称重式蒸渗仪系统在农田蒸散研究中的应用

撰稿人: 日期:2015-10-12 点击次数:7475

在农田水量转化各分量中,蒸散与潜水蒸发是最难测定的,在地下水浅埋地区,地下水通过毛管上升而补给,土壤水的作用十分明显,对作物生长意义重大。蒸渗仪(Lysimeter,曾译作腾发器、蒸渗器等)是一种设在田间反映田间的自然环境或温室内 (人工模拟自然环境)装满土壤的大型仪器,仪器中的土壤表面或者裸露,或者种植各种作物,用来测量裸土蒸发量或作物的腾发量、潜在腾发量以及深层渗漏量。蒸渗仪早在19世纪后期就已经用于研究植物水的利用,现在蒸渗仪已成为农田测定蒸腾蒸发的标准仪器。蒸渗仪可分为称重式和非称重式两种。非称重式蒸渗仪通过控制地下水位,测定补偿水量,国外也称谓排水型蒸渗仪其安装操作简单,造价低。称重式蒸渗仪可分为液压式、机械式、电子称重式等,能测定短时段的腾发量,精度高,造价也高。蒸渗仪在农田水文中的应用大致可分为3个方面:( 1)测定蒸腾蒸发量,或蒸发量和腾发量,研究农作物的耗水规律。( 2)和其它仪器一起测定土壤水中各种化学成分的含量,研究化肥和农药等对土壤水和地下水的作用与影响。( 3)测定土壤水向下的渗漏量,研究土壤水量平衡和地下水补给。大型蒸渗仪应用于测量蒸腾蒸发量( ET)的精度受多种因素影响。
称重式蒸渗仪系统通常由蒸渗桶、称重系统、土壤水位水势控制系统、数据记录及传输系统、供电及雷电保护系统、渗漏水取样系统、维护系统等组成。

姜峻等应用蒸渗仪系统研究了大豆不同生育期的蒸散量及水分利用效率。结果如下列表格所示:



从上述表格中可以看出,田间蒸渗仪系统的观测结果符合作物生长过程地上生物量的变化,通过蒸渗仪内蒸散量与裸地蒸发量的计算可以算出黄豆在不同生育期中作物对水分的利用情况。植物每日净耗水量也以结荚期为最高1.09mm/d。
从水分利用效率来看,黄豆在生育期内水分利用效率依次为:鼓粒期>开花期>结荚期>成熟期>苗期,与生物地上生物量成正比。表明该作物在生长过程中,开花期、结荚期、鼓粒期为干物质积累的关键时期,对作物产量有着重要的影响。
在作物整个的生育期中,蒸渗仪内的土壤水分变化规律在整个土壤水分剖面中(0—200 cm)含水量大部分为8%~21% (体积含水量) ,基本可满足于作物生长的水分需求。在黄豆生长季初、末(图3) 土壤含水量平均在8%~19%,占田间持水量的18%~50%,土壤无明显水分亏缺现象。0—200 cm之间,各层耗水较为均匀,含水量变化不大。在黄豆开花期、结荚期、鼓粒期,土壤含水量低于春季(平均在12%~14%)占田间持水量的20%~40%,尤以结荚期表现明显,有水分亏缺现象。
在整个生长季中,水分变化集中在0—120cm土层中,土壤水分变化比较活跃,120—200cm土壤含水量变化不大。由于当年降雨量为542 mm,生育期集中降雨498.3 mm,占到降雨量的92%。降雨的补充已可以满足农作物生长的需求,土壤中含水量较高。
相对比而言,裸地(图4)在当年生育期中水分无显著变化,0—50cm范围内,在生长初期的裸地中土壤含水量略低于后期,但100—200cm以下变化很小,基本占到田间持水量的50%~65%。随着降雨的入渗,到9月28日从实际所观测到的数据表明,土体中的土壤水分含量趋于相同,接近田间持水量的60%,在收获期裸地的土壤含水量为18%~21% 几乎0—200cm土体中水分变化不大。
结论:田间蒸渗仪系统可以较好地代表大田的情形,为农用水分过程研究提供了一种更系统更综合的测量工具。在无人值守的情况下,可以连续测定土体内土壤水分的变化情况。
随着田间蒸渗仪的应用越来越广泛,蒸渗技术也得到了很大的发展,如德国UMS公司的LY-UMS系统蒸渗仪,可以实现水位控制、也可自动根据罐体外大田的水势,调节蒸渗仪底部的水势,使罐体内外在同一深度的水势相同,从而确保蒸渗仪罐体内的水分运移与交换与罐体外一致。此外,该蒸渗仪采用圆形罐体,各方向受力均匀,避免了方形罐体拐角处土壤受到更大挤压从而破坏土壤结构的问题;该蒸渗系统的称重系统由均匀分布的三个直接称重传感器的读数平均得到,不仅提高了精度,亦可避免风对测量结果的影响。该蒸渗系统还可以对土壤溶液自动采样,用于分析营养元素和污染元素的运移。相信随着蒸渗技术是发展,反过来也将促进蒸渗仪在各领域的应用。
 

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