温室黄瓜蒸腾蒸发对环境的响应机理及双层预测模型的研究

Studying crop evapotranspiration is important in developing water-saving irrigation, improving water using efficiency and achieving top-quality and high-yield of greenhouse vegetables. Separately measurement of crop transpiration and soil surface evaporation beneath the canopy will be conducted; detailed analysis of the quantitative relationships between evapotranspiration and micro-meteorological data, crop growth index and surface soil water content will be done. Accordingly, the physical and biological process of evapotranspiration of greenhouse vegetables, and the mechanism action with the affecting factors will be researched and clarified. The two layer micro-meteorological model of separately estimating crop transpiration and soil surface evaporation beneath the canopy will be constructed based on solving energy and radiation balance equations above and beneath the canopy. With the constructed the model, the soil surface and canopy temperature and the net solar radiation beneath the canopy which are difficult to be measured could be modeled. The Penman-Monteith equation which was constructed based on outdoor climate condition will be improved and the main parameters (aerodynamic resistance and canopy resistance) will be optimized for the application of estimating greenhouse vegetables evapotranspiration. The models will be validated based on the actual measurement of transpiration by Stem Flow meter and soil evaporation by Micro-lysimeter.

对温室蔬菜蒸腾蒸发（气孔蒸腾及冠层下表土蒸发）进行分别模拟对于实现蔬菜优质高产、高效用水有重要意义。针对目前对温室作物气孔蒸腾及冠层下表土蒸发对环境响应机理研究的不足，作物需水模型中主要阻力参数在大田环境与半封闭温室条件下表现出的显著差异性等科学问题，本研究基于大田耗水Penman-Monteith（PM）模型及冠层上、下能量交换双层模型，在系统分析温室黄瓜耗水的物理及生物过程，以及与微气象因子之间作用机理的基础上，修改PM模型中空气动力学阻力及冠层阻力参数计算模块；增加作物冠层温度、表土温度及冠层下表土蒸发阻力参数模块，构建分别估算温室作物气孔蒸腾及冠层下表土蒸发的双层模型，实现黄瓜耗水过程的动态模拟。根据实测值对模型关键过程进行参数率定，应用茎流计、微型蒸发器实测作物蒸腾蒸发进行模型验证。研究成果既可用于评价温室环境变化对黄瓜耗水的影响，也可作为优化黄瓜灌水方案的理论依据。

对温室蔬菜蒸腾蒸发进行分别模拟对于实现蔬菜优质高产、高效用水有重要的意义。针对目前对温室作物植株蒸腾及冠层下表土蒸发对环境响应机理研究的不足，作物需水模型中主要阻力参数在大田环境及半封闭温室条件下表现出的显著差异性等科学问题，本研究基于大田耗水Penman-Monteith模型及双作物系数模型，在系统分析温室黄瓜耗水的物理及生物过程，以及与微气象因子之间的作用机理的基础上，修改PM模型中空气动力学阻力参数及冠层阻力参数模块；增加表土蒸发阻力参数模块，构建分别估算温室黄瓜植株蒸腾及冠层下土面蒸发的双作物系数模型，实现了对温室黄瓜作物蒸腾及土面蒸发的动态模拟。根据实测值对模型关键参数进行率定，应用茎流计、微型蒸发器实测黄瓜蒸腾蒸发进行模型验证。研究成果既可用于评价温室环境变化对黄瓜耗水的影响，也可作为优化黄瓜灌水方案的理论依据。.通过该项目的研究，主要得到以下重要结果：1）三种ET0的计算方法（FAO-24 Penman法、Irmak-Allen法、Priestley-Taylor法）与Penman-Monteith修正法均具有良好的线性关系，FAO-24 Penman法与P-M修正法计算结果最为接近，其次为I-A法与P-T法，I-A法应用最简便，推荐通过线性转换作为气象资料短缺条件下温室ET0的计算方法。2）Perrier对数法计算的春夏季和秋冬季ra平均值分别为388 s/m和383 s/m，热传输系数法计算的ra平均值分别为141 s/m和158 s/m；基于两种ra计算方法，PM模型模拟的Tr与实测值均具有较好的一致性，采用热传输系数法计算ra时，PM模型可更准确的模拟该地区温室黄瓜Tr。3) 应用修正后的双作物系数模型估算的温室黄瓜ETc和Tr与实测值具有较好地一致性，春夏季温室黄瓜全生育期ETc估算值与实测值的日均值分别为3.05和2.94 mm/d，秋冬季分别为2.53和2.76 mm/d。修正后的双作物系数模型估算春夏季温室黄瓜日ETc的决定系数（R2）、RMSE和模型效率系数（Ens）分别为0.95、0.41 mm/d和0.93。修正后的双作物系数模型估算春夏季日平均Tr与实测值分别为2.37和2.19mm/d。研究结果还显示，不同种植季节温室黄瓜全生育期日平均Tr占ETc的比例分别为64.62 %（春夏季）和68.59 %（秋冬季）。