.7197.61993357.6479.9299.2从表中可以看出，全生育期蒸发蒸腾量年际间变化规律是天气干旱，即水面蒸发量(或参考作物腾发量)大的年份作物蒸发蒸腾量大，反之则小，与我国各地的试验成果一致。由于我国各地对作物总蒸发蒸腾量年际变化规律的试验研究成果十分丰富，故在此不详述。表3-2 晚稻全生育期蒸发蒸腾量及气象条件（桂林）年份全生育期蒸发蒸腾量（mm）全生育期日平均参考作物腾发量ET0（mm/d）ET0频率（%）相应年型1990406.34.0171.4中旱19
4、91345.33.1542.9中湿1992425.54.3085.7干旱312 作物蒸发蒸腾量在全生育期内的变化规律作物蒸发蒸腾量在全生育期内的变化规律可通过作物日平均蒸发蒸腾量（需水强度）在全生育期内的变化过程进行分析。冬小麦、夏玉米、中稻、早稻、晚稻日蒸发蒸腾量在全生育期内的变化过程的典型实测成果如图3-1图3-5所示。这些典型观测成果体现了以下规律：1在正常灌溉条件下，无论是旱作物和水稻，其蒸发蒸腾强度主要随气象条件而变，气温高、蒸发力强，则蒸发蒸腾强度大。例如，冬小麦生育期从9月到翌年6月，气温变化是高低高，蒸发蒸腾强度的变化过程亦是高低高，呈哑铃形，蒸发蒸腾强度的低谷在越冬期，即气温
5、最低的1月、2月 (见图3-1)。夏玉米生育期从6月到9月，中稻生育期从5月到9月，气温变化是低高低，该两种作物蒸发蒸腾强度变化过程亦是低高低，蒸发蒸腾强度变化过程亦是低高低，蒸发蒸腾强度的高峰均在气温最高的7月下旬至8月上旬(见图32、图33)。早稻生育期从5月到7月一直上升，蒸发蒸腾强度变化趋势是在黄熟前上升(见图3-4)。晚稻生育期从8月到10月，气温变化是保持约一个月(8月)高温后一直下降，蒸发蒸腾强度的变化过程是8月较平稳，9月后一直下降(见图35)。2在正常灌溉条件下，蒸发蒸腾强度还与作物因素有关，其中最明显的是与叶面积指数有关，在同样气象条件下，叶面积指数高，则耗水强度高，叶面积
6、指数增长率高，则蒸发蒸腾量上升率亦高。 例如，对于冬小麦，3月下旬至4月上旬，此阶段气温一直上升，又正处于分蘖期，叶面积指数增长最快，因而蒸发蒸腾强度增长亦最高(蒸发蒸腾强度过程线上升的斜率最大)；至 5月上中旬，正处于抽穗开花期，此阶段叶面积指数达高峰阶段，蒸发蒸腾强度亦处于高峰期；5月下旬后进入乳熟期，并由抽穗期进入黄熟期，虽然气温仍然上升，但由于叶面积指数不断下降，叶片蒸腾活力逐渐下降以至枯黄，根系吸水活力逐渐下降，加之土壤含水率下降，故蒸发蒸腾强度一直下降(见图3-1)。晚稻从8月上旬至9月中旬，气温保持约一个月的高温时期（8月）后一直下降，但由于晚稻系返青、分蘖到拔节孕穗期，叶面积指
7、数一直上升，至 9月中旬(拔节孕穗期)达到高峰，故蒸发蒸腾强度呈缓慢上升的趋势，至9月中旬亦达到高峰，以后，随着气温的下降，加之叶面积指数停止增长至下降以及叶蒸腾活力、根系吸水活力的下降，土壤含水率下降，蒸发蒸腾强度迅速下降(见图3-5)。3在正常灌溉条件下，当旱作物田间土壤含水率低于田间持水率的6070(视土质而异)或稻田土壤含水率低于饱和含水率的70%80时，土壤水分条件是制约蒸发蒸腾强度的重要因素。土壤含水率低，土壤水势低，作物蒸发蒸腾强度降低。例如，在正常灌溉条件下，无论是旱作物或是水稻，在乳熟期至黄熟期，蒸发蒸腾强度迅速降低(见图3-1一图3-5)，其原因是除了植株衰老、生理活力迅速
8、下降外，主要是黄熟阶段土壤含水率降至最低(饱和含水率的60以下)，早、中、晚稻在晒田期，由于地表020cm土层平均土壤含水率下降到饱和含水率的6070以下，此时蒸发蒸腾强度呈一个短期、较浅的低谷(见图3-3图3-5)。3.1.3 作物蒸发蒸腾量的昼夜变化规律气象因素如气温、空气湿度、蒸发力等与植物生理活动如气孔开度、光合强度、呼吸强度、叶水势等在一昼夜内呈规律性变化，故研究作物蒸发蒸腾强度的昼夜变化过程有助于探究蒸腾强度以及相应的气孔开度日内变化过程；中稻、早稻、晚稻蒸发蒸腾强度以及相应的叶面温度昼夜变化过程如图3-6图3-8所示。图3-6图3-8反映如下规律：1在正常(丰水)灌溉条件下，作物
9、蒸发蒸腾强度、蒸腾强度在一昼夜内基本上随气象因素呈同步变化。晴天，蒸发蒸腾强度夜间低，凌晨(46时)最低，随后上升，至中午最高，下午至晚上不断下降。不同的天气类型(晴、少云、多云、阴、雨)，其气象因素在昼夜间的变化过程不同，作物蒸发蒸腾强度与蒸腾强度的昼夜变化过程亦不同，且均与当天气象因素变化过程相吻合。2丰水条件下，蒸腾强度，蒸发蒸腾强度与叶温的变化过程吻合，但丰水条件下叶温随气温而变，故在各项气象因素中，气温的昼夜变化过程对作物蒸发蒸腾强度昼夜变化过程的影响最为显著。3蒸发蒸腾强度与叶气孔开度关系密切，随开度的张大、缩小而增、减。晴天丰水条件下，一般从凌晨46时起，叶气孔张开，以后逐渐增大
10、，至9时左右为最大，912时为持续高峰阶段，以后不断下降，至天黑时关闭。气温最高、蒸发力最强的1315时，气孔部分关闭，开度一般为912时的70%左右，因而昼夜间蒸发蒸腾强度的高峰不在蒸发力最强的 1315时，而在1113时，系气温、蒸发力高峰期前2h左右，这一特征是气象条件与气孔活动综合影响的结果。3.1.4 水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾量的变化规律实行节水灌溉或者非充分灌溉，农田土壤将在一定阶段内受到不同程度的干旱，从而引起作物蒸发蒸腾量变化。由于作物受到水分胁迫，SPAC系统内水力梯度发生变化，土壤水分因素成为作物蒸发蒸腾量的制约因素，因此，水分胁迫条件下的作物蒸发蒸腾量变化规律与充分灌溉
11、条件下的相应规律不同。在正常灌溉条件下，作物蒸发蒸腾量主要受气象因素的影响，同时又受作物本身的适当调节。在非充分灌溉条件下，由于作物生态系统中最活跃的因素水分状况的改变，导致所有的其他环境因素及其生态作用发生变化。第一，棵间蒸发量减小；第二，根系吸水力减弱；第三，根部周围土壤进入根系的水力梯度改变，土壤水分进入根系的阻力增大，也使根系吸水更困难。此时，由于农田空气湿度减小，根据水汽扩散理论，大气的潜在蒸发蒸腾能力反而更强，植株体内很快形成水分胁迫现象。这种由非充分灌溉而引起的生态系统的改变，必然引起“土壤-植物-大气”水分传输系统内的水力梯度调整及作物其他生理功能变化，如叶气孔开度减小和关闭，
12、叶面积生长受阻。因此，作物蒸发蒸腾量会减小。作物不同时期受旱(水分胁迫)时的蒸发蒸腾量如图3-1图3-5和表3-3所示；不同水稻品种受旱时水稻蒸发蒸腾量昼夜变化过程如图3-6图3-8所示。从上述图和表中可见，在水分胁迫条件下，作物蒸发蒸腾量的变化规律具有以下特征：1.受旱越重，日蒸发蒸腾量越小。在未进入受旱阶段时，各处均保持在饱和含水率以上，其日蒸发蒸腾量基本相同。在同一生育阶段受旱时，受轻旱的蒸发蒸腾比正常灌溉低，而受重早又比受轻旱的低得多。2受旱持续时间越长，日蒸发蒸腾量越小，尽管两个生育阶段或三个生育阶段连续受旱的土壤水分始终比重旱条件充足，但由于作物不适应长时期处于水分胁迫状态，叶气孔
13、的保卫细胞会受到严重破坏。以致叶气孔在相当长的时间内保持较小的开度。因此，连续受旱时将出现最低的蒸发蒸腾量。这种影响甚至在恢复灌水后，仍然要持续一定时间，其蒸发蒸腾量才会迅速上升。表3-3 不同阶段受旱中稻蒸发蒸腾量及产量（唐海，1993年）编号受旱特征各生育阶段蒸发蒸腾量（mm）全生育期蒸发蒸腾量（mm）产量（kg/hm2）（0）返青（1）分蘖（2）拔节孕穗（3）抽穗开花（4）乳熟（5）黄熟1正常灌溉（对照）64.6120.5137.6141.7143.235.6643.1116522分蘖轻旱52.798.1135.3138.1131.031.2586.3108303分蘖中旱64.495.9
14、121.0124.2118.135.6559.29913.54分蘖重旱61.791.5113.5125.9117.435.1545.28851.55拔节孕穗轻旱61.8123.4113.6149.7143.934.5627.010747.56拔节孕穗中旱61.8115.8104.4145.7142.535.4605.6100927拔节孕穗重旱63.1113.599.2129.7117.941.0564.490458抽穗开花轻旱62.8119.9138.4124.2154.340.5640.110321.59抽穗开花中旱63.7119.6131.5113.4144.136.2608.61014910抽穗开花重旱62.1113.4128.0106.1131.344.2585.08653.511乳熟轻旱64.3118.4133.8145.1123.041.2625.811008.512乳熟中旱63.1121.3137.3143.5117035.8618.011452.513乳熟重旱62.5122.4122.2135.1106.139.7587.910981.514（1）（2）阶段连旱（中旱）64.291.792.3127.6118.137.1531.1945
