扩散阻抗kuosan zukangdiffusive resistance

表示介质中物理属性(如动量、热量、水汽、CO₂等)扩散时所受阻碍作用的物理量，是物理属性在介质中由高浓度区向低浓度区扩散时，在扩散路径上受到的阻力。如果以物理属性Q的浓度差△比作电位差（电压），以扩散阻抗γ比作电阻，以扩散通量F比作电流，那么，就可以模拟欧姆定律，把物理属性的扩散通量写为：

即扩散阻抗和速度倒数的量纲相同。由此可知，扩散阻抗与扩散速度成反比：扩散阻抗愈大，扩散速度愈小；扩散阻抗愈小，则扩散速度愈大。同时根据分子扩散或乱流扩散方程，还可分别得到： γ=l/D；或γ=l/K(其中D为分子扩散系数；K为乱流扩散系数； l为构成物理属性浓度差△的两端点之间的距离)。
不同的物理属性在某种介质中的扩散过程，或者某种物理属性在不同介质中的扩散过程，虽然它们的阻抗值有数值与量级上的差异，但它们都属于物理扩散的范畴。因此，我们研究物理属性在空气层、植物体表面以至植物体内部的扩散时，可以把扩散阻抗作为统一的物理参数看待。例如在光合作用中，大气中的CO₂向叶片内的叶绿体扩散（见图）时，从大气到气孔内部，是以气溶胶为介质的气体扩散过程，其后是以水溶液为介质的流体扩散过程。图中单叶所得CO₂，是由大气(Fa)和土壤(F_b)供应，其浓度为a(其中大部分的CO₂，由大气供应， 但昼间少量的CO₂甚至还可来自线粒体的呼吸作用)；在CO₂从大气扩散至叶绿体(其浓度为_c)的路径上，要受到乱流大气阻抗γa、叶面边界层阻抗γb、气孔阻抗γs、表皮（或角质层）阻抗γ_c、叶肉阻抗γm和线粒体呼吸阻抗γres等的作用。其后由于光合过程受到羧化酶活性和电子供应的影响，因而还要受到羧化阻抗和电子阻抗的作用。1969年， 日本学者矢吹，将叶片以上气层阻抗区分为乱流大气层和叶面边界层阻抗，而且也考虑到CO₂不仅穿过气孔，同时也穿过表皮，其阻抗是并列的。同欧姆定律一样，如果知道不同介质间各个扩散阻抗，就可计算全路径上的总阻抗，从而得到介质间某一物理属性的扩散通量。

单叶^CO₂扩散路径图

全路径的总阻抗，除同各介质分阻抗大小有关外，还和扩散过程的顺序有关。若扩散过程是同时并进，其扩散阻抗为并联；当扩散过程是先后衔接时，其扩散阻抗为串联。总阻抗的计算方法与总电阻的计算一样，当各阻抗串联时，总阻抗R等于各分阻γ₁、γ₂、γ₃、……γn之和， 即：

R=γ1+γ2+γ3+……+γn

当各阻抗并联时，总阻抗R的倒数等于各分阻抗γ₁、
γ₂、γ₃、……γ_n倒数之和， 即：

目前，扩散阻抗已广泛用于农业气象的研究工作中，除用于物质扩散外，也应用于动量和热量等能量的输送。由于研究目的和对象不一，各人使用阻抗名称不尽相同， 符号也没有统一规定。使用阻抗法可以简化物理属性扩散通量的计算， 可以解决不同介质间（如大气与作物之间）物理属性的输送问题。例如，计算作物蒸腾量时，常用的简化公式为：

式中 E为水汽扩散通量； ρa与Pa为大气密度与气压； ε为水汽和空气克分子量之比； γa与γs为空气与叶片气孔的扩散阻抗。在计算光合量时，常用的简化公式为：
Fc=f[CO^{2]大气-[CO2]叶绿体)/(}γ_a+γ_s+γ_m)
式中 Fc为光合强度，[CO₂]大气与[CO₂]叶绿体为大气与叶绿体CO₂浓度(ppm);f为由ppm变成(克/厘米³)的换算系数， 等于1.67×10-⁹ (克·厘米-³·ppm-1); γa、γs与γm为空气阻抗、气孔阻抗与叶肉阻抗。
空气阻抗 叶片以外的扩散阻抗，包括乱流大气层阻抗和叶面边界层阻抗。乱流大气阻抗，常被称为空气阻抗或空气动力学阻抗(aero-dynamic resi-stance)。1963年J.L.蒙蒂思引用空气动力学研究成果，提出作物冠层以上空气阻抗(γa)的计算公式：

式中 u为z高度上的风速；d为零平面位移； z₀为粗糙高度； k为卡曼常数，取值为0.41;a为常数，约为8;R_i为理查逊数，其计算式为：
R_i＝gz(T-T₀)/u²T
其中 g为重力加速度；T与T₀为z和z₀高度上的绝对温度。
由于空气层经常处于乱流状态，空气阻抗比气孔阻抗要小得多，一般为0.1～1或2秒/厘米。在计算作物群体光合量和蒸腾量时，可以忽略不计。但是，大多数阻抗法的计算公式中，仍然予以考虑。至于冠层以下气层中的空气阻抗，至今研究得不够深入，没有得到理想的计算方法。根据观测结果，冠层内空气阻抗为10-¹到10-³数量级之内。
叶面边界层阻抗 它是叶面边界层中的空气阻抗，其大小决定于叶面边界层的厚度和其气流性质。当叶面边界层内的气流为片流时，叶面边界层阻抗(γ_b)为：

公式，都是根据实验室方法得出的，目前尚不能用于实际工作。在农田条件下，由于气层经常处于乱流状态，叶片往往摇曳不定，所以叶面边界层的阻抗比较小。在采用阻抗法计算农田CO₂或水汽通量时，往往可以略而不计。
气孔阻抗 随叶片气孔的开度、大小及数目等而有不同，在很大程度上受气孔开度的支配。根据植物生理学家的研究，单个气孔的扩散阻抗(γ′s)为：

式中 d为气孔直径； l为气孔深度；D为空气分子扩散系数。而单位面积气孔阻抗γs，相当于该面积内N个气孔阻抗的并联，即：

γ_s＝(4l+πd)/NDπd²

实际上我们计算的或用气孔阻抗计测量的都是γs，而不是γ′s。如果气孔为椭圆形（大多数中性植物就是椭圆形气孔）时，就可用直径d等于长、短两半轴长a、气孔几何形状和单位叶面积上气孔个数N（即气孔密度）进行测量，就可确定气孔阻抗。当然，气孔的几何尺寸，因其开闭程度而定，而其开闭程度受环境影响。在充分供水的条件下，光合作用强，气孔张开，其阻抗减小；高温干燥和土壤供水不足时，气孔关闭，气孔阻抗加大。气孔全开时的气孔阻抗，大体为3～4秒/厘米， 而在黑暗下则为35～40秒/厘米。
此外， 同气孔阻抗并列的表皮 （或角质层） 阻抗rc, 其值在20～80秒/厘米以上， 但沙漠中的旱生植物也有达200秒/厘米的。气孔关闭时， 表皮阻抗接近最小值。由于表皮阻抗rc比气孔阻抗rs大， 所以，在计算扩散通量时， 不予考虑。叶肉阻抗rm, 随许多生物化学因素（如羧化酶）而变化很大， 其数值介于2～10秒/厘米之间。