華北平原地區土壤蒸散發計算模型研究(四)
發布時間：2010-01-14 共1頁
2.1.2植物散發系數（R）的確定
在有作物生長的農田里，水分一方面通過土壤表面蒸發，另一方面通過土壤中的根系吸收到作物體內，然后由作物葉面的氣孔輸送到大氣中，實現作物與大氣間的水分交換。各作物在不同的發育期，根系對土壤水分的吸收能力不同。假設作物發育期生理因素用散發系數R表示，通過對兩臺相同土壤蒸發器不同處理條件下（一個種作物、一個裸地）蒸散量的分析，得到種冬小麥、夏玉米等作物本地區散發系數R與美國人布蘭。克里德爾計算的干旱半干旱地區的蒸散能力而引入的反映生長階段對蒸散的影響的改正系數趨勢一致。
2.2土壤因素（W）的確定
土壤水分的蒸散是通過土壤表面和植被表面進行的。在蒸散過程中，表層以下的水分以毛管水的形式向上運動，運動的速度和土壤的有效含水量有一定的關系。土壤中水量的多少是蒸散發生的內因。對衡水實驗站的實測資料進行分析表明，直到土壤含水量減少到比田間持水量低到某一數值時實際蒸散量等于蒸散能力，當土壤含水量或有效水分繼續減少時，土壤逐漸變干，土壤蒸散量迅速變小。
當相對有效水分（W-WP）/（Wk-Wp）小于65%時，Et/Em與相對有效水分的關系接近線性。當相對有效水分大于65%時，Et=Em.
用數學式子表示：
（W-WP）/（Wk-Wp）≥65%時，Et=Em
（W-WP）/（Wk-Wp）＜65%時，Et＜Em
并且 Et= Em.（W-WP）/（Wk-Wp）（6）
式中：W―土層含水量（mm）；
Wp―――蒸散等于零，即土壤水分不能供蒸散時的土層水量（mm）
Wk―田間持水量（mm）
因此W-Wp―為土層的有效含水量，而Wk-Wp為土層的有效水分總量。假設在下水位較深，土壤上層與深層水分交換可忽略不計。由于土壤含水量和凋萎點是隨深度而變化的，如分層計算，蒸發量可由土層的水分變化來表示，設Wk-Wp=b則
式中―土壤層次；Z0―土層深度；如Z0=1.0米，則
即1.0米深土層中的有效水分，在無外界附加水分（如無降水）時土壤含水量隨時間呈單調下降變化，若Em為時間t內的可能蒸散發量，則由式得：
式是一個線性微分方程，對它兩邊積分后可得時間間隔t內的蒸散量Et為：
式中、為時段t開始和結束時1.0米深土層的儲水量，如果時段t內有附加降水（如在第n日有降水P），且降水后土壤含水量未達到臨界含水量，時段t內的蒸發量Et為： 即增加了一個附加的蒸發項。
如果時段t內有附加降水（如在第n日有降水P），且降水后土壤含水量超過臨界含水量，時段t內的蒸發量Et為：
如時段內有兩次以上降雨，可根據上述原理，按計算模型得出蒸散量。
在實際蒸散量的計算中，由于土壤性質和作物種類及發育期的不同，臨界含水量Wk有一個變動的范圍。為了確定比較可靠的Wk值，在不同的作物及同一作物的不同發育期，在已知土壤為不夠濕潤的情況下，利用土壤蒸發器實測的蒸散量反求臨界含水量Wk.由上式得：
其中與生物學上的凋萎點的觀念有些不同，因為當土壤含水率低于生物凋萎點而高于最大吸濕度時，仍有明顯的蒸散發生。參考土壤濕度觀測資料取Wp最大吸收濕度=穩定凋萎點/1.34，計算中取Wp=42mm.通過反求發現：作物在不同的發育階段臨界含水量Wk有明顯的規律變化。如冬小麥在播種到返青臨界含水量與裸地基本相同，平均值為300mm，在拔節后迅速減小到230mm，至灌漿達到最小值180mm，主要發育期臨界含水量平均為了220mm.在土壤蒸散條件下，當土壤水分低于田間持水量時，土壤中的懸著水將隨著土壤表層水分的減少向上運動，這種從深層向土壤表層的水分補充是比較緩慢的，使蒸散受到一定的限制。在有作物生長的土壤中，作物根系散布在較深的土層中，當土壤表層因蒸發而使水分減少時，由于深層土壤水分變化較小，對作物根系的吸收無明顯影響，相應的臨界含水量必然低于裸土和作物小苗期的臨界含水量。模型計算中取5月～9月的Wk=220mm，其它月份Wk=300mm.
3 、模型的檢驗
用上述方法計算的土壤蒸散量其結果和實測值比較，除個別點（由于土壤蒸發器維修、土柱換土造成土柱含水率分布與自然狀況不一致，蒸散量受影響）相差較大外，總的變化趨勢是一致的。以1986和1987年為例，月均值相差小于10%的點占55%；月均值相差小于20%的點占80%以上，年蒸散量差值均在10%以內。表明該模型能達到一定的精度。
綜合上述分析，本模型把“土壤―大氣―植物”三個系統聯系起來，幾乎考慮了影響作物蒸散量的所有因素，而這些因素又都不難從現有氣象臺站日常觀測資料中得到，為實際應用提供了便利條件。
結語：
（1）計算機的普及為模型的數學計算創造了廣闊的前景，可以在短時間內計算出任一時段的土壤實際蒸散量，進而推算土壤的水分狀況。而這些是土壤墑情預報和水資源調度急需解決的問題。依據蒸散模型建立一個蒸散和土壤水分監測系統對水資源極度饋乏的河北省尤其必要。
（2）土壤蒸散涉及到多個學科，模型的準確性、可靠性還要在以后的實際運用中進一步檢驗。
