植物蒸騰和農田植被下土壤表面蒸發是同時發生的，將農田表面水分輸送到大氣中去的總過程稱為農田蒸散，用ET表示(evapotranspiration)。在農田中，播種以前只有土壤蒸發，出苗後，蒸發、蒸騰同時存在。在作物苗期以土壤蒸發為主，作物旺盛生長植被覆蓋地面時，以植物蒸騰為主。
基本介紹
- 中文名：農田蒸散量
- 外文名：evapotranspiration of field
- 又稱：可能蒸散量
- 意義：作物蒸騰量與棵間土壤蒸發量總和
- 方法：水分平衡法、彭曼法等
- 提出：彭曼、桑斯威特
介紹,歷史,計算方法,主要數據,
介紹
植物蒸騰和農田植被下土壤表面蒸發是同時發生的，將農田表面水分輸送到大氣中去的總過程稱為農田蒸散，用ET表示(evapotranspiration)。在農田中，播種以前只有土壤蒸發，出苗後，蒸發、蒸騰同時存在。在作物苗期以土壤蒸發為主，作物旺盛生長植被覆蓋地面時，以植物蒸騰為主。
歷史
1948年，美國學者桑斯威特(Thornthwaite)和英國學者彭曼(Penman)提出了可能蒸散的概念，並用ET.表示(potential evapotranspiration)。其定義是在一個平凡開闊的地表，其上生長有旺盛且完全覆蓋地面的矮小綠色植物，在無熱平流干擾，且永遠有充分供水條件下的農田蒸散。這時作物對水分的輸送，只產生很小或可以忽略的阻力。可能蒸散不會超過同樣天氣條件下的自由水面蒸發。
由於可能蒸散不受土壤水分的限制，只受可利用能量的限制。在絕大多數條件下，農田實際蒸散ETa(actual evapotranspiration)與可能蒸散有區別，這是因為實際條件與假定條件有區別，如有時農田不能獲得水分的充分供應等，所以實際蒸散等於或小於可能蒸散。
計算方法
農田蒸散是許多農業科學工作者多年研究的最重要課題之一，因為它對農田水利、產量預報、品種選擇、土壤改良等許多研究領域有重要意義。因此獲得農田蒸散量就顯得格外重要。獲得農田蒸散量的方法，一是直接用儀器測量，二是通過大量實驗數據，找出規律，總結出一種模式，即一種計算公式，並代入必要的已知條件算出結果。測量蒸散的儀器較多，如滲水測量器、可能蒸散表、重量滲水測定器、漂浮滲水測定器等。但由下儀器較昂貴，觀測方法較複雜，且代表性、可靠性、準確性等都受限制，故更多的是建立逼近實際情況的蒸散計算公式。這種公式非常多，下面僅介紹當前各國套用較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套用較廣泛、較實際的方法之一。水分平衡公式為
式中，PI(precipitation and/or irrigation)為降水或灌溉量，比較容易測到；RO(run off)為徑流量，可以直接測量；D(percolation deep drainage)為滲漏量；在大量降水或灌溉後不久就停止，因此常被忽略；△SW(soil water content)為土壤水分容積變化量，因在一段時間內變化很小，常當零處理；ET為實際蒸散量，是此公式的計算結果項。
經上述簡化處理後，公式可寫成
ET=PI-RO
此方法的優點是獲取數據比較容易，但誤差較大。
桑斯威特法(氣候學法)
桑斯威特(Thornthwaite)根據美國中西部半於早地區多年田間試驗的數據，並充分考慮了植物生理和物理機制在蒸散過程中的重要作用。此公式是求月的平均可能蒸散E(estimatingmonthly E)單位用mm，其表達式為
式中，ld是實際日長(h)；Nm是一個月內的日數(the number of days in a month)；tm為月平均氣溫(℃)。但它只利用了溫度和白晝長度的氣候資料，因此用它計算短期的E值會產生誤差，而計算長期可能蒸攝效果較好。此公式也不適合月平均氣溫低於0℃的地區，因為按照公式，月平均溫度為0℃時，蒸發蒸騰都停止，這與事實不符。在計算出可能蒸散後，再根據實際解散與可能蒸散的比值，算出實際蒸散。
彭曼法(氣象學法)
英國氣象學家彭曼(Penman)在研究前人工作基礎上，綜合考慮了淨輻射、空氣溫度、水汽壓以及風速等影響蒸散的各種因素，運用空氣動力學和能量平衡概念，提出了計算自由水面的可能蒸發量的公式，若再乘以係數可得出農田可能蒸散量。此公式自1948年第一次發表以來，一直被認為是估算可能蒸散E值套用最廣泛的方法之一。經過幾十年的測試，證明這個公式對農業和水力方面的研究很有用。彭曼公式最開始是對開闊水面的蒸發作估算，公式的一般形式為：
式中，E0為開闊水面蒸發量S為溫度一飽和水汽壓曲線斜率Rn為開闊水面淨輻射量γ為濕度常數，Ea為乾燥力。
式中,es和ea分別為開闊水面上方空氣的飽和水汽壓和實際水汽壓;f(u)是與風速有關的係數。
式中，u是2m高處風速。
彭曼公式之所以被如此廣泛運用，因為公式中氣象要索的測量只需在蒸發麵上方一個高度上進行，因此它比其他方法，如空氣動力學法或能量平衡法的測量都容易。另外，公式中的Rn和S一般也不需要測量。Rn可用Penman(1948)或Linacre(1968)的計算公式直接計算，而計算公式中所需的參數可從氣象台站獲取。S可用濕球溫度直接求到，有時S也被忽略掉。
為把彭曼公式運用到估算農田植被可能蒸散ETp上，有下述公式
式中，f1是一個經驗係數，一般取值夏季為0.8，冬季為0.6。雖然這些值是在英國做實驗得到的，但根據許多科學家在世界不同地區做的實驗表明，f1無論在任何氣候條件下其誤差不會超過±15%。
在沒有經本地實驗獲取的f，值數據情況下，可參考FAO的技術報告，我國東部季風氣候區和青藏氣候區採用f1=0.80，西北乾旱氣候區採用f1=0.85.
還有學者把彭曼公式求到的ETp值，乘上一個由作物種類決定的經驗係數作為。灌溉預報。參數。這個經驗係數隨作物品種及生長期的不同而不同。但彭曼公式不適合在盛行感熱平流地區運用，因估算出的值將偏低。
彭曼一蒙泰斯法
蒙泰斯(Monteith,1963,1964)將輸送阻抗概念引人彭曼公式中，使彭曼公式既能用於有充分灌溉條件下墊面的蒸散情況，也可用於供水有限下墊面的蒸散情況。其公式形式如下：
式中，LE為蒸散潛熱通量密度；Rn為農田植被淨輻射通量密度；G為植被；S為空氣密度;C為空氣定壓比熱；es為當時空氣溫度下的飽和水汽壓(Pa)；ea為空氣實際水汽壓(Pa);ra為空氣阻抗;rc為植被阻抗。目前，由於自動測量儀器及計算機水平的迅速提高該公式正被廣泛採用。
鮑思比法(能量平衡法)
鮑恩(Bowen)於1926年提出了感熱通量密度H與潛熱通量密度LE之比值β的概念，並將此比值稱為鮑恩比(Bowen ratio)；β=H/LE。他認為在大氣中熱量湍流交換係數與水汽湍流交換係數相等即Kh=Kw，在這種假設條件下有下述關係式:
式中，y為濕度常數.
用鮑恩比法測定田間LE的優點是，測定儀器簡單，且不需要快速反應儀器。目前在歐美使用這種方法的較為普遍。
