Comparative analysis of FAO dual Kc, Priestley-Taylor and flux variance similarity methods in partitioning evapotranspiration from flood-irrigated rice fields

Abstract

Accurate quantification of evapotranspiration (ET) and its bifurcation into productive transpiration (T) and unproductive evaporation (E) are essential for the successful implementation of sustainable irrigation practices. This study compares the performances of three distinct methods for partitioning ET into E and T fluxes from flood-irrigated rice fields. These methods include: i) the FAO dual Kc-ETo model, which utilizes Penman–Monteith (PM) estimates of reference ET and crop-specific scaling factors; ii) the Priestley-Taylor (PT) method, which relies on radiation-driven energy balance at the canopy surface; and iii) the flux variance similarity (FVS) method, which utilizes high-frequency eddy covariance (EC) measurements of carbon and water vapour fluxes. Meteorological, phenological and hydrological parameters were monitored over two winter seasons in a paddy field, replicating site-specific management strategies. The cumulative ETs obtained from the PM, PT and FVS methods were 445 mm, 300 mm and 356 mm, respectively, for season 1 and 428 mm, 321 mm and 375 mm, respectively, for season 2. The accuracy of the ET estimation and partition methods was assessed against independent measurements of ET and E using a lysimeter and a microlysimeter. The results demonstrated that the EC-based FVS method offers superior accuracy in both quantifying (R² = 0.67, RMSE = 0.70 mm) and partitioning (R² = 0.51, RMSE = 0.76 mm) ET fluxes, followed by the PM-based FAO dual Kc-ETo and PT methods. Evaporation accounted for 29 ± 5% of consumptive water use, highlighting an opportunity for the implementation of water-saving strategies, particularly during vegetative and transplantation stages. The findings of the path analysis indicate that vegetative and radiation factors influence ET variation, while meteorological and soil factors significantly impact T variation.

Une quantification précise de l'évapotranspiration (ET) et de sa bifurcation en transpiration productive (T) et l'évaporation improductive (E) sont essentielles pour la mise en œuvre réussie de pratiques d'irrigation durables. Cette étude compare les performances de trois méthodes distinctes de compartimentage des flux ET en flux E et T des rizières irriguées par les inondations. Ces méthodes comprennent: i) le double modèle Kc-ETo de la FAO, qui utilize les estimations de Penman-Monteith (PM) de l'ET de référence et des facteurs d'échelle spécifiques aux cultures; ii) la méthode Priestley-Taylor (PT), qui repose sur un bilan énergétique irradié à la surface du couvert; et iii) la méthode de similitude de variance de flux (FVS), qui utilize des mesures de covariance de tourbillon à haute fréquence (EC) des flux de carbone et de vapeur d'eau. Les paramètres météorologiques, phénologiques et hydrologiques ont été surveillés pendant deux saisons d'hiver dans un champ de paddy, reproduisant les stratégies de gestion propres au site. Les évapotranspirations cumulatives obtenues à partir des méthodes PM, PT et FVS étaient de 445 mm, 300 mm et 356 mm, respectivement, pour la saison 1, et 428 mm, 321 mm et 375 mm, respectivement, pour la saison 2. La précision des méthodes d'estimation et de répartition de l'ET a été évaluée par rapport à des mesures indépendantes de l'ET et de l'E à l'aide d'un lysimètre et d'un microlysimètre. Les résultats ont démontré que la méthode FVS basée sur l'EC offre une précision supérieure à la fois pour la quantification (R² = 0,67, RMSE = 0,70 mm) et le compartimentage (R² = 0,51, RMSE = 0,76 mm) des flux d'ET, suivie par la méthode double de Kc-ETo de la FAO et la méthode PT basées sur la PM. L'évaporation représente 29 ± 5% de la consommation d'eau, ce qui souligne la possibilité de mettre en œuvre des stratégies d'économie d'eau, en particulier pendant les étapes de végétation et de transplantation. Les résultats de l'analyse des chemins indiquent que les facteurs végétatifs et de rayonnement influencent la variation de l'ET, tandis que les facteurs météorologiques et du sol exercent un impact significatif sur la variation de la T.