閆浩芳，毋海梅，張 川，Samuel Joe Acquah，趙寶山，黃 松

（1.江蘇大學(xué) 流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心，鎮(zhèn)江 212013； 2.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院，鎮(zhèn)江 212013）

0 引 言

溫室作物蒸發(fā)蒸騰量（ETc）的確定對于實(shí)現(xiàn)溫室作物水分管理及溫室內(nèi)微氣候環(huán)境的調(diào)控具有重要的意義[1]。農(nóng)田系統(tǒng)中，作物蒸騰過程能夠促進(jìn)水分和養(yǎng)分的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，降低植物體的溫度，對作物的光合作用和干物質(zhì)積累起著重要作用[2]，而土面蒸發(fā)被認(rèn)為是無效的水分消耗，確定并減少土面蒸發(fā)對于提高土壤水分利用效率，實(shí)現(xiàn)日光溫室黃瓜的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)具有重要的意義[3-7]。目前估算作物ETc的主要方法有 Penman-Monteith（P-M）直接模型[8-10]和FAO-56推薦的作物系數(shù)間接模型[11]等，其中P-M模型已被FAO推薦為計算作物ETc的首選方法，但P-M直接模型不能實(shí)現(xiàn)對土面蒸發(fā)和植株蒸騰的分別估算，而是將兩者作為一個整體估算作物 ETc[12]，這不僅使得模型在作物覆蓋稀疏時精度下降，而且無法確定土面蒸發(fā)在作物不同生育期所占的比例。FAO推薦的作物系數(shù)模型分為單作物系數(shù)和雙作物系數(shù)模型，其中雙作物系數(shù)模型可以實(shí)現(xiàn)對植株蒸騰和土面蒸發(fā)的分別估算，從而實(shí)現(xiàn)對作物ETc更為準(zhǔn)確地估算[13-15]，因此被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用[16-17]。Shrestha等[18]利用雙作物系數(shù)法研究了亞熱帶地區(qū)覆膜藤蔓作物的基礎(chǔ)作物系數(shù)和土面蒸發(fā)系數(shù)，對藤蔓作物植株蒸騰與土面蒸發(fā)進(jìn)行了分別估算，但也指出FAO-56推薦的西瓜和辣椒的作物系數(shù)值的不適用性，普遍高估了冠層下土面蒸發(fā)。龔雪文等[19]采用修正后的雙作物系數(shù)法估算不同水分條件下溫室番茄的ETc，得出雙作物系數(shù)法可較為準(zhǔn)確地估算不同水分處理的ETc。馮禹等[20]利用修正后的雙作物系數(shù)模型對山西壽陽縣旱作玉米ETc進(jìn)行了估算與區(qū)分，發(fā)現(xiàn)修正后的雙作物系數(shù)模型能較為精確地估算玉米植株蒸騰及土面蒸發(fā)。由于作物系數(shù)受土壤、氣候及作物等因素的影響，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驙顩r等因素對 FAO-56推薦的作物系數(shù)值進(jìn)行修正[21]。綜上所述，利用雙作物系數(shù)模型估算大田作物 ETc的研究較多[22-24]，但對溫室作物 ETc的研究比較少見。

因此，本研究基于FAO-56推薦的雙作物系數(shù)模型，通過實(shí)測溫室黃瓜葉面積指數(shù)（LAI），土壤含水率（SWC）及微氣象因子，引進(jìn)作物冠層覆蓋度系數(shù)Kcc對模型中基礎(chǔ)作物系數(shù)（Kcb）進(jìn)行動態(tài)模擬，利用LAI和SWC修正 Ke；應(yīng)用修正后的雙作物系數(shù)模型分別估算春夏季和秋冬季 Venlo型溫室內(nèi)黃瓜騰發(fā)量，并用實(shí)測 ETc（lysimeter）和Tr（莖流計）對修正后的雙作物系數(shù)模型的精確性進(jìn)行驗(yàn)證。該研究成果不僅可以作為指導(dǎo)Venlo型溫室黃瓜準(zhǔn)確灌溉的依據(jù)，而且對于實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境調(diào)控及減少無效土面蒸發(fā)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究試驗(yàn)于2017年3～7月（春夏季）和2017年8～12月（秋冬季）在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Venlo型溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)位于江蘇省鎮(zhèn)江市（32°11′N、119°25′E，海拔 23 m），屬亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗(yàn)用Venlo型溫室屋脊呈南北走向，南北長20 m，東西長32 m，面積為640 m2，檐高4.4 m，跨度6.4 m，共兩跨，每跨有2個小屋頂，溫室覆蓋材料為厚4 mm 的浮法玻璃。試驗(yàn)選取目前國內(nèi)種植比例較大的黃瓜品種油亮3-2作為供試作物。試驗(yàn)采用滴灌灌水方式（滴頭間距30 cm，滴頭流量1.0 L/h），滴灌帶布設(shè)方式為兩行一帶。以20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿作為參考依據(jù)，當(dāng)累計水面蒸發(fā)量（Ep）達(dá)到（20±2）mm時灌水，灌水量為 0.9 Ep（0.9為蒸發(fā)皿系數(shù)）[25-26]。為確保黃瓜幼苗成活，定植后以滴灌方式補(bǔ)充灌水20 mm。試驗(yàn)黃瓜春夏季及秋冬育苗日期分別為2017年3月19日和8月21日，定植日期分別為2017年4月4日和9月2日，春夏和秋冬季溫室黃瓜全生育期天數(shù)均為120 d，黃瓜的株距和行距分別為40 cm和45 cm。試驗(yàn)土壤質(zhì)地為沙壤土，作物根區(qū)土壤容重為 1.266 g/cm3，田間持水量（θFC）為 0.408 cm3/cm3，凋萎系數(shù)（θWP）為0.16 cm3/cm3。

1.2 試驗(yàn)觀測及方法

1.2.1 氣象資料

采用自動氣象站（HOBO, Onset Computer Corporation, USA）測定溫室內(nèi)氣溫、相對濕度、太陽輻射等氣象數(shù)據(jù)。2.5 m 高處太陽凈輻射由NR Lite 2（Kipp& ZONEN，荷蘭）測定，土壤熱通量由HFT3（Campbell，美國）測定，每10 s 采集數(shù)據(jù)1次，取每10 min平均值記錄在數(shù)據(jù)采集器CR1000（Campbell，美國）上。溫室內(nèi)風(fēng)速由安裝在自動監(jiān)測系統(tǒng)氣象站上的二維風(fēng)速儀1405-PK-021（Gill，英國）測得。

1.2.2 黃瓜ETc的測定

移栽時選取 3株長勢均勻、無病蟲害的黃瓜幼苗分別定植于直徑為30 cm，深度為30 cm的3個試驗(yàn)桶內(nèi)，桶深可保證作物根系自由生長，試驗(yàn)桶內(nèi)黃瓜植株間距和行距與溫室內(nèi)作物一致，待黃瓜株高為20 cm時用落蔓器做搭架處理。采 3臺精度為 1g的自動天平（METTLER TOLEDO，瑞士）測量試驗(yàn)桶每小時的質(zhì)量，相鄰觀測值的差值即為對應(yīng)時段黃瓜的ETc值。

1.2.3 植株蒸騰

采用包裹式莖流計（Flow32-1k system，Dynamax，USA）監(jiān)測系統(tǒng)觀測黃瓜植株莖稈液流速率，分別于 5月13日～6月1日及6月10日～6月29日（春夏季），10月14日～10月30日及11月15日～11月28日（秋冬季），隨機(jī)選擇4 ～ 8株長勢良好無病蟲害的植株進(jìn)行測定。為避免土壤熱量干擾，莖流計探頭包裹在地表以上20 cm處，為確保莖流計探頭與植株莖稈緊密接觸，莖流計傳感器類型為SGA5-WS，需滿足黃瓜莖稈直徑要求（5 ～ 7mm）[27]。采用CR1000數(shù)據(jù)采集器，每15 min自動記錄一次數(shù)據(jù)，所采集的莖流量通過黃瓜的種植密度換算為植株蒸騰量。

1.2.4 土壤含水量和作物生長指標(biāo)的測定

土壤體積含水率采用土壤水分、溫度及鹽分傳感器（Hydra Probe，TSL11300-Stevens）進(jìn)行觀測，根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，選擇作物根系及滴灌系統(tǒng)滴頭附近位置[27]，將傳感器探頭埋置于地表下10 cm處，由CR1000數(shù)據(jù)采集器記錄每10 min觀測結(jié)果。

在黃瓜整個生育期，每隔7～10 d采用卷尺測量黃瓜株高和葉面積，分別選取長勢均勻、無病蟲害、有代表性的 8株黃瓜作物，采用直接測量法測定葉面積指數(shù)，即用卷尺直接測量黃瓜葉片長和寬的最大值，乘以折算系數(shù)計算黃瓜實(shí)際葉面積（折算系數(shù)取0.657）[28]。

2 模型描述

2.1 參考作物蒸發(fā)蒸騰量

采用王健等[29]修正后的適合溫室環(huán)境的P-M方程計算參考作物蒸騰蒸發(fā)（ET0）。陳新明等[30]對修正后的P-M方程進(jìn)行理論分析并利用溫室內(nèi)實(shí)測氣象數(shù)據(jù)及水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了驗(yàn)證，得出的P-M修正式計算結(jié)果相對誤差小、精度高，適宜在沒有采用強(qiáng)制通風(fēng)的溫室應(yīng)用。

修正后的 P-M 方程中空氣動力學(xué)阻力取值為109.40 s/m[29]，其表達(dá)式見式（1）。

式中ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；Rn和G分別為太陽凈輻射和土壤熱通量， MJ/(m2·d)；es和ea分別為飽和水汽壓和實(shí)際水汽壓，kPa；?為飽和水汽壓曲線斜率，kPa/℃；γ為干濕表常數(shù)，kPa/℃；Ta為 2m高度處平均氣溫，℃。

2.2 修正后的雙作物系數(shù)模型

本研究通過修正FAO-56雙作物系數(shù)模型，分別估算充分灌水條件下溫室黃瓜植株蒸騰與土面蒸發(fā)[31]。植株蒸騰（Tr）和土面蒸發(fā)（Es）的計算公式如下[31]

式中 Kc是作物系數(shù)；Kcb是反映植株蒸騰的基礎(chǔ)作物系數(shù)；Ke是反應(yīng)土壤表面蒸發(fā)的土面蒸發(fā)系數(shù)；Ks為水分脅迫系數(shù)，反映根區(qū)土壤含水率不足對植株蒸騰的影響，本研究采用充分灌水，取Ks= 1[31]，ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d?；诜匠蹋?）和（3），Tr占ETc的比例簡化公式見式（5）。

2.2.1 基礎(chǔ)作物系數(shù)Kcb

FAO-56推薦根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和作物因素修正基礎(chǔ)作物系數(shù)，表達(dá)式見式（6）[31]。

式中Kcb為基礎(chǔ)作物系數(shù)；Kcb(Tab)為FAO-56推薦的基礎(chǔ)作物系數(shù)；RHmin為計算時段內(nèi)每日最小相對濕度的平均值，%，20 % ≤ RHmin≤ 80%；u2為計算時段內(nèi)2 m高處的日平均風(fēng)速，m/s；h為計算時段內(nèi)作物平均株高，m，0.1 m ≤ h ≤ 10 m。

為了更準(zhǔn)確地估算溫室黃瓜 Tr的動態(tài)變化，本研究引進(jìn)冠層覆蓋度系數(shù)Kcc計算動態(tài)Kcb[19-20,32]，如下。

式中Kc.min為裸土最小作物系數(shù)，取值為0.1[32]；Kcc為冠層覆蓋度系數(shù)；Kcb,full為作物完全覆蓋地表時的最大基礎(chǔ)作物系數(shù)；Kmax為作物系數(shù)最大值，取1.2[31]；k為太陽輻射的冠層衰減系數(shù)，取0.7[20]。

2.2.2 土面蒸發(fā)系數(shù)Ke

當(dāng)土壤表面由于灌溉較濕潤時，Ke達(dá)到最大值；但Kc不會超過某個限度（Kc,max），因?yàn)镵c,max是由土壤表層的蒸發(fā)能量決定的；當(dāng)土壤表面干燥時，由于土壤表面幾乎沒有可用于蒸發(fā)的水分，此時 Ke值很小甚至為 0，Ke可表示見式（10）[31]。

式中Kc,max為灌溉后Kc的最大值；few為裸露和濕潤土壤的比值，即最大土面蒸發(fā)表面所占的百分比。Kr為取決于表層土面蒸發(fā)（或水分消耗）累積深度的蒸發(fā)減小系數(shù)，無量綱。

修正后Kr表達(dá)式見式（11）[32]。

式中De,i-1為截止到第i - 1 天的累積蒸發(fā)深度，mm；TEW為土壤表層的可蒸發(fā)深度，mm；REW 為土壤表面易蒸發(fā)的水量，mm；SWC為實(shí)際土壤體積含水率；θWP為土壤凋萎含水率，取為0.16 cm3/cm3；Ze為土面蒸發(fā)層深度，m，取為0.1[31]；TEW與REW的取值和土壤性質(zhì)及可蒸發(fā)的土壤表面深度有關(guān)，本研究中土壤類型為沙壤土，0.10 m深的表層土壤的TEW與REW分別為20和8 mm[31]。

Kc,max的計算公式見式（12）[25]。

式中h為作物生長階段內(nèi)平均株高，m。

計算few的公式見式（13）[31]。

式中1-fc為裸露土壤的平均值；fw為灌水濕潤的土壤表面平均值。

計算fc的公式見式（14）[31]。

為了準(zhǔn)確地估算溫室黃瓜冠層下土面蒸發(fā)的動態(tài)變化，本研究應(yīng)用LAI 計算動態(tài)fc，計算公式見式（15）[20,32]。

2.3 誤差評價指標(biāo)

為了評價模型的估算精度，計算模型模擬值與實(shí)測值之間的均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（AAE）和模型效率系數(shù)Ens[33-34]。通過相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)?zāi)M值與實(shí)測值相關(guān)性[34]。

本研究對不同種植季節(jié)均未考慮黃瓜育苗期天數(shù)，且作物生長后期由于溫室維修，試驗(yàn)觀測提前15d結(jié)束，因此，模擬樣本數(shù)分別為85（春夏季）和76（秋冬季）。RMSE和AAE越接近0，表明模型偏差越??；Ens越接近1，表明模擬值與計算值吻合度越高。

式中Yi為修正的雙作物系數(shù)模型估算的第i日ETc和Tr值，mm/d；Xi為桶栽稱重法實(shí)測的第i日ETc和Tr觀測值，mm/d；為Xi的平均值；m為數(shù)據(jù)樣本數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫室內(nèi)參考作物蒸騰蒸發(fā)及主要?dú)庀笠蜃拥淖兓?guī)律

溫室黃瓜生育期內(nèi)（春夏季：2017年4～7月；秋冬季：9～12月）參考作物蒸發(fā)蒸騰量（ET0）、太陽凈輻射（Rn）、日平均氣溫（Ta）和日平均相對濕度（RH）的變化規(guī)律如圖 1所示。不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育階段的劃分如表1所示[31]。

從圖1a和1b可以看出，在春夏季溫室黃瓜生長中期，ET0為 6.44 ～ 6.91 mm/d，Rn為 112.3 ～ 117.5 W/m2。隨著作物的生長，到成熟采摘期（作物生長后期），溫室內(nèi)ET0為 0.88 ～ 1.15 mm/d，Rn為 12.12 ～ 26.58 W/m2；在黃瓜整個生育期，溫室內(nèi)Ta達(dá)到30.95 ～ 34.59 ℃。從圖1c和1d可以看出，ET0、Rn和Ta在秋冬季溫室黃瓜生長初期均為全生育期最大，其中ET0為5.06 ～ 5.38 mm/d，Rn為76.45 ～ 77.93 W/m2，Ta為 29.56 ～ 30.95℃。隨著季節(jié)的變化，溫室內(nèi)ET0、Rn和Ta呈逐漸減小的趨勢，在成熟采摘期，溫室內(nèi)ET0降到0.85 ～ 0.98 mm/d，Rn降到9.8 ～16.03 W/m2，Ta降到 8.33 ～ 10.65℃。溫室內(nèi) RH與Ta呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律，在黃瓜生長初期，溫室內(nèi)Rn和Ta相對較高，RH為全生育期最低，為66.15 % ～ 71.17 %；到黃瓜成熟采摘期，隨著Rn和Ta降低，此時溫室內(nèi)RH增大，為80.58 % ～ 84.72 %。從圖1可以看出，不同種植季節(jié)，溫室內(nèi)ET0與Rn呈相同變化規(guī)律，此外，可以看出秋冬季溫室內(nèi)Ta普遍低于春夏季，而RH秋冬季明顯高于春夏季。

圖1 不同種植季節(jié)溫室內(nèi)氣象因子的日變化規(guī)律Fig. 1 Daily variation of climatic factors in greenhouse on different planting seasons

表1 不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育階段的劃分Table 1 . Duration of different growing stages of cucumber plants in greenhouse

3.2 不同種植季節(jié)黃瓜葉面積指數(shù)和株高的演變規(guī)律

圖2為春夏季和秋冬季溫室黃瓜整個生育期LAI和株高（h）隨播種后天數(shù)（DAS）的變化規(guī)律。

圖2 不同種植季節(jié)溫室黃瓜葉面積指數(shù)（LAI）和株高（h）隨著播種后天數(shù)（DAS）的變化Fig. 2 Variations of leaf area index (LAI) and crop height (h) of greenhouse cucumber against days after sowing (DAS) in different planting seasons

從圖2可以看出，黃瓜作物L(fēng)AI和h可以通過DAS進(jìn)行模擬，春夏季和秋冬季模擬結(jié)果與實(shí)測值具有較好的一致性，模擬LAI的R2分別為0.96和0.97，RMSE分別為0.23和0.19 mm/d；模擬h的R2分別為0.99和0.97，RMSE分別為0.04和0.10 mm/d。從圖2還可以看出，秋冬季溫室黃瓜LAI和h在播種后20 d后快速增長，LAI在DAS為70 d達(dá)到最大值（4.07），在作物生長后期呈快速遞減趨勢；h在DAS為20 d后快速增長，至DAS為75 d后呈現(xiàn)較緩慢增長趨勢，生長后期h達(dá)到最大值2.12 m。春夏季溫室黃瓜也呈相似的變化規(guī)律，LAI在DAS為78 d時達(dá)到最大值（4.45），h在黃瓜生長后期達(dá)到最大值2.47 m。

3.3 修正的雙作物系數(shù)模型參數(shù)的確定

應(yīng)用修正的雙作物系數(shù)模型估算溫室黃瓜植株蒸騰及土面蒸發(fā)所需數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)（RH、Ta和Rn）、作物生長指標(biāo)（LAI和h）和土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)（REW和TEW）。模型主要參數(shù)取值見表2。

表2 修正的雙作物系數(shù)模型中主要參數(shù)Table2 . Parameters of modified dual crop coefficient model

本研究土壤參數(shù)Ze、REW和TEW取值分別為0.1 m、7 mm和23 mm[20]。馮禹等[20]研究表明，由于土壤參數(shù)與土壤質(zhì)地有關(guān)，試驗(yàn)地區(qū)土壤類型為沙壤土，其θFC較高，使得TEW較大。輻射的冠層衰減系數(shù)取值為0.7，Ding等[16,20,35]研究均表明k取0.7能較為準(zhǔn)確地估算冠層覆蓋度系數(shù)。

3.4 修正后的雙作物系數(shù)模型的驗(yàn)證

溫室黃瓜春夏和秋冬季全生育期 ETc實(shí)測值與估算值的日變化規(guī)律及回歸分析結(jié)果如圖3和4所示。

圖3 不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育期內(nèi)ETc實(shí)測值與估算值的日變化規(guī)律Fig.3 Seasonal variations of measured and estimated ETc of greenhouse cucumber at different planting seasons

圖4 不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育期內(nèi)ETc實(shí)測值與估算值的回歸分析Fig.4 Regression analysis of measured and estimated ETc of greenhouse cucumber at different planting seasons

從圖3和圖4可以看出，在春夏季（2017年4 ～ 7月，圖3a和4a）和秋冬季（2017年9 ～ 12月，圖3b和4b），修正后的雙作物系數(shù)模型均能較好地估算溫室黃瓜ETc。從表3可以看出，春夏季和秋冬季溫室黃瓜ETc的估算值在全生育期內(nèi)的平均值分別為3.05和2.53 mm/d，對應(yīng)的實(shí)測值分別為 2.94和 2.76 mm/d，可見春夏季溫室黃瓜ETc估算值與實(shí)測值均分布在1:1線兩側(cè)，而秋冬季的估算值比實(shí)測值偏小，估算值與實(shí)測值之間的決定系數(shù)分別為0.95和0.91，均方根誤差分別為0.41和0.48 mm/d，斜率分別為1.03和0.91，可以看出秋冬季的估算結(jié)果不如春夏季估算結(jié)果好。

溫室黃瓜春夏季及秋冬季全生育期ETc和Tr的實(shí)測值與估算值的統(tǒng)計分析指標(biāo)計算結(jié)果如表3所示。

表3 不同種植季節(jié)溫室黃瓜實(shí)測ETc和Tr與估算值的統(tǒng)計分析Table3 Statistical analysis of measured and estimated ETc and Tr in different planting seasons of greenhouse cucumber

表3為莖流計測量的Tr與修正后雙作物系數(shù)模型的估算結(jié)果的對比。從表3可以看出，春夏季和秋冬季溫室黃瓜全生育期內(nèi)Tr的估算值均值分別為2.37和1.43 mm/d，對應(yīng)的實(shí)測值均值為2.19和1.34 mm/d，可以看出無論是春夏季還是秋冬季，溫室黃瓜Tr的估算值均略大于實(shí)測值，估算值與實(shí)測值的決定系數(shù)分別為0.89和0.92，均方根誤差分別為0.51和0.36 mm/d。結(jié)果表明，修正后的雙作物系數(shù)模型能較好地估算溫室黃瓜不同種植季節(jié)各生育期 Tr。

采用修正后的雙作物系數(shù)模型估算溫室黃瓜 ETc和Tr與實(shí)測值之間的誤差成因可能是：1）對LAI進(jìn)行周期性測量，采用插值法估算的每日植株生長狀況與實(shí)際狀況可能存在一定偏差；2）ET0的計算是引用王健等[29]修正的P-M公式，雖然陳新明等[30]對修正后的P-M方程式進(jìn)行了驗(yàn)證，得出P-M修正式計算結(jié)果相對誤差小、精度高，而在不同類型溫室中的適用性還需進(jìn)一步驗(yàn)證；3）本研究采用lysimeter稱質(zhì)量法實(shí)測ETc與包裹式莖流計實(shí)測的Tr之差作為Es實(shí)測值，盡管Raz-Yaseef等[17,20,32]等采用了類似的方法作為Es的實(shí)測值，但由于不同觀測手段之間的差異而產(chǎn)生的觀測誤差，可能是造成修正的雙作物系數(shù)模型誤差產(chǎn)生的另一原因，針對這一問題，今后研究將采用微型蒸滲儀（micro-lysimeters，MLS）直接觀測冠層下 Es來消除由于觀測手段而產(chǎn)生的誤差。

3.5 修正后的作物系數(shù)日變化規(guī)律

不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育期內(nèi)修正后的作物系數(shù)、基礎(chǔ)作物系數(shù)和土面蒸發(fā)系數(shù)的日變化規(guī)律如圖 5所示。

圖5 不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育期內(nèi)作物系數(shù)的變化Fig.5 Seasonal variations of crop coefficients during growing seasons of greenhouse cucumber

在作物生長初期，由于 LAI較小，土壤裸露面積較大，因此，Ke較大（春夏季為0.38 ～ 0.42，秋冬季為0.36～ 0.43），Kcb較?。ù合募緸?.17 ～ 0.25，秋冬季為0.14～ 0.36）。作物生長發(fā)育期和生長中期，隨著LAI和h的增大，地面覆蓋度逐漸增大，裸土面積逐漸減小，Ke逐漸減?。ù合募?.05 ～ 0.10，秋冬季0.08 ～ 0.11），Kcb逐漸增大，至作物中期 Kcb達(dá)到最大值（春夏季 1.05 ～1.10，秋冬季0.99 ～ 1.16）。在黃瓜生長后期，隨著黃瓜葉片的枯萎，LAI減小，Kcb也逐漸減?。ù合募?.33 ～0.68，秋冬季0.45 ～ 0.71）。在整個生育期，Kcb和Ke變化趨勢存在明顯差異；受Kcb和Ke的影響，Kc值在作物生長初期較?。ù合募?0.52，秋冬季 0.60），發(fā)育期逐漸增大（春夏季 0.80，秋冬季 0.91），中期達(dá)到最大值（春夏季 1.14，秋冬季 1.25），后期又逐漸減?。ù合募?.71，秋冬季0.73）。對于溫室黃瓜Kc值，F(xiàn)athalian等[36]利用蒸滲儀確定了伊朗地區(qū)溫室黃瓜Kc值在生育初期、發(fā)育期、生育中期和生育后期分別為0.14、0.78、1.32和0.86；Abedikoupai等[37]在相同地區(qū)研究得出生育初期、發(fā)育期、生育中期和生育后期分別為0.41、0.69、0.98和0.77；可以看出，不同研究地區(qū)溫室黃瓜 Kc值存在著較大差異，造成這些差異的可能原因是：1）采用的ET0計算方法不同；2）由于氣候環(huán)境和溫室類型等的不同。

3.6 溫室黃瓜不同生育期植株蒸騰及土面蒸發(fā)占總蒸騰蒸發(fā)的比例

采用修正的雙作物系數(shù)模型分別估算植株蒸騰（Tr）和土面蒸發(fā)（Es），進(jìn)而研究黃瓜生育期內(nèi)Tr/ETc的變化規(guī)律。表4為溫室黃瓜不同生育期Es、Tr及Tr/ETc的觀測及計算結(jié)果。

表4 不同種植季節(jié)溫室黃瓜不同生育期Tr和Es的觀測值Table 4 Observed value of Tr and Es during different growing seasons of greenhouse cucumber

如表4所示，春夏季溫室黃瓜全生育期 Es估算值的均值為0.59 mm/d，Tr估算值的均值為2.19 mm/d；對應(yīng)的秋冬季Es估算值為0.51 mm/d，Tr為1.34 mm/d。在黃瓜生長初期，由于裸土面積較大，Es較高，春夏季估算值均值為1.46 mm/d，秋冬季為1.53 mm/d，該階段由于黃瓜植株較小，所以Tr較低，春夏季估算值均值為0.87 mm/d，秋冬季為0.21 mm/d。春夏季與秋冬季Tr的差異，主要是由于秋冬季種植的黃瓜作物生長初期（8～9月）溫度和輻射較春夏季（3～4月）高。隨著作物生長， LAI及株高快速增大，此時Tr/ETc也逐漸增大，春夏季Tr/ETc估算值均值為69.67%，秋冬季Tr/ETc為49.09%，到作物生長中期，黃瓜LAI達(dá)到最大值，此時Tr達(dá)到最大值，而Es降到最小值。春夏季Tr/ETc的估算值均值為84.36%，秋冬季為84.79%。在作物生長后期，由于黃瓜葉片逐漸衰老，春夏季Tr減少。秋冬季黃瓜生長后期（11～12月），由于氣溫和輻射逐漸降低，Tr和 Es都逐漸減小。春夏季Tr/ETc估算值均值為75.77%，秋冬季Tr/ETc為69.77%。

4 結(jié) 論

通過觀測Venlo型溫室內(nèi)黃瓜不同種植季節(jié)LAI，土壤水分狀況及微氣象數(shù)據(jù)等，對FAO-56推薦的分別估算植株蒸騰與土面蒸發(fā)的雙作物系數(shù)模型進(jìn)行修正，引進(jìn)冠層覆蓋度系數(shù)，動態(tài)模擬模型中關(guān)鍵參數(shù)—基礎(chǔ)作物系數(shù)；利用LAI和土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)修正模型中另一參數(shù)—土壤蒸發(fā)系數(shù)。

通過lysimeter稱重法和包裹式莖流計實(shí)測春夏季和秋冬季溫室黃瓜蒸發(fā)蒸騰和植株蒸騰量，驗(yàn)證了修正后的雙作物系數(shù)模型估算和區(qū)分ETc的準(zhǔn)確性，得到以下結(jié)論：應(yīng)用修正的雙作物系數(shù)模型可以較好的估算溫室黃瓜不同種植季節(jié)的蒸發(fā)蒸騰和植株蒸騰，不同種植季節(jié)模型估算的蒸發(fā)蒸騰量與實(shí)測值的均方根誤差分別為：0.41 mm/d（春夏季）和0.48 mm/d（秋冬季），估算植株蒸騰與實(shí)測值的均方根誤差分別為：0.51 mm/d（春夏季）和0.36 mm/d（秋冬季）。

應(yīng)用修正后的雙作物系數(shù)模型實(shí)現(xiàn)了對溫室黃瓜植株蒸騰和土面蒸發(fā)的分別估算，研究結(jié)果顯示，溫室黃瓜各生育期植株蒸騰占蒸騰蒸發(fā)總量的比值在黃瓜生長中期最大，不同種植季節(jié)Tr與ETc的比值分別為84.36%（春夏季）和84.79%（秋冬季）。研究成果不僅為制定精確的溫室黃瓜灌溉制度提供了理論依據(jù)，而且對實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境智能化控制及減少溫室內(nèi)無效的土面蒸發(fā)具有重要意義。