不同方法测定设施番茄蒸腾的结果比较及相关性分析

李永秀++番聪聪++宋文怀

摘要：以番茄品种金粉5号为试材，同步采用称质量法、微气象法及茎流仪法对设施番茄蒸腾速率进行测定，对不同方法的测定结果进行比较，并分析称质量法与微气象法、称质量法与茎流仪法之间的相关关系。结果表明，3种方法测得的设施番茄蒸腾速率日变化趋势基本一致，微气象法和称质量法的测量结果比较接近，而茎流仪法的测量结果大于其他2种方法；以称质量法测量结果为对照，微气象法和茎流仪法测得的设施番茄日总蒸腾量分别偏高25%和71%。称质量法（y）与微气象法（x1）、茎流仪法（x2）测量的设施番茄蒸腾速率均存在显著的线性相关关系，表达式分别为y=0.79x1+0.05，r=0.93；y=0.66x2-1.18，r=0.84。因此，微气象法和茎流仪法的测量结果可通过称质量法进行订正，从而获得较为准确的设施番茄蒸腾速率连续观测数据。

关键词：蒸腾；称质量法；微气象法；茎流仪；Penman-Monteith模型

中图分类号： S641.201文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）03-0098-04

收稿日期：2015-12-17

基金项目：国家自然科学基金（编号：41275117）；南京信息工程大学大气科学与环境气象实验实习教材建设项目（编号：SXJC2014B05）。

作者简介：李永秀（1979—），女，甘肃武威人，硕士，高级实验师，主要研究方向为农业气象。Tel：（025）58731194；E-mail：lyxsha@nuist.edu.cn。

土壤、植物和大气之间的巨大水势差和毛管力引起水分从根部流向叶片，同时携带养分到达叶片和活跃细胞。由根系进入植物体的水分只有1%保留在植物体内，参与生理过程，其他99%的水分通过蒸腾消耗掉[1]。蒸腾决定叶片中的水势、气象参数（风、辐射、湿度和温度）以及土壤湿度（土壤水势），不仅对作物生长发育至关重要，而且决定着农田边界层的状况，因此测量蒸腾是理解和调节植物水分关系的关键技术[2-3]。[JP2]设施作物生产在半封闭的空间内进行，导致设施作物蒸腾对设施小气候的影响比大田生产更加显著，设施作物蒸腾是设施内空气及作物能量与水分平衡中非常重要的一项，直接影响到设施内的温度和湿度状况。因此，蒸腾不仅是作物本身的生理指标，还是综合了作物和环境的重要生态指标[4-6]。[JP]

作物蒸腾的测定方法较多，从冠层水平考虑有水量平衡法、微气象法（包括波文比能量平衡法、空气动力学法、能量平衡-空气动力学综合法及涡度相关法等）、红外遥感法；从个体水平考虑有茎流计法、同位素示踪法、风调室法、盆栽称质量法、整树容器法和蒸渗仪法；从叶片水平考虑有光合仪法、气孔计法、剪枝称质量法等[7-8]。其中，盆栽称质量法对设备要求低，简便易行且较为准确，对大田作物和树木，该方法存在样本所处群体状态与实际不相符只能用于小苗测量的缺陷，然而对常采用行栽或盆栽的设施作物，该方法具有很强的适用性，但只能进行间断测定，数据的连续性差，因此常用质量法对其他测量方法进行评价和校正。微气象法根据能量平衡原理，通过对气象资料的分析直接或间接计算植被冠层的蒸腾耗水量，避免了由个体尺度上升到群体尺度时可能面临的难点和误差，适用于大面积作物蒸腾量的估算；但该方法假定空气动量、能量和水气湍流扩散系数相等，即在中性层结大气条件下才能获得较为准确的结果，而在非中性层结条件下要对参数进行相应调整，运算的复杂性将大大增加。用茎流计法测定作物蒸腾不会对植株造成损伤，植物体可以在自然环境条件下生长，能够实现长期连续测定，仪器易于野外操作，可远程下载数据，适用于单株植物整体蒸腾量的观测，单位面积的蒸腾总量由单株蒸腾乘以种植密度求得，可以避免由单个叶片换算田间总蒸腾时涉及到的叶面积指数以及冠层上下叶位差异等不确定因素，因而茎流计在植物蒸腾相关的研究中应用越来越广泛，近10年来，有关树木蒸腾的文献中，有半数以上是应用茎流仪法进行测定研究的[9-10]。然而，茎流计在设施作物蒸腾研究中的应用较为少见，对其测量的準确性也缺乏可靠的试验验证，为此本研究同步采用盆栽称质量法、微气象法、茎流仪法对设施番茄蒸腾量进行测量或计算，通过比较，分析茎流仪法和微气象法测定设施番茄蒸腾量的准确性与可行性，为设施番茄蒸腾的连续测量及研究提供参考。

2结果与分析

2.1设施番茄蒸腾速率的日变化

与其他2种方法相比，称质量法测量结果最为可靠，因此本研究首先用称质量法的测量结果来分析设施番茄蒸腾速率的日变化特征。从图1、图2可知，设施番茄蒸腾速率日变化规律与设施内净辐射日变化规律近似，均是从早上日出后开始升高，至13：00达到最大，然后逐渐下降。但是蒸腾速率在中午12：00有明显的下降，而净辐射则没有出现这一下降过程，这主要是因为在正午时刻，光合有效辐射达到一天中最强，空气温度较高，湿度较低，导致番茄植株发生“光合午休”，叶片气孔部分关闭，蒸腾速率下降[14]。

[FK（W10][TPLYX1.tif][FK）]

[FK（W19][TPLYX2.tif][FK）]

2.2不同方法测定设施番茄蒸腾速率的结果比较

利用观测所得的温室内外气象资料和叶面积指数，根据公式（1）～（10）计算得到设施番茄每小时的蒸腾量，即为微气象法的估算结果，将其与茎流仪及称质量法所测定的结果进行比较，结果如图3所示。

[FK（W10][TPLYX3.tif][FK）]

从图3可以看出，3种方法所得的设施番茄蒸腾速率日变化趋势基本一致，微气象法和称质量法的测量结果比较接近，而茎流仪法的测量结果则大于其他2种方法，说明茎流仪法测量设施番茄蒸腾速率存在普遍偏高的现象。在3种方法中，仅称质量法的测量结果中番茄蒸腾速率在正午时刻出现下降，而另外2种方法均未观测到这一现象。用微气象法进行计算时，冠层阻力的计算中并未考虑“光合午休”这一现象的存在，导致蒸腾速率的计算结果也不可能反映出正午时蒸腾速率的下降；而茎流仪法测量的是茎干内液体的流动，而不是植株整体水分的变化，在正午时尽管叶片气孔部分关闭，但很可能在植物体内部各器官之间水分的运移并未受到影响，因而用茎流仪测定得到的茎流值并未出现下降。

2.3不同方法测定的设施番茄日总蒸腾量比较

进一步对不同方法测量得到的设施番茄日总蒸腾量进行计算，结果如图4所示。以称质量法的测量结果作为标准，微气象法和茎流仪法测量得到的单株设施番茄日总蒸腾量均偏高，其中微气象法偏高25%，茎流仪法偏高71%。

[FK（W9][TPLYX4.tif][FK）]

2.4不同方法测定结果的相关关系

鉴于称质量法的测量结果比较稳定、可靠，因此以称质量法为标准，对微气象法与茎流仪法的测定结果进行订正。首先，分别以称质量法测量结果为纵坐标，其他2种方法测量结果为横坐标作图。由图5、图6可以看出，称质量法与微气象法测量结果存在很好的线性相关关系，其数学表达式：

[JZ（]y=0.79x1+0.05。[JZ）][JY]（20）

式中：x1为微气象法计算的番茄蒸腾速率（g/h），y为称质量法测得的番茄蒸腾速率（g/h），二者的相关系数r达到0.93。因此，在设施番茄蒸腾研究中，可以利用（20）式对微气象法确定的蒸腾速率进行订正。

[CM（24]称质量法与茎流仪法的测量结果之间也存在较好的线性相关关系，其数学表达式：

[JZ（]y=0.66x2-1.18。[JZ）][JY]（21）

式中：x2为茎流仪法测得的番茄蒸腾速率（g/h），y为称质量法测得的番茄蒸腾速率（g/h），二者的相关系数r为0.84。在实际应用中，可以利用（21）式对茎流仪法测得的设施番茄蒸腾速率进行订正。

3结论与讨论

称质量法测量设施番茄蒸腾的缺陷是耗时、耗力，无法实现长期连续观测，但其测量结果却最为可靠，常被作为标准来判断其他方法的优劣。微气象法是通过测定的气象资料计算蒸腾的方法，因为气象资料可以实现长期连续观测，因此该方法也可以获得长时间的植物蒸腾数据，但是在微气象法的计算公式中，涉及到的一些参数，如冠层阻力、空气动力学阻力等、温室内风速等都通过经验或半经验的公式得到[15]，本身容易产生较大误差。与称质量法、微气象法相比，用茎流计法测定作物蒸腾不需要破坏植株的器官，可长期连续测定单株植株的蒸腾量，然而由于茎流引起的茎干温度变化非常微小，很容易受到外界环境变化的影响，所以茎流的测定需要非常稳定的热环境，如不能满足这一条件，茎流仪测定的结果就会出现很大偏差。以往利用茎流仪测量植物蒸腾的研究多见于树木、玉米等茎干较粗的植物[3，16-17]，且大都是在露地条件下进行的，有关茎流仪在设施蔬菜蒸腾研究中的应用少见报道。

本研究开展试验，比较了称质量法、微气象法及茎流仪法测量得到的设施番茄蒸腾速率，证实以称质量法测量结果为对照，微气象法和茎流仪法测得的单株设施番茄日蒸腾量分别偏高25%和71%，因此用微气象法和茎流仪法2种方法测量的设施番茄蒸腾量必须经过校准后才能应用。根据本研究的结果，称质量法与微气象法、茎流仪法的测量结果之间都存在很好的线性相关关系，因此可以用称质量法的测量数据对其他2种方法测定结果进行订正，以获得较为准确的番茄蒸腾速率。今后还需要设置不同生育期、不同栽培茬口、不同番茄品种的试验，对微气象法、茎流仪法的测定结果进行订正，获得更为可靠的订正公式，以推动微气象法、茎流仪法等自动观测方法在设施作物蒸腾监测中的应用。

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