全 文 ：第 11卷 第 4期
2 0 0 3年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．4
0ct．． 2003
三江平原大豆田蒸散特征及能量平衡研究
王毅勇 杨 青 张
(中国科学院东北地理与农业生态研究所
光 黄春杰 马有彬
长春 130012)(黑龙江省国营洪河农场 建三江 156332)
摘 要 试验研究三江平原大豆田蒸散规律、水分利用效率及辐射收支和能量平衡研 究结果表明，三江平原 5～9
月 份农 田蒸散 力基 本 与 降雨 量持 平 ，正 常年 份作 物 生育 期 内 降雨 量 能 满足 农 田蒸 散 量 的需 求 ，大 豆 田蒸 散 量 变 化
与大 豆 叶面 积指 数 的变 化 呈相 关 性。 大豆 生 育期 内净辐 射通 量 占总辐 射 的 比例 有 所 变化 ，播 种 ～苗 后 期 其 比值 约
为 50％左 右 ，开花 ～结 荚 期 约为 60％ ，灌 浆 ～ 收 获 期 约 为 55％。 大 豆 田能 量 平 衡 具 有 明显 日变 化 与 季 节 变 化 特
征 ，净辐射收入的 90％以上用于潜 热消耗，而用于感热 通量 与土壤 热通量 的消耗 则极少 ，整个 生长季分别低 于
1．5％和 10％ 。
关 键词 三 江平 原 大 豆 田 蒸散 量 能量 平衡
Characteristics of evapotranspiration and energy budget of soybean field in the Sanjiang Plain．WANG Yi—Yong，YAN G
Qing，ZHANG Guang(Northeast Institute of Geography and Agriculture Ecology，Chinese Academy of Sciences，Chang—
chun 130012)，HUANG Chun—Jie，MA You—Bin(State Honghe Farm，Heilongjiang Province，Jiansanjiang 156332)，
CJEA ，2003，11(4)：82～85
Abstract The evapotranspiration，water use efficiency，radiation budget and energy balance of soybean field in the San—
jiang Plain are analyzed in this paper．The results show that the evapotranspiration capabilities of farmland are equal to
precipitation during the crop growth Season，the change of soybean field evapotranspiration is similar to the change of leaf
area index．The ratios of net radiations to total radiation are different in different soybean growth stages and the value is
50％ in the sowing and seedling stage，increases to 60％ in the florescence and bear pods，finaly decreases to 55％in the
milking and harvesting time．The energy balance of soybean field has daily change and seasonal variation，the latent heat
consumes 90％ of net radiation，the sensible heat and the soil hea t flux are very smal during the soybean growth Season．
and the values respectively are below 1．5％ and 10％ ．
Key words Sanjiang Plain，Soybean field，Evapotranspiration，Energy budget
三江平原地区是我国面积最大，沼泽、湿地分布最集中的地区，目前该区耕地总面积 366．8万 hm。，多数
旱 田以种植 大豆为主 ，成为我 国重要 的商 品粮生产基 地 。该 区地理 纬度较 高 ，作物生 育期 短 ，农业 生产 易受
气候条件的影响。本试验研究了三江平原大豆 田蒸散规律和能量平衡特征 ，为科学种植大豆提供理论依据。
l 试验材料与方法
试验在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站农 田进行 ，该站位于北纬 47。35 ，东经133。31 ，海拔高
度 55．6m，年均降水量 550mm且降雨多集 中于 7～9月份 ，试验田面积 7hm。，地势平坦 ，土壤类型主要为草
甸沼泽土，地下水埋深 6～7m，排水疏畅。供试大豆品种为“保丰 8号”，行距 0．65m，陇向为南北陇。农 田蒸
散及土壤蒸发观测采用黑龙江省水利科学研究所研制的中型称重式蒸渗仪，观测精度为 ±0．02ram，早晚各
观测 1次。水面蒸发采用气象常规 E601测量，用中子法测定土壤含水量，小气候观测采用 自动采集系统每
小时自动采集 1次，观测项 目包括 1层辐射要素及土壤热通量 ，4层大气温度、湿度和风速 以及 7层土壤温
度等指标 。
2 结果与分析
2．1 农田蒸散变化规律
农 田蒸散力变化规律。影响农 田蒸散的主要因子包括气候条件和农 田水分供应状况 ，若不考虑土壤水
*国家 自然科学基金重大项 目(49890330)资助
收稿 日期 ：2002—1l_28 改 回日期：2002—12—30
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第 4期 王毅勇等 ：-5平原大豆田蒸散特征及能量平衡研究 83
分供应状况而单纯考虑气候因子对农田蒸散量的影响，可用农 田蒸散力或潜在蒸散量描述，即指某地区充分
湿润条件 下最大 可能蒸散量 或蒸散潜力 。根据 Penman—Monteith公式 ：
： ÷ (1)
其 中：
(·n 一 )(·n 一) (2)
式 中，E 为蒸散力，L为汽化潜热 ，S为饱和水汽压一温度曲线率 ，R 为净辐射 ，G为土壤热通量，y为干湿
温 度表 系数 ，D 为空气 饱和水汽 压差 ，C 为空气定 压 比热 ， 为空气动力 学阻力 ，P为空气 密度 ，Z为参考 高
度 ，d为零平面位移，“为参考高度的风速 ， 与 为动量和能量传输订正常数，z 与z 为动量和水汽传
输地表的粗糙度，是为卡门常数。据计算三江平原地区 5～9月份农田蒸散力分别为 82．46mm、109．47mm、
111．52mm、81．73mm 和 64．89mm，而试验站 区多年平均降水量分别为 51．40mm、67．80mm、85．40mm、
172．30mm和 71．60mm，作物生长季 5～7月份蒸散力大于平均降雨量 ，8、9月份蒸散力小于平均降雨量 ，而
整个生长季(5～9月份)蒸散力基本与平均降雨量接近 ，分别为 450．07mm和 448．50mm。
农田水分状况。据 Penman—Monteith公式计算可得某地区潜在蒸散量即蒸散力。三江平原地区大部分
农 田靠雨水 自然补给 ，极少部分农 田在作物整个生育期内完全达到充分湿润，不具备充分湿润条件。充分湿
润条件下农田蒸散量主要取决于太阳辐射、空气温度、湿度及风速等外部条件 ，水分供应不足时农 田蒸散量
则主要受农 田土壤水分状 况制约 。阿尔 巴捷 夫认 为 当土壤 水分 超过 田间持水 量 的 70％～80％时农 田蒸散
量与农田蒸散力接近并将此时土壤湿度称为临界湿度 ，而当土壤湿度小于临界湿度时随土壤湿度的降低 ，农
田蒸散速度与土壤湿度接近直线关系迅速下降 ，此时蒸散量小于蒸散力而与土壤有效水分成正 比。通常农
田土壤湿度较少 超过 田间持水 量和低 于凋萎湿度而 常处 于土壤有 效水分 变化 范 围内 ’ 。三 江平 原地处 湿
润季风区，5～9月份作物生长季降雨基本满足大豆生长的蒸发耗水量 。由图 1可知 1998年 5～7月中旬及
9月份降雨量稍大于蒸散总量 ，降雨基本满足大豆生长蒸散耗水量，而 7月中旬 ～9月初大豆生长蒸发耗水
量远大于降雨量 ，这是 由于该年气候较异常 7月份未降雨所致 ，而气候正常年份 7月份累积降雨量曲线总位
于蒸散 曲线 的上方 。
喇
1罡
遵
量
喇
凝
德
噱
05—20 06一l6 07一l3 08—09 09—05 l0-02 10-29
日期(月一151)
05—20 06一I6 07—13 08—09 09-05 l0-02 l0—29
日期(月一日)
图 1 大显 生育期 内累积蒸散 量 与降雨 量 (1998) 图 2 大豆 生育 期 日蒸 散量 变化 (1998)
- 1 Accumulative evapotranspiration and accumulative Fig．2 Daily change of evapotranspiration during
precipitation during soybean growth season in 1998 soybean growth season in 1998
农田蒸散量变化规律。农 田蒸散是农田水量平衡水分主要支出项 ，包括作物蒸腾和棵间土壤蒸发 2部
分 ，即 ：
Er= Es+T (3)
式 中 ，E 为农 田蒸散量 (mm)，E 为棵间土壤蒸 发量 (ram)，T 为作 物蒸腾 量 (mm)。蒸 散量受 气候 条件 影
响日变化振幅较大，且随季节变化有明显变化规律 ，这与净辐射值变化和冠层蒸发面积变化有关。播种 ～苗
后期大豆叶片面积较小 ，地表裸露多 ，土壤蒸发量远大于大豆蒸腾量 ，随大豆幼苗的生长
，地 表覆 盖越 来越
多 ，据资料 表明大豆蒸 腾量与其 叶面积系数成正 比关 系 。由图 2可 知大豆播 种后 最初 2个月 内 日蒸 散量 随
4 2 0 8 6 4 2 0
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84 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
大豆生长呈稳步上升趋势 ，7月份蒸散量达最高峰值 ，即播种后 30～70d开花 ～结荚期平均 日蒸散量达
5．9mm／d，结荚～灌浆期为 4．85mm／a，此后呈逐步下降趋势 ，这与大豆叶面积系数变化具一致性。
2．2 农 田能 量平 衡 特征
农 田辐 射收支及热 量平衡 。农 田生态 系统 辐射平衡方 程为 ¨：
R = Q总一Q反一Q有 (4)
式 中 ，R 为净 辐射 ，Q总为太 阳总辐 射 ，Q反为农 田反射辐射 ，Q有为农 田有效辐射 。农 田生态 系统 获得 的净
辐射通量主要消耗于农田蒸发 、湍流热交换及大气、土壤增温和植物光合作用等 ，其地表能量平衡方程为：
R = H +LE + G +P +M (5)
式 中 ，H为感 热通量 ，LE为潜热通量 ，G为土壤热通 量 ，P为光合 作用耗 能 ，M 为植物体热贮 能 。通 常 P项 和
M 项数量级 较小 ，实际计算 可忽略不计 。
R = H +LE +G (6)
式(4)、(6)中 R 、Q总、Q反与 G项可用辐射表及土壤流板直接测得 ，Q有项用余项法求得，平原地区潜热蒸
发(LE)与感热通量(H)计算式为：
， 一 (R 一G)Ae ， 、
LE
H = ㈦
式中，空气温度梯度 △T = T 一T ，空气湿度梯度 △e=e。一e 。地表及冠层所获得的净辐射通量是决定
农 田生态 系统 能量 的主要 因素 ，由图 3可知大豆生育期 内净 辐射 占太 阳总辐射 的比例有 所变化 ，播种 ～苗
日期(月一日)
囤 3 三 江平 原 大 豆生 育期 内辐 射 收 支状 况 【2001)
Fig．3 Change of radiation budget of soybean growth in 2001
旱
盖
嚣
镒
期平 均净辐 射约 占总 辐 射 的 50％ ，此 时地 表裸 露 多 ，反射
率较大 ，地表及土壤升温消耗较多的热量。随大豆的生长 ，
地表裸露面积减少，粗糙度增大，地表和冠层反射率随之减
小 ，此 时净 辐射 占总辐射 的 60％左右 。灌 浆 ～收 获期 大豆
茎叶开始枯黄，叶面积指数不断减小 ，地表和冠层反射率随
之增大 ，土壤开始不断 降温并 向大气 释放能 量 ，净辐 射 占总
辐射 的 55％左右 。
农 田地表能量平衡 日变化与季节变化。下垫面热量状
况除与其所 吸收 的太 阳净辐 射通 量有 关 外 ，还 与植 物 生长
状态、土壤水分含量及气候等条件密切相关 ，大豆生长各生
育期农田热量平衡各分量所 占比例不同。2001年 8月 17
日大豆灌浆期晴天地面热量平衡各分量 日变化见图4a，图4a
l 4
1．2
1．0
0．8
O 6
O 4
0．2
0．0
·0．2
．0．4
：0O 5：00 9：00 13：00 17：00 21：OO 24：00 05—26 06-10 06-25 07—10 07—25 08—09 08—24 09—08
时 间 日期(月一日)
图 4 大 豆 田热 量平 衡 日变 化 (a)与 季节 变 化 (b)
Fig．4 Diurnal(a)and seasonal(b)changes of energy balance in soybean field
表 明大豆生长 旺盛阶段蒸 散作用强烈 ，91．2％的太 阳净 辐射用 于潜热 消耗且 二者 振幅 相似 ，日变化 明显 ，午
间 11：00左右达最高峰值 ，感热通量与土壤热通量 日振幅均较小，感热通量位相提前于净辐射 ，土壤热通量
位相稍滞后于净辐射 ，感热通量基本全天为负值 ，其热流方向由空气指向土壤。土壤热通量 白天为正值 ，热
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第 4期 王毅勇等 ：三江平原大豆 田蒸散特征及能量平衡研究 85
量由地表流向土壤深层 ，夜间为负值 ，热量由地下传向地表 ，其 0值转换时间在早 6：O0和下午 16：00左右。
由图 4b可 知大豆整个 生育期 内 90％以上的净辐射通 量消耗于潜 热蒸发 ，其次 为土壤 热通 量 ，感热耗 能所 占
比例最小 ，平均不足净辐射收入 的 10％。大豆播种 ～收获热量平衡各分量所 占净辐射通量 的比例有所变
化 ，播种期和苗后期农 田蒸散量较小而土壤增温迅速 ，湍流热交换强烈，此时潜热蒸发 占净辐射的比例为
91％左 右 ，土壤热通量 占 8％～10％左 右 ，感热通量约 1％ ～1．5％。花期 ～灌浆 期大 豆 生长 旺盛 ，蒸发 蒸腾
强烈 ，农 田蒸散 量大 ，潜热蒸发 占净辐射 比例不断增大 ，全部净辐 射收入 尚不 能满 足蒸 发耗热 ，7月份 大部分
时间潜热通量 占净辐射的比例>1，土壤热通量和感热通量 占净辐射比例则分别降至 6％和 1％左右。大豆
成熟期潜热蒸发耗能占净辐射比例回落 ，而感热通量与土壤热通量占净辐射 比例略有上升。
3 小 结
三江平原 5～9月份作物生长季农 田蒸散力基本与降雨量持平，正常年份 5～9月份累积降雨量可满足
农田蒸散量的需求 。大豆生育期内蒸散量变化与大豆叶面积系数变化具一致性。大豆生育期内净辐射占太
阳总辐射的比例有所变化 ，播种～苗期较低为 0．5左右，开花～结荚期最大为 0．60左右 ，灌浆～收获期回落
至 0．55左右。大豆田能量平衡具有明显日变化与季节变化特征 ，90％以上净辐射通量用于潜热消耗 ，感热
通量 与土壤热通量 消耗极小 ，整个 生长季分别低 于 1．5％和 10％。
参 考 文 献
1 王会肖，刘昌明．农田蒸散土壤蒸发与水分有效利用．地理学报 ，1997，9(5)：447～454
2 由懋正 ，王会肖．农田土壤水资源评价．北京 ：气象出版社 ，1996
3 王毅勇 ，杨 青等．三江平原典型低湿地雨养农田水分特征．中国生态农业学报 ，2001，9(1)：43～45
4 翁笃鸣 ，陈万隆等．小气候和农田小气候．北京 ：中国农业出版社，1979．6～93
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