1.2 作物需水量与耗水量测定方法评述
目前，作物需水量与耗水量的测定方法大体可分为水文学法（包括水量平衡法和蒸渗仪法等）、微气象学法（包括波文比-能量平衡法、涡度相关法和空气动力学法等）、作物生理学法（包括茎流法、气孔计法等）和红外遥感法等四类[17，18]。
1.2.1 水文学法
水文学法包括水量平衡法和蒸渗仪法[19]。
水量平衡法的基本原理是根据计算区域内水量的收入和支出的差额来估算作物需水量或耗水量，属于一种间接的测定方法。它是测定作物需水量或耗水量最基本的方法，常用来对其他测定或估算方法进行检验或校核。该方法的优点是适用范围广，测量空间尺度可小至几平方米，大至几十平方千米，非均匀下垫面和任何天气条件下都可以应用，不受微气象法中许多条件的限制。只要能弄清计算区域边界范围内外的水分交换量和取得足够精确的水量平衡各分量测定值，就可以得到较为准确的作物需水量或耗水量。但是，这种方法也存在一些不足之处，它要求水量平衡方程中各分量的测定值足够精确，且要弄清计算区域边界范围内外的水分交换量，而这些又往往难以做到很精确。这种方法用于测定一小块地或一个小区域时，精度较高；但当测定区域较大时，计算的区域边界很难确定，区域内雨量站分布不均等容易导致计算精度降低。另外，这种方法得到的只是某一时段内（通常一周以上）区域总的作物需水量或耗水量，因而不能反映其动态变化过程。此外，如果深层渗漏或径流量较大，水量平衡法的使用也会受到限制[20]。
蒸渗仪法也可以说是一种基于水量平衡原理发展起来的作物需水量或耗水量的测定方法。所谓蒸渗仪法，就是将蒸渗仪（装有土壤和作物的容器）埋设于土壤中，并对土壤水分进行调控，有效地反映实际的需水或耗水过程；再通过对蒸渗仪的称量，就可以得到作物需水量或耗水量。自从1937年美国俄亥俄州的肖克顿安装了带有自动记录设备的著名整体水文循环测渗仪以后，该仪器的发展非常快，实现了作物需水量或耗水量的精确测量。目前，蒸渗仪已遍及世界各地，并且已发展成拥有各种不同类型的系列产品，采用各种技术办法改进了对作物需水量或耗水量的测定。
蒸渗仪法是一种直接测定的方法，与水量平衡法相比，它的一个显著优点就在于它能直接测定作物需水量或耗水量，测定时间步长为几分钟到几小时，测定精度可达0.01～0.02mm。但蒸渗仪内外土壤的空间变异性、作物种类及其密度分布差异直接影响蒸渗仪法的精度。例如，当蒸渗仪被受旱作物或裸土包围时，通常会产生“绿洲效应”。当蒸渗仪内外的作物冠层部分相互越过蒸渗仪边界时，蒸渗仪面积并不是实际的耗水面积，若仍以其实际尺寸计算，则会造成一定误差。另外，蒸渗仪的制作（包括材质、尺寸）也对精度有影响。该方法的缺点是测得的数据可能缺乏代表性，仅能代表整个田间某一点处的作物需水量或耗水量，可能会限制作物的根系生长，不宜用于高大作物，不适宜于裂隙大的土壤，而且仪器与作物之间会产生热流交换。因此，使用中要注意样地代表性及保持表面连续性，避免平流效应影响，尽量降低“绿洲效应”导致的测定误差。此外，仪器造价昂贵、维修比较困难。Allen通过对比试验后提出，要确保蒸渗仪内的作物生长状况与周围大田相同，应最大限度地减少在其周围由于人为踩踏产生的影响，否则将会给估值带来30%以上的误差。尽管如此，它的观测结果还是为率定和校验其他方法提供了科学的依据[21]。
目前，常用的蒸渗仪主要有三种类型：第一种是非称重式蒸渗仪，它通过各种土壤水分测量技术测定土壤水分变化，用可控制的排水系统来定期测定排水量，据此估算作物需水量或耗水量；第二种是飘浮式蒸渗仪，它是以静水浮力称重原理为基础，将装有土柱的容器安装在漂浮于水池中的浮船上，组成漂浮系统；当土柱中的水分增减而引起重量变化时，装有土柱的容器在水池中的沉没深度也将发生变化，故测出土柱容器的沉没值，便可计算土柱中作物的需水量或耗水量；第三种是称重式蒸渗仪，其下部安装有称重装置测定失水量，先进的蒸渗仪具有很高的精度，可以测定微小的重量变化，得到短时段内的作物需水量或耗水量[22]。
国外许多学者对用蒸渗仪测量作物需水量与耗水量进行了大量研究。20多年来，蒸渗仪法在国内也得到大量的应用，中国科学院生态网络试验站以及中国农业大学、西北农林科技大学、中国水利水电科学研究院、中国农业科学院农田灌溉研究所等单位建设了很好的蒸渗仪系统，不仅为当地灌溉水科学管理提供了依据，而且为分析比较波文比-能量平衡法、涡度相关法、水量平衡法以及构建作物耗水量计算模型提供了基础数据。
1.2.2 微气象学法
随着计算机科学和气象科学的迅速发展，数据自动采集与处理系统日益先进。在此基础之上，微气象学法已发展成为常见的作物需水量与耗水量测定方法。该类方法主要包括波文比-能量平衡法、涡度相关法和空气动力学法等[23]。
波文比-能量平衡法的两大理论支柱是能量平衡原理和边界层扩散理论，其关键在于波文比β的确定。根据雷诺相似原理，假定感热和潜热交换系数相等，利用波文比系统测得农田净辐射Rn、土壤热通量G、冠层上方两个高度上的温度差ΔT和水汽压差Δe后，就能计算出农田的潜热通量和相应的作物需水量或耗水量。波文比-能量平衡法物理概念明确、方法简单。该法只需要两个高度的要素观测值，不用求湍流交换系数，而且精度较高，可作为其他测定方法的判别标准。但是，使用波文比系统观测的区域要具有相对开阔、均一的下垫面，且天气平稳少变，辐射和风速都没有过于剧烈的变化。该方法在实际应用中，也还存在一些值得注意的问题：①在干旱地区，作物常常遭受水分胁迫，ΔT值很大，而Δe值非常小，如果Δe测定精度较差，则会产生较大误差；为了保证数据的可靠性，仪器安装区要有足够的风浪区长度，最好有200倍以上的仪器安装高度，但可根据实际情况作适当调整，一般不能小于20倍的仪器安装高度，最低也不能低于12倍的仪器安装高度，否则可能会因不满足基本假设而产生较大偏差，甚至错误；②在连续观测过程中，可以通过定时交换上、下两个传感器，保持干湿表球体湿润、干净来提高测量精度；③通常在早晨和黄昏时段，由于感热通量要改变其方向，因而所测数据会出现不稳定甚至矛盾的现象。当有降雨或田间灌溉时，土壤的热通量会发生较大变化，感热和潜热可能会产生较大的水平梯度，从而使计算结果不能很好地与实际情况相吻合，且此时两个高度的水汽差很小，可能会因小于仪器的分辨率而产生较大的误差。因此，在处理试验数据时，应根据实际情况对数据进行分析。
自1926年Bowen提出波文比-能量平衡法[24]以来，广大学者对该方法的适用性和精度进行了大量评价，并运用该方法监测各种生态系统的水热通量，确定耗水量，计算作物系数，调查作物水分关系等。如Fuchs等[25]、Sinclair等[26]研究表明，该方法的测量误差一般在10%之内。随后，Angus等[27]、Frangi等[28]的研究也证明，该方法在半干旱条件下仍然具有较高的精度。而对于极端干旱条件，水汽压的测定探头必须具有很高的观测精度才能取得较好的测定结果。此外，如果研究区域存在感热平流，就会在水平方向上也产生不可忽略的潜热通量，所以平流效应是影响该方法精度的另一个重要方面。国内外在这方面已进行了大量的研究，如黄妙芬于2001年分析了该方法在绿洲荒漠交界处的适用性[29]。但是目前提出的平流修正公式都过于简单，而且所需参数不易测定，不同地区间存在较大差异，尚未形成适合干旱地区的具有较强物理意义的平流修正公式。
当假设条件满足时，波文比-能量平衡法的测定精度较高，被广泛应用于测定水热通量、计算作物系数等，取得了一系列成果。如Tattari等[30]运用该方法研究了芬兰南部大麦田的耗水规律，并且分析了误差来源和数据取舍标准。Todd等[31]用该方法估算了半干旱地区灌溉条件下紫花苜蓿的耗水量，并对不同波文比系统之间以及与大型蒸渗仪之间进行了对比研究。Casa等[32]对意大利中部的亚麻籽耗水规律进行研究，并评价了波文比-能量平衡法的测定精度。Olejnik等[33]应用该方法研究了欧洲裸地的耗水量，分析比较了模型计算值和实测值之间的差异。Pedro等利用波文比-能量平衡法、水量平衡法等对巴西东北部芒果的需水量进行了研究。2004年，Yunusaa等利用波文比系统、茎流计、微型蒸渗仪等研究了澳大利亚地区滴灌条件下葡萄树潜热和感热通量的变化规律[34]。国内应用波文比-能量平衡法测定农田耗水的研究主要开始于20世纪80年代中后期。经过近30年的发展，该方法已经广泛应用。朱治林等[35]根据1998年淮河流域能量和水循环试验加密观测获得的资料，用波文比-能量平衡法计算了该地区的潜热和感热通量状况，并对梅雨期的显热和波文比进行了进一步分析。李彦等[36]利用该方法对绿洲—荒漠交界处的绿洲和荒漠的蒸发与地表热量平衡过程进行了探讨，结果表明，波文比-能量平衡法对于绿洲适用而对于荒漠却不适用。孙卫国等[37]通过采用波文比-能量平衡法、廓线梯度法和综合阻抗法等分别计算了农田植被层上的耗水量，结果表明，用波文比-能量平衡法计算的潜热通量存在系统性偏小的现象。李胜功等[38，39]运用波文比-能量平衡法分析了内蒙古奈曼小麦和大豆生长期的微气象变化。莫兴国等[40]分析了华北平原冬小麦生态系统辐射收支、热量平衡以及耗水在植株蒸腾和棵间土壤蒸发之间的分配特征。刘苏峡等[41]根据在中国栾城农业生态试验站观测的田间试验资料，分析了土壤水分和土壤-大气界面对麦田水热传输的抑制和加速作用，发现土壤水分越小，感热通量越大，潜热通量越小，反之亦然。杨晓光等[42]利用波文比系统监测了太行山山前平原冬小麦耗水规律，结果显示，波文比-能量平衡法测定的耗水量与0～60cm土层的土壤相对含水量呈线性负相关。2002年，张永强等[43]通过运用波文比-能量平衡法与涡度相关法对华北平原典型农田水、热与CO2通量平衡过程进行了研究，并对这两种方法进行了对比分析。
涡度相关法属于微气象学的经典方法之一。它是基于涡度相关理论，通过直接测定与计算下垫面潜热和感热的湍流脉动值而求得的作物需水量或耗水量，是一种直接测定方法。采用涡度相关技术测量作物耗水量始于20世纪30年代。1930年，Scrace记录了垂直方向风速分量和水平分量成正比的信号，并用于计算水平动量的垂直涡度通量的涡度能量[44]。随着该技术的发展，1955年，Swinbank着重研究了测量显热和潜热通量的涡度相关技术[45]。1965年，Dayer和Mather研制出用于测量气压较低地区涡度的“涡动能量仪”，使得该技术的推广和应用发展很快。在过去的20多年里，涡度相关法至少在研究领域已经成为作物耗水量测定的一种标准方法[46]。涡度相关法的误差可能来源于理论假设与客观实际的偏差，也可能由仪器设备本身或使用不当造成。由于传感器、记录仪的频率响应特性限制及有限的观测时间，不可能观测到对垂直通量起作用的整个湍流频率范围，主要表现在对高频部分的截断，其高频损失程度还与仪器架设高度、大气稳定度有关。另外，测量垂直风速脉动量时，仪器安装倾斜也可能导致误差。涡度相关法直接测量通量，它在湍流扩散度、风速剖面形状以及漂浮力的影响方面没有特别的假定。它将通量密度表示为在一定的时间间隔内，垂向速度的波动与水汽浓度的协方差。该技术要求传感器的响应时间的量级应为零点几秒。涡度相关法的原理是测量出所有与水汽的垂向传输有关的涡流运动。这就要求涡流信号的取样频率足够高（10～20Hz），平均协方差的时段要足够长（一般为15～30min）。1968年，Blank等研究表明，在密植作物覆盖区，用涡度相关法测得的日耗水量和用液压测渗仪测得的结果相比差异在5%以下，精度很高；但在无风和植被覆盖稀疏的情况下，误差一般比较大，结果不太理想。1979年，Kanemasu等根据实测的涡度相关资料，得出在很粗糙的表面上采用涡度相关法远比其他一些依靠梯度公式来决定通量的方法更为方便和准确，而在比较平坦的表面上，涡度相关法则需要装置较高的传感器。
涡度相关法的主要优点如下：
（1）通过测定垂直风速与水汽密度的脉动，从气象学角度首次实现了对作物耗水量的直接观测，是作物耗水观测技术的一个重大突破。相比空气动力学法或波文比-能量平衡法等传统观测手段，该方法理论假设少，精度高。
（2）可以对地表作物耗水实施长期的、连续的和非破坏性的定点监测。
（3）相比其他传统的观测方法，如蒸渗仪法等，该方法测量步长较短，可以在短期内获取大量高时间分辨率的作物耗水与环境变化信息。对高秆作物，其取样周期一般为30min；对矮秆作物，取样周期可短到10min。短周期有利于研究水分交换对环境变化的快速响应；同时，相比蒸渗仪法，它的测量代表区域更广，典型的风浪区长度可达100～2000m。
（4）利用某些气体浓度快速测量仪器（如LI-7000，LI-7500等），可以实现对水和CO2的同步监测，把水文学和生态学关注的两个关键元素联系到一起，促进了水碳循环过程的耦合研究。
然而，任何方法都有利弊，涡度相关法亦不例外。主要不足表现如下：
（1）其应用易受地形和气象条件限制。它要求下垫面平坦、均一，但实际观测中地形往往非常复杂，平流效应不可低估，因而对不规则地形的测量要考虑平流校正。这种校正往往比较复杂；对于气候条件比较稳定的夜间，其观测结果也存在很大不确定性。不过对作物而言，夜间耗水一般较小，相对CO2，测定的水汽误差一般较小。
（2）涡度相关法测定耗水存在能量不闭合及耗水低估现象，这点已被诸多研究证实。
（3）涡度相关法的传感器十分精密，长期在野外观测时，经常需要维护，在恶劣天气下易受损坏。如在中国西北干旱荒漠区，春季沙尘暴频发，传感器易损坏，造成测量误差和缺测。在热带地区，降水频繁，可能直接造成传感器不能正常工作。这些传感器都是尖端仪器，成本较高，长期放在野外，受昼夜温差的影响，容易老化，这也增加了持续观测的维护成本。
（4）涡度相关数据系列的校正与插补比较复杂，且不同的站点，校正与插补的方法不一样，这要求各站点根据自身情况确定最优的校正与插补方法。
但是，涡度相关法的优点远胜过其缺点，正因为其不可比拟的优势，全球通量网才以其为主要技术手段，展开对生态系统水分交换的长期监测。
空气动力学法又称为紊流扩散法。这种方法基于地面边界层梯度扩散理论，1939年，由Holzman和Thornthwaite首次提出[7]。它认为近地面层温度、水汽压和风速等各种物理属性的垂直梯度受大气传导性制约，可根据温度、湿度和风速的梯度及廓线方程，求解出潜热和感热通量。空气动力学法需要能够正确地测定作物上方不同高度处的水汽压。另外，空气动力学法与其他微气象方法一样，对下垫面及空气稳定度要求严格，否则误差较大，在测定范围上受到极大的限制。
1.2.3 作物生理学法
作物生理学法是指在作物生理学基础之上发展而成的需水量或耗水量测定方法，包括茎流法、气孔计法、称重法、风调室法等。这里仅介绍茎流法和气孔计法两种方法。
茎流法是通过注射和测定可检测的示踪物来计算树液流速，并由此推断水流通量，即作物植株蒸腾量，配套利用微型蒸渗仪测定棵间土壤蒸发量，从而获得作物需水量或耗水量。茎流法的示踪物可以是热源、染料或放射性同位素等。其中，又以热量法茎流测定技术最为常用，主要包括[47]：
（1）热脉冲法（heat pulse method）曾被Zimmermann誉为“最美妙的测量液流速度的方法”的热脉冲法，1932年由德国科学家Huber首次用于测量树木木质部液流速率，开辟了作物水分生理研究的新途径[48]。Marshall和Closs在理论上有了新的突破[49]，Swanson研究讨论了安装探头的损伤效应[50]，并与Whitfield找到了一个较好的二维数值校正方法[51]。Edwards等又将Huber的热脉冲补偿系统、Marshall的流速流量转换分析及Swanson的损伤分析综合起来，提出了较为完整的理论与技术[52]。热脉冲法的基本原理是在树干定点部位以热脉冲间断地加热树液，在上下位点用电桥测定热平衡时间，换算出树干液流速度和树干液流量，即树冠蒸腾耗水量。由于木质部边材各个位点液流速率的异质性，因而需要测定不同方向、不同深度处的液流速率，然后根据统计方法将点上的速率整合到整个边材面积上。与此方法配套的仪器为热脉冲茎流测定仪，包括探测器、数据采集器、电源等，其中探测器又由上下游感应探针和热探针组成。此法的准确性已经在很多树木上得到检验，但是当树干液流较小时，热脉冲法不够准确。
（2）热平衡法（heat balance method）指将一个加热套裹在作物茎或枝条外面，连续加热茎表皮、木质部和树液，茎表面的温度通过安装在周围的温度传感器来感应，依据热量平衡原理求出被液流带走的热量来计算茎秆内液体流量。这种方法可恒定功率加热和变化功率加热，而变化功率加热的方法耗电低，且避免了液流较低时对树干的过分加热。
（3）热扩散探针法（thermal dissipation probe method）是1985年首先由法国科学家Granier提出来[53]。它是将2个长为2cm、直径为1.2mm的探针插入作物茎秆中，上部探针含有加热器和热电偶，下面探针只有热电偶，恒定加热，通过测定两探针的温差值来计算液流速度。与其他几种热量法相比，此法安装简单方便，计算简便且费用相对较低。
长期以来，上述三种热量法茎流测定技术因操作简单、可连续监测、环境破坏性小等优点而深受研究者的青睐。然而，在具体使用这些方法测定液流或分析处理数据时，还是存在着以下一些值得注意的问题：
（1）热脉冲法只是在作物茎秆某个部位整个横截面上某一个或几个点上进行液流速率测定，然后用加权平均或算术平均的方法整合得到整株的液流量。这样，误差就产生于单个点的测定以及整合过程。
（2）相比连续测定的热平衡法和热扩散探针法，热脉冲法是一种半连续的测定方法。实际的液流是在发出热脉冲后很短时间内测定的，而在所设定测定间隔的剩余时间里只是散发多余的热量来达到平衡状态。如此一来，液流与气象因素的相关关系仅仅是针对测定时间间隔的前一段时间而言。
（3）热脉冲法和热扩散探针法都必须在树干上用钻头打孔以便安装探针，这样就破坏了木质部正常的液流，因此，需要进行较为合理的伤流校正。而热平衡法因其是将加热套裹在外面，所以不存在伤流校正的问题。
（4）这三种方法都是采用热技术，因此可能会因升高了形成层温度而对表皮组织造成伤害。
（5）这三种方法测得的仅仅是作物耗水量的一个部分，棵间土壤蒸发需另外测定。
（6）由单株耗水外推至作物群体耗水时需要进行尺度耦合。
气孔计法，就是将测定时环境相对湿度设定为仪器叶室的平衡湿度，选取正常生长的叶片夹入叶室，分别测定上、下两个表面的蒸腾速率，两者之和即为叶片蒸腾速率，重复多次，用平均蒸腾速率与作物冠层叶面积换算得到植株蒸腾量。气孔计法难以保证准确得到作物在自然状态下的蒸腾量，也很难避免将单个叶片蒸腾外推至整个冠层所带来的统计误差，棵间土壤蒸发也需另外测定。
1.2.4 红外遥感法
20世纪70年代以来，随着遥感技术不断发展，测定作物需水量与耗水量的红外遥感法应运而生。所谓红外遥感法，主要是利用多光谱卫星的可见光——近红外及热红外波段的数据，反演得到地表反照率、植被指数、地表温度及比辐射率等地表参数后，建立模型进行求取。目前所发表的模型主要包括统计模型和物理模型两大类。各模型的共同点在于，都需要首先反演地表反照率和地表温度，再求得地表可利用能量；然后利用简单的参考作物需水量（ET0）公式计算，或者进一步推算感热通量；最后利用能量平衡方程求得作物耗水量[54，55]。
随着遥感信息定量化研究不断深入，遥感技术在计算作物耗水量，特别是大、中尺度范围的耗水时空分布中，其优越性已日益彰显。首先，由于遥感技术可以不断地提供不同时空尺度的地表特征信息，因而利用这些信息可以将耗水计算模型外推扩展到缺乏详尽气象资料的区域尺度，反演出区域同一时刻的耗水分布。其次，由于它是通过植被的光谱特性、红外信息结合微气象参数来计算耗水量，从而摆脱了微气象学法因下垫面条件的非均一性而带来的以“点”代“面”的局限性，进而为区域作物耗水计算开辟了新途径。最后，相对于在地面布设一些稀疏点来进行观测而言，应用遥感技术进行区域尺度作物耗水量的监测较为经济和高效。因此，遥感方法监测作物耗水量为区域水资源合理配置提供了一种更加有效的途径。
遥感方法是区域作物耗水估算及其时空分布规律研究的一种有力工具，并且随着遥感技术的不断发展，特别是多光谱、多角度、多分辨率的遥感影像的应用以及非均匀下垫面区域气象场结构研究的继续深入，地表参数反演的精度在不断提高，区域作物耗水遥感模型也在逐步完善。作物耗水遥感模型在挖掘现有遥感信息精确模拟作物耗水机理的同时，也在朝着简单，便于实际应用的方向发展。在美国爱达荷州，利用SEBAL模型绘制的季节性作物耗水图，已被用于预测灌溉对熊河及蛇河流域上游流量减小的影响。Chen等[56]用GIS和归一化植被指数（NDVI）及白天表层温度变量三种方法估算湿地水面蒸发和实际作物耗水量。Mcvicar等[57]研究用阻力能量平衡模型和AVHRR遥感数据获得气温、相对湿度、太阳辐射和风速，进一步估算NDVI，并分析了这些参数对潜在腾发量与实际腾发量的影响。Ray等[58]利用月平均气象资料，根据FAO-24修正的Blaney-Criddle公式计算ET0（参考作物需水量），采用印度遥感卫星数据建立了多时段作物结构、生成植被光谱指数模型、估算作物耗水量的遥感数据库。Farah等[59]基于Landsat-TM影像的参数和SVAT（土壤-植被-大气传输模型）参数之间的半经验关系计算SVAT参数的空间变异和不同水力单元的相关蒸发量。石宇虹等[60]利用NOAA/AVHRR资料，系统地分析了NDVI的变化规律，NDVI的变化状况及其值的高低可较好地反应水稻实际生长状况。徐建春等[61]利用Landsat-TM和MSS遥感数据提取反映生态环境的植被、土地亮度、湿度、热度指数，结合气候数据和其他地学辅助信息，在GIS的支持下建立环境质量评价模型，经投影变换、双线性插值处理，生成研究区气温、降水、蒸发量的栅格图层。
近些年来，虽然在非均匀及稀疏植被下垫面能量传输机制的研究方面取得了较大的进展，但在遥感信息与作物耗水机理模型的链接中仍存在一些问题[54，55]：
（1）地表温度的反演问题。热红外传感器探测的是地表辐射温度，又称为地球表面的“皮肤”温度（Skin temperature）。然而，地表远非“皮肤”状或均一的二维实体，各样的组分及其各异的几何结构均增加了地表真实温度的反演难度。作物耗水模型中利用遥感地表温度或代替较难获得的空气动力学温度计算感热通量，或进行一些参数的计算（如WDI）。因而，地表温度的反演准确度直接影响着作物耗水量估算的精确度。
（2）尺度问题。尺度问题包括时间延拓和空间延拓两个方面。在将瞬时耗水量扩展至日耗水量时所要求的“绝对晴天”在现实中出现的几率不会很大。空间延拓主要指耗水模型中所需的气象参数由点测资料标定遥感像元面的数据，进而再从像元面扩展到“区域”甚至“全球”；另外，用来进行模型结果比较的局地观测数据与计算时所利用的遥感数据的尺度也存在差异。然而，不同尺度信息之间往往是非线性、不确定的，时空尺度的延拓应是未来的研究重点。
（3）阻力问题。“面”上的气孔阻力、表面阻力（对于植被下垫面，常称为冠层阻力）及空气动力学阻力等对于区域作物耗水量估算关键的参数仍然需要依靠冠层高度及风速等“点”上资料来推算得到平均信息。如何充分利用遥感数据而建立机理性较强的辅助性的阻力模型，是今后需要进一步探讨的问题。
（4）各种模型均有一定的假设条件，且大多数模型只在晴空无云、风速稳定、地形平缓的条件下有较好的效果。
1.2.5 问题与展望
测定作物需水量与耗水量的方法多种多样，但是没有一种方法是最完美的，每种方法都有自己的优势，同时，也存在各自的不足。因此，在测定作物需水量与耗水量时，可以根据客观实际，结合各种方法的特点及适用范围，选择最优的方法。例如，当需要测定的是一个区域的作物需水量或耗水量，且所在地的下垫面条件和天气变化比较复杂多变时，可以考虑采用水量平衡法或者红外遥感法；当研究目的是探讨或挖掘某种具体作物的蒸腾耗水特性，且研究对象所在地地形比较复杂、空间变异性较大时，茎流法可以作为一个较为合理地选择[17]。
几十年来，随着科学技术的迅猛发展和各个学科的相互渗透，有关作物需水量与耗水量测定方法的研究工作也在不断地向前推进，为科学研究和实践应用提供了很多便利的手段和方法。各种新的测定方法不断涌现并显现出其独特的优越性，与此同时，一些历史较久远的经典测定方法不断地得到改进并日趋完善；一大批先进的仪器设备在科研和实践中孕育并诞生，从而使高精度、自动化成为可能，在大大提高结果的可靠性和工作效率的同时，大量节约了人力、物力。然而，也存在着一些不容忽视的问题，可从以下几个方面进行阐述：首先，不同测定方法，各自都有其独特的学科背景、理论基础、假设条件以及适用范围。因而，各种方法之间的相关性、可比性和可检验性比较复杂，从而为各种方法之间的同步比较研究和准确标定带来了困难。例如，作物生理学方法测定作物蒸腾是在叶片或单株水平上进行的，要将其与涡度相关等微气象学方法进行对比，只有通过尺度转化模型将其外推至群体水平，然而这两种方法得到的结果是否具有可比性还值得探讨。其次，尽管科学技术的发展带动了作物需水量与耗水量测定方法的研究，促使了一大批高新仪器设备的研究和开发，但是由于有的测定方法不够简便实用，仪器设备通常比较昂贵且难于维修，从而在很大程度上影响了新方法、新技术的推广及应用。再次，不同的测定方法，有的是在均匀单一下垫面条件这一假设下才适用，而事实上，绝大多数情况是下垫面条件比较复杂，从而导致理论与实际脱节。
纵观几种不同的作物需水量与耗水量测定方法，相对而言，茎流法、涡度相关法和红外遥感法具有更为广阔的发展前景。茎流法具有操作简单、可连续监测、环境破坏性小、适用范围广等显著优势，可用来确定作物的水分输送格局及其具体的数量，从而深入挖掘作物的蒸腾耗水特性。结合有关作物生理指标和外界环境因素，可以更加深入揭示作物水分利用与气孔导度、叶水势、叶面积、气象因子等的关系，进而揭示作物蒸腾耗水的内在调节机制及外在影响因素。涡度相关法理论假设少、精度高，可对作物耗水实施长期的、连续的和非破坏性的定点监测；测量步长短，可以在短期内获取大量高时间分辨率的作物耗水信息；测量代表区域相对较广，可以实现对水和CO2通量的同步监测。红外遥感法可以将作物耗水量模型外推扩展到缺乏详尽气象资料的区域尺度，摆脱了微气象学法因下垫面条件的非均一性而带来的以“点”代“面”的局限性，进而为区域作物耗水量测定提供了新的手段和方法。