全 文 ：　林业科学研究　2001, 14( 4) : 383～387　For est Resear ch
　　收稿日期: 2000-07-06
　　基金项目: “九五”国家科技攻关专题( 96-007-04-05)及国家自然科学基金资助项目( 39770624)的部分研究内容
　　作者简介: 张劲松( 1968-) ,男,浙江永嘉人,助理研究员.
　　文章编号: 1001-1498( 2001) 04-0383-05
果粮复合系统中单株苹果蒸腾需水量的计算
张劲松1, 孟　平1 , 尹昌君1, 陆光明2
( 1.中国林业科学研究院林业研究所,北京　100091; 2.中国农业大学,北京　100094)
摘要: 利用单株苹果(树)蒸腾计算的修正模式, 计算了果粮系统中的单株苹果(树)日蒸腾需水
量, 同时利用 L I-1600 稳态气孔仪进行实测, 结果表明: 计算值与实测值吻合效果较好 ( R2=
0. 966 4) , 平均相对误差为 7. 93% ; 蒸腾需水量与饱和水汽压差和叶面积指数的乘积、水面蒸发和
叶面积指数的乘积均具有很好的相关关系; 建立了以日水面蒸发和叶面积指数为自变量的蒸腾需
水量经验模式, 并利用该经验模式逐日计算了 1998 年 4 月 1 日至 6月 4 日单株苹果的蒸腾需水
量, 日平均值为 4. 62 mm·d- 1。
关键词: 果粮复合系统; 苹果树; 蒸腾需水量
中图分类号: S727. 33; S715. 4　　　文献标识码: A
　　植物蒸腾是土壤-植物-大气连续体水热传输过程中一个极为重要的环节。全面了解果树
蒸腾发生的规律,准确计算果树蒸腾需水量,对于加强水资源的集约管理、提高水分利用效率
和促进节水林果业的发展具有重要的理论指导作用。关于果树蒸腾的计算,国内外许多学者做
了一些非常有意义的研究工作, Thorpe于 1978年对 Monteith [ 1]提出的单叶蒸腾计算模式进
行修正,建立单株苹果蒸腾的计算模式[ 2] ,尔后 Caspari[ 3]、Green [ 4]和 Heping [ 5]等根据 T ho rpe
模式[ 2] 的基本原理, 提出各自的修正模式, 分别计算了梨树 ( Pyr us spp. )、核桃( Juglans
spp. )、苹果(Malus spp. )等果树的蒸腾强度,为树木蒸腾的测算提供了重要的借鉴思路。我国
一些学者 [ 6～12]利用实测法对苹果、桃树( A mygdalus spp. )、银杏( Ginkgo biloba L. )等幼林果
树叶片蒸腾进行了测算。但因树体相对高大以及树冠结构复杂,使果树蒸腾计算的研究工作进
展较慢。目前,长期、逐日地测算果粮复合经营条件下苹果(树)蒸腾的研究工作极为少见。我
国也未见有利用理论公式计算苹果蒸腾强度的文献报道。
本项研究根据 T ho rpe 模式 [ 2]原理,对果粮复合系统中苹果(树)蒸腾需水量进行计算与分
析,并建立以气象因子、叶面积为自变量的果树蒸腾经验计算模式,以能长期、逐日地计算果树
蒸腾需水量。在试图探索、补充果粮复合经营条件下果树蒸腾需水量计算模式的同时,旨在为
试验区所在地发展果粮复合模式或节水果园提供一定的理论依据。
1　试验区概况
试验地设在河南省济源市裴村“太行山低山丘陵区复合农林业综合研究”试验区内( 35°
11′N, 112°03′E)。试验区内各类农林复合经营模式总面积达 160 hm 2。试验区地处太行山南段
南麓,属温带大陆性季风气候。全年日照时数为 2 367. 7 h, 年日照率为54%, 稳定通过 0℃的
多年平均积温为 5 282 ℃,大于等于10℃的多年平均积温达4 847℃。历年平均降水量 641. 7
mm ,基本上能满足作物生长的需要, 但由于受季风气候的影响,年内季节性分布不均匀。6～9
月份多年平均降水量为 438. 0 mm , 占全年的 68. 3%, 尤其集中在 7～8 月份, 占全年的
44. 3%。试验区土壤以石灰岩风化母质淋溶性褐色土为主, 土层厚度 50～80 cm , pH 值 6. 8～
8. 5,石砾含量为 10%～18%,有机质含量在 10 g·kg - 1左右, 速效氮 21. 4～80. 0 mg·kg - 1,
速效磷 5. 4～16 mg·kg - 1,速效钾 60～103 mg·kg - 1。
2　试验设计
试验于 1998年 4～8月在苹果-小麦果粮间作园内进行。立地条件: 水平梯田,梯田南北宽
36 m ,东西长 200 m。土壤质地:沙壤- 轻壤,土层厚度为 80 cm, 面积为 0. 72 hm 2, 有灌溉条
件,苹果树栽植于 1992年,品种为新红星。株行距为3 m×4 m,东西行向。平均树高为 2. 2 m,
南北冠幅 3. 2 m,果园郁闭度为 0. 85( 1998年)。植物蒸腾需水量近似于潜在蒸腾量[ 2, 13, 14] ,试
验地内设立土壤充分湿润的标准小区(土壤水分含量接近田间持水量, 约为 22. 5%) ,小区面
积 75 m×30 m。
2. 1　小气候观测
　　在小区正中部选择 1 株代表性较好的果树, 在冠幅边缘处设立南、北两个观测点,于 1. 6
m 高度处采用
20型蒸发皿逐日观测水面蒸发(雨天除外) ; 于 1. 5 m 高度处采用通风干湿球
表和轻便风速表进行温、湿度和风速的观测,采用 ER-2008红外测温仪测定冠层叶温(东南西
北 4个方位) ;于果树冠层顶部和底部,采用辐射平衡表进行净辐射的观测。
选择典型天气日,每旬测定 3～5 d。测定时间: 7: 00～19: 00, 每隔 1 h 观测 1次;水面蒸发
每日于 19: 00观测 1次。
2. 2　蒸腾速率的观测
随机选取苹果树冠层中部叶片,采用 Li-1600稳态气孔仪测定叶片蒸腾速率。将叶片蒸腾
速率乘以整株果树叶面积指数, 则可得到整株果树蒸腾量。测定时期与温、湿度观测同步,测定
时间: 7: 00～19: 00,每隔 2 h 测定 1次。
2. 3　果树叶面积的测定
采用网格法, 每隔 15 d左右测定 1次。
3　主要计算公式
单片苹果叶片蒸腾量计算公式如下所示:
TRLeaf= Q n,Leaf+ 0. 93!CpD / r b + 0. 93r ( 2+ r s/ rb) ( 1)
式中, TR leaf:叶片蒸腾量( mm) ; : 水的汽化潜热系数( J·g- 1 ) ; : 饱和水汽压—温度曲线斜
率;Q n, Leaf:叶片所接受的净辐射( W·m - 2) ; r : 干湿球常数( hPa·℃- 1 ) ; !: 干空气密度( g·
m
- 3 ) ; Cp : 空气的定压比热 ( J·g - 1·℃- 1 ) ; D : 饱和水汽压差( hPa ) ; rs 叶片气孔阻抗( s·
m
- 1
) ; r b:边界层空气动力学阻抗( s·m- 1 ) ,可采用下式计算得到:
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rb= 58 P
0. 56
d/ u ( 2)
式中, P : 树冠垂直剖面上的叶面积指数; d:叶片的最大平均宽度( m) ; u: 冠层中部风速( m·
s
- 1
)。
当土壤水分充分湿润时, r s则约等于 0, 此时的蒸腾量为潜在蒸腾量, 可视为“蒸腾需水
量”[ 2, 13, 14] , 所以单株苹果(树)的蒸腾需水量可用如下公式计算:
TR tree = Q n, tree + 0. 93!CpD / r b + 0. 93∀× 2 ( 3)
式中, Q n, t ree: 整个冠层所接受的净辐射( W·m- 2 ) ;其它符号的物理意义同公式( 1)。
4　结果与分析
4. 1　计算值与实测值的比较
从图 1、图 2可知,苹果树日蒸腾需水量的计算值与实测值之间具有较好的吻合效果。对
1998年 4～8月( 64 d)观测资料进行统计分析, 结果表明:计算值与实测值的平均相对误差为
6. 987% , 线性相关系数 R 2= 0. 964 4。因此认为, 利用 T ho rpe 单株苹果蒸腾计算的修正模
式[ 2] ,计算果粮复合系统中单株苹果的日蒸腾需水量具有一定的可行性。
图 1　日蒸腾需水量计算值与实测值的比较( 1998)
图 2　日蒸腾需水量计算值与实测值的拟合曲线
4. 2　日蒸腾需水量与气象因子、生物因子的关系
4. 2. 1　与水面蒸发、叶面积指数的关系　植物蒸腾受大气、植物、土壤等因素的综合影响。水
面蒸发作为一个能反映光、温、水、热等综合影响的小气候因子,显然和植物蒸腾有着密切的关
系;叶面积指数是影响植物蒸腾的主要生物因子。回归统计分析结果表明:苹果单株日潜在蒸
385　第 4 期　　　　　　　　张劲松等: 果粮复合系统中单株苹果蒸腾需水量的计算
腾量( T R)与日水面蒸发量( EV )、叶面积指数( L AI )具有较好的复相关关系(图 3) , R 3= 0. 919
7(样本数n= 64) ,其关系表达式如下:
T R = 0. 700 9( EV × L AI ) 0. 890 4 ( 4)
4. 2. 2　与饱和水汽压差、叶面积指数的关系　饱和水汽压差是反映温度、湿度状况的重要指
标,和植物蒸腾有密切关系。回归统计分析结果表明:苹果单株日潜在蒸腾量( TR )与日饱和水
汽压差( D )、叶面积指数( L AI )具有较好的复相关关系(图 4) , R 3= 0. 919 0(样本数 n= 64) ,其
关系表达式如下:
TR = 3. 588 4( D × L A I ) 0. 728 5 ( 5)
　　图 3　日潜在蒸腾量( T R)与日水面蒸发量( EV )　　　　图 4　日潜在蒸腾量(T R )与饱和水汽压差( D )
　　　　　和叶面积指数( LA I )的关系曲线　　　　　　　　　　 和叶面积指数( LA I )的关系曲线
4. 3　逐日蒸腾需水量的计算
鉴于长期逐日进行光、温、水、热等因
子的小气候观测具有很大的困难和艰巨
性,而逐日获取日水面蒸发资料相对比较
容易。为此, 利用所建立的蒸腾需水量经验
模式(式 3) , 逐日计算果粮复合系统中单
株苹果日蒸腾需水量,结果表明: 1998年 4
月 1日至 6月 4日的蒸腾需水量的平均值
为 4. 62 mm , 累计总量为 300. 04 mm ,日
际变化过程见图 5。 图 5　日潜在蒸腾需水量日际变化曲线(1998)
5　结论与讨论
( 1) 根据 Thorpe苹果蒸腾计算修正模式[ 2] ,计算了果粮系统中的单株苹果(树)日蒸腾水
量,经实测结果验证,计算值与实测值吻合效果较好。
( 2) 水面蒸发和叶面积指数的乘积、饱和水汽压差和叶面积指数的乘积与单株苹果(树)
日蒸腾需水量均具有很好的复相关关系。以水面蒸发和叶面积指数为自变量的经验模式为长
期、连续逐日地计算苹果蒸腾量提供了借鉴思路。
( 3) 水分胁迫条件下, 苹果蒸腾耗水量的计算, 因叶片气孔导度的异质性较大, 故有待进
一步研究。
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Estimation Transpiration-water Requirement from An Apple Tree in
Apple-crop Intercropping System
ZH AN G J in-song
1, M EN G Ping
1, Y IN Chang-j un
1, LU Guang-ming
2
( 1.Research Inst itute of Fores try, CAF, Beijing　100091, China;
2. China Agricul tu ral University, Beijing　100094, China)
Abstract: T he daily t ranspirat ion-w ater requirement ( TR ) from an apple tree in Apple-crop
intercropping syst em was es timat ed us ing the modified model of t ranspirat ion f rom an apple tree
( T horpe, 1978) , and measured by LI-1600 s teady s tate porometer. T he main results were as
follows : ( 1) T he est imat ed value tallies well w it h the measured ( R
2
= 0. 966 4) , and the average
relative error between them was 7. 93% . ( 2) Both EV×L A I and D×L A I tally with TR ( EV :
water surface evaporat ion; D: saturat ion pressure deficit of air; LA I: leaf area index per one tree) ;
( 3) A empirical model about TR and EV×L A I w as developed, and the averaged TR was 5. 546 mm
·d- 1f rom April 1 t o June 4 in 1998 according t o the empirical model.
Key words: Apple-crop int ercropping syst em; daily transpiration-water requirement
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