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
一、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
二、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
三、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
四、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。
五、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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