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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:2291


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。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,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;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、地表水、土壤水和地下水)转化、SPAC(土壤-作物-大气连续体)系统水分循环研究提供支撑。

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,整套系统由罐体、称重系统、地下水连通系统、产流系统、土壤传感器、溶液取样系统和数据采集系统组成。

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

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、水势传感器观测20cm、40cm、80cm和180cm深度土壤水分、水势、温度和电导率数据,如下图4所示,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,集数据传输与远程诊断于一体的云服务中心软件Envidata,如下图5所示,独特的多参数曲线同时显示功能,能更好的展示出环境因子的相互作用和影响。

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,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。试验设置2个处理,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,降雨过后,土壤含水量增加,而降雨停止,随着时间的延长,土壤含水量逐渐减少。累计降雨量数据和累计罐体重量变化量关系发现,二者具有很好的一致性,降雨增加,累计罐体变化量随之增加。

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,mm; I是灌溉水量,mm;P是降雨量,mm; R是地表径流量,mm;D是深层渗漏量,mm;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,而花生则高达392mm,结果符合物理常识。

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,提供完整的和精确度高的数据支撑,而且能够结合气象站、水势仪等设备进行联动试验和拓展运用。目前已经广泛运用于水势调节观测系统、水文观测系统、气象蒸散观测系统和森林生态观测系统等众多领域。

图8 SoilScope蒸渗系统工程项目全国分布图


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