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SoilScope生态水文过程观测模拟设施在红壤地区观测农作物蒸散量中的应用

撰稿人: 日期:2020-9-16 点击次数:414


观测背景

季节性干旱缺水严重制约着我国红壤区农业的可持续发展爱游戏App游戏。在江西省水土保持科学研究院位于九江市德安县的生态科技园内爱游戏App游戏,利用SoilScope自动称重式蒸渗仪,为红壤地区水文循环过程中的土壤下渗、地下径流和蒸散发等精确测定提供数据支持爱游戏App游戏爱游戏App游戏;为南方红壤蒸发和植物蒸腾研究提供试验手段;为四水(大气水爱游戏App游戏、地表水爱游戏App游戏、土壤水和地下水)转化爱游戏App游戏、SPAC(土壤-作物-大气连续体)系统水分循环研究提供支撑爱游戏App游戏爱游戏App游戏。

图1 SoilScope生态水文过程观测模拟设施顺利验收

观测系统布设

SoilScope自动称重式蒸渗仪以第四纪红壤为研究对象爱游戏App游戏,整套系统由罐体、称重系统爱游戏App游戏、地下水连通系统爱游戏App游戏、产流系统爱游戏App游戏、土壤传感器、溶液取样系统和数据采集系统组成爱游戏App游戏。

图2 SoilScope生态水文过程观测模拟设施外观

观测数据采集

 罐体高2m爱游戏App游戏,面积1㎡,称重范围0-10t,称重系统精度0.1mm爱游戏App游戏爱游戏App游戏。数据每10min自动实时测定和采集爱游戏App游戏,如下图3所示爱游戏App游戏,通过称重数据的变化就可以计算出实时蒸散量爱游戏App游戏。

图3 称重系统精度和数据实时测定展示

采用TDR水分传感器爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏、水势传感器观测20cm爱游戏App游戏、40cm、80cm和180cm深度土壤水分爱游戏App游戏爱游戏App游戏、水势爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏、温度和电导率数据爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏,如下图4所示爱游戏App游戏爱游戏App游戏,数据每60min自动实时测定和采集。


图4 自动实时测定和采集不同层次的传感器数据展示

采用澳作公司自主研发爱游戏App游戏爱游戏App游戏,集数据传输与远程诊断于一体的云服务中心软件Envidata爱游戏App游戏,如下图5所示爱游戏App游戏,独特的多参数曲线同时显示功能爱游戏App游戏爱游戏App游戏,能更好的展示出环境因子的相互作用和影响爱游戏App游戏。

图5 云服务中心软件Envidata多参数曲线同时显示功能展示

观测数据分析

以花生为例爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏,在2019年5月8日至8月24日期间,开展了土壤蒸发和植物蒸腾的研究爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏。试验设置2个处理爱游戏App游戏,裸地对照和种植花生处理。

图6 SoilScope生态水文过程观测模拟设施观测案例

结果显示爱游戏App游戏,降雨过后爱游戏App游戏爱游戏App游戏,土壤含水量增加爱游戏App游戏,而降雨停止爱游戏App游戏,随着时间的延长爱游戏App游戏爱游戏App游戏,土壤含水量逐渐减少爱游戏App游戏爱游戏App游戏。累计降雨量数据和累计罐体重量变化量关系发现爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏,二者具有很好的一致性,降雨增加爱游戏App游戏爱游戏App游戏,累计罐体变化量随之增加爱游戏App游戏爱游戏App游戏。

作物蒸散发根据水量平衡公式进行计算,计算方程如下:

ET = I + P - R - D + ΔW

ET是作物蒸散发爱游戏App游戏爱游戏App游戏,mm爱游戏App游戏爱游戏App游戏; I是灌溉水量爱游戏App游戏,mm;P是降雨量爱游戏App游戏,mm; R是地表径流量爱游戏App游戏,mm爱游戏App游戏;D是深层渗漏量,mm爱游戏App游戏爱游戏App游戏;ΔW是土壤水分变化量。

图7 SoilScope生态水文过程观测模拟设施观测结果

结果显示,裸地处理总蒸散量是264mm爱游戏App游戏,而花生则高达392mm,结果符合物理常识爱游戏App游戏。

观测应用扩展

SoilScope蒸渗仪不仅能够为研究作物生长过程进行长期有效的监测爱游戏App游戏爱游戏App游戏,提供完整的和精确度高的数据支撑爱游戏App游戏,而且能够结合气象站爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏、水势仪等设备进行联动试验和拓展运用爱游戏App游戏。目前已经广泛运用于水势调节观测系统爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏爱游戏App游戏、水文观测系统爱游戏App游戏、气象蒸散观测系统和森林生态观测系统等众多领域爱游戏App游戏。

图8 SoilScope蒸渗系统工程项目全国分布图


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