如何测量叶片蒸腾速率

2025年07月21日 10:58:10 人气: 41 来源: 点将（上海）科技股份有限公司

偶尔，研究人员在学习如何测量叶片蒸腾作用时会问，是否可以通过简单地测量单个叶片的气孔导度来估计其蒸腾作用。

遗憾的是，答案是否定的。

本文将说明原因，以及需要做些什么来估计总导度，从而估计叶片的蒸腾量。

气孔计

叶片蒸腾速率（E）的计算公式如公式 1 所示：
$E = g_{v} (C_{v s} ? C_{v a})$

公式 1 中， $g_{v}$ 是水蒸气从叶片内部到空气中的总导度， $C_{v s}$ 是叶片内部的水蒸气浓度， $C_{v a}$ 是空气中的水蒸气浓度。

要将水蒸气从叶片内部输送到大气中，不仅需要通过叶片的气孔和蜡质角质层，还需要通过空气本身（见图 1）。求解蒸腾速率需要总导度（ $g_{v}$ ），但它实际上是两个变量的组合。

叶片气孔示意图

图1 叶片气孔示意图

图 1 显示了叶片上单个气孔的放大图。蓝色部分为水蒸气。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角质层扩散到叶片外部。但大多数时候（当气孔开放时），水分通过气孔进入大气。水蒸气通过叶片气孔的导度。称为“气孔导度 $g_{v s}$ ”

气孔和蜡质角质层并不是限制水蒸气从叶片内部进入大气的单一因素。叶片外部的空气也会阻碍水蒸气的流动。这称为空气中的水蒸气导度，或边界层导度（ $g_{v a}$ ）。 $g_{v s}$ 和 $g_{v a}$ 都像电路中的电阻一样，它们共同作用，限制水分从叶片内部进入大气。

气孔导度

要计算蒸腾速率，需要知道导度

g_{v s}

和

g_{v a}

。要获得气孔的导度（即气孔导度）

g_{v s}

，测量气孔导度的方法不多。无法通过计算得到。虽然可以估计，但不是一种好方法，因此需要可以直接测量气孔导度的设备，可使用叶片孔隙计，如 SC-1叶片气孔导度计。

叶片气孔导度计

边界层导度

要获得下一个导度值gva，可以使用简化的工程公式（公式 2）。

公式 2

g_{v a} = 0.135 \times \frac{v}{d _{w}}

在公式 2 中，空气中水蒸气的导度（

g_{v a}

）等于常数（0.135）乘以风速（

v

）除以特征尺寸（

d_{w}

）。

v

= 穿过叶片的风速

d_{w}

= 叶片的特征尺寸（

0.72 w

），其中

w

是叶片的宽度。

要获得这些值，用风速计测量穿过叶片的风速，从而得到

v

的值。在这种情况下，需要一个小型风速计。接下来，确定叶片的特征尺寸（图 2）。方法是测量叶片在风向上的宽度，然后乘以常数 0.72。

一旦获得这两个变量，就可以用它们来估计水蒸气对空气的导度（

g_{v a}

）。

叶片测量示意图

图2 叶片测量示意图

总导度

一旦获得 $g_{v a}$ 和 $g_{v s}$ ，就可以将这些导度组合起来，得到总导度（ $g_{v}$ ）的实际值。公式 3 显示了如何整合边界层导度和气孔导度：
$g_{v} = \frac{1}{\frac{1}{g _{v s}} + \frac{1}{g _{v a}}} = \frac{g _{v s} g _{v a}}{g _{v s} + g _{v a}}$
公式 3。

表面水蒸气浓度

现在已经有了

g_{v}

，还需要计算公式 1 中所示的两个水蒸气浓度。

叶片表面的水蒸气浓度等于叶片温度下的饱和蒸气压除以大气压（公式 4）。

C_{v s} = \frac{e _{s} ( T _{L} )}{P _{a}}

公式 4

e_{s} (T_{L}) = 0.611 k P a exp (\frac{b T _{L}}{c + T _{L}})

公式 5 中，

b

为 17.502，

c

为 240.97℃，

T_{L}

为叶片温度。

P_{a} = 101.3 k P a exp (\frac{? A}{8200})

公式 6 中，

A

是叶片所在位置的海拔高度。

空气中的水蒸气浓度

另一个需要的值是

C_{v a}

（公式 7）。

C_{v a} = \frac{e _{s} ( T _{a} ) \times h _{r}}{P _{a}}

公式 7

其中

e_{s}

是用公式 5 求出的空气温度（

T_{a}

）下的饱和蒸气压，此时

T_{a}

为空气温度，

h r

是相对湿度。必须测量相对湿度、空气温度和叶片温度。一旦测量并计算出所有这些值，只需将它们代入公式 4（

C_{v s}

）和公式 7（

C_{v a}

）即可。

一旦得到

C_{v s}

和

C_{v a}

，就可以将它们代入公式 1，求解

E

：叶片的蒸腾作用。

如何测量叶片蒸腾速率

因此，要估计叶片蒸腾速率，需要测量相当多的变量，尽管公式（

E = g_{v} (C_{v s} ? C_{v a})

）很简单。

$g_{v s}$ —— 气孔导度（使用 SC-1 叶片孔隙计）。
$T_{L}$ —— 叶片温度（使用 IRT 红外温度计）。
$T_{a}$ —— 空气温度（使用 ATMOS 41 气象站）。
$h_{r}$ —— 相对湿度（使用 ATMOS 41 气象站）。
$A$ —— 海拔高度（在互联网上查询）。
$v$ —— 风速 *（m/s）（使用 ATMOS 41 气象站）。
$w$ —— 叶片宽度（使用小尺子）。

* 注：关于风速，可以使用 ATMOS 41 气象站，但这取决于叶片的位置。如果叶片在地面附近，而 ATMOS 41 在 2 米处，则必须进行高度校正。有一个公式可以估算测量位置的风速。风速随着接近地面而呈指数下降。

来源：METER Group

关键词：叶片蒸腾速率,SC-1叶片气孔导度计, ATMOS 41 气象站

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