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湿地地下水生态观测蒸渗仪
产品时间:2016-04-12
湿地是地球上Z为重要的生态系统类型,具有巨大的环境功能和效益,在提供水源、补充地下水、抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀等方面有其它系统不可替代的作用,被誉为“地球之肾"。

 

湿地是地球上zui为重要的生态系统类型,具有巨大的环境功能和效益,在提供水源、补充地下水、抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀等方面有其它系统不可替代的作用,被誉为地球之肾
 
湿地地下水生态观测蒸渗仪通过地下水位模拟控制系统、精准称重系统、根系观测单元、气体通量观测单元、溶质在线分析单元等,原位(In-situ)观测或异地(Ex-situ)模拟观测地下水位变化(02m)与湿地土壤蒸散、渗漏、降雨及溶质运移的即时(高时间分辨率)动态变化关系,研究分析湿地土壤水通量、溶质通量、气体通量、持水状况等与地下水位的动态关系,适于三角洲、河滩及洪泛平原、泥炭地、高山湿地及其它地下水位较浅(常年一般维持在02m)的土地类型。
 
图一原位(In-situ)湿地地下水生态观测蒸渗仪
 
由德国UFZ环境研究中心Meissner教授与德国UGT公司研制(Patent-No.: 19907462),利用公司特制的原位取土系统采取原位湿地土柱,采用精确的地下水控制系统,可精确重现真实的野外条件。原位湿地地下水生态观测蒸渗仪直接安装在湿地现场(如图一所示),蒸渗仪底部经由平衡水箱通过压力转换器和流量表直接与外界环境(河流或湖泊水体、湿地地下水)相通。异地可以安装在远离现场湿地的实验场(比如研究所院内等),原位地下水位经由实时水位监测和数据无线传输,及时在线调控蒸渗仪水位(如图二所示),使蒸渗仪水位一直保持与原位湿地水位*。如果目标水位(原位水位)与蒸渗仪内的水位相差1cm或以上,地下水位模拟控制系统会自动触发调节机制,使蒸渗仪与原位湿地水位始终保持*。
 

 
安装在异地试验场的蒸渗仪
 

 



 

1.   原位土柱
2.   温度、TDR、水势等传感器及溶液取样器等。
3.   地下水水位
4.   滤层
5.      称重系统
6.      平衡箱
7.      储水罐
8.      调节阀
9.      数据采集器


图二安装在异地试验场的
 
地下水位模拟控制系统的调控机理为:当水位出现不*(相差1cm)时,首先关闭蒸渗仪和平衡水箱的阀门,然后向平衡水箱注水(或从中抽水),注水水源来自储水罐(抽出的水会存放在储水罐)。此后关闭储水罐和平衡水箱间的阀门,打开平衡水箱和蒸渗仪间的阀门,使得蒸渗仪和平衡水箱水位进行平衡。此过程反复进行,直到蒸渗仪水位达到目标水位。
 
每分钟即可称量记录一次。不仅是降雨、蓄水,还可记录括露水、霜、降雪、沙尘等轻微输入,使得即使是较小的蒸散也可记录到。将15分钟数据的平均,以减小风或野外动物的影响。水分平衡公式如下所示:
P Pond = Et ( Rout Rin±Δ S
其中P是降雨量, Pond是表面蓄水,Et是蒸散,Rin是地下水流入,Rout是地下水流出,Δ S是持水量改变。
 
一旦水分平衡公式中各组分精确测量计算出后,溶质平衡情况可由如下公式计算出:
LCs×S
其中L为溶质输入,Cs为渗漏溶质浓度,S为渗漏液体积
 
的技术指标:
 
1.        蒸渗仪规格:表面积1m2,高2m;滤层25cm;可根据需要定制其它规格的蒸渗仪
2.        装土类型:特别设计的湿地取土系统取原位湿地土柱
3.        高精度称重系统,分辨率:0.01mm,采样频率1min15min平均一次
5.        高精度即时地下水位模拟控制系统,精确度1cm
6.        BTC-100微根窗根系生态观测系统(备选)观测根系生长状况
7.        气体通量观测单元用于测量分析湿地土壤CO2O2和甲烷通量(备选):
l        气体抽样模块具Baseline配置,可手动或自动定时切换测量大气CO2、O2等气体含量(baseline)和呼吸室内CO2、O2等气体含量,从而更加精确地测量监测土壤气体通量
l        内置温度和大气压传感器,温度压力自动补偿,高稳定性、高精确度
l        氧气测量分析:燃料电池O2分析仪,不受水汽、CO2及其它气体的影响,测量范围1-100%,分辨率0.001%
l        二氧化碳测量分析:双波段非色散红外技术,测量范围0-5%,分辨率0.0001%
l        CH4分析器(外置备选):双波段非色散红外技术,量程0-10%,精度优于1%,分辨率1 ppm/0.0001%
8.        在线原位测量分析总氮、硝态氮和亚硝态氮等
9.            输:无线传输,用户可在ENVIdata服务器上下载;若用户有固定IP,可
直接传输至用户服务器
10.    器:土壤水势、TDR土壤含水量、温度传感器,可根据用户要求选择不同传感器。
11.    安装层数:标准306090120cm深处,每层均安装各种传感器。
 
的国外应用:
 
Doerthe Bethge-Steffense等(2004)利用湿地蒸渗仪控制地下水状况研究了20032月对德国schönbergg Deich Wörlitz湿地的地下水位、土壤含水量、土壤水量平衡(降雨、蒸散、渗漏等)进行了研究。在研究湿地采用梯度气象站监测环境因子,包括土壤温度、水势、含水量,降雨,空气温湿度,地下水位传送给蒸渗仪的控制中心。研究*直接得到了蒸散和渗漏,结果显示湿地土壤含水率受湿地的地下水位动态影响,受蒸散影响有限。在水量平衡中,蒸散和渗漏使得土壤水储量减少,而这是2月降雨无法补偿的。
 
参考文献:
 
1.          Doerthe Bethge-Steffens, Ralph Meissner, and Holger Rupp (2004) Development and practical test of a weighable groundwater lysimeter for floodplain sites. J. Plant Nutr. Soil Sci, 167,516-524
2.      R. Meißner , M. N. V. Prasad, G. Du Laing and J. Rinklebe2010 Lysimeter application for measuring the water and solute fluxes with high precision. CURRENT SCIENCE, VOL. 99 NO. 5 601-607.
3.      R. Meißner and Manfred Seyfarth (2004). Measuring water and solute balance with new lysimeter techniques. SuperSoil 2004: 3rd Australian New Zealand Soils Conference, 5 – 9 December 2004, University of Sydney, Australia. 1-8

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