基于修正雙作物系數(shù)模型估算溫室黃瓜不同季節(jié)騰發(fā)量

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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)算作物ETc的首選方法，但P-M直接模型不能實(shí)現(xiàn)對(duì)土面蒸發(fā)和植株蒸騰的分別估算，而是將兩者作為一個(gè)整體估算作物 ETc[12]，這不僅使得模型在作物覆蓋稀疏時(shí)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(duì)植株蒸騰和土面蒸發(fā)的分別估算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物ETc更為準(zhǔn)確地估算[13-15]，因此被國(guó)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(duì)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(duì)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(duì) 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(duì)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(cè)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(duì)模型中基礎(chǔ)作物系數(shù)（Kcb）進(jìn)行動(dòng)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(cè) ETc（lysimeter）和Tr（莖流計(jì)）對(duì)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(duì)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(zhǎng)20 m，東西長(zhǎng)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(gè)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(guó)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(jì)水面蒸發(fā)量（Ep）達(dá)到（20±2）mm時(shí)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(cè)及方法

1.2.1 氣象資料

采用自動(dòng)氣象站（HOBO, Onset Computer Corporation, USA）測(cè)定溫室內(nèi)氣溫、相對(duì)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(cè)定，土壤熱通量由HFT3（Campbell，美國(guó)）測(cè)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(guó)）上。溫室內(nèi)風(fēng)速由安裝在自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)氣象站上的二維風(fēng)速儀1405-PK-021（Gill，英國(guó)）測(cè)得。

1.2.2 黃瓜ETc的測(cè)定

移栽時(shí)選取 3株長(zhǎng)勢(shì)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(gè)試驗(yàn)桶內(nèi)，桶深可保證作物根系自由生長(zhǎng)，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(shí)用落蔓器做搭架處理。采 3臺(tái)精度為 1g的自動(dòng)天平（METTLER TOLEDO，瑞士）測(cè)量試驗(yàn)桶每小時(shí)的質(zhì)量，相鄰觀測(cè)值的差值即為對(duì)應(yīng)時(shí)段黃瓜的ETc值。

1.2.3 植株蒸騰

采用包裹式莖流計(jì)（Flow32-1k system，Dynamax，USA）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)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(zhǎng)勢(shì)良好無病蟲害的植株進(jìn)行測(cè)定。為避免土壤熱量干擾，莖流計(jì)探頭包裹在地表以上20 cm處，為確保莖流計(jì)探頭與植株莖稈緊密接觸，莖流計(jì)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(dòng)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(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)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(cè)，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(cè)結(jié)果。

在黃瓜整個(gè)生育期，每隔7～10 d采用卷尺測(cè)量黃瓜株高和葉面積，分別選取長(zhǎng)勢(shì)均勻、無病蟲害、有代表性的 8株黃瓜作物，采用直接測(cè)量法測(cè)定葉面積指數(shù)，即用卷尺直接測(cè)量黃瓜葉片長(zhǎng)和寬的最大值，乘以折算系數(shù)計(jì)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(jì)算參考作物蒸騰蒸發(fā)（ET0）。陳新明等[30]對(duì)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(cè)氣象數(shù)據(jù)及水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，得出的P-M修正式計(jì)算結(jié)果相對(duì)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(dòng)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(jì)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(duì)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(jiǎn)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(jì)算時(shí)段內(nèi)每日最小相對(duì)濕度的平均值，%，20 % ≤ RHmin≤ 80%；u2為計(jì)算時(shí)段內(nèi)2 m高處的日平均風(fēng)速，m/s；h為計(jì)算時(shí)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(dòng)態(tài)變化，本研究引進(jìn)冠層覆蓋度系數(shù)Kcc計(jì)算動(dòng)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(shí)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(rùn)時(shí)，Ke達(dá)到最大值；但Kc不會(huì)超過某個(gè)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(shí)，由于土壤表面幾乎沒有可用于蒸發(fā)的水分，此時(shí) 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(rùn)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(jì)算公式見式（12）[25]。

式中h為作物生長(zhǎng)階段內(nèi)平均株高，m。

計(jì)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(rùn)的土壤表面平均值。

計(jì)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(dòng)態(tài)變化，本研究應(yīng)用LAI 計(jì)算動(dòng)態(tài)fc，計(jì)算公式見式（15）[20,32]。

2.3 誤差評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了評(píng)價(jià)模型的估算精度，計(jì)算模型模擬值與實(shí)測(cè)值之間的均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)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(cè)值相關(guān)性[34]。

本研究對(duì)不同種植季節(jié)均未考慮黃瓜育苗期天數(shù)，且作物生長(zhǎng)后期由于溫室維修，試驗(yàn)觀測(cè)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(jì)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(cè)的第i日ETc和Tr觀測(cè)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)，到成熟采摘期（作物生長(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)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(shì)，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(zhǎng)初期，溫室內(nèi)Rn和Ta相對(duì)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(shí)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(gè)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(cè)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(zhǎng)，LAI在DAS為70 d達(dá)到最大值（4.07），在作物生長(zhǎng)后期呈快速遞減趨勢(shì)；h在DAS為20 d后快速增長(zhǎng)，至DAS為75 d后呈現(xiàn)較緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，生長(zhǎng)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(shí)達(dá)到最大值（4.45），h在黃瓜生長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)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(cè)值均分布在1:1線兩側(cè)，而秋冬季的估算值比實(shí)測(cè)值偏小，估算值與實(shí)測(cè)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(cè)值與估算值的統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)計(jì)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(cè)ETc和Tr與估算值的統(tǒng)計(jì)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(jì)測(cè)量的Tr與修正后雙作物系數(shù)模型的估算結(jié)果的對(duì)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(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)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(cè)值，估算值與實(shí)測(cè)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(cè)值之間的誤差成因可能是：1）對(duì)LAI進(jìn)行周期性測(cè)量，采用插值法估算的每日植株生長(zhǎng)狀況與實(shí)際狀況可能存在一定偏差；2）ET0的計(jì)算是引用王健等[29]修正的P-M公式，雖然陳新明等[30]對(duì)修正后的P-M方程式進(jìn)行了驗(yàn)證，得出P-M修正式計(jì)算結(jié)果相對(duì)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(cè)ETc與包裹式莖流計(jì)實(shí)測(cè)的Tr之差作為Es實(shí)測(cè)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(cè)值，但由于不同觀測(cè)手段之間的差異而產(chǎn)生的觀測(cè)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(duì)這一問題，今后研究將采用微型蒸滲儀（micro-lysimeters，MLS）直接觀測(cè)冠層下 Es來消除由于觀測(cè)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(zhǎng)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較小（春夏季為0.17 ～ 0.25，秋冬季為0.14～ 0.36）。作物生長(zhǎng)發(fā)育期和生長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)生育期，Kcb和Ke變化趨勢(shì)存在明顯差異；受Kcb和Ke的影響，Kc值在作物生長(zhǎng)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(duì)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(jì)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(cè)及計(jì)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)初期（8～9月）溫度和輻射較春夏季（3～4月）高。隨著作物生長(zhǎng)， LAI及株高快速增大，此時(shí)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(zhǎng)中期，黃瓜LAI達(dá)到最大值，此時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(duì)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(dòng)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(jì)實(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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。