EcoScope 自然生态过程观测模拟设施

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一、应用
 
EcoScope 自然生态过程观测设施配置了第三代蒸渗技术,提供了真实的土壤-生物-大气环境,即可用于长期生态学研究,发展草地、森林、湿地、荒漠生态系统的水循环、碳、氮循环模型,也可用于区域尺度,研究气候变化对植被、土壤生态环境的影响。
 
自 2008 年开始,欧盟已采用此第三代蒸渗仪技术(TERENO 项目)研究气候变化和土地利用变化对陆地生态系统的影响。作物光合、蒸腾、叶面积指数、冠层温度、光谱、元素运移与土壤水力学参数的动态耦合,为作物水分利用效率、农作物生长和产量研究提供了科研平台。
 
 
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、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。
 
对于研究冬季降雪量和冻融过程对植物生理影响的用户,需要配置降雪控制器。
 

 
2.1.1 地下水连通控制器
 
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,
 
 2.1.2 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,且无法实现定时采样。
 
自动采样泵:高精度真空泵,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,广泛用于欧盟蒸渗站。
 
2.1.3 CO2 通量或温室气体自动测量
 
 
2.1.4 土壤传感器
EcoScope 系统中采用的土壤水分传感器有两种可选,即AIM-TDR 及AZS-3。AIM-TDR 来自德国 IMKO 公司定制产品,其技术与 Trime-PICO 相同,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。
 
EcoScope 数据采集和传输
 
 
采用网线传输数据,也可采用澳作生态仪器有限公司研制的、拥有软件著作权的Web 数据服务平台ENVIdata。
 
EcoScope 中心控制软件,中心控制软件EcoScope 是澳作生态仪器公司自行研发设计、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、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、各层土壤水分、温度、EC数据;显示计算的参数如ET 。
 
 植物生理监测单元
 
EcoScope 还可选配植物光合、荧光、根系、叶面积测量单元,研究作物耗水量、产量等目标的影响因子及与环境的相关性。

系统布设:
 
土柱直接放入大田,中间是维护井。上部有温室气体自动循环测量系统。
 
 
降雪和融雪是很重要的水文过程。Ec oS cope 农田生态过程观测模拟设施可通过旋转切割技术测量降雪量及降雪增长量(可选配置),通过运行系统的测量数据可看出,实测的蒸渗仪重量和计算值很吻合,如下图。该专利技术。已安装在欧盟 100 多个蒸渗系统中。
 三、应用案例
 
欧盟 TERENO SoilCAN-气候反馈机理项目的研究目标是气候变化对如下生态因子影响的特
 
征分析和定量分析,该项目建造了 300 多土柱,均采用 EcoScope 中的设计和技术。
 
n C-/N 循环 和 C-/N 储量的变化
 
n 生物-大气界面上温室气体的交换
 
n 植被和微生物多样性及 C 和 N 的动态变化,以及与生物多样性变化的耦合关系
 
n 陆地水文(水量平衡,降雨变化,极端水文-气象事件(洪涝、干旱)、渗漏水质和水量、持水能力)


在温度相差 2.5c 降雨量相差 500mm 的三个站,交换安装土柱。如下图


 该项目发表的文献:
 
2009-2013 年,TERENO 项目发表的部分论文如下(最新文献交流会上咨询):
 
Bauer, J., Weihermüller, L., Huisman, J. A., Herbst, M., Graf, A., Séquaris, J. M. and Vereecken, H. (2012): Inverse determination of heterotrophic soil respiration response to temperature and water content under field conditions. Biogeochemistry, 108 (1-3), S. 119-134. 大田条件下土壤异养呼吸与土温和土壤水分相关性反求
 
Germer, S., Kaiser, K., Bens, O. and Hüttl, R. F. (2011): Water balance changes and responses of ecosystems and society in the berlin-brandenburg region - A review. - In: Die Erde, 142 (1-2), S. 65-95.柏林 brandenburg 地区水量平衡变化及其对生态系统和社区的响应
 
Kolditz, O., Rügner, H., Grathwohl, P., Dietrich, P. and Streck, T. (2013): WESS: an interdisciplinary approach to catchment research. - In: Environmental Earth Sciences, 69 (2), S. 313-315.用于流域研究的内部规律研究方法
 
Kunkel, R., Sorg, J., Eckardt, R., Kolditz, O., Rink, K. and Vereecken, H. (2013): TEODOOR: a distributed geodata infrastructure for terrestrial observation data. - In: Environmental Earth Sciences, 69 (2), S. 507-521. 用于生态观测数据的分布式地理数据共享平台
 
Kunstmann, H., Papen, H., Butterbach-Bahl, K., Kiese, R., Marx, A. and Schmid, H. (2007): TERENO ("Terrestrial Environmental Observatories"): Establishment and Upgrading of a Terrestrial Observatory "Alpine upland" for Long Term Observations of the Impact of Global Change Factors on Biosphere-Hydrosphere-Atmosphere Interactions. In AGU Fall Meeting Abstracts , 1, S. 1212. 用于长期观测全球气候变化因子对生物圈-水圈-大气圈内部机制影响的阿尔卑斯高地-生态观测台的建立和更新
 
Lu, H., Diaz-Pines, E., Fu, J., Butterbach-Bahl, K. and Kiese, R. (2013): Impact of climate change on greenhouse gas fluxes of (pre-) alpine grassland soils. - In: EGU General Assembly Conference Abstracts, 15, S. 4631. 气候变化对阿尔卑斯山草地土壤温室气体排放通量的影响
 
Schelle, H., Iden, S. C., Fank, J. and Durner, W. (2012): Inverse estimation of soil hydraulic and root distribution parameters from lysimeter data. - In: Vadose Zone Journal, 11 (4).蒸渗仪数据反求估算土壤水文及根系分布参数


 
 
 
 
 
 
 

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