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如何測量葉片蒸騰速率

2025-07-18 16:57:18 點將科技 90

偶爾,研究人員在學習如何測量葉片蒸騰作用時會問,是否可以通過簡單地測量單個葉片的氣孔導度來估計其蒸騰作用。

遺憾的是,答案是否定的。

本文將說明原因,以及需要做些什么來估計總導度,從而估計葉片的蒸騰量。

氣孔計

葉片蒸騰速率(E)的計算公式如公式 1 所示:

公式 1 中,是水蒸氣從葉片內部到空氣中的總導度,是葉片內部的水蒸氣濃度,是空氣中的水蒸氣濃度。

要將水蒸氣從葉片內部輸送到大氣中,不僅需要通過葉片的氣孔和蠟質角質層,還需要通過空氣本身(見圖 1)。求解蒸騰速率需要總導度(),但它實際上是兩個變量的組合。

葉片氣孔示意圖

圖1  葉片氣孔示意圖

圖 1 顯示了葉片上單個氣孔的放大圖。藍色部分為水蒸氣。綠色部分為柵欄薄壁細胞和海綿狀葉肉細胞。葉片內部的水蒸氣可以通過氣孔和蠟質角質層擴散到葉片外部。但大多數時候(當氣孔開放時),水分通過氣孔進入大氣。水蒸氣通過葉片氣孔的導度稱為“氣孔導度

氣孔和蠟質角質層并不是限制水蒸氣從葉片內部進入大氣的單一因素。葉片外部的空氣也會阻礙水蒸氣的流動。這稱為空氣中的水蒸氣導度,或邊界層導度()。都像電路中的電阻一樣,它們共同作用,限制水分從葉片內部進入大氣。

氣孔導度


要計算蒸騰速率,需要知道導度。要獲得氣孔的導度(即氣孔導度)測量氣孔導度的方法不多。無法通過計算得到。雖然可以估計,但不是一種好方法,因此需要可以直接測量氣孔導度的設備,可使用葉片孔隙計,如  SC-1葉片氣孔導度計。


葉片氣孔導度計

邊界層導度

要獲得下一個導度值gva,可以使用簡化的工程公式(公式 2)。


公式 2


在公式 2 中,空氣中水蒸氣的導度()等于常數(0.135)乘以風速()除以特征尺寸()。


 = 穿過葉片的風速


 = 葉片的特征尺寸(),其中是葉片的寬度。


要獲得這些值,用風速計測量穿過葉片的風速,從而得到的值。在這種情況下,需要一個小型風速計。接下來,確定葉片的特征尺寸(圖 2)。方法是測量葉片在風向上的寬度,然后乘以常數 0.72。


一旦獲得這兩個變量,就可以用它們來估計水蒸氣對空氣的導度()。


葉片測量示意圖

圖2  葉片測量示意圖

總導度

一旦獲得,就可以將這些導度組合起來,得到總導度()的實際值。公式 3 顯示了如何整合邊界層導度和氣孔導度:

公式 3。

表面水蒸氣濃度

現在已經有了,還需要計算公式 1 中所示的兩個水蒸氣濃度。


葉片表面的水蒸氣濃度等于葉片溫度下的飽和蒸氣壓除以大氣壓(公式 4)。



公式 4



公式 5 中,為 17.502,為 240.97℃,為葉片溫度。



公式 6 中,是葉片所在位置的海拔高度。

空氣中的水蒸氣濃度

另一個需要的值是(公式 7)。



公式 7


其中是用公式 5 求出的空氣溫度(下的飽和蒸氣壓,此時為空氣溫度,是相對濕度。必須測量相對濕度、空氣溫度和葉片溫度。一旦測量并計算出所有這些值,只需將它們代入公式 4()和公式 7()即可。


一旦得到,就可以將它們代入公式 1,求解:葉片的蒸騰作用。

如何測量葉片蒸騰速率

因此,要估計葉片蒸騰速率,需要測量相當多的變量,盡管公式()很簡單。


  • —— 氣孔導度(使用 SC-1 葉片孔隙計)。

  • —— 葉片溫度(使用 IRT 紅外溫度計)。

  • —— 空氣溫度(使用 ATMOS 41 氣象站)。

  • —— 相對濕度(使用 ATMOS 41 氣象站)。

  • —— 海拔高度(在互聯網上查詢)。

  • —— 風速 *(m/s)(使用 ATMOS 41 氣象站)。

  • —— 葉片寬度(使用小尺子)。


* 注:關于風速,可以使用 ATMOS 41 氣象站,但這取決于葉片的位置。如果葉片在地面附近,而 ATMOS 41 在 2 米處,則必須進行高度校正。有一個公式可以估算測量位置的風速。風速隨著接近地面而呈指數下降。


來源:METER Group 官網