2.4　不同方法测定制种玉米田需水量与耗水量的对比与分析

2.4.1　不同方法测定的制种玉米不同生育期ET的对比分析

将水量平衡法测定的制种玉米生育期每5d左右的耗水量，蒸渗仪法测定的每小时ET，涡度相关法和波文比-能量平衡法测定的每半小时耗水分别按各生育期时间截点累加，得出4种方法测定的制种玉米不同生育期和全生育期的ET见表2.13。水量平衡法、蒸渗仪法、涡度相关法和波文比-能量平衡法测定的全生育期ET分别为501mm、566mm、474mm和498mm，全生育期日均ET分别为3.32mm/d、3.75mm/d、3.14mm/d和3.30mm/d。水量平衡法从苗期到成熟期各生育期ET测定结果分别为68mm、107mm、122mm、111mm和93mm，各生育期日均ET分别为1.42mm/d、3.96mm/d、6.10mm/d、4.27mm/d和3.10mm/d。蒸渗仪法从苗期到成熟期各生育期ET测定结果分别为75mm、117mm、152mm、134mm和88mm，各生育期日均ET分别为1.56mm/d、4.32mm/d、7.60mm/d、5.14mm/d和2.94mm/d。涡度相关法从苗期到成熟期各生育期耗水测定结果分别为69mm、109mm、116mm、102mm和78mm，各生育期日均ET分别为1.44mm/d、4.02mm/d、5.80mm/d、3.94mm/d和2.61mm/d。波文比-能量平衡法从苗期到成熟期各生育期耗水测定结果分别为110mm、106mm、106mm、98mm和78mm，各生育期日均ET分别为2.29mm/d、3.94mm/d、5.31mm/d、3.75mm/d和2.61mm/d。

以水量平衡法为基准，蒸渗仪法高估13.0%，涡度相关法低估5.4%，波文比-能量平衡法与其结果比较接近。从不同生育期看，波文比-能量平衡法测定的苗期ET为110mm，占总ET的22.08%，明显高于另外三种方法13.57%、13.25%和14.56%，说明波文比-能量平衡法在苗期存在耗水高估现象。蒸渗仪法在抽穗期和灌浆期的ET为286mm，占总ET的50.53%，明显高于另外三种方法46.51%、45.99%和40.96%，说明蒸渗仪法在制种玉米生长旺盛期存在明显的耗水高估现象。涡度相关法测定的各生育期ET与水量平衡法最为接近。

表2.13列出了四种方法测定制种玉米全生育期的ET值以及ET在不同生育期的分布情况：蒸渗仪法、涡度相关法和波文比-能量平衡法的测定结果均与水量平衡法测定结果比较接近，能够适用于制种玉米ET监测。然而，观测也表明，这三种方法测定结果之间仍存在一定的差异。这三种方法能够在小时间尺度上获取ET信息，那么如果将尺度缩小至日尺度，甚至小时尺度，或者是在不同天气情况下，三种方法的测量有何差异，产生差异的原因是什么，对于分析三种方法在生育期尺度上表现出差异的原因，评价各种方法的测定结果具有重要的意义。

2.4.2　不同方法测定的制种玉米日尺度ET的对比分析

图2.25为EC、BREB和LYS测定的制种玉米全生育期所有日尺度上的ET比较结果。从图2.25中可以看出，BREB与EC两种方法结果非常接近，回归方程为ETBREB=0.960ETEC，决定系数R2为0.903。这说明两种方法测定的日ET不仅在结果上非常一致，相关性也很好。从图中还可以看出，当日ET较小时，散点大多落在回归方程的上方，而日ET较小的日期集中在苗期，说明BREB在苗期存在着ET高估现象，这与表2.5中各种方法ET在不同生育期的分布结果一致。从图中可以看出，在EC能量强制闭合前，EC与LYS的回归方程为ETEC=0.715ETLYS，决定系数R2为0.800；经过能量强制闭合，EC与LYS的回归方程为ETEC=0.803ETLYS，决定系数R2为0.908。这一方面说明了EC能量强制闭合的必要性，经过能量强制闭合不仅在一定程度上修正了EC低估ET现象，而且提高了EC与LYS的相关性，使EC测定结果更加准确；另一方面，尽管经过能量强制闭合，LYS结果仍明显高于EC，说明LYS测定日尺度ET存在系统高估现象。

图2.26为三种方法测定的2011年甘肃武威制种玉米日ET全生育期逐日变化的比较。从图中可以更清晰地看出，三种方法测定的全生育期日ET变化趋势基本一致：苗期较小，之后随着制种玉米的生长逐渐升高，到抽穗期达到峰值，之后逐渐下降。在苗期，EC与LYS测定结果接近，BREB测定结果高于另两种方法；在抽穗期和灌浆期，EC与BREB测定结果接近，LYS测定结果明显高于另两种方法；在拔节期和成熟期，三种方法测定的每日ET基本一致。

2.4.3　三种方法测定的制种玉米小时尺度ET的对比分析

图2.27为BREB和EC测定的制种玉米全生育期所有半小时和1小时ET的比较。由图可以看出，在半小时尺度，BREB与EC两种方法结果也非常接近，回归方程为ETBREB=0.976ETEC，决定系数R2为0.903，两者测定结果相关性也很好。从图中还可以看出，当半小时ET较小时，散点也大部分落在回归方程上方，说明在半小时尺度上BREB在苗期也存在着ET高估现象，日尺度和生育期的ET均是由半小时尺度的ET值累加得到的，BREB半小时尺度上的苗期ET高估直接导致了其日尺度和整个苗期ET的高估。小时尺度EC与LYS的回归方程为ETEC=0.809ETLYS，决定系数R2为0.913。小时尺度的ET比较结果与日尺度相似，LYS测定小时尺度ET也存在系统高估现象。

为分析三种方法在作物不同生育期ET测定结果的差异，在2011年制种玉米不同生育期各选择一个典型晴天，分析三种方法测定的ET日变化过程（其中BREB只分析白天8：00—20：00数据），如图2.28所示。从图中可以看出，三种方法测定的不同生育期典型晴天ET日变化趋势基本一致。制种玉米ET均呈规则的钟形变化趋势，即中午高，早晨和傍晚依次降低，夜间ET较小，徘徊在0附近；不同生育期ET峰值均出现在14：00左右。同时可以看出，在不同生育期，三种方法测定的ET日变化过程有一定的差异。苗期白天各时刻的ET大小BREB＞EC＞LYS；抽穗期和灌浆期EC和BREB各时刻ET比较接近，LYS从正午12：00到19：00测定的ET高于另两种方法，且在14：00附近这种差异最为显著；拔节期和成熟期三种方法各时刻ET测值均比较接近。

为解释波文比法在苗期耗水高估现象，绘出了BREB和EC两种方法测定的中午14：00的β的逐日变化过程如图2.29所示。李思恩在研究中指出，中午的β与白天平均值一致性较好，可以用中午14：00左右的β代表白天平均的β[19]。从图中可以看出，在苗期BREB测定的β明显低于EC。当可供能量（Rn-G）一定的情况下，β实测值偏小将导致潜热高估，ET测定值偏高。究其根本原因可能是苗期温差小，温湿度探头的精度达不到要求。另一方面还可能是因为在苗期相对其他生育期，下垫面湿润状况不均匀，BREB要求的水热交换系数Kh=Kv的条件无法满足，这些原因都有可能导致β测值偏低。

LYS在抽穗期和灌浆期测定的ET明显偏高可能原因如下：

（1）空间尺度效应。LYS测定ET空间尺度较小，其测值仅代表该仪器范围内的作物耗水。EC和BRER测定ET空间尺度较大，在其通量贡献区域内，道路和田埂等裸土面积较大，而裸土的蒸发量远小于生长旺盛期的制种玉米ET，因此导致EC和BREB所测ET数据较小，这种现象在制种玉米的生长旺盛期（抽穗期和灌浆期）尤为显著。

（2）LYS的“绿洲效应”。由于蒸渗仪土体外框的阻隔，蒸渗仪周围有裸土，导致测值较高。

（3）LYS的“边框效应”。金属传热速度大于土壤，当辐射加热蒸渗仪的外金属边框时，会将热量传给蒸渗仪内的土壤，土壤温度的升高将导致ET的增加[75]。

上述的绿洲效应、边框效应在一年中太阳辐射最强的7—8月最为显著，正值制种玉米的抽穗期和灌浆期。以上原因共同导致了LSY测定制种玉米抽穗期、灌浆期ET明显高于另外两种方法。

2.4.4　不同天气条件下三种方法测定的制种玉米田ET的对比分析

在制种玉米全生育期选出典型晴天与阴天各10d（5—9月各选取1d），对三种方法测定的小时尺度耗水进行相关分析，如图2.30和图2.31所示。从图2.30可以看出，在晴天情况下，ETLYS=1.110ETEC，决定系数R2为0.924；在阴天情况下，ETLYS=1.035ETEC，决定系数R2为0.809。阴天情况下ETLYS仅比ETEC高出3.5%，远低于晴天情况下的11%。这是因为在阴天情况下，太阳辐射和温度比晴天低，LYS由于边框效应、绿洲效应等造成的ET高估小于晴天情况。从图2.31可以看出，在晴天情况下，ETEC=0.978ETBREB，决定系数R2为0.900；在阴天情况下，ETEC=0.996ETBREB，决定系数R2为0.926。阴天和晴天情况下BREB和EC测定结果比较接近。