SOILSCOPE 生态水文过程≡观测模拟设施█

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品　　牌：澳作

产品型号：SOILSCOPE

适用范围：高教

所在地区：德国

应用学校：黑龙江水科院,安◣徽水科院,长江科学院,中国农科院草原所

详细说明

一、应用

SoilScope 土壤生态水文观测模拟设施可实现地下水位调控，超渗产流实时监测，是水文、水资源领域研究“四水”转换的重要设施，为发展区域水文模型、水资源管理提供支撑数据。

SoilScope设施既可人为♀设定蒸渗罐体内的水位，得到实时潜水蒸发量，也可自动记录水位、水势的瞬时值，在与大田水势梯度一致的情况下，得到罐体内的土壤水动力学参数，水位变化量、渗漏量，揭开大田“黑箱”中的水文过程。

在降雨和灌溉过程中，还□可以实时自动记录产流量。

高精度称重单元可测量各种类型降雨，从结露到下霜等。在各种气候和∞水分条件下测量与大田相︻同情况的蒸散量、表层的实时蒸散值。

因蒸渗仪表面积可用户定制，可得到最佳降雨数据。物质平衡、水量平衡和其它结果可从蒸渗仪尺寸及表面推广到更大的尺度。

SoilScope设施在作物主根域，通过测量土壤不同深度的水量平衡和基质势，提供可用水量、干旱胁迫、过度施肥和过度灌溉预警。孔隙水卐取样，可将大田可用的水、肥可视化，用于确定可用肥力和地下水污染的潜在威胁。

二、系统设计

2.1 系统组成和功能

SoilScope 生态水文过程观测模拟设施由土柱、称重系统、地下水连通』单元、产流仪、土壤水温电导率传感器、土壤溶液取样单元、EcoScope蒸渗中心软件组成，电源、维护井或地下室组成。

2.1.1两※种水位调控模式

罐体内地下水位控制有两种模式，即自动跟踪与人为设定，水位精度可达0.2mm。补水、排水精度达到0.001mm。

1）实现传统的固定地下水位

人工设定固定水位，水位平衡系统自动控制水泵，当罐体内水位低∏于设定值，水泵向罐体内注水；当罐体内水位高于设定值，水⊙泵自动从罐体向外抽水，始终保持罐体水位在设定值附近。向罐体内注入的水和从罐体向外抽出的水，都经过高精度电子称精确称量，分辨率高达0.001mm。

罐体底部的地下水连通器，与受控的▽双向高压泵相连，当罐体内』的水位低于设定值时，水泵通过连通器向罐体内注水，使罐体内水位上〖升，达到预定水∑　位时，停止注水。反之，当罐体内的水位高于设定值时，水泵通过连通器向罐体外抽水，使柱体内水位下降，达到预定水位时，停止抽水。

向罐体内注入的水量和从罐体向外抽取的水量，都会被设置的称重ω　单元精确计量，计量∑精度达到0.001mm。罐体内★的水位值，由精密的水位计测量，测量精度】达到0.2mm。

2）自动跟踪水位模式

水位平衡系统同时测量罐体内部水位和大田地下水位，自动跟踪大田水位，保持罐体内水位与大田的地下水位在相同的水△平。控制动作过程与人为设定模式一样。大田的水位∮值，也是由精○密的水位计测量，测量精度达到0.2mm。自动水〖位调控方式，相当于把罐体内的地下水位与大田地下水位连通，用于完全模拟自然的田间水分状况。

水位控制系统，每小时测量一次水位，并补充或抽取蒸散水量，可以得︾到罐体内蒸散的日变化曲线。

3）人为设定水位调控模式

水位调控可以兼容两种控制、调节方式，即人为设定和自动调控。

人为设定模式：罐体内部水位完全由人工任意设置，最高可以到罐体内土壤表面，最低可以将罐体内部自由水完全排空。人为设定模式可以根据实验目的，任意改变罐体内的地下水位，并观察在不同的地下水位时作物的水分利用情况。

2.1.2 产流（Runoff）收集与测量¤

由罐体内地表产流的收集装置、导流管、200kg缓冲储水箱、高精度电子称组成。

径流收集装置可设置在罐体内土壤表层的中部，一个漏斗形的带过滤网的进水口，可以调整进水口高度，避免被土壤堵塞。

2.1.3 地下水连通控制器

1）确保罐体☆内的土壤水文过程与大田一致

蒸渗仪柱体底部的【水势参数是衡量蒸渗仪土柱与野外实际情况是否一致的必要指标，也是影响蒸渗仪土柱内植物生长环境的关键指标。

国内蒸渗透仪系统底部的处理一般采用碎石和细砂作为滤层，使用过程中无法得到底部水势参数，此外，长年的运行，也会导致底部的微生物环境与罐体外大相径∩庭。

SoilScope系统底部的地下水ㄨ连通器可实现底部的注水※或排水，且质地坚硬，能承载数十吨重的土体重量。除用于测定田间水势的变化外，还可测量排水量,定量控制蒸渗仪柱体底部的水势。蒸渗仪底部水势↓和罐体外部水势始终保№持一致。

2）自动实施排水和补水：当地▆下水埋深比较深，传统的蒸渗仪系统的土柱体∏高度无法达到地下水位时，无法调节柱体底部水势。SoilScope系统配置了带有称重系统的水桶，能提供或接收连通器的排水，也能从水桶中抽水，实现补水，且排水量和补水量自动被数据采集器存储和记√录。

2.1.4自动溶液取样单元：土壤溶液的取样是系统自动完成的。自动采→样泵的数据也可记录在数据采集器中。传统的蒸渗仪系统一般采用人工采样，耗时耗力，且无①法实现定时采样。

自动采样泵：可连续输出或张力控制输出。带键盘和彩色、背景光显示屏幕，可方便设置和查看。可长期、连续运行。用于精确的孔隙水和渗漏水取样。是目前国际独创技术和产品，广泛用于欧盟蒸ω　渗站。

2.1.5土壤传感器

EcoScope系统中采用的土壤水分传感器有两种可选。此两种传感器都获得了“水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心”检测合格证。

来自德国是市场唯一的TDR原理土壤水分传感器，确保在测量土壤水分的过程中，不受土壤温度、电导率的影响。该传感器技术在全球已经使用了近三十年，用户遍◎布欧盟、美国、英国、加拿大、亚洲等国家实验室、大学和科研机构。

采用负压原理测量土壤水势，不受土壤电导率的影响，适用于农田研究。采用外部注水，维护方便。带有温◥度传感器，液面指示器，便于注水时检测气泡，同时便于冬季排水，保护冻土层陶瓷杯，性能稳定、耐用是目前广泛用于欧盟蒸渗站的传感器。

2.1.6 SoilScope设施数据采集和传输

中心控制软件EcoScope 是澳作生态仪器公司自行『研发设计卐、拥有软件著作权的的专业生态环境采集、计算软件。用户可自由选择同时显示在屏幕上的测□点数据，如浏览各柱体的重量、产流量、各层土壤水分、温度、EC数据；同一界面显示同一柱体多层、或不同柱体同一层的土壤参数；对比显示不同柱体的重量、产流量、各层土壤水分、温度、EC数据；显示计算的参数如ET、潜水蒸发量。