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如何測量葉片蒸騰速率

來源：點(diǎn)將（上海）科技股份有限公司 2025年07月21日 10:58

偶爾，研究人員在學(xué)習(xí)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(dǎo)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(dǎo)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：
$E = g_{v} (C_{v s} ? C_{v a})$

公式 1 中， $g_{v}$ 是水蒸氣從葉片內(nèi)部到空氣中的總導(dǎo)度， $C_{v s}$ 是葉片內(nèi)部的水蒸氣濃度， $C_{v a}$ 是空氣中的水蒸氣濃度。

要將水蒸氣從葉片內(nèi)部輸送到大氣中，不僅需要通過葉片的氣孔和蠟質(zhì)角質(zhì)層，還需要通過空氣本身（見圖 1）。求解蒸騰速率需要總導(dǎo)度（ $g_{v}$ ），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(lán)色部分為水蒸氣。綠色部分為柵欄薄壁細(xì)胞和海綿狀葉肉細(xì)胞。葉片內(nèi)部的水蒸氣可以通過氣孔和蠟質(zhì)角質(zhì)層擴(kuò)散到葉片外部。但大多數(shù)時候（當(dāng)氣孔開放時），水分通過氣孔進(jìn)入大氣。水蒸氣通過葉片氣孔的導(dǎo)度。稱為“氣孔導(dǎo)度 $g_{v s}$ ”

氣孔和蠟質(zhì)角質(zhì)層并不是限制水蒸氣從葉片內(nèi)部進(jìn)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(dǎo)度，或邊界層導(dǎo)度（ $g_{v a}$ ）。 $g_{v s}$ 和 $g_{v a}$ 都像電路中的電阻一樣，它們共同作用，限制水分從葉片內(nèi)部進(jìn)入大氣。

氣孔導(dǎo)度

要計算蒸騰速率，需要知道導(dǎo)度

g_{v s}

和

g_{v a}

。要獲得氣孔的導(dǎo)度（即氣孔導(dǎo)度）

g_{v s}

，測量氣孔導(dǎo)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(dǎo)度的設(shè)備，可使用葉片孔隙計，如 SC-1葉片氣孔導(dǎo)度計。

葉片氣孔導(dǎo)度計

邊界層導(dǎo)度

要獲得下一個導(dǎo)度值gva，可以使用簡化的工程公式（公式 2）。

公式 2

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

在公式 2 中，空氣中水蒸氣的導(dǎo)度（

g_{v a}

）等于常數(shù)（0.135）乘以風(fēng)速（

v

）除以特征尺寸（

d_{w}

）。

v

= 穿過葉片的風(fēng)速

d_{w}

= 葉片的特征尺寸（

0.72 w

），其中

w

是葉片的寬度。

要獲得這些值，用風(fēng)速計測量穿過葉片的風(fēng)速，從而得到

v

的值。在這種情況下，需要一個小型風(fēng)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(fēng)向上的寬度，然后乘以常數(shù) 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(dǎo)度（

g_{v a}

）。

葉片測量示意圖

圖2 葉片測量示意圖

總導(dǎo)度

一旦獲得 $g_{v a}$ 和 $g_{v s}$ ，就可以將這些導(dǎo)度組合起來，得到總導(dǎo)度（ $g_{v}$ ）的實際值。公式 3 顯示了如何整合邊界層導(dǎo)度和氣孔導(dǎo)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。

表面水蒸氣濃度

現(xiàn)在已經(jīng)有了

g_{v}

，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）。

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

為 17.502，

c

為 240.97℃，

T_{L}

為葉片溫度。

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

公式 6 中，

A

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

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 求出的空氣溫度（

T_{a}

）下的飽和蒸氣壓，此時

T_{a}

為空氣溫度，

h r

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（

C_{v s}

）和公式 7（

C_{v a}

）即可。

一旦得到

C_{v s}

和

C_{v a}

，就可以將它們代入公式 1，求解

E

：葉片的蒸騰作用。