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如何测量计算叶片蒸腾速率?

来源:北京力高泰科技有限公司 发布日期:2025-02-24 15:45:08 浏览次数:416

原文标题:HOW TO MEASURE LEAF TRANSPIRATION,
来自:METER Group官网

翻译:许燕


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曾有正在学习如何测量叶片蒸腾作用的人发来问题:是否可以仅通过测量单片叶子的气孔导度来估算其蒸腾作用?很遗憾,答案是:No。本文将说明如何正确操作,以及如何得到总导度,从而估算叶片的蒸腾量。



叶片蒸腾速率(E)的计算公式如下:

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其中:

gv 是叶片内部水蒸气进入空气的总导度,
Cvs 是叶片内部水蒸气的浓度,
Cva 是空气中水蒸气的浓度。

得到总导度gv就可以计算蒸腾速率,gv是两个变量的组合,要将水蒸气从叶片内部空气转移到大气中,不仅需要将水通过叶片的气孔和蜡质层,还需要通过空气本身(图1)。



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图1显示了叶片上单个气孔的放大图。水蒸气用蓝色表示。绿色部分为栅栏薄壁细胞和海绵状叶肉细胞。叶片内部的水蒸气可以通过气孔和蜡质层移动到叶片外部。这就是水蒸气通过叶片气孔的导度,被称为“气孔导度gvs”。


气孔和蜡质层并不是限制水蒸气从叶片内部进入空气的独有因素。叶片外部的空气也会阻止水蒸气的流动,即空气中水蒸气的导度,也叫边界层导度(gva)。gvsgva就像是电路中的电阻。它们会抵抗水蒸气的运动,并联合起来限制水分从叶片内部移动到大气中。

为了计算蒸腾速率,你需要知道gvsgva。气孔导度的获得并没有太多选择,它无法计算得到,虽然估算可行,但这并不是一个好的方法,因此需要有一台可以直接测量气孔导度的设备,图2即为可以测定得到叶片气孔导度的SC-1稳态气孔计


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一个简单的公式得到gva,如下:

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在公式2中,空气中水蒸气的导度gva等于常数0.147乘以穿过叶片的风速u和叶片的特征尺寸 d 比值的平方根。

  • u:穿过叶片的风速,由测量得到

  • d:叶片的特征尺寸,等于0.72 w其中w是叶片的宽度,由测量得到


要获得u这个值,就需要测量叶片上的风速。这种情况小型风速计可能更适合。接下来获取叶片的特征尺寸(图3)。测量叶片在风向上的宽度,然后乘以一个常数0.72。


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得到这两个变量,就可以用它们来计算水蒸气对空气的导度gva




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得到gvagvs后,将两者结合,计算出总导度(gv)。公式3显示了如何整合边界层导度和气孔导度。


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已经通过计算得到了gv,接下来还需要获得公式1中提到的两种水蒸气的浓度。

叶片内部水蒸汽浓度等于叶片温度下的饱和蒸汽压除以大气压(公式4)。


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这两个值都很容易计算。叶片温度下的饱和蒸汽压由Tetens公式(公式5)给出。


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式中


b 为17.502,
为240.97 ℃,
TL 为叶温。



公式 6显示了如何获得大气压Pa


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其中A是海拔高度。




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Cva 的计算公式如下:


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e是用公式5计算的在空气温度Ta下的饱和蒸汽压,

T是空气温度,由测量得到,

h是相对湿度,由测量得到。

把它们代入公式4 (Cvs)和公式7 (Cva)即可得到CvsCva,再将它们代入公式1,解出蒸腾速率E




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尽管公式 E = gv(Cvs - Cva)很简单,但是要估算叶片蒸腾,需要测量相当多的变量。



gvs —气孔导度(SC-1)
T—叶片温度(IRT)
T—空气温度(ATMOS41)
h—相对湿度(ATMOS41)
—海拔高度(测量或查询)
—风速m/s(ATMOS41)
—叶片宽度(尺子)

整个测量及计算过程总结如下图:


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请注意:获取风速这一参数,可以使用ATMOS41气象站,但这取决于叶片的位置。如果叶片靠近地面, 而ATMOS41位于2米处,就必须对高度进行校正。有公式可以用来推算降至目标位置的风速。当接近地面时,风速会呈指数递减。





相关研究设备:

SC-1 稳态气孔计

ATMOS 41 Gen2 一体式气象站