西北地区夏玉米蒸散发组分调控机制与模型性能评估

本研究通过整合涡度相关(EC)、茎流计和微型蒸渗仪技术，首次在西北夏玉米农田实现实际蒸散发(ETc act)、蒸腾(Tact)与蒸发(Eact)的全过程观测，揭示叶面积指数(LAI)介导的蒸散发分配阶段转换机制，证实S-W模型在双源能量分配方面的优越性，为干旱区农业水分精准管理提供理论支撑。

　　

Highlight

本研究在西北典型夏玉米农田建立EC-茎流-蒸渗仪协同观测系统，首次实现ET_{c act}及其组分T_act/E_act的全生育期动态解析。发现LAI=3 m²·m^?2是蒸散发分配的关键阈值：低于此值时LAI每增加1单位可使T_act提升23%，而高于此值后冠层遮荫效应使E_act降至不足1.5 mm·d^?1。净辐射(Rn)被证实为驱动ET_{c act}变异的核心气象因子。

能量平衡与环境因子

图2展示了2022-2024年生育期内EC系统测量的Rn?G与H+LE日尺度线性关系。2023年能量闭合度最佳(R²=0.89，斜率0.89)，而2022年土壤湿度最高时T_act/ET_{c act}达0.71，显著高于其他年份，表明丰水条件更利于光合水分利用。

环境因子对蒸散发分配的影响

ET_{c act}与T_act呈单峰曲线，抽雄至灌浆期达峰值；E_act则在7月中旬后持续走低。LAI<3时，其增长通过"冠层扩张-气孔导度"通路促进T_act；LAI>3后则通过"遮荫-表层土壤水汽压梯度"抑制E_act，展现明显的阶段特异性调控。

模型性能对比

经参数本地化后，S-W模型表现最优：模拟ET_{c act}/T_act/E_act的R²分别达0.92/0.86/0.81，RMSE≤1.62 mm·d^?1。其双源结构能精准捕捉LAI-VPD(饱和水汽压差)耦合效应，而PT-JPL模型因简化土壤-冠层交互作用，在快速生长期误差较大。

Conclusions

本研究揭示LAI阶段依赖性是西北夏玉米蒸散发分配的核心开关，确立S-W模型为区域最优模拟工具。建议通过生育中期LAI调控(如合理密植)和基于能量分配的灌溉决策，实现"以蒸腾换蒸发"的水分高效利用模式。