氣孔導度計算器
輸入蒸騰速率與葉內外水氣莫爾分數差,即時算出氣孔導度 gs = 蒸騰速率 ÷ 水氣差,用於量化氣孔開放程度、判讀植物的水分與氣體交換狀態。
輸入資料
計算結果
重點速覽:氣孔導度(stomatal conductance to water vapour, gs)量化水氣通過葉片氣孔的難易程度,是植物調控水分散失與 CO₂ 攝取的關鍵指標。它源自擴散的類歐姆關係:蒸騰速率 E = gs × 葉內外水氣莫爾分數差 Δw,其中 Δw 是氣孔腔內近飽和的水氣與葉外空氣水氣的莫爾分數之差(近似驅動蒸騰的水氣濃度梯度)。將關係式移項即得 gs = E ÷ Δw。當蒸騰速率 E 以 mmol H₂O m⁻² s⁻¹、Δw 以 mmol mol⁻¹(即每莫爾空氣中的毫莫爾水氣)輸入時,gs 的單位為 mol H₂O m⁻² s⁻¹(數值上等於 E ÷ Δw)。gs 越大,代表氣孔開放程度越高、水氣與 CO₂ 越容易進出葉片,通常伴隨較高的蒸騰與較高的潛在光合速率;反之當植物遭遇乾旱、土壤缺水、高飽和水氣壓差(VPD)、夜間或受脫落酸(ABA)訊號調控時,保衛細胞失壓、氣孔部分或完全關閉,gs 下降以減少失水,代價是同時限制 CO₂ 進入而降低光合。因此 gs 是水分逆境監測、光合限制診斷(區分是氣孔限制或非氣孔限制)與品種氣孔行為比較的核心生理參數。嚴格而言,蒸騰同時受氣孔導度與葉界面層導度串聯影響,且需對水氣的黏滯流做小幅校正;便攜式氣孔計與光合氣體交換系統會據此輸出 gs。本計算器採最直接的 gs = E ÷ Δw 形式,方便由蒸騰速率與水氣差快速反推導度,量測時務必確認 E 與 Δw 對應同一葉片、同一瞬時,且單位一致。
計算公式
擴散關係:蒸騰速率 E = gs × 葉內外水氣差 Δw。
氣孔導度:gs = E ÷ Δw。
單位:E(mmol m⁻² s⁻¹) ÷ Δw(mmol mol⁻¹) → gs(mol m⁻² s⁻¹)。
$$E = g_s \cdot \Delta w$$$$g_s = \frac{E}{\Delta w}$$使用說明
- 以氣孔計或光合氣體交換系統量得葉片蒸騰速率 E。
- 取得葉內外水氣莫爾分數差 Δw(儀器常直接輸出,或由葉溫飽和水氣與環境濕度計算)。
- 填入 E 與 Δw(單位對應),系統即時算出氣孔導度 gs;gs 越大代表氣孔開得越大。
氣孔導度 gs 的一般狀態解讀(相對,隨物種與環境變動)
| 情境 | gs 傾向 | 說明 |
|---|---|---|
| 光照充足、水分供應好 | 較高 | 氣孔開放,蒸騰與潛在光合皆高 |
| 乾旱 / 土壤缺水 | 下降 | ABA 訊號使氣孔關閉以保水 |
| 高 VPD(空氣乾熱) | 下降 | 為避免過度失水而部分關閉 |
| 夜間 / 弱光(多數 C3、C4) | 很低 | 氣孔多關閉,僅少量交換 |
gs 是瞬時、對環境敏感的參數;比較品種或處理時應在相近光照、溫度與 VPD 下量測。
理財情境案例
由蒸騰速率與水氣差算 gs
某葉片量得蒸騰速率 E = 4 mmol H₂O m⁻² s⁻¹,葉內外水氣差 Δw = 20 mmol mol⁻¹。
gs = 4 ÷ 20 = 0.2 mol H₂O m⁻² s⁻¹(即 200 mmol m⁻² s⁻¹)。
屬供水良好、氣孔開放狀態的常見量級,可與逆境處理比較氣孔行為。
乾旱下氣孔導度下降
灌溉充足葉片:E = 4、Δw = 20 → gs = 0.2 mol m⁻² s⁻¹。
受旱數日後同株葉片:E 降到 1.2、Δw 仍約 20 → gs = 1.2 ÷ 20 = 0.06 mol m⁻² s⁻¹。
gs 下降到不足三分之一,顯示氣孔為保水而大幅關閉;此時光合多半也受氣孔限制而降低,是水分逆境的靈敏指標。
常見問題
Δw(葉內外水氣差)是什麼?怎麼取得?
Δw 是驅動蒸騰的水氣濃度梯度,等於氣孔腔內(近葉溫下飽和)的水氣莫爾分數,減去葉外空氣的水氣莫爾分數。氣孔計與光合系統通常會依葉溫、氣室濕度自動算出並輸出 Δw(或以 VPD 形式)。手算時需知道葉溫對應的飽和水氣壓、環境水氣壓與大氣壓,換算成莫爾分數再相減。空氣越乾、葉溫越高,Δw 越大。
gs 和光合速率、CO₂ 有什麼關係?
氣孔同時是水氣出口與 CO₂ 入口。gs 高時 CO₂ 較易進入葉肉、有利光合,但失水也多;gs 低則保水但限制 CO₂ 供應。是否「氣孔限制光合」可由胞內 CO₂ 濃度(Ci)判斷:若光合下降且 Ci 也下降,多為氣孔限制;若 Ci 未降甚至上升,則屬非氣孔(生化)限制。gs 是連結水分與碳同化的樞紐。
gs 的單位為什麼有 mol/m²/s 和 mmol/m²/s?
兩者只差 1000 倍(1 mol = 1000 mmol)。文獻常用 mol H₂O m⁻² s⁻¹ 表示較大範圍,日常量測值多在 0.05–0.5 之間;也有人用 mmol m⁻² s⁻¹(即 50–500)。本計算器在 E 以 mmol m⁻² s⁻¹、Δw 以 mmol mol⁻¹ 輸入時,輸出的 gs 為 mol m⁻² s⁻¹。比較數據前務必先確認單位一致。
為什麼中午 gs 常會下降(午休)?
晴天中午光照雖強,但氣溫高、空氣乾(VPD 大),蒸騰需求急升,植物為避免過度失水會部分關閉氣孔,導致 gs 與光合在正午前後出現「午休」下降,午後回升。這是氣孔對高 VPD 與水分平衡的保護性反應,在乾熱地區與水分受限時尤其明顯。
量 gs 要注意什麼?
gs 對環境瞬時敏感,量測時應讓葉片在穩定光照與氣室條件下達到穩態,記錄相應的光強、葉溫、VPD 與 CO₂;選取有代表性、無病斑的成熟葉,並注意氣孔多分布的葉面。比較品種或處理時要在相近環境同時量測,避免因天氣或時段差異造成誤判。界面層導度也會影響,儀器多已納入校正。
相關工具
參考資料
內容審核:香港計算器科學團隊。gs 依 蒸騰速率 ÷ 葉內外水氣差 計算。