全 文 ：第 26卷第 1期
2006年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOL0GICA SINICA
Vo1．26．No．1
Jan．，2006
冬小麦农田暂时水分胁迫状况下水、热通量日变化
郭家选 ，梅旭荣 ，林 琪 ，赵全胜 ，卢志光
(1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，水资源与早地农业研究室，北京 100081
2．莱阳农学院农学系，莱阳 265200；3．中国农业大学资源与环境学院，北京 100094)
摘要：以冬小麦农田尺度为研究对象，采用涡度相关技术测定农田能茸平衡各分量 ，研究暂时水分胁迫状况下农 田蒸散通量和
蒸发比值(evapomtivefraction)日变化特征。结果表明，冬小麦在农田郁闭(LAI≥3)且土壤含水量为田问持水量的55％ 一65％时，
晴天日农田潜热通量 日变化在正午前后存在明显的“蒸散高地(evapotranspiration plateau)”现象，持续时间达 2．5—4h，表现为蒸
散通量增量日变化突然极显著降低 ，即蒸散通量呈相对稳定、甚至下降的变化趋势；反映在蒸发比值 日变化过程方面，夜间和 日
出日落前后时刻蒸发比值变化较大，7：oo一18：oo时段内蒸发比值曲线近似呈倒⋯S’型，9：00～16：00时段内蒸发比值 比较稳定，
正午前后蒸散高地出现时，蒸发比值有所下降大约在 0．5—0．65范围内，12：00—13：30时段内蒸发比值平均值接近 9：00—16：00
时段内蒸发比值平均值。
关键词：涡度相关技术；水分胁迫；潜热通量；蒸发比值
文章编号：1000．0933(2006)01．0130．08 中图分类号：P464，Q945，s154．1，s181 文献标识码：A
Diurnal variation of water and heat flux under transient water stress in a winter
wheat field
GUO Jia—Xuan ～，MEI Xu—Rong ，LIN Qi ，ZHAO QuaJ1-Sheng ，LU Zhi-Guang~ (1． 6。m ry of Water Resources and
Dryland Farming，Institute Agricultural Environment and Sustainable Dewt却meat，Chinese Academy Agricultural Sciences，Being 100081，China；2．
Departme nt Agronomy， Laiyang Agricuhnal College。 Laiyang 265200，China；3． College Rao~ee and Environme ntal Scienoe， Chinese Agricultural
University， ng 100094，China )．ActaEcologica Sinica。2OO6，26(1)：130—137．
Abstract：An understanding how changes in eVaporatranspiration and evaporative fraction(EF)，the ratio of latent heat flux to the
available energy(the value of net radiation flux subtract soil heat flux)，is impoaant for determining the irrigation schedule in arid
and semiarid area．In the present work，the evapotranspiration and EF over a closed—canopy of winter wheat with transient water
stress was investigated over daily time courses at I,uaneheng Agro ecosystem Station，Chinese Academy of Science in the North
China Plain from 2001 to 2002．Surface energy fluxes including net radiation(R )，latent heat flux(LE)，sensible heat flux
(／／)and soi1 heat flux (G)were measured based on che eddy covariance technique．When the soil water content was below 65％
of field moisture capacity，a plateau in the evapotranspiration occurred during the middle part of clear days．The plateau was
marked by a sudden change in slope of the evapotranspiraton curve，and lasted for about 2．5～4hr．Evapotranspiration flux
indicated a change in the trend from a decline to relative stabilization．The EF showed a distinct diumal variation．Th e
stabilization of EF over daily time courses difered during each time period．It had a large variations during nightime，around
基金项目：国家 863资助项 目(2002AA2Z4311；2002AA2Z4021；2004 AA2Z4050)；国家科技部社会公益研究专项资助项目；国家科技部社会公益重点
资助项 目(2004DIB3J095)；农业结构调整重大技术研究资助项 目；挑战计划项 目博士基金资助项 目(630309)
收稿日期：2005．05．08；修订日期：2005．10．17
作者简介：郭家选(1966一)，女，山东莱西人 ，博土，副教授，主要从事微气候和农田节水研究．E．mail：gsfnm@tom．COla
*通讯作者 Author for corespondence．E．mal：meixr@cjac．org．cn
Founda廿on Item：National 863 Program (No．2002AA2Z43 1 1；2002AA2Z4021；2004 AA2Z4050)，National Society Commonweal Research Special Foundation
Project of Ministry of Science and Technology of China，National Society Commonweal Research Key Program of Ministry of Science and Technology of China(No．
2oo4DIB3Jo95)，A cultural Structure Adjustment Research Chalenge Program，Ph．D．Pro~am Foundation of Laiyang A cultural Colege (No．630309)
Received date：2005-05-08：Accepted date：2005-10-17
Biography：GUO Jia-Xuan ，Ph．D．。Asociate pro~ssor，mainly engaged in miereclimate and farmland water-saving．E-mail：gdmn@tom．tom
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1期 郭家选 等：冬小麦农田暂时水分胁迫状况下水、热通量 日变化 131
sunrise and at sundown，but little variation during the daytime from 9：00 to 16：00，and shape of the curve of EF was an inverse
⋯S’shape from 7：00 to 18：00．The value of EF declined and ranged from 0．5 to 0．65 when the evapotranspimtion plateau
occured when the relative moisture of the soil ranged from 55％ to 65％ ．Midday EF at 12：00—13：30 was nearly equal to the
average daylight EF at 9：00—16：00 over a relatively homogeneous winter wheat field under clear sky conditions．
Key words：eddy covariance technique；transient water stress；latent heat flux；evaporative fraction
／
植物响应太阳辐射、气温和湿度等气象环境要素的日尺度变化节律，其光合、蒸腾作用以及气孔开度等生
理活动具有节律性的昼夜变化。在土壤水分亏缺时，晴天 日正午前后就会产生短时间的植物体内水分胁迫，
影响植物生理活动的正常进行，这种暂时水分胁迫类似于昼间水分亏缺，区别在于后者当地温过低或土壤内
含盐量过多时均可造成水分胁迫。我国北方干旱和半干旱地区由于水资源匮乏农作物经常遭受水分胁迫的
影响，为了制定实时补充灌溉计划和管理策略，需要对水分胁迫的影响进行定量化。农田蒸散是发生在土壤一
植被．大气系统这一复杂体系内的连续过程，其通量多少与植物生理活动、生态和小气候特征密切相关。在较
小的时间和空间尺度内，蒸散通量的确定将有助于了解植物光合作用和水分利用效率等生理过程；而植物和
环境的相互作用以及人类管理活动对其影响，可以从植株水平或数公顷大面积的空间尺度，持续观测时间为
数分钟、数天甚至季节时间尺度进行研究。然而，对于水资源合理利用和管理，以及合理的灌溉制度、灌溉方
式与灌溉时间的确定，农田尺度甚至区域范围内生育期以及季节蒸散通量变化规律则具有更大的生产实践指
导意义。
为了缓解水资源短缺问题，提高作物水分利用效率，国内外科研人员提出了非充分灌溉、有限灌溉和调亏
灌溉等不同的水分调节措施，并对植物生理机制和水分利用效率的影响进行了大量研究，证明适时适度水分
亏缺显著抑制蒸腾速率，而光合速率下降不明显n ]，但研究主要侧重于植物组织和单株生理生态指标的研
究_3“]，关于农田尺度作物群体对水分亏缺的响应缺乏研究，而且该方面的有关研究将为农田进行科学灌溉管
理提供理论依据。本文以冬小麦农田尺度为研究对象，采用涡度相关技术，测定农田生态系统能量平衡各分
量，分析和探讨土壤水分不足状况下农田潜热通量的日变化规律。
1 研究区概况与方法
1．1 研究方法
农田热量平衡方程可简化表示为 ：
R = H+J：lE+G (1)
式中， 为净辐射通量(w／l12)，G为土壤热通量(w／l12)，日为显热通量(w／l12)，2E为潜热通量(w，m2)。
和G可通过仪器直接测定，2E和日依据涡度相关原理通过涡度相关技术测定并由下式计算 ：
H = W (2)
2E = W lD (3)
式中， 、lD 和W 为近地面大气湍流运动引起的温度(oC)、湿度(g／m)和垂直风速(m／s)的脉动量， 为
空气密度(g／m3)，c 为空气定压比热(J／(kg·K))， 为水汽化潜热(J／g)。
1．2 研究区域自然概况
试验于2001—2002年在中国科学院栾城生态农业系统试验站(N37。50 ，E114。40 )综合观测试验场冬小麦
生育期进行。本站隶属于河北省栾城县，研究区地貌特征为太行山山前平原，海拔高度为 50．1m，为大陆性季
风型暖温带半湿润半干旱气候。本站多年平均降水量 480．7mm，整个冬小麦生长季的平均降水量仅为
129．8mm，降水很难满足作物生长需要，作物易受干旱的胁迫，需大量抽取地下水满足作物生长。该站的地下
水埋深从 20世纪 80年代的10m下降到目前 30m以下。该站所在地地势平坦，试验地土壤质地为壤土，土层
深厚，土壤类型为潮褐土，质地为壤土，土壤比较肥沃，耕层(0～30cm)有机质含量 1．2％～1．3％，全氮含量
0．07％～0．08％。农业生产以冬小麦 +夏玉米一年两熟为主，农业生产力高，粮食单产在 800～900kg／hm2，可
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代表整个山前平原农业高产区。
1．3 试验设计
本试验基于涡度相关系统进行能量和物质通量测定时对下垫面地形和风浪区的特殊要求，按照当地常规
水肥管理进行设计，不设处理和重复，供试冬小麦品种 9204为当地主栽品种。试验区面积为 200m×170m，在
试验田中心位置安装涡度相关仪，试验田与周围农区相连且周围无防护林，栽培作物均为冬小麦，形成大范围
均一下垫面，满足应用涡度相关技术观测水、热通量时所要求的盛行风向风浪区长度。
1．4 观测项目与方法
冬小麦农田潜热和显热通量由Campbel公司生产的涡度相关系统测定。涡度相关仪安装高度为离地表
3m高度处，涡度相关系统由测定垂直风速、气温和水汽密度 3部分传感器组成，采用 CSAT3型三维超声风速
仪(a three．dimen8ional s0nic anemometer，Campbel Scientifc Inc．)测定风向、水平和垂直风速脉动，KH20型氪紫
外湿度仪 (an ultraviolet krypton hygrometer，Campbel Scientifc Inc．)测定水汽密度脉动，FW05型精密细线热电
偶 (fine wire the1"tlocouple，Campbel Scientifc Inc．)测定气温脉动，以 10Hz频率测定温度、湿度和三维风速脉动
值，由垂直风速脉动值和相关变量脉动值的协方差计算潜热和显热通量瞬时值，记录 10rain的潜热和显热通
量平均值，正值表示物质和能量向大气方向传输。另外，农 田冠层上方的净辐射通量由 Q7．1型净辐射表
(REBS，USA)测定，并将2个土壤热通量板置于作物行内、行间2cm深度处，求取平均值作为农 田土壤热通
量。上述数据由CR23X型(Campbel Scientifc Inc．)采集器采集。
冬小麦农田0 20cm耕层土壤含水量采用烘干法测定 ，深土层土壤含水量使用英国IH．Ⅱ型中子仪测定，
并用烘干法对中子仪测定值进行标定；作物叶面积指数测定时，抽样方法参照“农业气象观测方法”⋯；农业气
象要素资料来自试验田附近气象观测场；并且，农田净辐射通量、土壤热通量、土壤含水量以及其它相关项 目
的田间试验测定，均在涡度相关仪探测范围 (footprint)内进行。
2 结果与分析
2．1 农田能量平衡闭合分析
在冬小麦灌浆期进行不同涡度相关仪连续 3d对比观测(另一涡度相关仪安装高度为 2．5m)。三维超声
风速仪(CSAT3)是涡度相关系统的关键组成部分，其正常工作与否直接影响湍流通量数据测定的可靠性，如
图1所示，本实验所采用不同 CSAT3,测定的虚温值之间具有很好的线性相关关系(r=0．9986，P<0．01， =
428)说明显热通量数据的可靠性 ；另外，开路式 CS7500(c02／H20 Analyzer，Campbel Scientifc Inc．)和 KH20型
传感器测定潜热通量相关系数为0．9626(P<0．0l，n=382)，其斜率为 1．02(图2)，涡度相关仪具有非常好的
一 致性。因此．，基于完善理论基础和精密探测仪器的涡度相关法测定的水热通量具有较高的精确性和很好的
稳定性，是进行地表与大气间物质和能量交换的重要科研工具。
图1 CS7500和 KH20开路式涡度相关系统 CSAT3测定虚温比较
Fig．1 Comparison of the vglues of virtual temperature measured by CSAT3
Bens0rs of CS7500 and KH20 open-path eddy correlation system
o
囊耄
潜热通量 Latent heat flux-KH20(W／m 1
图2 CS7500和 KH20开路式涡度相关系统测定潜热通量值比较
Fig．2 ~ mparison of the values of latent heat flux measured by CS7500 and
KH20 open-path eddy correlation system
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— — — — _ — — — — — — — ● — — — — — — — ● — — — — — — — _ — — — — — — — _ — — — —
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— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ● — — — — — — — _ — — — — — — — _ — — — — — — — — — — 一
根据冬小麦灌浆期间涡度相关仪测定的潜热和显热通量(白天时间的日变化资料)，及同时测定的冬小麦
冠层上方净辐射通量和土壤热通量进行农田生态系统能量平衡闭合分析(图3)。结果表明，潜热与显热通量
之和 (2E+H)占可供能量(R 一G 的比值平均为75．7％(r=0．9854，P<0．01，n：182)，且能量平衡闭合
程度在早、晚时间较低而正午前后则较高。另外，图4结果证明，农田能量平衡闭合程度的高低与下垫面摩擦
速度(U )的大小具有极显著的正相关关系(r=0．7994，P<0．01，n=61)，随着摩擦速度的增大湍流强度增
强，农田能量平衡闭合程度提高，对于完全闭合的大约占20％，这表明在 U 较低时，由于湍流强度较弱，在一
定程度上引起能量平衡的非闭合性。对能量平衡是否闭合与风向变化之间的关系进行分析得出二者之间不
相关，同时也说明本实验研究在风浪区内不存在平流现象，但存在能量不平衡的原因有多个方面，例如能量平
衡各分量测定时由于仪器造成的误差、各分量测定方法所代表的空间尺度不同以及其它气象因素例如风速较
低等原因。
图3 涡度相关系统测定的潜热与显热通量之和(AE+H)同可供能
量(Rn—c)比较
Fig．3 Comparison of the SHm of latent heat and sensible heat fluxes( E
日)with available energy( n—G)
图4 冬小麦农田能量平衡闭合程度(2E+H)／(Rn—G)与摩擦速度
之间的关系
Fig．4 Relationship between the degree of energy balance closure( +H)／
(Rn—G)and friction speed in wheat filed
2．2 暂时水分胁迫状况下农田能量平衡和蒸发比值日变化过程
冬小麦农田郁闭、晴天且土壤水分非充足情况下，蒸发比值(EF)在白天时间内呈现相对稳定的变化趋
势，且在正午前后蒸发 比值略有下降。在冬小麦孕穗至抽穗期，选择 4月 10日(DOY100)、4月 13日
(DOY103)、4月 17日(DOY107)、4月24日(DOY 114)的能量通量资料，分析能量平衡及蒸发比值的日变化过
程。观测日期的日照时数在9—12．1h之间，叶面积指数(LAI)大于5，土壤表层 0～20cm和土层厚度0—150cm
土壤相对湿度分别在 50％以下和55％一67％范围内(表 1)，在该时期内4月 15日出现一次 6mm左右的降水，
4月 16日晚出现一次晚霜冻。如图5所示，左图为冬小麦农田能量平衡的日变化过程，右图为同日的冬小麦
蒸发比值的日变化过程，Rn—G为可供能量，EF=2E／(R 一G)为蒸发比值，代表作物群体对可供能量蒸散能
力。在土壤非充分供水时，7：00～18：oo时段内蒸发比值曲线近似呈倒“s”型，由早晨到 l0：30左右以前逐渐
增大，正午前后有所下降 EF值大约在0．5～0．65范围内，14：oo左右以后则缓慢上升，傍晚日落前后 EF值上
升幅度增大且超过 1。在较为干燥的土壤条件下，作物的蒸散能力明显降低，晴天 日早晨作物充分利用有限
的土壤水分和夜间结露，使 EF值较高；假如早晨因雾影响则 EF值较低，而在接近中午时由于太阳辐射通量
较高，即使有较大的饱和水汽压差，在水分胁迫影响作用下导致作物保持相对较低的蒸散能力，午后随着太阳
辐射的减弱作物对可供能量的消耗能力提高。EF值 日变化曲线图表明，9：00 16：00时段内蒸发比值相对
比较稳定，而在夜间和早晚时刻则极不稳定；对不同时段内的蒸发比值进行平均对比分析(表 2)，其结果表明
l2：oo～13：30时段内的 EF平均值更接近9：00 16；00时段内蒸发比值。
2．3 农田暂时水分胁迫状况下蒸散通量日变化过程
在冬小麦拔节到抽穗生长发育期内，晴天日且土壤水分非充足状况下，潜热通量 日变化正午前后存在明
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生 态 学 报 26卷
显的蒸散高地(图6)，表现为蒸散曲线斜率的突然变化，在这两个拐点之间蒸散通量保持某相对稳定的高值，
DOY100、DOY103、DOY107和 DOY114蒸散高地持续时间分别为4、3．5、2．5h和 4h，约从 10：30到15：00，并且
蒸散高地随着时间推移趋向向下倾斜。潜热通量 日变化过程表明，DOY100、DOY103、DOY107和 DOY114等
4d蒸散高地之前和之后的早晚时间蒸散通量相差较小，中午前后蒸散通量 DOY103低于 DOY100，DOY114略
低于 DOY107；而 DOY107与 DOY114的蒸散通量则明显高于 DOY100与 DOY103，其原因是由于 DOY107与
DOY114的 LAI以及正午前后农田表面获取的净辐射通量大于 DOY100与 DOY103。蒸散高地存在的原因，一
方面由于土壤水分不充足，土壤表层0～20cm土壤含水量低于田间持水量的50％，土层厚度0～150era的土壤
含水量低于田间持水量的65％；另外正午前后太阳辐射通量高以及饱和水汽压差(VPD)大时，由于土壤含水
量低导致气孔阻力急速上升，造成蒸散高地的形成及时间的持续。蒸散高地的存在可用蒸发比值的变化来解
释，例如图5右图中DOY100、DOY103、DOY107和 DOY114的 EF值 日变化过程，正午前后在蒸散高地出现
时，伴随着蒸发比值的明显下降，即可供能量 (Rn—G)用于作物蒸腾耗热比例降低。由此推断当蒸散高地出
现时，将伴随出现作物冠层温度升高的现象，该现象发生说明利用冠层温度遥感信息监测农田土壤和作物水
分状况的可行性。
裹1 冬小麦农田能量平衡各分■日变化观测日期作物叶面积系数、气象和土壤环境要素指标
Table 1 Crop leaf index。meteorological and soil environmental factors in those days when dam osed to analyze diurnal pattern of components of
~t1．face energy balance in winter wheat field
土壤相对湿度为土壤的绝对湿度占田问持水量的百分数 Relative moisture of the soil means the percent of absolute moisture ofthe soil in field water-
holding capacity
衰 2 冬小麦生育期内日变化过程中不同时段蒸发 b值的比较
Table 2 Comparison of evaporation fraction at diurnal pattern during diferent time period In winter wheat field
3 讨论
3．1 基于涡度相关技术测定的农田能量平衡存在非闭合现象
农田生态系统能量平衡可用方程 R =2E+日+G+S 简化表示 ，理论上不同时间尺度内能量平衡各
分量均应闭合，但在实际观测中由于各种因素的影响常引起农田能量不平衡问题 ，采用涡度相关系统进行观
测时同样存在农田能量平衡各分量不闭合现象，而观测仪器及气象方面的因素是造成该问题的主要原因。
涡度相关技术可以直接测定潜热(AE)、显热(日)通量，是国际上所采用的通量测定最先进的仪器，因为其
测定原理完善并基于高精度的测量仪器，在国际上被广泛应用森林、草原、农田等生态系统的物质和能量的交
换传输研究 。尽管涡度相关技术测定水、热通量的精度高，但很多研究发现，涡度相关技术测定的潜热和
显热通量的和小于可供能量(净辐射通量与土壤热通量的差)¨ ”】，能量平衡闭合程度在 60％～90％，本研究
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1期 郭家选 等：冬小麦农田暂时水分胁迫状况下水、热通量 日变化 135
300
200
1oo
O
一 100
— 200
00：30 04：30 08：30 l2：30 16：30 20：30
00：30 04：30 08：30 12：30 16：30 20：30
时问 Time
00：30 04：30 08：30 12：30 16：30 20：30
DOY107
图5 冬小麦拔节后农田能量平衡(左)和蒸发比值(右)日变化
F 5 Diurnal paterns of energy balance(1eft)and evaporative fraction(right)after stem elongation of winter wheat
得出冬小麦农田的潜热和显热通量之和占可供能量的 75．7％，而在农田生态系统测定的最低能量平衡闭合
程度为47．3％“ 。More¨ 和 Vilalobas¨ 认为水汽传感器与超声风速仪的分离，是造成涡度相关技术测定的
潜热和显热通量之和低的主要原因。Sauer等 刮认为涡度相关系统测定玉米留茬农田的潜热和显热通量偏
低，造成能量不平衡的原因是系统测量误差和玉米留茬后冻融交替及土壤表层对潜热的影响。在农田能量平
衡各分量观测过程中，从地表到冠层顶部空间范围内植被和空气总的能量存储部分(S )，包括冠层内空气水
汽潜能、空气内能变化、植被茎叶储热以及光合作用能量消耗常不被观测，对于高杆植被(森林、玉米)短时间
例如半小时的能量平衡分析时，这部分存储能量的忽略计算将造成大约近 10％的误差。地表土壤热通量应包
括土壤热通量板测定值、地表与土壤热通量板之间土层热量存储率两部分，而对于后者能量观测的忽略同样可
造成2％一5％的误差n 。另外，由于潜热、显热、净辐射通量、土壤热通量仪器测定值所代表的空间尺度不匹配，
是能量平衡不闭合的另一误差来源。除上述仪器误差原因造成能量平衡不闭合以外，还存在诸如气象方面的因
素，例如能量平衡程度与摩擦速度呈线性正相关关系u ，风速、摩擦速度较低时能量不平衡性较大。
0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0 0 ∞∞ ∞∞加 ∞ ∞如柏∞∞ ∞ ∞砌 ∞
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136 生 态 学 报 26卷
3．2 蒸发比值 日变化过程中不同时段内稳定程度不同
蒸发比值为陆地生态系统潜热通量占可供能量的
比值，表征了地表获取能量再分配情况。Shutleworth
等 首次报道白天时段内 EF具有稳定性，此后许多学
者对这一参数的变化规律以及在陆地生态系统实际蒸
散量估算方面的应用进行了研究 。在日变化过程
中土壤水分充足状况下，7：00至 18：00时段内 职 为
“米氏”型，即早晨 7：00—8：00迅速上升，8：00～9：00以
后缓慢增加 EF值维持在0．9左右u ，6：00—18：00白
-4／-DOYl00 ,41,-DOY103+ DOY107* DOYll4
00：30 04：30 08：30 12：30 16：30 20：30
时间 Time
图6 冬小麦田拔节后暂时水分胁迫下潜热通量 日变化(DOY100、
天时段内蒸发比值曲线为 U型 ]。白天时段内蒸发I：L 。 、 。 和 4¨)
值曲线形态的差异原因，一方面与土壤含水量高低有 ．6 ¨n： ? fo．r D．OY1．0,10．3,10⋯7 a nH“nd
关，直接影响农田蒸散速率的大小，另一方面与研究者
确定的研究时间范围密切相关，本试验研究证明冬小麦田 EF日变化过程(图5)，不同时段内该参数稳定程度
不同，晴天日白天9：O0至 l6：00时段内 EF相对比较稳定，7：O0至 18：00时段内 EF曲线近似呈倒“S”型，而
在夜间和早晚时刻则极不稳定。另外，许多学者研究证明，晴天 日森林、草原以及农田生态系统，正午前后的
EF与白天时段的 平均值之间具有较好的相关性 ，近正午时刻的 EF与白天时段的EF平均值近乎相
等 ]。在本实验研究中对不同时段内的 EF进行平均对比分析发现，12：0o至 l3：30时段内的 EF平均值较
接近 9：00至 16：00时段内 EF平均值(表2)。
陆地生态系统实际蒸散量的测定与估算，一直是水文学、气象学、生态学、农学等相关学科及研究领域共
同关注的重要课题之一。基于地表热量平衡方程和能量通量分配比值估算实际蒸散量的各种方法中，比较经
典的方法是波文比值(B)常数法。研究证明，晴天日白天时段 职 的稳定性高于 p，采用瞬时 EF和白天时段
可供能量总量估算实际蒸散日总量的准确性较高[2 。基于白天时段 EF的稳定性，结合正午前后卫星遥感信
息资料和常规气象资料，估算区域范围实际蒸散量，对于水资源合理利用和管理，以及合理的灌溉制度、灌溉
方式与灌溉时间的确定将具有更大的生产实践指导意义。
3．3 暂时水分胁迫状况下晴天日正午前后郁闭农田存在明显的蒸散高地
晴天状况下当土壤水分不足时，冬小麦农 田正午前后出现持续几个小时的潜热通量保持平稳或呈下降趋
势的变化，从蒸散通量日变化过程来看，这种现象类似于“高原”，因而称之为蒸散高地。造成蒸散高地现象出
现的原因有多个方面，主要是土壤水分不足，同时还受其它因素的影响，特别是气象因素和植物内部限制因
素，例如入射太阳辐射通量、饱和水汽压差和临界叶水势这一重要植物内部因素。土壤含水量不足时，作物根
系吸水速率低于腾发速率，导致气孔阻力急速上升造成蒸散高地的形成和时间的持续。因此，在土壤含水量
相对较低而大气和太阳辐射因子所决定的蒸散力较高时，或者在干燥土壤及大气蒸散力较低条件下均会形成
蒸散高地。本研究结果证明，冬小麦生长盛期当根区土壤含水量下降到田问持水量的 65％以下时，这种状况
就可能发生；Carlson等 曾研究发现夏玉米在土壤含水量降到田间持水量的50％时，即可探测到蒸散高地的
存在。假如植物通过正午前后的蒸散高地现象来响应土壤水分亏缺，避免水分过渡损失以维持其正常的生理
生化活动，然而由于蒸散通量的降低意味伴随着气孑L阻力和叶温的升高，关于暂时水分胁迫状况下此三者之
间的相互影响作用有待于进一步研究探讨。但是，在多云或阴天时由于太阳辐射通量的降低将导致水分胁迫
信号的消失，因此这种天气情况下的蒸散和冠层温度指标难以监测土壤水分状况。
4 结论
冬小麦农田根层土壤相对湿度低于 65％时，晴天日农田潜热通量日变化正午前后存在明显的蒸散高地，
且白天时段内农田蒸发比值处于较稳定状态，12：oo一13：30时段内蒸发比值平均值接近 9：00—16：00时段内
蒸发比值平均值，夜间和日出日落前后时刻蒸发比值变化较大，7：oo～18：00时段内蒸发比值曲线近似呈倒
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1期 郭家选 等：冬小麦农田暂时水分胁迫状况下水、热通量 日变化 l37
“s”型，正午前后蒸散高地出现时，蒸发比值有所下降。
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