植物蒸散耗水量測(cè)定方法研究進(jìn)展

植物蒸散耗水量測(cè)定方法研究進(jìn)展一、概述植物蒸散耗水量作為生態(tài)學(xué)和水文學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于理解和預(yù)測(cè)植被的水分利用、生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)以及全球氣候變化響應(yīng)等方面具有重要意義。準(zhǔn)確、有效地測(cè)定植物蒸散耗水量一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著測(cè)量技術(shù)和方法的不斷發(fā)展和完善，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法也逐漸多樣化，包括重量法、自然彌散法、微氣象學(xué)法、植物生理學(xué)法、遙感法以及SPAC水分傳輸模擬法等。這些方法在各自的適用范圍內(nèi)，為植物蒸散耗水量的測(cè)定提供了有效的手段。由于植物蒸散過程的復(fù)雜性以及不同測(cè)定方法間的技術(shù)差異，使得每種方法都存在一定的局限性和挑戰(zhàn)。對(duì)植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述和比較，不僅有助于深入理解各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，還能為今后的研究提供有益的參考和借鑒。本文將重點(diǎn)介紹植物蒸散耗水量測(cè)定方法的最新研究進(jìn)展，包括各種方法的理論基礎(chǔ)、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和前景，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供有益的參考。1.蒸散耗水量的定義及在植物生理學(xué)中的重要性蒸散耗水量，是指植物通過蒸騰作用和地表蒸發(fā)作用所散失的水分總量。在植物生理學(xué)中，蒸散耗水量不僅是衡量植物水分利用效率的關(guān)鍵指標(biāo)，也是評(píng)估植物對(duì)水分脅迫響應(yīng)和適應(yīng)能力的重要參數(shù)。蒸騰作用作為植物體內(nèi)水分運(yùn)輸?shù)闹饕?qū)動(dòng)力，不僅影響著植物的水分平衡，還與其營養(yǎng)吸收、光合作用等生理過程密切相關(guān)。蒸散耗水量的準(zhǔn)確測(cè)定，有助于深入了解植物的水分利用機(jī)制，為優(yōu)化作物灌溉制度、提高水資源利用效率提供科學(xué)依據(jù)。蒸散耗水量在植物生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)等領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過比較不同植物種類或同一植物在不同環(huán)境條件下的蒸散耗水量，可以揭示植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)策略，為生態(tài)恢復(fù)、作物種植布局等提供理論支持。研究植物蒸散耗水量的測(cè)定方法，對(duì)于深入理解植物生理生態(tài)學(xué)特性、提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率具有重要意義。隨著科技的不斷進(jìn)步，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法也取得了顯著的進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了更為準(zhǔn)確和便捷的手段。2.測(cè)定植物蒸散耗水量的意義與應(yīng)用場(chǎng)景植物蒸散耗水量的測(cè)定在生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)以及水資源管理等多個(gè)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的意義和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。從生態(tài)學(xué)角度來看，植物蒸散是生態(tài)系統(tǒng)中水分循環(huán)的重要組成部分，其耗水量的準(zhǔn)確測(cè)定有助于揭示植物與水分之間的關(guān)系，進(jìn)一步理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。通過對(duì)比不同植物種類或同一植物在不同環(huán)境條件下的蒸散耗水量，可以評(píng)估植物對(duì)水分的利用效率，為植物種類的選擇和種植布局提供科學(xué)依據(jù)。在農(nóng)學(xué)領(lǐng)域，植物蒸散耗水量的測(cè)定對(duì)于優(yōu)化灌溉制度、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。通過測(cè)定作物的蒸散耗水量，可以制定更加精準(zhǔn)的灌溉計(jì)劃，避免水資源的浪費(fèi)，同時(shí)確保作物生長所需的水分得到滿足。蒸散耗水量的研究還有助于開發(fā)節(jié)水型農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。在林學(xué)方面，植物蒸散耗水量的測(cè)定對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡和生態(tài)恢復(fù)具有重要意義。通過測(cè)定森林植被的蒸散耗水量，可以評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)的水分需求和水分利用效率，為森林資源的合理利用和生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。在水資源管理方面，植物蒸散耗水量的測(cè)定有助于制定合理的用水計(jì)劃和水資源調(diào)配方案。通過了解不同植物在不同季節(jié)和氣候條件下的蒸散耗水量，可以預(yù)測(cè)區(qū)域水資源的需求和供給情況，為水資源的合理配置和高效利用提供決策支持。測(cè)定植物蒸散耗水量在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，有助于深入理解植物與水分的關(guān)系，優(yōu)化水資源利用，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。隨著技術(shù)的進(jìn)步和方法的不斷完善，植物蒸散耗水量的測(cè)定將在未來發(fā)揮更加重要的作用。3.研究背景與現(xiàn)狀植物蒸散耗水量是生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中的核心問題之一，對(duì)于理解植物水分利用機(jī)制、優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源管理以及預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響具有重要意義。隨著全球氣候變化和水資源日益緊張，對(duì)植物蒸散耗水量的精確測(cè)定和深入研究顯得尤為重要。植物蒸散耗水量的測(cè)定方法經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從粗略到精確的演變過程。早期的研究主要依賴于直接稱重法、水量平衡法等傳統(tǒng)方法，這些方法雖然操作簡(jiǎn)單，但精度和可靠性相對(duì)較低，難以滿足現(xiàn)代科學(xué)研究的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是傳感器技術(shù)和遙感技術(shù)的快速發(fā)展，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法得到了極大的改進(jìn)和提升。基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的估算方法、基于蒸散方程的模擬方法以及基于遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法是植物蒸散耗水量測(cè)定的主要手段?；谟^測(cè)數(shù)據(jù)的估算方法通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物生長環(huán)境中的氣象要素和植物生理特征，結(jié)合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算，具有較高的精度和可靠性?；谡羯⒎匠痰哪M方法則通過建立蒸散方程，考慮多種影響因素，對(duì)植物蒸散耗水量進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。而基于遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法則利用遙感衛(wèi)星獲取地表信息，結(jié)合反演算法計(jì)算植物蒸散耗水量，具有空間連續(xù)性和時(shí)間動(dòng)態(tài)性的優(yōu)勢(shì)。盡管現(xiàn)有的植物蒸散耗水量測(cè)定方法已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題。不同方法之間的精度和可靠性存在差異，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和優(yōu)化；受環(huán)境因子、植物種類和生長條件等多種因素的影響，植物蒸散耗水量的變化規(guī)律復(fù)雜多變，需要進(jìn)一步深入研究。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究背景與現(xiàn)狀表明，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究方法的不斷創(chuàng)新，我們有望更準(zhǔn)確地測(cè)定植物蒸散耗水量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力的科學(xué)支撐。二、傳統(tǒng)蒸散耗水量測(cè)定方法在傳統(tǒng)的研究中，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法已經(jīng)相當(dāng)成熟且多樣化。這些方法大多基于物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的原理，旨在準(zhǔn)確、有效地測(cè)量植物在生長過程中的水分消耗。重量法是一種直觀且常用的方法。它通過測(cè)量植物在特定時(shí)間段內(nèi)重量的變化來推算蒸散耗水量。這種方法簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)確性較高，特別適用于盆栽植物或小型植物的蒸散耗水量測(cè)定。對(duì)于大型植物或生長在自然環(huán)境中的植物，重量法的應(yīng)用則受到一定限制。自然彌散法也是一種重要的測(cè)定方法。該方法通過測(cè)量植物葉片或植物體表面的水分散發(fā)速率來計(jì)算蒸散耗水量。這種方法不僅可以測(cè)定植物整體的蒸散耗水量，還可以研究植物不同部位的蒸散特性，對(duì)于深入了解植物蒸散機(jī)制具有重要意義。還有一些基于微氣象學(xué)原理的方法，如波文比能量平衡法和空氣動(dòng)力學(xué)方法。這些方法通過測(cè)量環(huán)境因子（如溫度、濕度、風(fēng)速等）與植物蒸散耗水量的關(guān)系，來推算植物的蒸散量。這些方法在區(qū)域尺度的蒸散耗水量測(cè)定中具有廣泛的應(yīng)用。還有一些利用化學(xué)元素示蹤或穩(wěn)定同位素技術(shù)的方法，這些方法通過追蹤植物體內(nèi)水分的運(yùn)動(dòng)軌跡或變化來間接測(cè)定蒸散耗水量。雖然這些方法在技術(shù)上較為復(fù)雜，但它們?cè)谘芯恐参锼掷眯屎驼羯C(jī)制方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的蒸散耗水量測(cè)定方法各具特色，各有優(yōu)劣。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)研究目的、植物種類、環(huán)境條件等因素綜合考慮，選擇最合適的方法進(jìn)行測(cè)定。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的測(cè)定方法和技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，為植物蒸散耗水量的研究提供了更多的可能性。1.稱重法在植物科學(xué)領(lǐng)域，蒸散耗水量的準(zhǔn)確測(cè)定一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。蒸散耗水量是指植物在生長過程中，通過氣孔釋放出的水分量，這一指標(biāo)對(duì)于理解植物的水分利用機(jī)制、優(yōu)化灌溉策略以及評(píng)估生態(tài)環(huán)境的水文平衡具有重要意義。隨著科技的進(jìn)步，多種測(cè)定方法應(yīng)運(yùn)而生，其中稱重法以其簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。稱重法是一種直接測(cè)定植物蒸散耗水量的方法。其基本原理是通過測(cè)量植物或其部分（如葉片、枝條等）在一段時(shí)間內(nèi)的重量變化，來推算出蒸散耗水量。這種方法的核心在于準(zhǔn)確記錄植物在蒸散作用下的水分流失情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸散耗水量的量化分析。在具體操作時(shí)，研究者通常會(huì)選擇具有代表性的植物樣本，將其放置在特定的環(huán)境中，如溫室或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)，以控制其他可能影響蒸散作用的因素。定期使用精確的天平對(duì)植物樣本進(jìn)行稱重，記錄其重量變化。通過對(duì)比不同時(shí)間點(diǎn)的稱重?cái)?shù)據(jù)，就可以計(jì)算出植物在一定時(shí)間內(nèi)的蒸散耗水量。稱重法的優(yōu)點(diǎn)在于其操作簡(jiǎn)便、成本較低，且能夠直接反映植物蒸散作用的實(shí)際效果。該方法也存在一些局限性。稱重法只能測(cè)定整株植物或植物部分的蒸散耗水量，而無法精確到單個(gè)葉片或更小單位的水分流失情況。稱重法容易受到環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、光照等，這些因素都可能對(duì)植物的蒸散作用產(chǎn)生顯著影響，從而干擾測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了克服這些局限性，研究者們對(duì)稱重法進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，減少環(huán)境因素的影響；或者結(jié)合其他測(cè)定方法，如氣孔計(jì)法、同位素示蹤法等，對(duì)蒸散耗水量進(jìn)行更準(zhǔn)確的測(cè)定和分析。稱重法作為植物蒸散耗水量測(cè)定的一種常用方法，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的適用性。雖然該方法存在一些局限性，但通過不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，其測(cè)定精度和可靠性得到了不斷提高。隨著科技的進(jìn)步和新方法的不斷涌現(xiàn)，相信植物蒸散耗水量測(cè)定方法將會(huì)更加完善，為植物科學(xué)領(lǐng)域的研究提供更加準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支持。2.水量平衡法水量平衡法是一種經(jīng)典的植物蒸散耗水量測(cè)定方法，其基本原理在于利用一定區(qū)域面積和土體深度在某一時(shí)段內(nèi)的水量平衡關(guān)系，來間接測(cè)定總蒸散量。這種方法的核心在于對(duì)水分輸入與輸出項(xiàng)的精確測(cè)量與計(jì)算，包括降雨、灌溉、地下水補(bǔ)給、徑流、土壤儲(chǔ)水量的變化等。在實(shí)際應(yīng)用中，水量平衡法的測(cè)量空間尺度靈活多變，既可以小到幾平方米的盆栽或田塊，也可以大到幾十甚至上百平方公里的農(nóng)田或林地。這使得該方法在不同尺度的植物蒸散研究中都具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。該方法對(duì)時(shí)間尺度的要求較高，通常需要至少一周以上的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，才能確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。水量平衡法的優(yōu)點(diǎn)在于其理論基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)，適用范圍廣泛，且不受氣象條件的限制。該方法還可以提供關(guān)于水分輸入和輸出項(xiàng)的詳細(xì)信息，有助于深入理解蒸散過程的機(jī)制和影響因素。其缺點(diǎn)也顯而易見，即測(cè)定時(shí)間相對(duì)較長，難以反映蒸散的日動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。該方法對(duì)測(cè)量和計(jì)算的精度要求較高，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差，就可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。為了克服這些局限性，研究者們?cè)谒科胶夥ǖ膽?yīng)用過程中采取了一系列措施來提高測(cè)量精度和效率。通過優(yōu)化測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)量頻率，減少空間變異特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；利用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備，提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性；以及結(jié)合其他蒸散測(cè)定方法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保測(cè)量結(jié)果的可靠性。水量平衡法作為一種經(jīng)典的植物蒸散耗水量測(cè)定方法，在農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)和水文學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著測(cè)量技術(shù)和方法的不斷進(jìn)步，相信該方法將在未來植物蒸散研究中發(fā)揮更加重要的作用。3.其他傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)介在植物科學(xué)領(lǐng)域中，植物蒸散耗水量的測(cè)定一直是研究的熱點(diǎn)。除了之前提到的重量法、自然彌散法、蒸散計(jì)法、核素示蹤法和模擬模型法外，還存在其他一些傳統(tǒng)方法用于測(cè)定植物蒸散耗水量。這些方法各有特點(diǎn)，為研究者提供了更多的選擇。一種常見的方法是直接觀測(cè)法。該方法通過直接觀察植物葉片的濕潤程度和干燥速度來估算蒸散耗水量。研究者可以定期記錄葉片的狀態(tài)變化，并結(jié)合環(huán)境因素如溫度、濕度和光照強(qiáng)度等進(jìn)行綜合分析。雖然這種方法簡(jiǎn)單易行，但其準(zhǔn)確性受到觀測(cè)者經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要謹(jǐn)慎對(duì)待。另一種方法是間接計(jì)算法，該方法基于植物生理學(xué)原理和能量平衡方程來估算蒸散耗水量。通過測(cè)量植物的光合作用速率、呼吸作用速率以及葉片溫度等參數(shù)，可以間接推算出植物的蒸散耗水量。這種方法雖然相對(duì)復(fù)雜，但能夠提供較為準(zhǔn)確的蒸散耗水量數(shù)據(jù)，對(duì)于深入研究植物水分利用效率和環(huán)境適應(yīng)性具有重要意義。還有一些傳統(tǒng)方法如穩(wěn)定同位素法、氣孔計(jì)法等也被用于植物蒸散耗水量的測(cè)定。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，研究者可以根據(jù)具體的研究目的和條件選擇合適的方法進(jìn)行測(cè)定。植物蒸散耗水量測(cè)定方法多種多樣，每種方法都有其適用范圍和局限性。在實(shí)際研究中，研究者應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的方法進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合多種方法進(jìn)行相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，以提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信未來會(huì)有更多新的、更準(zhǔn)確的植物蒸散耗水量測(cè)定方法涌現(xiàn)出來，為植物科學(xué)領(lǐng)域的研究提供更加有力的支持。三、現(xiàn)代蒸散耗水量測(cè)定技術(shù)隨著科技的進(jìn)步，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法也在不斷發(fā)展和完善?，F(xiàn)代蒸散耗水量測(cè)定技術(shù)不僅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率，還為研究者提供了更多樣化的手段來深入了解植物的水分利用機(jī)制。遙感技術(shù)的應(yīng)用為大規(guī)模、連續(xù)監(jiān)測(cè)植物蒸散耗水量提供了可能。通過衛(wèi)星或無人機(jī)搭載的傳感器，可以獲取植物冠層溫度、葉面積指數(shù)等參數(shù)，進(jìn)而估算蒸散耗水量。這種方法具有覆蓋范圍廣、監(jiān)測(cè)周期長的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對(duì)農(nóng)田、森林等大面積植被的蒸散耗水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。紅外熱成像技術(shù)也為植物蒸散耗水量的測(cè)定提供了新的視角。該技術(shù)通過測(cè)量植物葉片或冠層的表面溫度，結(jié)合環(huán)境因素進(jìn)行分析，可以間接推算出蒸散耗水量。這種方法具有非接觸、快速響應(yīng)的特點(diǎn)，在植物生理生態(tài)學(xué)研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。穩(wěn)定同位素技術(shù)的應(yīng)用也為植物蒸散耗水量的測(cè)定帶來了新的突破。通過測(cè)定植物體內(nèi)水分中的穩(wěn)定同位素含量，可以揭示植物水分來源和運(yùn)移途徑，進(jìn)而估算蒸散耗水量。這種方法不僅具有高度的準(zhǔn)確性和可靠性，還可以揭示植物與水分之間的復(fù)雜關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)等方法也開始應(yīng)用于植物蒸散耗水量的測(cè)定。通過建立數(shù)學(xué)模型或訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以預(yù)測(cè)不同環(huán)境條件下植物的蒸散耗水量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)代蒸散耗水量測(cè)定技術(shù)為植物科學(xué)領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)有力的工具。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了測(cè)量精度和效率，還為我們深入了解植物的水分利用機(jī)制提供了更多可能。隨著科技的不斷發(fā)展，相信還會(huì)有更多新的技術(shù)和方法涌現(xiàn)出來，為植物蒸散耗水量測(cè)定研究帶來更加廣闊的前景。1.遙感技術(shù)隨著科技的進(jìn)步，遙感技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用日益廣泛。遙感技術(shù)通過從空中或太空平臺(tái)上獲取地表信息，為研究者提供了大面積、連續(xù)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持，極大地推動(dòng)了植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究進(jìn)展。遙感技術(shù)能夠覆蓋廣闊的地理區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物蒸散耗水量的宏觀觀測(cè)。通過搭載在衛(wèi)星或無人機(jī)上的傳感器，可以收集到包括植被覆蓋、葉面積指數(shù)、地表溫度等在內(nèi)的多種信息，這些信息對(duì)于估算植物蒸散耗水量至關(guān)重要。在植物蒸散耗水量測(cè)定中，遙感技術(shù)通常與其他方法相結(jié)合，以提高測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性。通過結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以校正遙感數(shù)據(jù)中的誤差，提高蒸散耗水量的估算精度。遙感技術(shù)還可以與模型模擬方法相結(jié)合，通過建立蒸散耗水量與遙感參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸散耗水量的定量估算。遙感技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了植物蒸散耗水量測(cè)定的效率，還為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有力的數(shù)據(jù)支持。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遙感技術(shù)可以幫助農(nóng)民實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物生長狀況，合理調(diào)配水資源，提高灌溉效率；在生態(tài)保護(hù)和水資源管理中，遙感技術(shù)可以用于評(píng)估區(qū)域蒸散耗水量，為制定合理的生態(tài)保護(hù)和水資源利用政策提供依據(jù)。遙感技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中也存在一些挑戰(zhàn)和限制。遙感數(shù)據(jù)的獲取和處理需要專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持，數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度受到多種因素的影響；遙感技術(shù)還需要與其他方法進(jìn)行交叉驗(yàn)證和互補(bǔ)，以確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。遙感技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中具有廣闊的應(yīng)用前景和潛力。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信未來其在植物蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用將更加廣泛和深入。2.穩(wěn)定同位素技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定的眾多方法中，穩(wěn)定同位素技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來在植物科學(xué)領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。穩(wěn)定同位素技術(shù)主要依賴于不同同位素之間的質(zhì)量差異，通過精確測(cè)量植物體內(nèi)同位素的比例變化，進(jìn)而推算出植物的蒸散耗水量。穩(wěn)定同位素技術(shù)的基本原理在于，植物在吸收水分和營養(yǎng)的過程中，會(huì)同時(shí)吸收含有不同同位素的分子。植物在吸收水分時(shí)，會(huì)同時(shí)吸收含有普通氫（H）和重氫（D）的水分子。由于重氫與普通氫的質(zhì)量不同，它們?cè)谥参矬w內(nèi)的代謝過程中會(huì)有不同的行為表現(xiàn)。通過測(cè)量植物體內(nèi)重氫與普通氫的比例變化，可以推算出植物在一段時(shí)間內(nèi)通過蒸騰作用散失的水分量。在實(shí)際應(yīng)用中，穩(wěn)定同位素技術(shù)通常與示蹤技術(shù)相結(jié)合。研究者將含有穩(wěn)定同位素的標(biāo)記物注入植物體內(nèi)，然后定期采集植物的樣本，測(cè)量樣本中同位素的比例變化。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出植物的蒸散耗水量。穩(wěn)定同位素技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其非破壞性和準(zhǔn)確性高。與傳統(tǒng)的重量法、自然彌散法等相比，穩(wěn)定同位素技術(shù)無需破壞植物樣本，因此可以在不影響植物生長的情況下進(jìn)行長期、連續(xù)的蒸散耗水量測(cè)定。由于同位素測(cè)量技術(shù)的精確性高，因此可以得到更為準(zhǔn)確的蒸散耗水量數(shù)據(jù)。穩(wěn)定同位素技術(shù)也存在一定的局限性。該技術(shù)需要專業(yè)的儀器設(shè)備和熟練的操作技能，因此成本較高。由于不同植物對(duì)同位素的吸收和代謝過程可能存在差異，因此在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要充分考慮植物種類和生長條件等因素。盡管存在局限性，但穩(wěn)定同位素技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用前景仍然廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，穩(wěn)定同位素技術(shù)有望在植物科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為揭示植物水分利用機(jī)制和調(diào)控途徑提供更多有價(jià)值的信息。3.其他現(xiàn)代技術(shù)簡(jiǎn)介隨著科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用也日益廣泛。這些技術(shù)不僅提高了測(cè)定的準(zhǔn)確性和效率，還為植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和水文學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了更為豐富和深入的數(shù)據(jù)支持。遙感技術(shù)的應(yīng)用為植物蒸散耗水量的測(cè)定帶來了革命性的變化。通過遙感技術(shù)，我們可以獲取大范圍、高時(shí)空分辨率的植被信息，進(jìn)而結(jié)合蒸散模型估算植物蒸散耗水量。這種方法具有非接觸、高效率的特點(diǎn)，適用于對(duì)大規(guī)模植被區(qū)域的蒸散耗水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估。同位素技術(shù)的應(yīng)用也為植物蒸散耗水量的測(cè)定提供了新的途徑。通過利用同位素示蹤技術(shù)，我們可以追蹤植物體內(nèi)水分的運(yùn)動(dòng)過程，從而揭示植物蒸散耗水量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。這種方法在植物水分利用效率和環(huán)境適應(yīng)性等方面的研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)也為植物蒸散耗水量的測(cè)定提供了有力支持。通過布置傳感器網(wǎng)絡(luò)，我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物的生長環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照等，并結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)植物蒸散耗水量進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬。這種方法不僅可以提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，還可以為植物灌溉管理和水資源優(yōu)化利用提供科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展為植物蒸散耗水量測(cè)定帶來了更多的可能性。這些技術(shù)不僅提高了測(cè)定的準(zhǔn)確性和效率，還為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了更為豐富和深入的數(shù)據(jù)支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，我們有理由相信，植物蒸散耗水量測(cè)定的方法和技術(shù)將會(huì)更加成熟和完善。四、研究進(jìn)展與趨勢(shì)植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究取得了顯著進(jìn)展，各種方法不斷完善和優(yōu)化，為深入研究植物水分利用機(jī)制提供了有力工具。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的測(cè)定方法和手段不斷涌現(xiàn)，使得研究更加精確、便捷。傳統(tǒng)的重量法和自然彌散法仍然是植物蒸散耗水量測(cè)定的主要方法。這些方法具有操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確性較高的特點(diǎn)，被廣泛用于各種植物蒸散耗水量的測(cè)定。這些方法也存在一定的局限性，如受環(huán)境因素影響較大、測(cè)定時(shí)間較長等。研究者們正在不斷探索新的方法來克服這些局限性。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，其在植物蒸散耗水量測(cè)定方面的應(yīng)用也越來越廣泛。遙感技術(shù)可以通過對(duì)地表植被進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取大規(guī)模的蒸散耗水量數(shù)據(jù)，為區(qū)域水分管理提供了重要依據(jù)。遙感技術(shù)還可以用于監(jiān)測(cè)不同植物物種在不同環(huán)境條件下的蒸散特性，為植物水分利用機(jī)制的深入研究提供了有力支持。模擬模型法也在植物蒸散耗水量測(cè)定中發(fā)揮著重要作用。通過建立數(shù)學(xué)模型，可以綜合考慮植物的蒸散特性、生長狀態(tài)和環(huán)境條件等多種因素，對(duì)蒸散耗水量進(jìn)行估算。這種方法具有非破壞性、經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于大規(guī)模的蒸散耗水量估算。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究將繼續(xù)向精準(zhǔn)化、快速化和智能化方向發(fā)展。研究者們將進(jìn)一步優(yōu)化和完善現(xiàn)有的測(cè)定方法，提高其準(zhǔn)確性和可靠性；另一方面，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等，這些方法將被引入到植物蒸散耗水量測(cè)定中，為研究提供更加高效、便捷的手段。隨著全球氣候變化和水資源短缺問題的日益嚴(yán)重，植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究也將更加注重實(shí)際應(yīng)用和生態(tài)效益。研究者們將致力于開發(fā)更加適合不同植物物種、不同環(huán)境條件下的蒸散耗水量測(cè)定方法，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源管理和生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍面臨著諸多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷提高，相信這一領(lǐng)域的研究將會(huì)取得更加顯著的成果。1.國內(nèi)外研究進(jìn)展概述植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究，在國內(nèi)外均取得了顯著的進(jìn)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者們提出了多種測(cè)定方法，這些方法各有特色，適用于不同的研究場(chǎng)景和尺度。研究者們較早地開展了植物蒸散耗水量的研究，并形成了一系列成熟的理論和方法。重量法、自然彌散法、蒸散計(jì)法、核素示蹤法以及模擬模型法等方法被廣泛應(yīng)用于植物蒸散耗水量的測(cè)定。這些方法不僅在實(shí)驗(yàn)室條件下得到了驗(yàn)證，也在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。與此國內(nèi)的研究者們也在植物蒸散耗水量測(cè)定方法方面進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐。他們結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況，對(duì)這些方法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，使之更加適應(yīng)我國的氣候條件和植物類型。國內(nèi)的研究者們還提出了一些新的測(cè)定方法，如穩(wěn)態(tài)氣孔針法、快速稱重法等，這些方法在測(cè)定植物蒸散耗水量方面表現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確性和可靠性。國內(nèi)外在植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究上呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。研究者們根據(jù)不同的研究目的和條件，選擇適合的測(cè)定方法，為深入研究植物的水分利用效率和適應(yīng)性提供了重要的工具。這些研究成果也為農(nóng)業(yè)、林業(yè)和生態(tài)等領(lǐng)域的實(shí)踐提供了重要的理論支撐和指導(dǎo)。盡管在植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究上取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題。對(duì)于不同植物種類和生長環(huán)境，其蒸散耗水量的測(cè)定方法可能需要進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化。隨著氣候變化和全球變暖的影響，植物蒸散耗水量的變化規(guī)律和機(jī)制也需要更加深入的研究。未來的研究還需要在方法創(chuàng)新、應(yīng)用拓展和機(jī)理揭示等方面繼續(xù)努力。2.新型測(cè)定技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用隨著科技的飛速發(fā)展，新型測(cè)定技術(shù)在植物蒸散耗水量研究領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸廣泛，為科研人員提供了更為精確、便捷的數(shù)據(jù)支持。這些技術(shù)不僅克服了傳統(tǒng)方法的局限性，還大大提升了研究的深度和廣度。激光技術(shù)作為新型測(cè)量技術(shù)的重要組成部分，在植物蒸散耗水量測(cè)定中發(fā)揮了重要作用。激光掃描儀能夠精準(zhǔn)地獲取植物葉片或冠層的三維結(jié)構(gòu)信息，結(jié)合光譜分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物蒸散耗水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。激光干涉技術(shù)也被應(yīng)用于植物莖流的研究，通過測(cè)量莖部微小形變來推算水分傳輸速率，從而間接反映植物的蒸散耗水量。三維掃描技術(shù)同樣在植物蒸散耗水量測(cè)定中展現(xiàn)出巨大潛力。該技術(shù)能夠以非接觸的方式獲取植物表面的幾何形狀和紋理信息，為科研人員提供豐富的數(shù)據(jù)支持。通過三維掃描技術(shù)，可以構(gòu)建植物的三維模型，進(jìn)而分析植物葉片的朝向、分布密度等因素對(duì)蒸散耗水量的影響。無損檢測(cè)技術(shù)在植物蒸散耗水量測(cè)定中也得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)能夠在不破壞植物樣本的前提下，利用電磁、光學(xué)、聲波等方法對(duì)植物進(jìn)行無損檢測(cè)。紅外熱成像技術(shù)可以通過測(cè)量植物表面的溫度分布來推斷其蒸散耗水量，為科研人員提供了一種非接觸式的測(cè)定方法。人工智能技術(shù)的引入也為植物蒸散耗水量測(cè)定帶來了新的突破。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對(duì)植物蒸散耗水量的影響因素進(jìn)行深入挖掘和分析，揭示其與環(huán)境因子、生理特性等之間的復(fù)雜關(guān)系。人工智能技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物蒸散耗水量的智能預(yù)測(cè)和調(diào)控，為節(jié)水灌溉和生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。新型測(cè)定技術(shù)在植物蒸散耗水量研究領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷拓展和深化，為科研人員提供了更為豐富、精確的數(shù)據(jù)支持。隨著科技的不斷進(jìn)步和新型技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，相信植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究將取得更加顯著的進(jìn)展。3.測(cè)定精度與效率的提升在植物蒸散耗水量測(cè)定的研究進(jìn)程中，如何提升測(cè)定的精度和效率始終是科研者們追求的目標(biāo)。隨著科技的進(jìn)步和方法的創(chuàng)新，這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。在測(cè)定精度方面，研究者們通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方法，使得測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。在采用重量法時(shí)，通過精確控制實(shí)驗(yàn)條件，減少外界因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；在利用自然彌散法時(shí)，通過改進(jìn)測(cè)量設(shè)備，提高水分散發(fā)速率的測(cè)量精度；在運(yùn)用蒸散計(jì)法時(shí)，通過優(yōu)化濕度傳感器的性能，提升對(duì)空氣中濕度變化的敏感度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬模型法也在不斷提升其預(yù)測(cè)精度，通過引入更多的影響因素和參數(shù)，使模型更加貼近實(shí)際情況。在效率提升方面，新的測(cè)定方法和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大大縮短了測(cè)定周期和減少了人力成本。近年來興起的遙感技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)植物蒸散耗水量的快速、大面積監(jiān)測(cè)，極大地提高了測(cè)定效率。一些自動(dòng)化的測(cè)量設(shè)備也逐漸應(yīng)用于蒸散耗水量的測(cè)定中，如自動(dòng)稱重系統(tǒng)、自動(dòng)氣象站等，這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，大大減輕了研究者的工作負(fù)擔(dān)。還有一些新的技術(shù)和方法正在被嘗試應(yīng)用于植物蒸散耗水量的測(cè)定中，如機(jī)器學(xué)習(xí)算法、人工智能技術(shù)等。這些技術(shù)能夠通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)，挖掘出影響蒸散耗水量的關(guān)鍵因素，為提升測(cè)定精度和效率提供了新的途徑。盡管在測(cè)定精度和效率方面已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題需要解決。對(duì)于不同種類和生長環(huán)境的植物，其蒸散耗水量的測(cè)定方法可能存在差異，需要針對(duì)不同情況制定合適的測(cè)定方案。隨著氣候變化和環(huán)境條件的變化，植物蒸散耗水量也可能發(fā)生變化，需要不斷更新和優(yōu)化測(cè)定方法以適應(yīng)新的情況。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的精度和效率提升是一個(gè)持續(xù)不斷的過程。隨著科技的進(jìn)步和方法的創(chuàng)新，相信未來會(huì)有更多高效、準(zhǔn)確的測(cè)定方法出現(xiàn)，為植物生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)水資源管理等領(lǐng)域的研究提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。4.多尺度、多方法聯(lián)合應(yīng)用的趨勢(shì)植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究逐漸呈現(xiàn)出多尺度、多方法聯(lián)合應(yīng)用的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)的出現(xiàn)，既是對(duì)植物水分利用機(jī)制深入研究的需要，也是對(duì)環(huán)境變化條件下植物適應(yīng)性研究的必然結(jié)果。多尺度研究是指在不同的空間和時(shí)間尺度上，對(duì)植物蒸散耗水量進(jìn)行測(cè)定和分析。這種研究方式有助于我們?nèi)胬斫庵参镌诓煌叨认碌乃掷眯袨?，以及這些行為與環(huán)境因素之間的相互作用。在局部尺度上，我們可以利用快速稱重法或穩(wěn)態(tài)氣孔針法精確測(cè)定單株植物的蒸散耗水量；而在區(qū)域尺度上，則可以通過水量平衡法或遙感法對(duì)整個(gè)植物群落的蒸散耗水量進(jìn)行估算。多方法聯(lián)合應(yīng)用則是指將不同的測(cè)定方法相結(jié)合，以更準(zhǔn)確地測(cè)定植物蒸散耗水量。這種方法可以充分利用各種方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免單一方法可能存在的局限性。重量法簡(jiǎn)單易行，但可能受到環(huán)境因素的影響；而核素示蹤法雖然準(zhǔn)確度高，但操作復(fù)雜且成本較高。通過將這兩種方法相結(jié)合，我們可以既保證測(cè)定的準(zhǔn)確性，又降低操作難度和成本。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)被應(yīng)用于植物蒸散耗水量的測(cè)定中。無人機(jī)遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積植物群落的快速、無損測(cè)定；而機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)則可以通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析和處理，提高測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性。這些新技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步推動(dòng)多尺度、多方法聯(lián)合應(yīng)用趨勢(shì)的發(fā)展。多尺度、多方法聯(lián)合應(yīng)用已經(jīng)成為植物蒸散耗水量測(cè)定方法研究的重要趨勢(shì)。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信這一趨勢(shì)將得到進(jìn)一步發(fā)展，為我們更深入地理解植物水分利用機(jī)制和環(huán)境適應(yīng)性提供有力支持。五、問題與挑戰(zhàn)在植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究中，盡管已取得了顯著的進(jìn)展，但仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。盡管現(xiàn)有的測(cè)定方法如重量法、自然彌散法、蒸散計(jì)法、核素示蹤法以及模擬模型法等各具特色，但每種方法都有其局限性。重量法雖簡(jiǎn)單易行，但可能受到環(huán)境因素的影響；自然彌散法雖能研究植物不同部位的蒸散特性，但測(cè)定過程可能受到其他變量的干擾；核素示蹤法雖精確，但由于使用放射性物質(zhì)，其實(shí)際應(yīng)用受到一定限制。如何結(jié)合各種方法的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展出更為準(zhǔn)確、高效的測(cè)定方法，是當(dāng)前研究的重要方向。植物蒸散耗水量的測(cè)定還受到植物生理特性和環(huán)境條件的復(fù)雜影響。莖流作為植物的一種生理參數(shù)，其檢測(cè)精度受到植物體內(nèi)多種液流相互作用的影響。植物的水分調(diào)控機(jī)制也增加了蒸散耗水量檢測(cè)的難度。如何深入理解植物生理特性及其與環(huán)境條件的相互作用，是提高蒸散耗水量測(cè)定準(zhǔn)確性的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的蒸散耗水量測(cè)定方法大多針對(duì)單株植物進(jìn)行，而要實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉和提高水利用率，需要了解整個(gè)大田作物的水分情況。如何從單株植物的耗水向大田尺度耗水?dāng)U展，是當(dāng)前研究面臨的重要挑戰(zhàn)。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，其在蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用前景廣闊。遙感技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍受到許多因素的制約，如數(shù)據(jù)獲取、處理和分析的復(fù)雜性，以及空間和時(shí)間分辨率的限制等。如何充分利用遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，克服其在實(shí)際應(yīng)用中的困難，也是未來研究的重要方向。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。未來研究需要繼續(xù)深入探索植物生理特性和環(huán)境條件的相互作用，發(fā)展更為準(zhǔn)確、高效的測(cè)定方法，并從單株植物的耗水向大田尺度耗水?dāng)U展，為節(jié)水灌溉和水資源合理利用提供有力支持。1.現(xiàn)有測(cè)定方法的局限性植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，各種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用范圍。每一種方法都存在一些局限性和挑戰(zhàn)，這使得在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，或者采用多種方法進(jìn)行綜合評(píng)估。重量法雖然簡(jiǎn)單易行，但只適用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模研究，對(duì)于大范圍的植物群落或自然生態(tài)系統(tǒng)，其操作難度和成本都會(huì)顯著增加。重量法還容易受到環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度和風(fēng)速等，這些因素都可能對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。自然彌散法雖然能夠保持植物的完整性，但其測(cè)量精度往往受到植物葉片或區(qū)域表面的復(fù)雜性以及環(huán)境條件的影響。不同植物種類的葉片結(jié)構(gòu)、氣孔分布和開放程度都可能影響水分的散發(fā)速率，這使得該方法在植物種類多樣性較高的區(qū)域應(yīng)用時(shí)存在局限性。蒸散計(jì)法雖然可以直接測(cè)量植物蒸散耗水量，但其設(shè)備的安裝和維護(hù)較為復(fù)雜，且需要確保測(cè)量環(huán)境的穩(wěn)定性。蒸散計(jì)法還可能受到測(cè)量容器內(nèi)空氣流通性、溫度分布等因素的影響，這可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的偏差。核素示蹤法雖然具有較高的準(zhǔn)確性，但由于其需要使用放射性物質(zhì)，因此在應(yīng)用上受到嚴(yán)格的限制和監(jiān)管。該方法還可能對(duì)植物和環(huán)境造成潛在的危害，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要謹(jǐn)慎操作。模擬模型法雖然可以大規(guī)模估算植物蒸散耗水量，但其模型的建立和參數(shù)的設(shè)定往往需要大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)和專業(yè)知識(shí)支持。模型法的預(yù)測(cè)精度受到模型復(fù)雜性、輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量以及環(huán)境因素等多種因素的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要不斷對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化?，F(xiàn)有的植物蒸散耗水量測(cè)定方法都有其局限性，沒有一種方法能夠完全適用于所有情況。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)研究目的、環(huán)境條件和資源情況選擇合適的方法，或者采用多種方法進(jìn)行綜合評(píng)估，以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和新的測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，相信未來會(huì)有更多更準(zhǔn)確、更便捷的測(cè)定方法被開發(fā)出來，為植物蒸散耗水量的研究提供更有力的支持。2.技術(shù)推廣與應(yīng)用的難題盡管植物蒸散耗水量測(cè)定方法在科學(xué)研究領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展，但在技術(shù)推廣和應(yīng)用層面，仍面臨著諸多難題。技術(shù)的復(fù)雜性是制約其推廣的關(guān)鍵因素之一。核素示蹤法雖然具有較高的準(zhǔn)確性，但由于其涉及放射性物質(zhì)的使用，操作過程復(fù)雜且需要專業(yè)人員進(jìn)行，這在很大程度上限制了其在大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。模擬模型法雖然能夠提供全面的蒸散耗水量估算，但模型的建立需要豐富的數(shù)據(jù)和計(jì)算資源，這對(duì)于資源有限的地區(qū)來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。技術(shù)的適用性問題也不容忽視。不同的植物種類、生長環(huán)境以及氣候條件都會(huì)對(duì)蒸散耗水量的測(cè)定產(chǎn)生影響。同一種測(cè)定方法可能并不適用于所有情況。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。技術(shù)推廣與應(yīng)用還需要考慮到成本問題。一些高精度的測(cè)定方法雖然能夠提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但設(shè)備成本高、操作復(fù)雜，使得其在實(shí)際應(yīng)用中難以普及。如何在保證測(cè)定準(zhǔn)確性的同時(shí)降低成本，是技術(shù)推廣過程中需要解決的一個(gè)重要問題。技術(shù)推廣與應(yīng)用還需要加強(qiáng)相關(guān)人員的培訓(xùn)和指導(dǎo)。由于植物蒸散耗水量測(cè)定方法涉及的知識(shí)領(lǐng)域較為廣泛，需要具備一定的專業(yè)知識(shí)和技能。在實(shí)際應(yīng)用中，需要加強(qiáng)相關(guān)人員的培訓(xùn)和教育，提高其技術(shù)水平和應(yīng)用能力。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的技術(shù)推廣與應(yīng)用面臨著多方面的難題和挑戰(zhàn)。為了推動(dòng)這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要不斷加強(qiáng)研究、改進(jìn)技術(shù)、降低成本、加強(qiáng)培訓(xùn)和指導(dǎo)等方面的工作。3.數(shù)據(jù)處理與解釋的復(fù)雜性在植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究進(jìn)展中，數(shù)據(jù)處理與解釋的復(fù)雜性一直是科研人員需要面臨的重要挑戰(zhàn)。這部分工作的復(fù)雜性不僅來源于測(cè)定方法的多樣性，也涉及到環(huán)境因素、植物生理特性以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等多個(gè)方面。不同的測(cè)定方法所獲取的數(shù)據(jù)類型、精度和適用范圍都存在差異?；谟^測(cè)數(shù)據(jù)的估算方法依賴于現(xiàn)場(chǎng)氣象要素和植物生理特征的直接測(cè)量，而遙感技術(shù)則提供了大范圍、連續(xù)性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的整合與比較需要考慮到各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，從而增加了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。環(huán)境因素對(duì)植物蒸散耗水量的影響復(fù)雜多變。氣溫、濕度、輻射、風(fēng)速等氣象要素以及土壤水分、土壤類型等土壤條件都會(huì)對(duì)植物蒸散耗水量產(chǎn)生影響。這些影響因素之間往往存在交互作用，使得數(shù)據(jù)解釋變得更為復(fù)雜。植物生理特性如葉面積、氣孔導(dǎo)度等也會(huì)對(duì)蒸散耗水量產(chǎn)生影響，而這些特性在不同植物種類、生長階段和生長環(huán)境下會(huì)有所不同。數(shù)據(jù)處理技術(shù)也是影響數(shù)據(jù)處理與解釋復(fù)雜性的重要因素。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)算法和模型被應(yīng)用于植物蒸散耗水量的數(shù)據(jù)處理中。這些技術(shù)的選擇和應(yīng)用需要考慮到數(shù)據(jù)的特性、模型的假設(shè)條件以及計(jì)算資源的限制等因素，從而增加了數(shù)據(jù)處理的難度。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的數(shù)據(jù)處理與解釋具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。為了準(zhǔn)確、可靠地測(cè)定植物蒸散耗水量，我們需要深入研究各種測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，充分考慮環(huán)境因素和植物生理特性的影響，并選擇合適的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和解釋。六、結(jié)論與展望植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，其在蒸散耗水量測(cè)定中的應(yīng)用將更加廣泛和深入。通過結(jié)合高空間分辨率和高時(shí)間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸散過程的連續(xù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力支持。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，這些新技術(shù)將與蒸散耗水量測(cè)定方法相結(jié)合，提高數(shù)據(jù)處理的效率和精度，推動(dòng)蒸散耗水量研究向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。未來的研究還將更加注重對(duì)蒸散過程的機(jī)理研究，通過深入探討蒸散過程的影響因素和調(diào)控機(jī)制，為制定合理的節(jié)水灌溉措施、優(yōu)化水資源配置提供科學(xué)依據(jù)。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究已取得顯著進(jìn)展，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。未來研究應(yīng)繼續(xù)探索新的測(cè)定方法和技術(shù)手段，提高測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性，為水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供有力支持。1.總結(jié)植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究進(jìn)展植物蒸散耗水量作為評(píng)估植物水分利用效率、適應(yīng)能力及環(huán)境響應(yīng)特性的關(guān)鍵指標(biāo)，其測(cè)定方法的研究在植物科學(xué)領(lǐng)域中持續(xù)受到關(guān)注并取得顯著進(jìn)展。研究者們不斷探索并優(yōu)化各種測(cè)定方法，以期提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。在眾多方法中，重量法因其簡(jiǎn)單易行且準(zhǔn)確性較高而得到廣泛應(yīng)用。該方法通過測(cè)量植物生長容器在特定時(shí)間內(nèi)的重量變化來計(jì)算蒸散耗水量，適用于多種植物類型。自然彌散法則側(cè)重于研究植物不同部位的蒸散特性，其無損檢測(cè)的特點(diǎn)使得該方法在植物生態(tài)學(xué)研究中備受青睞。蒸散計(jì)法通過測(cè)量蒸散計(jì)容器內(nèi)空氣中的濕度變化來直接測(cè)定植物蒸散耗水量，為研究者提供了更直觀的數(shù)據(jù)支持。而核素示蹤法雖然具有一定的放射性風(fēng)險(xiǎn)，但其在精確測(cè)定植物體內(nèi)水分運(yùn)動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)仍使其在某些特定研究中發(fā)揮重要作用。模擬模型法則是近年來興起的一種新方法，通過建立數(shù)學(xué)模型來估算植物蒸散耗水量，具有非破壞性、經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大規(guī)模或長期監(jiān)測(cè)研究。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究在理論和實(shí)踐層面均取得了顯著進(jìn)展。各種方法各有其特點(diǎn)和適用范圍，研究者可根據(jù)具體的研究目標(biāo)和條件選擇合適的方法進(jìn)行測(cè)定。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入，相信會(huì)有更多高效、準(zhǔn)確的測(cè)定方法被開發(fā)出來，為植物科學(xué)領(lǐng)域的研究提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。2.強(qiáng)調(diào)新技術(shù)在植物生理學(xué)研究中的重要性在植物生理學(xué)研究中，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)為植物蒸散耗水量的測(cè)定帶來了革命性的變革。這些新技術(shù)不僅提高了測(cè)定的精度和效率，而且為我們更深入地理解植物水分利用機(jī)制提供了有力工具。隨著遙感技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)以及生物信息學(xué)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，植物蒸散耗水量的測(cè)定方法得到了極大的豐富和拓展。遙感技術(shù)能夠通過衛(wèi)星或無人機(jī)平臺(tái)，快速獲取大范圍內(nèi)的植物冠層信息，進(jìn)而估算蒸散量，為區(qū)域尺度的水資源管理提供了重要依據(jù)。同位素示蹤技術(shù)則能夠揭示水分在植物體內(nèi)的運(yùn)輸和分配過程，有助于我們了解植物在不同環(huán)境條件下的水分利用策略。生物信息學(xué)方法則通過挖掘和分析植物基因組、轉(zhuǎn)錄組等大數(shù)據(jù)，揭示了植物蒸散耗水量的遺傳基礎(chǔ)和調(diào)控機(jī)制。這些新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了植物蒸散耗水量測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性，而且為我們揭示了更多關(guān)于植物生理生態(tài)過程的奧秘。在未來的研究中，我們應(yīng)該繼續(xù)關(guān)注和探索新技術(shù)在植物生理學(xué)中的應(yīng)用，以期更好地理解植物的水分利用機(jī)制，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。3.展望未來的研究方向與應(yīng)用前景隨著遙感技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展，未來植物蒸散耗水量的測(cè)定將更加注重時(shí)空尺度的拓展和精度的提高。通過結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型模擬，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍區(qū)域內(nèi)植物蒸散耗水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)估算，為區(qū)域水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力支持。隨著植物生理學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的深入，對(duì)植物蒸散耗水量調(diào)控機(jī)制的理解將更加深入。未來研究將更加注重植物蒸散耗水量與環(huán)境因子（如溫度、濕度、光照等）的相互作用關(guān)系，以及不同植物種類和生長階段的蒸散特性差異。這將有助于揭示植物蒸散耗水量的生理生態(tài)過程，為制定更加科學(xué)合理的節(jié)水措施提供理論依據(jù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，植物蒸散耗水量測(cè)定方法將更加注重與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的結(jié)合。通過利用智能傳感器、無線傳輸技術(shù)和云計(jì)算平臺(tái)等技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物蒸散耗水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，為精準(zhǔn)灌溉和節(jié)水農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支持。植物蒸散耗水量測(cè)定方法在氣候變化和生態(tài)恢復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。通過長期監(jiān)測(cè)和分析植物蒸散耗水量的變化規(guī)律，可以評(píng)估氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水分平衡的影響，為制定應(yīng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)性管理措施提供依據(jù)。在生態(tài)恢復(fù)工程中，通過測(cè)定植物蒸散耗水量可以評(píng)估恢復(fù)效果，為優(yōu)化恢復(fù)方案提供數(shù)據(jù)支持。未來植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究將更加注重時(shí)空尺度的拓展、生理生態(tài)機(jī)制的揭示、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的結(jié)合以及氣候變化和生態(tài)恢復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。這些研究方向和應(yīng)用前景將為推動(dòng)植物蒸散耗水量測(cè)定技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供重要?jiǎng)恿?。參考資料：耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructure)關(guān)于“耗散結(jié)構(gòu)”的理論是物理學(xué)中非平衡統(tǒng)計(jì)的一個(gè)重要新分支，是由比利時(shí)科學(xué)家伊里亞·普里戈津(I．Prigogine)于20世紀(jì)70年代提出的，由于這一成就，普里戈津獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。差不多是同一時(shí)間，西德物理學(xué)家赫爾曼·哈肯(H．Haken)提出了從說明研究對(duì)象到方法都與耗散結(jié)構(gòu)相似的“協(xié)同學(xué)”(Syneraetics)，哈肯于1981年獲美國富蘭克林研究院邁克爾遜獎(jiǎng)?，F(xiàn)在耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)通常被并稱為自組織理論。當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的狀態(tài)時(shí)，在一定外界條件下，由于系統(tǒng)內(nèi)部非線性相互作用，可以經(jīng)過突變而形成新的有序結(jié)構(gòu)——耗散結(jié)構(gòu)。這里的耗散指的是系統(tǒng)維持這種新型結(jié)構(gòu)需要從外界輸入能量或物質(zhì)。耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時(shí)科學(xué)家普里高津在研究非平衡熱力學(xué)過程中提出的。他獲得了1977年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的不可逆過程熱力學(xué)，研究的主要是靠近平衡態(tài)的問題。按照熱力學(xué)第二定律，自然界的過程都是向著熵增加的方向進(jìn)行的，即從有序到無序。而生物進(jìn)化過程中，有些生命現(xiàn)象正好與此相反，是向熵減少的方向進(jìn)行。如單細(xì)胞到多細(xì)胞，是從無序到有序以致高度有序的。西瓜生長時(shí)，土地干得很，水不僅不會(huì)從西瓜里滲到泥土里去，反而會(huì)從泥土里聚集到西瓜里去;又如海帶和紫菜能把海水里的碘集中起來，這種現(xiàn)象稱為富聚現(xiàn)象。它是直接與平衡態(tài)的熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的規(guī)律相反。正是這種現(xiàn)象，促進(jìn)了非平衡態(tài)熱力學(xué)的發(fā)展，而耗散結(jié)構(gòu)的理論也正是在研究非平衡熱力學(xué)過程中提出的理論，從而解決了上述問題。耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡的一種非線性效應(yīng)，因?yàn)樵陔x平衡態(tài)不遠(yuǎn)的非平衡線性區(qū)域里，不可能發(fā)生突變，使系統(tǒng)過渡到新的穩(wěn)定態(tài)而形成耗散結(jié)構(gòu)。生命物質(zhì)從生物大分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體種群以致整個(gè)生物界，都是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu)，都是非孤立的，非線性系統(tǒng)，通過與周圍環(huán)境交換物質(zhì)、能量和熵來維持和發(fā)展有序結(jié)構(gòu)，即維持生活和生長，并導(dǎo)致進(jìn)化。耗散結(jié)構(gòu)的理論目前基本上還處于客觀描述階段，但也取得了一定程度的進(jìn)展。耗散結(jié)構(gòu)的理論可用于流體、激光等系統(tǒng)，還可用于化學(xué)反應(yīng)中的有序結(jié)構(gòu)，核反應(yīng)過程，生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布，環(huán)境保護(hù)乃至交通運(yùn)輸，城市發(fā)展等問題的研究。城市就是一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)。它不斷靠外界供給材料(各種消費(fèi)資料和建筑材料)，并不斷把廢品排出到外界去，也就是通過與外界的物資交流，從外界取得能量和負(fù)熵(把熵給予外界)，才得以維持和發(fā)展，一旦與外界的交流斷絕了，便趨于停滯和死亡，最后變?yōu)闊o序的廢墟。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，通過與外界交換物質(zhì)和能量，可能在一定的條件下形成一種新的穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。典型的例子是貝納特流。在一扁平容器內(nèi)充有一薄層液體，液層的寬度遠(yuǎn)大于其厚度，從液層底部均勻加熱，液層頂部溫度亦均勻，底部與頂部存在溫度差。當(dāng)溫度差較小時(shí)，熱量以傳導(dǎo)方式通過液層，液層中不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)。但當(dāng)溫度差達(dá)到某一特定值時(shí)，液層中自動(dòng)出現(xiàn)許多六角形小格子，液體從每個(gè)格子的中心涌起、從邊緣下沉，形成規(guī)則的對(duì)流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱為耗散結(jié)構(gòu)。類似的有序結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)以及激光等非線性現(xiàn)象中。耗散結(jié)構(gòu)的特征是：①存在于開放系統(tǒng)中，靠與外界的能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生負(fù)熵流，使系統(tǒng)熵減少形成有序結(jié)構(gòu)。耗散即強(qiáng)調(diào)這種交換。對(duì)于孤立系統(tǒng)，由熱力學(xué)第二定律可知，其熵不減少，不可能從無序產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)。②保持遠(yuǎn)離平衡態(tài)。貝納特流中液層上下達(dá)到一定溫度差的條件就是確保遠(yuǎn)離平衡態(tài)。③系統(tǒng)內(nèi)部存在著非線性相互作用。在平衡態(tài)和近平衡態(tài)，漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾，但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下，非線性作用使?jié)q落放大，達(dá)到有序。比利時(shí)的普里高津、德國的哈肯、日本的久保-鈴木等學(xué)派對(duì)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu)理論的建立與發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。但理論尚屬初級(jí)階段，有待于發(fā)掘新的概念、規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。耗散結(jié)構(gòu)理論已用于研究流體、激光等系統(tǒng)、核反應(yīng)過程，生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布，環(huán)境保護(hù)問題，乃至交通運(yùn)輸、城市發(fā)展等課題。耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructure)關(guān)于“耗散結(jié)構(gòu)”的理論是物理學(xué)中非平衡統(tǒng)計(jì)的一個(gè)重要新分支，是由比利時(shí)科學(xué)家伊里亞·普里戈津(I．Prigogine)于20世紀(jì)70年代提出的，由于這一成就，普里戈津獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。差不多是同一時(shí)間，西德物理學(xué)家赫爾曼·哈肯(H．Haken)提出了從研究對(duì)象到方法都與耗散結(jié)構(gòu)相似的“協(xié)同學(xué)”(Syneraetics)，哈肯于1981年獲美國富蘭克林研究院邁克爾遜獎(jiǎng)?，F(xiàn)在耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)通常被并稱為自組織理論。我們首先從幾個(gè)例子看一下究竟什么是耗散結(jié)構(gòu)。天空中的云通常是不規(guī)則分布的，但有時(shí)藍(lán)天和白云會(huì)形成藍(lán)白相間的條紋，這是一種云的空間結(jié)構(gòu)。容器裝有液體，上下底分別同不同溫度的熱源接觸，下底溫度較上底高，當(dāng)兩板間溫差超過一定閾值時(shí)，液體內(nèi)部就會(huì)形成因?qū)α鞫a(chǎn)生的六角形花紋，這就是著名的貝納德效應(yīng)，它是流體的一種空間結(jié)構(gòu)。在貝洛索夫—一薩波金斯基反應(yīng)中，當(dāng)用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖椭甘緞┳鞅岬匿逅嵫趸磻?yīng)時(shí)，反應(yīng)介質(zhì)的顏色會(huì)在紅色和藍(lán)色之間作周期性變換，這類現(xiàn)象一般稱為化學(xué)振蕩或化學(xué)鐘，是一種時(shí)間結(jié)構(gòu)。在某些條件下這類反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)還可以出現(xiàn)許多漂亮的花紋·，此即薩波金斯基花紋，它展示的是一種空間結(jié)構(gòu)。在另外一些條件下，薩波金斯基花紋會(huì)成同心圓或螺旋狀向外擴(kuò)散，象波一樣在介質(zhì)中傳播，這就是所謂化學(xué)波，這是一種時(shí)間一一空間結(jié)構(gòu)。諸如此類的例子很多，它們都屬于耗散結(jié)構(gòu)的范疇。為了從各不相同的耗散結(jié)構(gòu)實(shí)例中找出其本質(zhì)的特征和規(guī)律，普里戈津?qū)W派研究了非平衡熱力學(xué),繼承和發(fā)展了前人關(guān)于物理學(xué)中相變的理論，運(yùn)用了當(dāng)代非線性微分方程以及隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)知識(shí)，揭示出耗散結(jié)構(gòu)有如下幾方面的基本特點(diǎn)。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)都包含有大量的系統(tǒng)基元甚至多層次的組分。貝納德效應(yīng)中的液體包含大量分子。天空中的云包含有由水分子組成的水蒸氣、液滴，水晶和空氣，因而是含有多組分多層次的系統(tǒng)。至于貝洛索夫——薩波金斯基反應(yīng)，其中不僅含有大量分子原子和離子，并且有許多化學(xué)成分。在產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，基元間以及不同的組分和層次間還通常存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，其中尤為重要的是正反饋機(jī)制和非線性作用。正反饋可以看作自我復(fù)制自我放大的機(jī)制，是“序”產(chǎn)生的重要因素，而非線性可以使系統(tǒng)在熱力學(xué)分支失穩(wěn)的基礎(chǔ)上重新穩(wěn)定到耗散結(jié)構(gòu)分支上。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)，必定同外界進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換。天空中的云一定會(huì)和周圍的大氣和云進(jìn)行物質(zhì)交并和外界進(jìn)行能量交換。如欲維持貝洛索夫一薩波金斯基反應(yīng)中的時(shí)間、空間，時(shí)間——空間結(jié)構(gòu)，則需不斷地向進(jìn)行反應(yīng)的容器中注入所需的化學(xué)物質(zhì)，這正是系統(tǒng)與外界的物質(zhì)交換。耗散結(jié)構(gòu)之所以依賴于系統(tǒng)開放，是因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵要隨時(shí)間增大直至極大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)最無序的平衡態(tài)，也就是說孤立系統(tǒng)絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)耗散結(jié)構(gòu)。而開放系統(tǒng)可以使系統(tǒng)從外界引入足夠強(qiáng)的負(fù)熵流來抵消系統(tǒng)本身的熵產(chǎn)生而使系統(tǒng)總熵減少或不變，從而使系統(tǒng)進(jìn)入或維持相對(duì)有序的狀態(tài)。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)必須處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)。為了簡(jiǎn)單說明問題，先舉一個(gè)有關(guān)平衡狀態(tài)的例子。假定暖水瓶是完全隔熱的，里邊放入溫水，其中的水不再受外界任何影響，最后水就進(jìn)入一種各處溫度均勻，沒有宏觀流動(dòng)和翻滾且不再隨時(shí)間改變的狀態(tài)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)稱為平衡結(jié)構(gòu)。根據(jù)熱力學(xué)理論，在這種狀態(tài)下是不可能出現(xiàn)任何耗散結(jié)構(gòu)的。如果把瓶塞打開，用細(xì)棒攪拌瓶中的水，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生翻滾流動(dòng)，脫離平衡態(tài)。但若重新蓋上瓶塞，經(jīng)過足夠長時(shí)間，系統(tǒng)又將不可避免的馳豫到新的平衡態(tài)，仍不會(huì)有耗散結(jié)構(gòu)。這表明系統(tǒng)雖走出了平衡態(tài)，但離開平衡態(tài)不夠“遠(yuǎn)”。耗散結(jié)構(gòu)總是通過某種突變過程出現(xiàn)的，某種臨界值的存在是伴隨耗散結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的一大特征，如貝納德對(duì)流，化學(xué)振蕩均是系統(tǒng)控制參量越過一定閾值時(shí)突然出現(xiàn)的。耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是由于遠(yuǎn)離平衡的系統(tǒng)內(nèi)部漲落被放大而誘發(fā)的。什么是漲落呢?舉個(gè)例子，密閉容器內(nèi)的氣體，如果不受周圍環(huán)境的影響或干擾，就會(huì)像前面所說的那樣達(dá)到平衡態(tài)，這時(shí)容器內(nèi)各處氣體的密度是均勻的。然而由于大量氣體分子作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而且相互碰撞，可能某瞬時(shí)容器內(nèi)某處的密度略微偏大，另一瞬時(shí)又略微偏小，即密度在其平均值上下波動(dòng)。這種現(xiàn)象就叫漲落。如果僅限于討論處于平衡態(tài)氣體內(nèi)部的漲落，意義并不十分大。雖然無規(guī)則運(yùn)動(dòng)和碰撞的存在將不時(shí)產(chǎn)生相對(duì)于平衡的偏差。但由于同樣的原因這種偏差又不斷地平息下去，從而平衡得以維持。在遠(yuǎn)離平衡時(shí)，意義就完全不同了，微小的漲落就能不斷被放大使系統(tǒng)離開熱力學(xué)分支而進(jìn)入新的更有序的耗散結(jié)構(gòu)分支。漲落之所以能發(fā)揮這么大的作用是因?yàn)闊崃W(xué)分支的失穩(wěn)已為這一切準(zhǔn)備好了必要的條件，漲落對(duì)系統(tǒng)演變所起的是一種觸發(fā)作用。以上各點(diǎn)概括起來說，所謂耗散結(jié)構(gòu)就是包含多基元多組分多層次的開放系統(tǒng)處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)在漲落的觸發(fā)下從無序突變?yōu)橛行蚨纬傻囊环N時(shí)間，空間或時(shí)間——空間結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論的提出對(duì)當(dāng)代哲學(xué)思想產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，該理論引起了哲學(xué)家們的廣泛注意。在耗散結(jié)構(gòu)理論創(chuàng)立前，世界被一分為二：其一是物理世界，這個(gè)世界是簡(jiǎn)單的、被動(dòng)的、僵死的，不變的可逆的和決定論的量的世界；另一個(gè)世界是生物界和人類社會(huì)，這個(gè)世界是復(fù)雜的、主動(dòng)的、活躍的、進(jìn)化的，不可逆和非決定論的質(zhì)的世界。物理世界和生命世界之間存在著巨大的差異和不可逾越的鴻溝，它們是完全分離的，從而伴隨而來的是兩種科學(xué)，兩種文化的對(duì)立。而耗散結(jié)構(gòu)理論則在把兩者重新統(tǒng)一起來的過程中起著重要的作用。耗散結(jié)構(gòu)理論極大地豐富了哲學(xué)思想，在可逆與不可逆，對(duì)稱與非對(duì)稱，平衡與非平衡，有序與無序、穩(wěn)定與不穩(wěn)定，簡(jiǎn)單與復(fù)雜，局部與整體，決定論和非決定論等諸多哲學(xué)范疇都有其獨(dú)特的貢獻(xiàn)。耗散結(jié)構(gòu)理論可以應(yīng)用于研究許多實(shí)際現(xiàn)象。要想使系統(tǒng)產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)，就必須通過外界的物質(zhì)流和能量流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使它遠(yuǎn)離平衡至一定程度，至少使其越過非平衡的線性區(qū)，即進(jìn)入非線性區(qū)。最明顯的例子是貝納德效應(yīng)，若上下溫差很小，不會(huì)出現(xiàn)六角形花紋，表明系統(tǒng)離開平衡態(tài)不夠遠(yuǎn)。待溫差達(dá)到一定程度，即離開平衡態(tài)足夠遠(yuǎn)，才發(fā)生貝納德對(duì)流。這里強(qiáng)調(diào)指出，耗散結(jié)構(gòu)與平衡結(jié)構(gòu)有本質(zhì)的區(qū)別。平衡結(jié)構(gòu)是一種“死”它的存在和維持不依賴于外界、而耗散結(jié)構(gòu)是個(gè)“活”它只有在非平衡條件下依賴于外界才能形成和維持。由于它內(nèi)部不斷產(chǎn)熵，就要不斷地從外界引入負(fù)熵流，不斷進(jìn)行“新陳代謝”一旦這種“代謝”條件被破壞，這個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)“窒息而死”。所有自然界的生命現(xiàn)象都必須用第二種結(jié)構(gòu)來解釋。上面所談的“天街、貝納德效應(yīng)以及貝洛索夫——薩波金斯基反應(yīng)分別屬于物理和化學(xué)范疇，值得提到的是在生命現(xiàn)象中也包含有多層次多組分，例如從種群、個(gè)體、器官、組織、細(xì)胞以及于生物分子，各層次間以及同一層次的各種組分間存在著更為復(fù)雜的相互作用。生命系統(tǒng)需要新陳代謝，因而必定是開放系統(tǒng)。再者生命系統(tǒng)必然是遠(yuǎn)離平衡的。因此生命系統(tǒng)成為耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用的對(duì)象是十分自然的。這方面目前取得較多進(jìn)展的有動(dòng)物體內(nèi)釋放能量的生化反應(yīng)糖酵解的時(shí)間振蕩，還有關(guān)于腫瘤免疫監(jiān)視的問題以及一些生態(tài)學(xué)中的問題。從人類社會(huì)也是遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)。像都市的形成發(fā)展，城鎮(zhèn)交通，教育經(jīng)濟(jì)問題等社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題也可作為耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用的領(lǐng)域。耗散結(jié)構(gòu)理論自提出以來，一直在理論和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面同時(shí)拓展，今后的發(fā)展也可望順著這個(gè)路子往下走。因?yàn)椴⒎且磺羞h(yuǎn)離平衡的復(fù)雜性開放系統(tǒng)的行為都可以歸納為耗散結(jié)構(gòu)，作為更高層次的一般研究復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)科學(xué)的一個(gè)分支理論，面對(duì)紛繁復(fù)雜的實(shí)際世界，其未來充滿挑戰(zhàn)，也面對(duì)機(jī)會(huì)，可謂任重道遠(yuǎn)。由于它內(nèi)部不斷產(chǎn)熵，就要不斷地從外界引入負(fù)熵流，不斷進(jìn)行“新陳代謝”一旦這種“代謝”條件被破壞，這個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)“窒息而死”。所有自然界的生命現(xiàn)象都必須用第二種結(jié)構(gòu)來解釋。植物蒸散耗水是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于全球水循環(huán)、氣候變化以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面具有重要影響。準(zhǔn)確測(cè)定植物蒸散耗水量對(duì)于理解生態(tài)系統(tǒng)水分平衡、優(yōu)化水資源管理和提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量等方面都具有重要意義。本文將探討植物蒸散耗水測(cè)定方法的研究進(jìn)展，并對(duì)其未來研究方向進(jìn)行展望。植物蒸散耗水是指植物在生命活動(dòng)中通過蒸騰作用散失的水分。在全球范圍內(nèi)，植物蒸散耗水是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是生態(tài)系統(tǒng)能量交換的重要過程。植物蒸散耗水不僅影響水資源的有效利用，還關(guān)系到全球氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)植物蒸散耗水進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和深入理解，對(duì)于環(huán)境保護(hù)、水資源管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多方面具有重要意義。直接測(cè)量法是通過在植物體上安裝蒸騰作用測(cè)量設(shè)備，直接觀測(cè)和記錄植物蒸散耗水量的方法。最具代表性的是蒸發(fā)皿法。該方法將植物置于蒸發(fā)皿中，測(cè)量不同時(shí)間段的蒸發(fā)量，進(jìn)而計(jì)算植物蒸散耗水量。還有氣孔計(jì)法、紅外線吸收法等直接測(cè)量方法。這些方法具有直觀、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但可能受到儀器精度、環(huán)境因素和植物種類等多種因素的影響，需要謹(jǐn)慎使用。間接測(cè)量法是通過測(cè)量與植物蒸散耗水相關(guān)的生理指標(biāo)，如葉溫、光合作用速率等，來推斷植物蒸散耗水量的方法。最常見的是利用熱脈沖技術(shù)測(cè)量植物葉片的水分含量和水分傳導(dǎo)速率。該方法通過在葉片上施加瞬時(shí)熱脈沖，引起葉片水分蒸發(fā)，并利用熱脈沖儀測(cè)量葉片溫度變化，從而計(jì)算葉片水分含量和水分傳導(dǎo)速率。間接測(cè)量法具有非破壞性、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于植物蒸散耗水研究。植物蒸散耗水測(cè)定方法的研究取得了顯著進(jìn)展。直接測(cè)量法方面，儀器設(shè)備和測(cè)量技術(shù)的不斷改進(jìn)提高了測(cè)量精度和可靠性。利用無人機(jī)搭載高光譜相機(jī)對(duì)植物蒸散耗水進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了大范圍、非接觸的植物蒸散耗水測(cè)量。間接測(cè)量法方面，通過研究植物生理指標(biāo)與蒸散耗水之間的關(guān)系，建立了更為準(zhǔn)確的估算模型。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)植物生理指標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了植物蒸散耗水的快速和準(zhǔn)確估算。植物蒸散耗水測(cè)定方法的研究進(jìn)展為植物蒸散耗水的準(zhǔn)確測(cè)定提供了有力支持。目前的研究仍存在一些問題和不足之處，如不同測(cè)量方法之間的比較和整合、測(cè)量精度的進(jìn)一步提高等。未來研究應(yīng)以下幾個(gè)方面：加強(qiáng)不同測(cè)定方法的比較和整合：針對(duì)不同測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)，開展對(duì)比研究，為不同需求和研究場(chǎng)景選擇合適的測(cè)定方法提供依據(jù)。提升測(cè)量精度和實(shí)用性：進(jìn)一步改進(jìn)儀器設(shè)備和技術(shù)方法，提高測(cè)量精度和實(shí)用性，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)：將生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用到植物蒸散耗水研究中，為深入理解和預(yù)測(cè)植物蒸散耗水提供更多理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。開展國際合作與交流：推動(dòng)國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)之間的合作與交流，共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化和生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)植物蒸散耗水研究的國際合作與交流。植物蒸散耗水量測(cè)定方法的研究進(jìn)展為準(zhǔn)確測(cè)定植物蒸散耗水提供了有力支持。通過對(duì)直接測(cè)量法和間接測(cè)量法的深入了解，我們可以更好地選擇和應(yīng)用適合的測(cè)定方法。未來的研究需要不同測(cè)定方法的比較和整合、測(cè)量精度的提高以及多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用等方面。加強(qiáng)國際合作與交流有助于推動(dòng)植物蒸散耗水研究的快速發(fā)展，為全球氣候變化和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructure)關(guān)于“耗散結(jié)構(gòu)”的理論是物理學(xué)中非平衡統(tǒng)計(jì)的一個(gè)重要新分支，是由比利時(shí)科學(xué)家伊里亞·普里戈津(I．Prigogine)于20世紀(jì)70年代提出的，由于這一成就，普里戈津獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。差不多是同一時(shí)間，西德物理學(xué)家赫爾曼·哈肯(H．Haken)提出了從說明研究對(duì)象到方法都與耗散結(jié)構(gòu)相似的“協(xié)同學(xué)”(Syneraetics)，哈肯于1981年獲美國富蘭克林研究院邁克爾遜獎(jiǎng)?，F(xiàn)在耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)通常被并稱為自組織理論。當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的狀態(tài)時(shí)，在一定外界條件下，由于系統(tǒng)內(nèi)部非線性相互作用，可以經(jīng)過突變而形成新的有序結(jié)構(gòu)——耗散結(jié)構(gòu)。這里的耗散指的是系統(tǒng)維持這種新型結(jié)構(gòu)需要從外界輸入能量或物質(zhì)。耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時(shí)科學(xué)家普里高津在研究非平衡熱力學(xué)過程中提出的。他獲得了1977年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的不可逆過程熱力學(xué)，研究的主要是靠近平衡態(tài)的問題。按照熱力學(xué)第二定律，自然界的過程都是向著熵增加的方向進(jìn)行的，即從有序到無序。而生物進(jìn)化過程中，有些生命現(xiàn)象正好與此相反，是向熵減少的方向進(jìn)行。如單細(xì)胞到多細(xì)胞，是從無序到有序以致高度有序的。西瓜生長時(shí)，土地干得很，水不僅不會(huì)從西瓜里滲到泥土里去，反而會(huì)從泥土里聚集到西瓜里去;又如海帶和紫菜能把海水里的碘集中起來，這種現(xiàn)象稱為富聚現(xiàn)象。它是直接與平衡態(tài)的熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的規(guī)律相反。正是這種現(xiàn)象，促進(jìn)了非平衡態(tài)熱力學(xué)的發(fā)展，而耗散結(jié)構(gòu)的理論也正是在研究非平衡熱力學(xué)過程中提出的理論，從而解決了上述問題。耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡的一種非線性效應(yīng)，因?yàn)樵陔x平衡態(tài)不遠(yuǎn)的非平衡線性區(qū)域里，不可能發(fā)生突變，使系統(tǒng)過渡到新的穩(wěn)定態(tài)而形成耗散結(jié)構(gòu)。生命物質(zhì)從生物大分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體種群以致整個(gè)生物界，都是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu)，都是非孤立的，非線性系統(tǒng)，通過與周圍環(huán)境交換物質(zhì)、能量和熵來維持和發(fā)展有序結(jié)構(gòu)，即維持生活和生長，并導(dǎo)致進(jìn)化。耗散結(jié)構(gòu)的理論目前基本上還處于客觀描述階段，但也取得了一定程度的進(jìn)展。耗散結(jié)構(gòu)的理論可用于流體、激光等系統(tǒng)，還可用于化學(xué)反應(yīng)中的有序結(jié)構(gòu)，核反應(yīng)過程，生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布，環(huán)境保護(hù)乃至交通運(yùn)輸，城市發(fā)展等問題的研究。城市就是一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)。它不斷靠外界供給材料(各種消費(fèi)資料和建筑材料)，并不斷把廢品排出到外界去，也就是通過與外界的物資交流，從外界取得能量和負(fù)熵(把熵給予外界)，才得以維持和發(fā)展，一旦與外界的交流斷絕了，便趨于停滯和死亡，最后變?yōu)闊o序的廢墟。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，通過與外界交換物質(zhì)和能量，可能在一定的條件下形成一種新的穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。典型的例子是貝納特流。在一扁平容器內(nèi)充有一薄層液體，液層的寬度遠(yuǎn)大于其厚度，從液層底部均勻加熱，液層頂部溫度亦均勻，底部與頂部存在溫度差。當(dāng)溫度差較小時(shí)，熱量以傳導(dǎo)方式通過液層，液層中不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)。但當(dāng)溫度差達(dá)到某一特定值時(shí)，液層中自動(dòng)出現(xiàn)許多六角形小格子，液體從每個(gè)格子的中心涌起、從邊緣下沉，形成規(guī)則的對(duì)流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱為耗散結(jié)構(gòu)。類似的有序結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)以及激光等非線性現(xiàn)象中。耗散結(jié)構(gòu)的特征是：①存在于開放系統(tǒng)中，靠與外界的能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生負(fù)熵流，使系統(tǒng)熵減少形成有序結(jié)構(gòu)。耗散即強(qiáng)調(diào)這種交換。對(duì)于孤立系統(tǒng)，由熱力學(xué)第二定律可知，其熵不減少，不可能從無序產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)。②保持遠(yuǎn)離平衡態(tài)。貝納特流中液層上下達(dá)到一定溫度差的條件就是確保遠(yuǎn)離平衡態(tài)。③系統(tǒng)內(nèi)部存在著非線性相互作用。在平衡態(tài)和近平衡態(tài)，漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾，但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下，非線性作用使?jié)q落放大，達(dá)到有序。比利時(shí)的普里高津、德國的哈肯、日本的久保-鈴木等學(xué)派對(duì)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu)理論的建立與發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。但理論尚屬初級(jí)階段，有待于發(fā)掘新的概念、規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。耗散結(jié)構(gòu)理論已用于研究流體、激光等系統(tǒng)、核反應(yīng)過程，生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布，環(huán)境保護(hù)問題，乃至交通運(yùn)輸、城市發(fā)展等課題。耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructure)關(guān)于“耗散結(jié)構(gòu)”的理論是物理學(xué)中非平衡統(tǒng)計(jì)的一個(gè)重要新分支，是由比利時(shí)科學(xué)家伊里亞·普里戈津(I．Prigogine)于20世紀(jì)70年代提出的，由于這一成就，普里戈津獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。差不多是同一時(shí)間，西德物理學(xué)家赫爾曼·哈肯(H．Haken)提出了從研究對(duì)象到方法都與耗散結(jié)構(gòu)相似的“協(xié)同學(xué)”(Syneraetics)，哈肯于1981年獲美國富蘭克林研究院邁克爾遜獎(jiǎng)?，F(xiàn)在耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)通常被并稱為自組織理論。我們首先從幾個(gè)例子看一下究竟什么是耗散結(jié)構(gòu)。天空中的云通常是不規(guī)則分布的，但有時(shí)藍(lán)天和白云會(huì)形成藍(lán)白相間的條紋，這是一種云的空間結(jié)構(gòu)。容器裝有液體，上下底分別同不同溫度的熱源接觸，下底溫度較上底高，當(dāng)兩板間溫差超過一定閾值時(shí)，液體內(nèi)部就會(huì)形成因?qū)α鞫a(chǎn)生的六角形花紋，這就是著名的貝納德效應(yīng)，它是流體的一種空間結(jié)構(gòu)。在貝洛索夫—一薩波金斯基反應(yīng)中，當(dāng)用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖椭甘緞┳鞅岬匿逅嵫趸磻?yīng)時(shí)，反應(yīng)介質(zhì)的顏色會(huì)在紅色和藍(lán)色之間作周期性變換，這類現(xiàn)象一般稱為化學(xué)振蕩或化學(xué)鐘，是一種時(shí)間結(jié)構(gòu)。在某些條件下這類反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)還可以出現(xiàn)許多漂亮的花紋·，此即薩波金斯基花紋，它展示的是一種空間結(jié)構(gòu)。在另外一些條件下，薩波金斯基花紋會(huì)成同心圓或螺旋狀向外擴(kuò)散，象波一樣在介質(zhì)中傳播，這就是所謂化學(xué)波，這是一種時(shí)間一一空間結(jié)構(gòu)。諸如此類的例子很多，它們都屬于耗散結(jié)構(gòu)的范疇。為了從各不相同的耗散結(jié)構(gòu)實(shí)例中找出其本質(zhì)的特征和規(guī)律，普里戈津?qū)W派研究了非平衡熱力學(xué),繼承和發(fā)展了前人關(guān)于物理學(xué)中相變的理論，運(yùn)用了當(dāng)代非線性微分方程以及隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)知識(shí)，揭示出耗散結(jié)構(gòu)有如下幾方面的基本特點(diǎn)。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)都包含有大量的系統(tǒng)基元甚至多層次的組分。貝納德效應(yīng)中的液體包含大量分子。天空中的云包含有由水分子組成的水蒸氣、液滴，水晶和空氣，因而是含有多組分多層次的系統(tǒng)。至于貝洛索夫——薩波金斯基反應(yīng)，其中不僅含有大量分子原子和離子，并且有許多化學(xué)成分。在產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，基元間以及不同的組分和層次間還通常存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，其中尤為重要的是正反饋機(jī)制和非線性作用。正反饋可以看作自我復(fù)制自我放大的機(jī)制，是“序”產(chǎn)生的重要因素，而非線性可以使系統(tǒng)在熱力學(xué)分支失穩(wěn)的基礎(chǔ)上重新穩(wěn)定到耗散結(jié)構(gòu)分支上。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)，必定同外界進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換。天空中的云一定會(huì)和周圍的大氣和云進(jìn)行物質(zhì)交并和外界進(jìn)行能量交換。如欲維持貝洛索夫一薩波金斯基反應(yīng)中的時(shí)間、空間，時(shí)間——空間結(jié)構(gòu)，則需不斷地向進(jìn)行反應(yīng)的容器中注入所需的化學(xué)物質(zhì)，這正是系統(tǒng)與外界的物質(zhì)交換。耗散結(jié)構(gòu)之所以依賴于系統(tǒng)開放，是因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵要隨時(shí)間增大直至極大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)最無序的平衡態(tài)，也就是說孤立系統(tǒng)絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)耗散結(jié)構(gòu)。而開放系統(tǒng)可以使系統(tǒng)從外界引入足夠強(qiáng)的負(fù)熵流來抵消系統(tǒng)本身的熵產(chǎn)生而使系統(tǒng)總熵減少或不變，從而使系統(tǒng)進(jìn)入或維持相對(duì)有序的狀態(tài)。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)必須處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)。為了簡(jiǎn)單說明問題，先舉一個(gè)有關(guān)平衡狀態(tài)的例子。假定暖水瓶是完全隔熱的，里邊放入溫水，其中的水不再受外界任何影響，最后水就進(jìn)入一種各處溫度均勻，沒有宏觀流動(dòng)和翻滾且不再隨時(shí)間改變的狀態(tài)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)稱為平衡結(jié)構(gòu)。根據(jù)熱力學(xué)理論，在這種狀態(tài)下是不可能出現(xiàn)任何耗散結(jié)構(gòu)的。如果把瓶塞打開，用細(xì)棒攪拌瓶中的水，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生翻滾流動(dòng)，脫離平衡態(tài)。但若重新蓋上瓶塞，經(jīng)過足夠長時(shí)間，系統(tǒng)又將不可避免的馳豫到新的平衡態(tài)，仍不會(huì)有耗散結(jié)構(gòu)。這表明系統(tǒng)雖走出了平衡態(tài)，但離開平衡態(tài)不夠“遠(yuǎn)”。耗散結(jié)構(gòu)總是通過某種突變過程出現(xiàn)的，某種臨界值的存在是伴隨耗散結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的一大特征，如貝納德對(duì)流，化學(xué)振蕩均是系統(tǒng)控制參量越過一定閾值時(shí)突然出現(xiàn)的。耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是由于遠(yuǎn)離平衡的系統(tǒng)內(nèi)部漲落被放大而誘發(fā)的。什么是漲落呢?舉個(gè)例子，密閉容器內(nèi)的氣體，如果不受周圍環(huán)境的影響或干擾，就會(huì)像前面所說的那樣達(dá)到平衡態(tài)，這時(shí)容器內(nèi)各處氣體的密度是均勻的。然而由于大量氣體分子作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而且相互碰撞，可能某瞬時(shí)容器內(nèi)某處的密度略微偏大，另一瞬時(shí)又略微偏小，