不同尺寸蒸渗仪测定作物蒸散的田间试验研究

称重式蒸渗仪测定作物蒸散量（ET）是公认的一种标准测定方法。大型称重式蒸渗仪因单点独立安装而无法进行不同处理的重复试验,小型蒸渗仪则可解决该问题,但目前对于小尺寸蒸渗仪的适用性尚无统一结论。本文利用1m2（SL）、2m2（ML）和4m2（LL）3种不同面积的蒸渗仪在冬小麦（2012年11月21日播种,2013年6月20日收获）和水稻（2013年6月22日移栽,2013年10月28日收获）整个生长季进行连续蒸散量观测,筛选无有效降水日的数据进行对比分析。结果表明：（1）在冬小麦和水稻生长季内,SL（小）蒸渗仪所测蒸散量日内变化均表现出较大的变化幅度,ML（中）蒸渗仪所测蒸散量日内变化趋势均与LL（大）蒸渗仪所测一致,日内变化比较平稳;（2）ML蒸渗仪所测日蒸散量与LL所测结果的相关性最好（P<0.01）;（3）SL蒸渗仪所测水稻日平均蒸散量和蒸散总量与LL接近,所以可将SL蒸渗仪替代LL测定水稻日平均蒸散量和蒸散总量;ML所测冬小麦和水稻的日平均蒸散量及蒸散总量均比LL明显偏小,蒸散总量偏小主要由于拔节后较大的日蒸散量偏差导致。     

基于称重式蒸渗仪及多种传感器的作物表型及蒸散监测系统研制

作物蒸散量测量与估算在农业方面有着重要作用,而当前对于作物蒸散量的估算主要以试验的方式进行,有一定局限性,且测量面积小,与实际应用还有一定距离。针对以上问题,该文在已有24座小型称重式蒸渗仪基础上,集成RGB成像传感器、多光谱成像传感器和二维激光扫描仪于一体,配合龙门架进行移动控制,构建称重式蒸渗仪植物表型监测系统,实现18 m~2植物生长过程中的RGB、红(668 nm)、绿(560 nm)、蓝(475 nm)、红边(717 nm)、近红外(840 nm)图像信息和植株高度信息的自动监测。最后通过试验,在已设定好的常用速度下,系统单趟运行用时142 s,可采集28组RGB、多光谱图像及所有植株高度信息,速度相对误差在1.8%～6.0%之间。通过对获取的夏玉米多光谱图像和激光扫描仪数据信息分析,系统能够可靠获取归一化差异植被指数等作物指数及植株高度信息。并结合气象站数据,对冬小麦主要耗水期的RGB图像进行分析,对其蒸散量进行了估计,与蒸渗仪获取的实际蒸散量对比,其平均相对误差为16.62%。该系统为大面积作物蒸散量的实时监测和精确诊断以及作物生长状况研究提供有效技术与装备支撑。     

称重式蒸渗仪系统改进及在农田蒸散研究中的应用

水分是制约黄土丘陵区农作物正常生长和农业生产的关键因子。该区年平均降水量少且季节多变,研究农田土壤水分平衡对该区旱地农业生产具有重要意义。土壤蒸渗仪（Lysimeter）可测量总蒸散量、渗漏量等有关水量平衡的各个分量,具有其它装置和方法不可比拟的优越性。它为田间蒸散和降水入渗实验研究提供了一种较先进的量测方法和技术手段。它对推动我国实验水文学的发展具有重要作用,并为相关领域的科学研究提供了一种较先进的技术设备和实验环境。中国科学院安塞试验站对原建造的用于测定农田蒸腾蒸发转化的称重式蒸渗仪在2005年对称重感应系统、电源进行改造,主要对主机、采集软件进行了重新更新,使其可直接在Windows界面下工作,数据采集更加方便,将测量出来的模拟量信号转换为数字信号,经处理显示并记录在数据采集器内。改进后蒸渗仪主要有以下特点：（1）土柱重19～26t,蒸渗仪精度为152g（0．05nm）,可测量蒸腾蒸发量和地下水对土壤水的补给量与入渗量;（2）蒸渗仪面积3m^2（1．5m&#215;2m）,深度3m,可充分允许农作物根系发育与吸水,土壤水和地下水转化,地下水位变化等过程进行,蒸渗仪的供排水系统能够在蒸渗仪内模拟实际地下水位变化,可较好代表大田实际情形,并对作物生长过程中水分利用动态变化进行深入研究。     

民勤沙区非称量式蒸渗仪组扩容及其自动化监控系统设计

为解决民勤沙区非称量式蒸渗仪观测系统自动化程度低、尺度扩展性不足及可靠性差等问题,建立民勤沙区非称量蒸渗仪试验场720 m~2,更新改造30个荒漠植物个体蒸渗仪,扩容建造12个荒漠植物小群体蒸渗仪,设计非称量式蒸渗仪自动化监控系统,该系统采用分布式监控方案,以上位工控机为中心,基于智能仪表(RS485总线通讯、ISM无线)、ISM频段无线通信及TCP/IP网络协议,布设了多个下位机监控点,可自动控制蒸渗仪恒定水位,能及时补水、排水并进行水量计算,自动监测蒸渗仪土壤水分含量,同时具备实时数据采集与处理、信息通信、数据库录入、历史数据存储、数据报表打印、故障报警、现场设备运行状况显示等功能,用户可通过因特网对现场设备工作状态进行远程监控、异常情况报警处理。系统测试得到,压力传感器数据回归分析误差±2.2%,点滴计数器为±2.0%,水分传感器±12.5%。该研究扩展了荒漠植物定位观测的尺度范围,实现了荒漠植物蒸渗观测的自动化监控,为荒漠植物蒸渗研究提供可靠的试验平台。     

大型高精度土壤蒸渗仪的计算机测控

介绍了中国生态网络研究中研制的计算机控制大型称重式高精度土壤蒸渗仪自动测试系统。重点介绍了该系统计算机测控部分的功能、设计思想、硬件结构及软件组成。     

不同水分处理旱稻农田蒸散特征和水分利用效率

该文通过2001～2004年4年北京地区早稻田间试验,利用农田水量平衡方法计算了早稻农田蒸散量,用微型棵间蒸渗仪测定了不同土壤水分条件下农田土壤棵间蒸发,在此基础上分析了不同水分处理旱稻生长期间的农田蒸散特征、土壤棵间蒸发特征和水分利用效率.结果表明:北京地区早稻出苗～成熟的农田蒸散量为574～630 mm,年际间略有波动;日蒸散强度孕穗～抽穗期最高,平均为9.8 mm/d,该阶段为旱稻需水关键期;在出苗～拔节期间土壤棵间蒸发量占农田蒸散量比例最大,在此生育阶段应采取适当措施降低土壤蒸发无效消耗,提高水分利用效率;限量灌溉处理中以前期适当胁迫,后期充分灌溉处理的水分利用效率最高.     

蒸散的测定和模拟计算研究进展

蒸散是地表水分循环重要而复杂的过程。本文综述了近年来国内外蒸散测定和模拟的最新进展。在测定方法上,TDR、微蒸渗仪和涡度相关技术的使用明显增加及遥感技术的应用大大加强,自动化和传感器制造技术的进步,提高了蒸散测定的精度和时空分辨率。在模拟计算方面,应用Prierstley-Taylor公式、Penman公式、Penman-Monteith方程等单一模型较多,但研究上已转向以Shuttleworth-Wallace模型为基础可估算不同植被类型和下垫面蒸散的多层模型。遥感估算区域蒸散进展明显,已提出了多种遥感估算模式。互补相关模型也在估算区域蒸散上得到重视和应用。     

华北平原冬小麦相对蒸散与叶面积指数及表层土壤含水量的关系

冬小麦相对蒸散(农田蒸散量ET与自由水面蒸发量ET_0之比)表征冬小麦受土壤水分和作物生长状况制约下的耗水规律。冬小麦生长季利用大型蒸渗仪测定农田蒸散,用E601型水面蒸发器测定水面蒸发,并用平行观测方法测定叶面积指数,分析冬小麦相对蒸散与叶面积指数和表层土壤含水量的关系,并建立了冬小麦返青～收获期相对蒸散与叶面积指数和0～60cm表层土壤含水量的经验公式为。在田间条件下由RE和ET_0推算出小麦耗水量ET,并可用于冬小麦适时、适量灌溉管理。     

太行山低山区不同植被群落蒸发蒸腾研究

采用大型非称重式蒸渗仪对太行山低山区典型植被群落黄背草、荆条及其复合群落蒸发蒸腾进行了研究.结果表明,在整个生长季3种植被群落蒸散、植物蒸腾均呈以8月为峰值的单峰曲线,且黄背草5～6月蒸散量、蒸腾量最大,其他月份复合群落最大.整个生长季中土壤蒸发表现为5～6月份高,9～10月份低.黄背草、荆条和复合群落3种植被的生长季总蒸腾量分别是591.8 mm、611.9 mm、647.0 mm,总蒸发量分别是138.6 mm、130.8 mm、134.9 mm, 蒸散量分别是730.4 mm、742.0 mm、790.5 mm.3种植被群落之间比较结果表明,复合群落的总蒸散量和蒸腾量略大于黄背草和荆条群落,而黄背草和荆条群落差别不明显.     

武汉新普惠科技有限公司仪器介绍

正|全自动遮雨棚|全自动遮雨棚应用在水分控制试验上。降雨、降雪自动关闭,天晴自动打开。可以内安装人工模拟降雨等扩展系统。|土壤水分控制池|土壤水分控制池是一项重要的土壤生态监测设施,应用于植物控水实验,根系观测。|水面自动蒸发站|水面蒸发作为蒸发能力的表征,是水资源评价工作必须涉及的分析内容,实现自动化测量日蒸发量。根据要求可制作各种面积的自动蒸发站。|蒸渗仪|高精度称重蒸渗仪采用差分式双称重系统,测量面积0.1平方米至16平方米。|自动监测系统|普荟自主研发的自动监测系统,可对接到云端数据中心,随时线上查看数据。     

西北干旱区农田土壤蒸发量及影响因子分析

为探究微型蒸渗仪在西北干旱地区农田裸土和覆膜条件下测量土壤蒸发的适用情况,深入分析影响土壤蒸发的主要因子,该研究应用多种不同的微型蒸渗仪方法对裸土和覆膜条件下的土壤蒸发进行测定,并采用茎流计-水量平衡的方法进行对比分析,采用偏最小二乘法综合评估土壤蒸发量的主要影响因素。结果表明,裸土条件下,可采用不封底(底部纱网)且不换土微型蒸渗仪测定土壤蒸发量。覆膜条件下,采用传统的"裸土微型蒸渗仪测定蒸发量乘以膜孔率"的方法测量蒸发显著偏低;"覆膜开孔"的微型蒸渗仪和裸土微型蒸渗仪测定的蒸发未见显著差异,通过与茎流计-水量平衡法对比分析发现,"覆膜开孔"的微型蒸渗仪方法测量结果为0.96 mm/d可近似的(略偏低)反映实际情况。在西北干旱地区覆膜条件下,尽管裸土面积占的比例很小(0.5%～5%),但土壤蒸发量依然较大,均值为1.02 mm/d。影响农田土壤蒸发的最主要因素是土壤含水量和太阳辐射,相对贡献率分别为23.9%和18.3%。     

大型蒸渗仪的设计、建造与安装（英）

蒸渗仪是用来研究营养元素在农田中的运移的系统,本文系统描述了一种大型蒸渗仪的设计,建造与安装。试验采用湖北地区典型土壤类型黄棕壤与潮土,在华中农业大学校园内每种土壤安装16个大型蒸渗仪。蒸渗仪采用减少土柱的扰动的方法建造,并填充凡士林减少土壤水分的边缘流动。蒸渗仪采用外径630 mm高700 mm厚10 mm的PVC管作材料。土柱建成后安装在预制PVC底座上,底座中间有一圆孔外接淋失液收集装置。淋失液收集后用来测定淋失液离子含量。试验结果表明,相同土壤土柱之间淋失量差异不显著,没有检测到水分的边缘流动;同时建设效率高,费用低。     

基于蒸渗仪实测的参考作物蒸散发模型北京地区适用性评价

参考作物蒸散发(ET0,reference evapotranspiration)是计算植被耗水量、分析区域水分平衡、管理水资源的基本参数。由于区域间气象条件的差异,ET0模型在不同地区表现出不同的适用性。蒸渗仪实测是欧美地区评价参考作物蒸散发模型的经典方法,而中国尚少研究,华北地区未见报道。2012年生长季(4-10月),应用自动称重式蒸渗仪实测高羊茅草坪蒸散评价了Penman-Monteith(FAO-56)、Hargreaves-Samani、Priestley-Taylor、Penman-van Bavel模型在北京地区的适用性。在2个蒸渗仪中建植冷季型高羊茅草坪,以获得ET0标准数据。试验地安装Dynamet气象站,自动测量并记录气象数据:空气温度、空气相对湿度、太阳总辐射和高度2m的风速,用于模型计算参考作物蒸散发。应用线性回归与均方根误差(RMSE)、一致性指数(d)2个指标评价模型的预测准确性。研究结果表明,太阳总辐射与月蒸散之间呈现较强的线性关系(R2=0.95,p=2.72×10-7),说明太阳辐射能量是驱动SPAC(soil-plant-atmosphere continuum)系统中水分从植被向大气运动的主要动力。随着时间尺度减小,模型的估算准确度降低。由于模型的输入参数不同,在ET0计算中出现了不同方向的偏差。月尺度上,Priestley-Taylor模型低估,而Penman-Monteith、Hargreaves-Samani和Penman-van Bavel模型高估了蒸散。日尺度上,Hargreaves-Samani模型和Penman-van Bavel模型略微高估了日蒸散,比率分别为1.0167和1.0526;Penman-Monteith模型和Priestly-Taylor模型低估了日蒸散,比率分别为0.8204和0.7593。时尺度上,除了Priestly-Taylor模型全部得出最低的数值,其余模型在不同天气类型下得出不同的计算结果。综合月、日、时3个时间尺度的评价结果,Penman-van Bavel是最准确的ET0计算公式,RMSE分别为0.63 mm/d(月)、1.43 mm/d(日)、0.087mm/h(时),d值分别为0.96(月)、0.89(日)、0.87(时)。Penman-Monteith模型的计算准确性比Penman-van Bavel模型略低,d值为0.73~0.93。     

超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分和蒸散发的影响

为研究超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分及蒸散发的影响，以金鱼草、七里香、罗汉松、太阳花、多肉及佛甲草为试验材料，观测有无超纤渗灌处理下的绿色屋顶土壤含水率，并通过三温模型及蒸渗仪法测算不同植物的蒸腾速率及蒸散量，评估超纤渗灌对绿色屋顶蒸散发的影响。结果表明：超纤渗灌处理下的七里香、金鱼草及裸土种植盆内的平均土壤含水率分别比无超纤渗灌处理提高27%，18%及47%，超纤渗灌能增加土壤含水率，减少水分胁迫情况的发生。在夏季（雨季），超纤渗灌处理的植物蒸腾速率总体显著（P<0.01）大于无超纤渗灌处理，且气温越高，植物冠层温度与气温温差越大。在冬季（旱季），超纤渗灌能使屋顶基底温度平均高出0.25 ℃，减小温度变化振幅；超纤渗灌处理能使佛甲草夜间蒸散量增加0.14 mm，但白天有超纤渗灌的蒸散量比无超纤渗灌低了0.57 mm，总体减少了9.3%。超纤渗灌能提高绿色屋顶土壤含水率，在夏季增加植物蒸散量，在增加冬季夜间屋顶蒸散量的同时，也有利于绿色屋顶白天吸附空气湿气，促进这一部分非降水资源的利用。     

稳定同位素法和涡度-微型蒸渗仪区分玉米田蒸散组分的比较

农田蒸散组分区分研究对理解土壤-植物-大气连续系统水分传输动力学过程与调控机制具有重要意义。利用稳定同位素原位连续观测技术测定了玉米田不同高度大气水汽稳定同位素的动态,结合Keeling Plot方法区分了玉米田蒸散组分动态过程,并与涡度相关系统(eddy covariance system,EC)-微型蒸渗仪(micro-lysimeter,MLS)结合法的区分结果进行了比较。研究表明:降雨后大气水汽稳定同位素组成δv显著降低,不同高度δv与大气饱和水气压差VPD、太阳净辐射Rn呈线性相关,相关系数R均值分别为0.65和0.51;土壤蒸发水汽稳定同位素组成δE存在显著的分馏效应,较低的土壤含水率和大气相对湿度会降低分馏效应;与传统的EC-MLS法的区分结果相比,利用Keeling Plot方法和连续原位监测的水汽稳定同位素信息,可准确估算农田蒸散比,误差仅为-0.02~0.08;试验观测期内即玉米中等覆盖地面后,IS法和EC-MLS确定的作物蒸腾与农田蒸散比的均值分别为0.81和0.78,二者较一致。     

基于BP神经网络的冬小麦耗水预测

该文根据中国科学院禹城农业试验站2003－2006年冬小麦季的气象资料和大型称重式蒸渗仪观测资料,把实测作物系数作为作物因子指标,建立了以日最高温度、日净辐射、实测表层60 cm土壤含水率、日序数和作物系数为输入因子,蒸渗仪实测蒸散量为输出因子的BP神经网络预测模型,神经网络拓扑结构为5-9-1,训练函数为Trainbr。检验结果表明冬小麦耗水量模型预测平均相对误差为13.1%,预测值和实测值的均方根误差为0.88 mm,模型预测Nash-Sutcliffe效率指数为0.865,预测效果较好,可满足生产需要。     

大孔径闪烁仪与涡度相关系统对灌溉农田蒸散量的对比观测

蒸散是地表能量平衡的重要组成部分, 在土壤-植物-大气连续体的能量、质量、动量交换过程中起着重要作用。大孔径闪烁仪(LAS)是近时期兴起的观测跨像元尺度地表通量的地面仪器, 为验证其观测数据的可靠性, 本文把专家认可且在中国生态系统研究网络(CERN)中广泛应用的涡度相关仪(EC)的观测数据作为参考依据, 于2010 年8 月在中国科学院栾城农业生态系统试验站夏玉米田对大孔径闪烁仪计算结果进行验证。验证结果表明, 两种仪器测定的地表感热通量日变化和月变化观测结果基本一致。由于下垫面属性、环境因子及观测范围等因素的影响, 大孔径闪烁仪与涡度相关仪观测的蒸散量日变化之间有一定的差异,但日蒸散总量的测定基本一致。试验证明了大孔径闪烁仪观测数据的准确性。将大孔径闪烁仪计算的蒸散量与涡度相关仪观测值进行线性回归分析, 二者的吻合度较高(R²=0.800 4)。研究结果显示, 大孔径闪烁仪在地表水热通量的数据监测中具有很大的使用价值, 为日后用大孔径闪烁仪验证遥感估算蒸散值奠定了基础。     

陕北黄土高原雨养区谷子棵间蒸发与田间蒸散规律

为了提高黄土高原雨养区谷子的降水利用效率,该文利用中型称重式蒸渗仪和微型蒸渗仪并结合谷子整个生育期内生物指标的动态变化过程,对神木六道沟流域谷子棵间蒸发与田间蒸散规律进行了研究。结果表明,Logistic模型可以很好地模拟谷子株高和盖度的变化,模型计算值与实测值的相关系数均达到0.99。神木六道沟流域的降水总量和谷子的耗水量基本持平,在谷子抽穗期到灌浆期出现了阶段性的缺水。在谷子整个生育期内谷子棵间蒸发占总耗水量的44%。叶面积指数、0～10 cm土层土壤含水率与棵间蒸发与田间蒸散比值间均呈指数函数关系,其决定系数均在0.8以上,且呈现出极显著的相关性。研究为当地合理利用有限水资源和提高水分利用效率提供理论支持。     

γ透射法在大型称重式蒸渗仪中的应用

蒸渗仪(Lysimeter)是一种装满土壤、置于田间地下的反映自然环境、表面裸露或生长有植物的容器,以及用一定方式测定向上或向下离开土体的水和其它物质运移及转化值的装置.     

东北地区春玉米生长季农田蒸散量动态变化及其影响因子

利用大型称重式蒸渗仪对东北春玉米田蒸散量的观测结果,分析玉米生长季蒸散量的分布特征及其影响因子。结果表明：东北春玉米生长季（播种-成熟）农田蒸散量为362.3mm,日平均蒸散量为2.6mm·d-1。从各生育期的分布情况看,播种-七叶期蒸散量较小,日平均蒸散量为1.4mm·d-1,占全生育期的11.7%;七叶期开始,日平均蒸散量逐渐增加,在大喇叭口-抽雄期达到最大,为4.3mm·d-1;抽雄-乳熟期总蒸散量最大,为97.2mm,占生长季蒸散量的26.8%。从月蒸散量分布看,7-8月累积蒸散量达207.0mm,占5-9月蒸散量的54.5%;5、6和9月蒸散量较少,分别占5-9月总蒸散量的11.6%、19.6%和14.3%。从逐小时蒸散量变化看,蒸散量日变化表现为早晚低、中午高的“单峰型”曲线特征。蒸散量与叶面积指数、太阳辐射、5cm地温、平均气温、最高气温、最低气温存在显著的线性正相关关系,与空气相对湿度和饱和差间呈显著的二次函数关系。叶面积指数是影响春玉米农田蒸散最主要的生物因子,5cm地温和太阳辐射是最主要的环境驱动因子。