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濕地是地球上*為重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，具有巨大的環(huán)境功能和效益，在提供水源,、補(bǔ)充地下水,、抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流,、蓄洪防旱,、控制污染、調(diào)節(jié)氣候,、控制土壤侵蝕等方面有其它系統(tǒng)不可替代的作用,，被譽(yù)為“地球之腎”。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀通過地下水位模擬控制系統(tǒng),、精準(zhǔn)稱重系統(tǒng),、根系觀測單元、氣體通量觀測單元,、溶質(zhì)在線分析單元等,，原位（In-situ）觀測或異地（Ex-situ）模擬觀測地下水位變化（0－2m）與濕地土壤蒸散、滲漏,、降雨及溶質(zhì)運(yùn)移的即時（高時間分辨率）動態(tài)變化關(guān)系,，研究分析濕地土壤水通量、溶質(zhì)通量,、氣體通量,、持水狀況等與地下水位的動態(tài)關(guān)系，適于三角洲,、河灘及洪泛平原,、泥炭地、高山濕地及其它地下水位較淺（常年一般維持在0－2m）的土地類型,。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀由德國UFZ環(huán)境研究中心Meissner教授與德國UGT公司研制（Patent-No.: 19907462）,，利用公司特制的原位取土系統(tǒng)采取原位濕地土柱，采用精確的地下水控制系統(tǒng),，可精確重現(xiàn)真實(shí)的野外條件,。原位濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀直接安裝在濕地現(xiàn)場（如圖一所示），蒸滲儀底部經(jīng)由平衡水箱通過壓力轉(zhuǎn)換器和流量表直接與外界環(huán)境（河流或湖泊水體,、濕地地下水）相通,。異地濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀可以安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場濕地的實(shí)驗(yàn)場（比如研究所院內(nèi)等），原位地下水位經(jīng)由實(shí)時水位監(jiān)測和數(shù)據(jù)無線傳輸,，及時在線調(diào)控蒸滲儀水位（如圖二所示）,，使蒸滲儀水位一直保持與原位濕地水位一致。如果目標(biāo)水位（原位水位）與蒸滲儀內(nèi)的水位相差1cm或以上,，地下水位模擬控制系統(tǒng)會自動觸發(fā)調(diào)節(jié)機(jī)制,，使蒸滲儀與原位濕地水位始終保持一致,。

1. 原位土柱

2. 溫度、TDR,、水勢等傳感器及溶液取樣器等,。

3. 地下水水位

4. 濾層

5. 稱重系統(tǒng)

6. 平衡箱

7. 儲水罐

8. 調(diào)節(jié)閥

9. 數(shù)據(jù)采集器

圖二 安裝在異地試驗(yàn)場的濕地地下 水生態(tài)觀測蒸滲儀

地下水位模擬控制系統(tǒng)的調(diào)控機(jī)理為：當(dāng)水位出現(xiàn)不一致（相差1cm）時，首先關(guān)閉蒸滲儀和平衡水箱的閥門,，然后向平衡水箱注水（或從中抽水）,，注水水源來自儲水罐（抽出的水會存放在儲水罐）。此后關(guān)閉儲水罐和平衡水箱間的閥門,，打開平衡水箱和蒸滲儀間的閥門,，使得蒸滲儀和平衡水箱水位進(jìn)行平衡。此過程反復(fù)進(jìn)行,，直到蒸滲儀水位達(dá)到目標(biāo)水位,。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀每分鐘即可稱量記錄一次。不僅是降雨,、蓄水,，還可記錄括露水、霜,、降雪,、沙塵等輕微輸入，使得即使是較小的蒸散也可記錄到,。將15分鐘數(shù)據(jù)的平均,，以減小風(fēng)或野外動物的影響。水分平衡公式如下所示：

P + Pond = E_t + ( R_out– R_in) ± Δ S

其中P是降雨量,， Pond是表面蓄水,，E_t是蒸散，R_in是地下水流入,，R_out是地下水流出,，Δ S是持水量改變。

一旦水分平衡公式中各組分精確測量計(jì)算出后,，溶質(zhì)平衡情況可由如下公式計(jì)算出：

L＝Cs×S

其中L為溶質(zhì)輸入，Cs為滲漏溶質(zhì)濃度,，S為滲漏液體積

技術(shù)指標(biāo)：

1. 蒸滲儀規(guī)格：表面積1m²,，高2m；濾層25cm,；可根據(jù)需要定制其它規(guī)格的蒸滲儀

2. 裝土類型：特別設(shè)計(jì)的濕地取土系統(tǒng)取原位濕地土柱

3. 高精度稱重系統(tǒng),，分辨率：0.01mm，采樣頻率1min,，15min平均一次

4. 滲漏測量：翻斗計(jì)數(shù)器,，精確度0.1mm

5. 高精度即時地下水位模擬控制系統(tǒng)，精確度1cm

6. BTC-100微根窗根系生態(tài)觀測系統(tǒng)（備選）觀測根系生長狀況

7. 氣體通量觀測單元用于測量分析濕地土壤CO2、O2和甲烷通量（備選）：

• 氣體抽樣模塊具Baseline配置,，可手動或自動定時切換測量大氣CO2,、O2等氣體含量（baseline）和呼吸室內(nèi)CO2、O2等氣體含量,，從而更加精確地測量監(jiān)測土壤氣體通量

• 內(nèi)置溫度和大氣壓傳感器,，溫度壓力自動補(bǔ)償，高穩(wěn)定性,、高精確度

• 氧氣測量分析：燃料電池O₂分析儀,，不受水汽、CO2及其它氣體的影響,，測量范圍1－100％,，分辨率0.001%

• 二氧化碳測量分析：雙波段非色散紅外技術(shù)，測量范圍0－5％,，分辨率0.0001%

• CH4分析器（外置備選）：雙波段非色散紅外技術(shù),，量程0-10%，精度優(yōu)于1%,，分辨率1 ppm/0.0001%

8. 在線原位測量分析總氮,、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等

9. 傳 輸：無線傳輸，用戶可在ENVIdata服務(wù)器上下載,；若用戶有固定IP,，可

直接傳輸至用戶服務(wù)器

10. 傳 感 器：土壤水勢、TDR土壤含水量,、溫度傳感器,，可根據(jù)用戶要求選擇不同傳感器。

11. 安裝層數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)30,、60,、90、120cm深處,，每層均安裝各種傳感器,。

國外應(yīng)用：

Doerthe Bethge-Steffense等（2004）利用濕地蒸滲儀控制地下水狀況研究了2003年2月對德國schönbergg Deich 和W örlitz濕地的地下水位、土壤含水量,、土壤水量平衡（降雨,、蒸散、滲漏等）進(jìn)行了研究,。在研究濕地采用梯度氣象站監(jiān)測環(huán)境因子,，包括土壤溫度、水勢,、含水量,，降雨,，空氣溫濕度，地下水位傳送給蒸滲儀的控制中心,。研究**直接得到了蒸散和滲漏,，結(jié)果顯示濕地土壤含水率受濕地的地下水位動態(tài)影響，受蒸散影響有限,。在水量平衡中,，蒸散和滲漏使得土壤水儲量減少，而這是2月降雨無法補(bǔ)償?shù)摹?/p>

參考文獻(xiàn)：

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

1. R. Meißner ,， M. N. V. Prasad， G. Du Laing and J. Rinklebe（2010） Lysimeter application for measuring the water and solute fluxes with high precision. CURRENT SCIENCE,， VOL. 99 NO. 5 601-607.

2. 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