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摘 要：蒸散（ET）是地表能量平衡和水量平衡的重要组分，超过90%的农业用水最终以蒸散的形式消耗，因此，农田ET的准确估算对农业节水发展和作物水分生产力提升意义重大。基于此，文章主要从双作物系数角度出发，对旱作玉米田蒸散进行了估算与验证，希望能够提高旱作玉米田的产量。
关键词：旱作玉米田；双作物系数；蒸散估算；验证
引言
现如今，水资源紧缺已成为世界关注的问题，现代节水农业指出，减少植物生命过程和给水过程中的无效水量，是提高农业综合用水效益的关键。在径流和渗漏量很小的情况下，农田蒸散量可大致代表农田实际的耗水量。双作物系数法能区分土壤蒸发和作物蒸腾，能够更为精确地计算农田ET，同时也能够更好地评估降雨、灌溉和覆膜等对土壤水分的影响。
1农田蒸散量概述
农田蒸散量为农田水分平衡的主要支出项，是计划蓄水、供水，设计防旱、抗旱措施等的重要依据，是鉴定作物水分供应条件的重要指标。影响农田蒸散量的主要因子有：由大气干燥程度、辐射平衡和风力大小所决定的蒸发势，土壤供水状况，以及植被状况对湍流交换系数的影响等。农田蒸散量以及其中植物蒸腾与棵间蒸发两部分数量的比例，随种植、栽培措施和作物生长状况而变化。在农田调节过程中，可以设置风障和防护林，改变种植方式，来提高农田水分利用率，即消耗单位水分可获得较多的经济效益。调节蒸散量的农业措施有灌溉、排水、耕作、覆盖和喷洒保墒增温剂等。
2双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证研究
2.1试验设计及数据采集
试验地块采用平作种植，面积为150m×100m（1.5hm2）。试验站内地势平坦，下垫面均种植玉米，满足通量观测的安装要求。供试玉米品种为京单951，于2011、2012年每年5月初播种，9月底成熟。确定试验地块、播种后，要进行数据采集。利用涡度相关系统，对试验玉米田ET进行连续监测，通过直接测定和计算下垫面潜热和显热的湍流脉动值求得下垫面ET。
2.2玉米田蒸散量计算
第一，参考作物蒸散量计算。采用FAO-56Penman-Monteith（PM）模型计算ET0。PM模型基于水汽扩散理论和能量平衡方程建立，物理意义明确，FAO将其推荐为ET0计算的标准方法。
第二，玉米田实际蒸散量。实际蒸散量采用FAO推荐的双作物系数法计算玉米田ET。计算式为：
其中，ET为农田日蒸散量， 为水分胁迫下的作物蒸散量，KeETO 为土壤蒸发量，Kcb 为反应物基础作物系数等等。Ks 反映根区土壤含水率不足时对作物蒸腾影响的水分系数，Ke 为土壤表面蒸发系数。
2.3评价指标
在农田蒸散试验过程中，对其进行有效评价能够保证试验结果的准确性。目前，人们多采用均方根误差、平均绝对误差和决定系数（R2）对双作物系数法模拟春玉米蒸散的适用性进行分析，其公式如下所示：
式中，Yi 为双作物系数法模拟的第i 日 值；Xi 为涡度相关系统实测的第i 日标准ET 值；Y 为Yi 的平均值； 为Xi 的平均值；n为数据样本数量。RMSE和AAE越小，表明模型偏差越小；R2 越接近1表明吻合度越高。
2.4结果与分析
2.4.1玉米各生育阶段作物系数计算结果
在农田玉米蒸散估算与验证试验中，玉米生长季气象环境因子的变化与当地环境变化特点相符，虽然太阳辐射呈变小的趋势，但是其变化并不明显，平均值约在18.4MJ·m-2·d-1和15.7MJ·m-2·d-1；氣温平均呈抛物线型变化；相对湿度则有逐渐增大的趋势，由此说明，该地区玉米生育期内相对湿度变化较大。此外，由试验资料计算得出玉米各生长阶段的作物系数，见表1：
表1玉米各生长阶段作物系数计算值
由表可见，水分胁迫条件下基础作物系数在试验初期均处于较低水平、在发育期增幅较大、在中期保持较高水平，至后期逐渐减小。作物蒸腾主要通过叶片上的气孔散失到外界，蒸腾速率主要受叶片大小和浓密程度的影响，而在前期绿叶面积指数（GLAI）几乎为0，发育期GLAI迅速增大，中期保持在较高水平，到后期又逐渐减小；作物系数（Kc）均呈现相似变化，在初期较小，后逐渐增大，中期保持较高水平，后期又减小。
2.5玉米生长季蒸散量估算及验证
第一，生育阶段。春玉米生长季ET的变化趋势与Kc相似，基于FAO双作物系数法计算的春玉米蒸散量（ETFAO）与基于涡度系统实测获取的蒸散量（ETEC）的对比可以看出，双作物系数法模拟值无论在每个生育期或全生育期均偏大。
第二，日尺度。图1为相邻两年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比。
图2相邻2年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比
由图可知，ETFAO和ETEC均具有相似的变化趋势，且ETFAO整体均偏大。ETFAO和ETEC具有较好的一致性，结合误差指标可以看出，相近两年的均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（AAE）分别为0.864和0.678mm？d-1，2012年分别为0.676和0.693mm？d-1，由以上分析可以看出，整体上双作物系数法模拟春玉米ET有较高的模拟精度，可以作为该地区春玉米作物需水计算的方法。
结束语
目前地球上超过一半陆地处于缺水状态，ET的准确模拟和区分对水资源的合理分配意义重大。因此，相关技术人员应加大对农田蒸散估算与验证的研究力度，为提高农作物水分生产力，提升农业节水效果，推动绿色灌溉事业的发展打基础。
参考文献：
[1]金菊良，侯志强，蒋尚明，周玉良，崔毅.基于单作物系数和遗传算法的受旱胁迫下大豆蒸发蒸腾量估算[J].黑龙江大学工程学报，2017，8（01）：1-10+12.
[2]冯禹，龚道枝，王罕博，郝卫平，梅旭荣，崔宁博.基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证[J].中国农业气象，2017，38（03）：141-149.
作者简介：
代文雯，女，1988年6月生～，甘肃武威人。
通讯作者：
李学才，男，1963年5月生～，甘肃庆城人，副研究员，主要从事作物遗传育种、马铃薯育种、油菜育种等方面的教学和科研工作
关键词：旱作玉米田；双作物系数；蒸散估算；验证
引言
现如今，水资源紧缺已成为世界关注的问题，现代节水农业指出，减少植物生命过程和给水过程中的无效水量，是提高农业综合用水效益的关键。在径流和渗漏量很小的情况下，农田蒸散量可大致代表农田实际的耗水量。双作物系数法能区分土壤蒸发和作物蒸腾，能够更为精确地计算农田ET，同时也能够更好地评估降雨、灌溉和覆膜等对土壤水分的影响。
1农田蒸散量概述
农田蒸散量为农田水分平衡的主要支出项，是计划蓄水、供水，设计防旱、抗旱措施等的重要依据，是鉴定作物水分供应条件的重要指标。影响农田蒸散量的主要因子有：由大气干燥程度、辐射平衡和风力大小所决定的蒸发势，土壤供水状况，以及植被状况对湍流交换系数的影响等。农田蒸散量以及其中植物蒸腾与棵间蒸发两部分数量的比例，随种植、栽培措施和作物生长状况而变化。在农田调节过程中，可以设置风障和防护林，改变种植方式，来提高农田水分利用率，即消耗单位水分可获得较多的经济效益。调节蒸散量的农业措施有灌溉、排水、耕作、覆盖和喷洒保墒增温剂等。
2双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证研究
2.1试验设计及数据采集
试验地块采用平作种植，面积为150m×100m（1.5hm2）。试验站内地势平坦，下垫面均种植玉米，满足通量观测的安装要求。供试玉米品种为京单951，于2011、2012年每年5月初播种，9月底成熟。确定试验地块、播种后，要进行数据采集。利用涡度相关系统，对试验玉米田ET进行连续监测，通过直接测定和计算下垫面潜热和显热的湍流脉动值求得下垫面ET。
2.2玉米田蒸散量计算
第一，参考作物蒸散量计算。采用FAO-56Penman-Monteith（PM）模型计算ET0。PM模型基于水汽扩散理论和能量平衡方程建立，物理意义明确，FAO将其推荐为ET0计算的标准方法。
第二，玉米田实际蒸散量。实际蒸散量采用FAO推荐的双作物系数法计算玉米田ET。计算式为：
其中，ET为农田日蒸散量， 为水分胁迫下的作物蒸散量，KeETO 为土壤蒸发量，Kcb 为反应物基础作物系数等等。Ks 反映根区土壤含水率不足时对作物蒸腾影响的水分系数，Ke 为土壤表面蒸发系数。
2.3评价指标
在农田蒸散试验过程中，对其进行有效评价能够保证试验结果的准确性。目前，人们多采用均方根误差、平均绝对误差和决定系数（R2）对双作物系数法模拟春玉米蒸散的适用性进行分析，其公式如下所示：
式中，Yi 为双作物系数法模拟的第i 日 值；Xi 为涡度相关系统实测的第i 日标准ET 值；Y 为Yi 的平均值； 为Xi 的平均值；n为数据样本数量。RMSE和AAE越小，表明模型偏差越小；R2 越接近1表明吻合度越高。
2.4结果与分析
2.4.1玉米各生育阶段作物系数计算结果
在农田玉米蒸散估算与验证试验中，玉米生长季气象环境因子的变化与当地环境变化特点相符，虽然太阳辐射呈变小的趋势，但是其变化并不明显，平均值约在18.4MJ·m-2·d-1和15.7MJ·m-2·d-1；氣温平均呈抛物线型变化；相对湿度则有逐渐增大的趋势，由此说明，该地区玉米生育期内相对湿度变化较大。此外，由试验资料计算得出玉米各生长阶段的作物系数，见表1：
表1玉米各生长阶段作物系数计算值
由表可见，水分胁迫条件下基础作物系数在试验初期均处于较低水平、在发育期增幅较大、在中期保持较高水平，至后期逐渐减小。作物蒸腾主要通过叶片上的气孔散失到外界，蒸腾速率主要受叶片大小和浓密程度的影响，而在前期绿叶面积指数（GLAI）几乎为0，发育期GLAI迅速增大，中期保持在较高水平，到后期又逐渐减小；作物系数（Kc）均呈现相似变化，在初期较小，后逐渐增大，中期保持较高水平，后期又减小。
2.5玉米生长季蒸散量估算及验证
第一，生育阶段。春玉米生长季ET的变化趋势与Kc相似，基于FAO双作物系数法计算的春玉米蒸散量（ETFAO）与基于涡度系统实测获取的蒸散量（ETEC）的对比可以看出，双作物系数法模拟值无论在每个生育期或全生育期均偏大。
第二，日尺度。图1为相邻两年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比。
图2相邻2年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比
由图可知，ETFAO和ETEC均具有相似的变化趋势，且ETFAO整体均偏大。ETFAO和ETEC具有较好的一致性，结合误差指标可以看出，相近两年的均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（AAE）分别为0.864和0.678mm？d-1，2012年分别为0.676和0.693mm？d-1，由以上分析可以看出，整体上双作物系数法模拟春玉米ET有较高的模拟精度，可以作为该地区春玉米作物需水计算的方法。
结束语
目前地球上超过一半陆地处于缺水状态，ET的准确模拟和区分对水资源的合理分配意义重大。因此，相关技术人员应加大对农田蒸散估算与验证的研究力度，为提高农作物水分生产力，提升农业节水效果，推动绿色灌溉事业的发展打基础。
参考文献：
[1]金菊良，侯志强，蒋尚明，周玉良，崔毅.基于单作物系数和遗传算法的受旱胁迫下大豆蒸发蒸腾量估算[J].黑龙江大学工程学报，2017，8（01）：1-10+12.
[2]冯禹，龚道枝，王罕博，郝卫平，梅旭荣，崔宁博.基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证[J].中国农业气象，2017，38（03）：141-149.
作者简介：
代文雯，女，1988年6月生～，甘肃武威人。
通讯作者：
李学才，男，1963年5月生～，甘肃庆城人，副研究员，主要从事作物遗传育种、马铃薯育种、油菜育种等方面的教学和科研工作