农田蒸散量

植物蒸腾和农田植被下土壤表面蒸发是同时发生的，将农田表面水分输送到大气中去的总过程称为农田蒸散，用ET表示(evapotranspiration)。在农田中，播种以前只有土壤蒸发，出苗后，蒸发、蒸腾同时存在。在作物苗期以土壤蒸发为主，作物旺盛生长植被覆盖地面时，以植物蒸腾为主。

介绍

历史

1948年，美国学者桑斯威特(Thornthwaite)和英国学者彭曼(Penman)提出了可能蒸散的概念，并用ET.表示(potential evapotranspiration)。其定义是在一个平凡开阔的地表，其上生长有旺盛且完全覆盖地面的矮小绿色植物，在无热平流干扰，且永远有充分供水条件下的农田蒸散。这时作物对水分的输送，只产生很小或可以忽略的阻力。可能蒸散不会超过同样天气条件下的自由水面蒸发。

由于可能蒸散不受土壤水分的限制，只受可利用能量的限制。在绝大多数条件下，农田实际蒸散ETa(actual evapotranspiration)与可能蒸散有区别，这是因为实际条件与假定条件有区别，如有时农田不能获得水分的充分供应等，所以实际蒸散等于或小于可能蒸散。

计算方法

农田蒸散是许多农业科学工作者多年研究的最重要课题之一，因为它对农田水利、产量预报、品种选择、土壤改良等许多研究领域有重要意义。因此获得农田蒸散量就显得格外重要。获得农田蒸散量的方法，一是直接用仪器测量，二是通过大量实验数据，找出规律，总结出一种模式，即一种计算公式，并代入必要的已知条件算出结果。测量蒸散的仪器较多，如渗水测量器、可能蒸散表、重量渗水测定器、漂浮渗水测定器等。但由下仪器较昂贵，观测方法较复杂，且代表性、可靠性、准确性等都受限制，故更多的是建立逼近实际情况的蒸散计算公式。这种公式非常多，下面仅介绍当前各国应用较普遍且具代表性的一些方法。

水分衡法

水分平衡法估算蒸散是应用较广泛、较实际的方法之一。水分平衡公式为

式中，PI(precipitation and/or irrigation)为降水或灌溉量，比较容易测到；RO(run off)为径流量，可以直接测量；D(percolation deep drainage)为渗漏量；在大量降水或灌溉后不久就停止，因此常被忽略；△SW(soil water content)为土壤水分容积变化量，因在一段时间内变化很小，常当零处理；ET为实际蒸散量，是此公式的计算结果项。

经上述简化处理后，公式可写成

ET=PI-RO

此方法的优点是获取数据比较容易，但误差较大。

桑斯威特法(气候学法)

桑斯威特(Thornthwaite)根据美国中西部半于早地区多年田间试验的数据，并充分考虑了植物生理和物理机制在蒸散过程中的重要作用。此公式是求月的平均可能蒸散E(estimatingmonthly E)单位用mm，其表达式为

式中，ld是实际日长(h)；Nm是一个月内的日数(the number of days in a month)；tm为月平均气温(℃)。但它只利用了温度和白昼长度的气候资料，因此用它计算短期的E值会产生误差，而计算长期可能蒸摄效果较好。此公式也不适合月平均气温低于0℃的地区，因为按照公式，月平均温度为0℃时，蒸发蒸腾都停止，这与事实不符。在计算出可能蒸散后，再根据实际解散与可能蒸散的比值，算出实际蒸散。

彭曼法(气象学法)

英国气象学家彭曼(Penman)在研究前人工作基础上，综合考虑了净辐射、空气温度、水汽压以及风速等影响蒸散的各种因素，运用空气动力学和能量平衡概念，提出了计算自由水面的可能蒸发量的公式，若再乘以系数可得出农田可能蒸散量。此公式自1948年第一次发表以来，一直被认为是估算可能蒸散E值应用最广泛的方法之一。经过几十年的测试，证明这个公式对农业和水力方面的研究很有用。彭曼公式最开始是对开阔水面的蒸发作估算，公式的一般形式为：

式中，E0为开阔水面蒸发量S为温度一饱和水汽压曲线斜率Rn为开阔水面净辐射量γ为湿度常数，Ea为干燥力。

式中,es和ea分别为开阔水面上方空气的饱和水汽压和实际水汽压;f(u)是与风速有关的系数。

式中，u是2m高处风速。

彭曼公式之所以被如此广泛运用，因为公式中气象要索的测量只需在蒸发面上方一个高度上进行，因此它比其他方法，如空气动力学法或能量平衡法的测量都容易。另外，公式中的Rn和S一般也不需要测量。Rn可用Penman(1948)或Linacre(1968)的计算公式直接计算，而计算公式中所需的参数可从气象台站获取。S可用湿球温度直接求到，有时S也被忽略掉。

为把彭曼公式运用到估算农田植被可能蒸散ETp上，有下述公式

式中，f1是一个经验系数，一般取值夏季为0.8，冬季为0.6。虽然这些值是在英国做实验得到的，但根据许多科学家在世界不同地区做的实验表明，f1无论在任何气候条件下其误差不会超过±15%。

在没有经本地实验获取的f，值数据情况下，可参考FAO的技术报告，我国东部季风气候区和青藏气候区采用f1=0.80，西北干旱气候区采用f1=0.85.

还有学者把彭曼公式求到的ETp值，乘上一个由作物种类决定的经验系数作为。灌溉预报。参数。这个经验系数随作物品种及生长期的不同而不同。但彭曼公式不适合在盛行感热平流地区运用，因估算出的值将偏低。

彭曼一蒙泰斯法

蒙泰斯(Monteith,1963,1964)将输送阻抗概念引人彭曼公式中，使彭曼公式既能用于有充分灌溉条件下垫面的蒸散情况，也可用于供水有限下垫面的蒸散情况。其公式形式如下：

式中，LE为蒸散潜热通量密度；Rn为农田植被净辐射通量密度；G为植被；S为空气密度;C为空气定压比热；es为当时空气温度下的饱和水汽压(Pa)；ea为空气实际水汽压(Pa);ra为空气阻抗;rc为植被阻抗。目前，由于自动测量仪器及计算机水平的迅速提高该公式正被广泛采用。

鲍思比法(能量平衡法)

鲍恩(Bowen)于1926年提出了感热通量密度H与潜热通量密度LE之比值β的概念，并将此比值称为鲍恩比(Bowen ratio)；β=H/LE。他认为在大气中热量湍流交换系数与水汽湍流交换系数相等即Kh=Kw，在这种假设条件下有下述关系式:

式中，y为湿度常数.

用鲍恩比法测定田间LE的优点是，测定仪器简单，且不需要快速反应仪器。目前在欧美使用这种方法的较为普遍。

主要数据

农田蒸散量为农田水分平衡的主要支出项，是计划蓄水、供水，设计防旱、抗旱措施等的重要依据，鉴定作物水分供应条件的重要指标。影响农田蒸散量的主要因子有：由大气干燥程度、辐射平衡和风力大小所决定的蒸发势，土壤供水状况，以及植被状况对湍流交换系数的影响等。农田蒸散量以及其中植物蒸腾与棵间蒸发两部分数量的比例，随种植制度、栽培措施和作物生长状况而变化。调节农田蒸散量与蒸腾、蒸发的比例关系，可提高水分利用率，即消耗单位水分可获得较多的经济效益。调节蒸散量的农业措施有灌溉、排水、耕作、改变种植制度和方式，设置风障和防护林，覆盖和喷洒保墒增温剂等。

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