CN105067474B - 一种原位土壤蒸发量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种原位土壤蒸发量测量装置，包括采集器、称重系统，所述称重系统称重盘上放置储水箱、湿土柱，所述储水箱与所述湿土柱相邻放置，所述储水箱内部为空腔，所述储水箱设置有注水孔并与所述储水箱内部相连通，所述储水箱与所述湿土柱相邻的一侧设置有连通孔与所述储水箱内部连通，所述采集器的接线柱连接称重系统，并通过末端设置温度传感器的导线连接湿土柱与待测土壤。原位土壤蒸发量测量装置的测量准确率高，易于操作，对土壤破坏小。可连续多点定位或移动测定。来解决无法反应土壤蒸散发的空间变异性，不同大小的蒸发器对测量结果产生差异大的问题。

Description

一种原位土壤蒸发量测量装置
技术领域
本发明涉及一种原位土壤蒸发量测量装置。
背景技术
土壤蒸发量是土壤中水分通过土壤表层蒸发进入到大气中的水分，是陆地生态系统中水分循环的重要部分。在农田生态系统中，土壤蒸发量一般占作物生育期总蒸散量的20-30％，其至一般与土壤种类、作物种类和生长阶段、土壤含水量和气象条件等因素有关，是进行农田水分管理和区域水资源调配的重要基础参数。现在的土壤蒸发量测量装置一般用小型蒸发器测量，该方法为直接测量方法，即通过取原状土壤装入小型容器中进行测量，优点是可以直接测量土壤蒸发，缺点是土壤进行了扰动结构发生了一定的变化，同时土壤需要频繁的更换，劳动量大，且测量后期的土壤水分与实际土壤水分有一定差异，进而造成土壤蒸散量与实际不一致，每个蒸发器只能测量一点的土壤蒸散量。所以亟需一种原位土壤蒸发量测量装置，来解决无法反应土壤蒸散发的空间变异性，不同大小的蒸发器对测量结果产生差异大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位土壤蒸发量测量装置，来解决无法反应土壤蒸散发的空间变异性，不同大小的蒸发器对测量结果产生差异大的问题。
本发明采用以下的技术方案：
一种原位土壤蒸发量测量装置，包括数据采集器(1)、称重系统(2)，所述称重系统(2)称重盘上放置储水箱(3)，所述储水箱(3)内部为空腔并通过中间隔板分为左右两个腔室，所述一侧腔室上方设置有顶盖，将该侧所述腔室封闭，所述顶盖上设置有注水孔(5)，所述另一侧腔室内放置湿土柱(4)，所述隔板上设置有连通孔(6)，所述连通孔(6)连通左右两腔室；所述数据采集器(1)的接线柱连接称重系统(2)的数据输出端，所述数据采集器(1)通过导线末端设置的温度传感器(7)连接所述湿土柱(4)与待测土壤(8)。
所述温度传感器(7)每组2-3个。
步骤一、所述装置布置：在待测大田中选取测量位置，根据装置的大小在大田中挖坑，使得装置能够放置在坑中，保持仪器的上表面和大田表面水平，所述称重系统(2)的信号线与所述数据采集器(1)连接；
步骤二、所述湿土柱(4)内土壤填充：从邻近安装位置的田间取原装土壤，放入所述上方敞口的空腔内，即所述湿土柱(4)，保证所述湿土柱(4)的高度与大田表面水平；
步骤三、选择两组温度传感器(7)，每组2-3个；将其中的一组安装在湿土柱(4)的土壤中，安装深度约为距离土壤表层0.5cm；同样将另外一组安装在待测大田中，安装深度同样为距离土壤表层0.5cm；所有温度传感器(7)通过接线柱与数所述据采集器(1)连接；
步骤四、通过所述注水孔(5)向所述储水箱(3)内注水，直至水分达到所述储水箱(3)的4/5处；第一次注水半小时后查看所述储水箱(3)内的水分，若水分减少较多，则再次补充到所述储水箱(3)的4/5处；若为试验过程中的补充水分，则直接补充到4/5处即可；
步骤五、数据采集器1每隔1小时测量所述湿土柱(4)的土壤蒸发量，所述湿土柱(4)的温度和所述待测土壤(8)的温度，并存储在所述数据采集器(1)中；所述湿土柱(4)中的土壤蒸发量为每小时测量蒸发量的累计值；
步骤六、计算所述待测土壤蒸(8)发量，根据步骤五的测量值和公式
E＝E0*[(Tmax-Tmin)/Max(T-T0)]a计算。
本发明的优点如下：
1.原位土壤蒸发量测量装置的测量准确率高，易于操作，对土壤破坏小。
2.可连续多点定位或移动测定。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明所述储水箱正视图示意图；
图3为本发明整体所述储水箱内部结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
参见图1、2所示，一种原位土壤蒸发量测量装置，包括数据采集器1、称重系统2，所述称重系统2称重盘上放置储水箱3，所述储水箱3内部为空腔并通过中间隔板分为左右两个腔室，所述一侧腔室上方设置有顶盖，将该侧所述腔室封闭，所述顶盖上设置有注水孔5，所述另一侧腔室内放置湿土柱4，所述隔板上设置有连通孔6，所述连通孔6连通左右两腔室；所述数据采集器1的接线柱连接称重系统2的数据输出端，所述数据采集器1通过导线末端设置的温度传感器7连接所述湿土柱4与待测土壤8。
所述温度传感器7每组2-3个。
具体应用步骤如下：
步骤一、所述装置布置：在待测大田中选取测量位置，根据装置的大小在大田中挖坑，使得装置能够放置在坑中，保持仪器的上表面和大田表面水平，所述称重系统2的信号线与所述数据采集器1连接；
步骤二、所述湿土柱4内土壤填充：从邻近安装位置的田间取原装土壤，放入所述上方敞口的空腔内，即所述湿土柱4，保证所述湿土柱4的高度与大田表面水平；
步骤三、选择两组温度传感器7，每组2-3个；将其中的一组安装在湿土柱4的土壤中，安装深度约为距离土壤表层0.5cm；同样将另外一组安装在待测大田中，安装深度同样为距离土壤表层0.5cm；所有温度传感器7通过接线柱与数所述据采集器1连接；
步骤四、通过所述注水孔5向所述储水箱3内注水，直至水分达到所述储水箱3的4/5处；第一次注水半小时后查看所述储水箱3内的水分，若水分减少较多，则再次补充到所述储水箱3的4/5处；若为试验过程中的补充水分，则直接补充到4/5处即可；
步骤五、数据采集器1每隔1小时测量所述湿土柱4的土壤蒸发量，所述湿土柱4的温度和所述待测土壤8的温度，并存储在所述数据采集器1中；所述湿土柱4中的土壤蒸发量为每小时测量蒸发量的累计值；
步骤六、计算所述待测土壤蒸8发量，根据步骤五的测量值和公式E＝E0*[(Tmax-Tmin)/Max(T-T0)]a计算。
其测量原理为，利用称重系统和数据采集器连续测量湿土柱的土壤蒸发量E0，同时利用温度传感器分别测量湿土柱表层的温度T0和待测土壤表层的温度T。湿土柱由于土壤蒸发水分减少，这时利用储水箱通过连通孔补充湿土柱内的水分，以保持湿土柱内土壤水分充足。当储水箱内的水分不足时，利用注水孔向储水箱内补充水分。
利用测量的湿土柱的土壤蒸发量E0结合湿土柱表层温度T0和待测土壤表层温度T计算待测土壤的蒸发量E，其计算公式一般为：
E＝E0*[(Tmax-Tmin)/Max(T-T0)]a (式1)
其中：E为所述待测土壤8的蒸发量；E0为湿土的蒸发量；Tmax和Tmin为一天内所述待测土壤8温度的最大值和最小值；T为所述待测土壤8表层温度；T0为湿土表层土壤温度；Max(T-T0)为一天内所述待测土壤8温度和湿土土壤温度的最大温度差值；a为回归参数。
本发明是一种原位土壤蒸发量测量装置，用于测量实际的土壤蒸发量，其实施包括六个步骤。下面以北京通州的裸地农田为例说明测量过程，在(式1)中，事例土壤的a参数拟合值为2。下面详述本装置测量土壤蒸发量的各步骤：
步骤一、装置布置：在待测大田中选取合适的测量位置，根据装置的大小在大田中挖坑，使得装置能够放置在坑中，保持仪器的上表面和大田表面水平。所述称重系统2的信号线与所述数据采集器1连接。
步骤二、所述湿土柱4内土壤填充：根据湿土柱的尺寸大小，从邻近安装位置的田间取原装土壤，放入所述上方敞口的空腔内，即所述湿土柱4，保证所述湿土柱4的高度与大田表面水平。
步骤三、选择两组温度传感器7，每组2-3个。将其中的一组安装在湿土柱4的土壤中，安装深度约为距离土壤表层0.5cm；同样将另外一组安装在待测大田中，安装深度同样为距离土壤表层0.5cm；所有温度传感器7通过接线柱与数所述据采集器1连接。
步骤四、通过所述注水孔5向所述储水箱3内注水，直至水分达到所述储水箱3的4/5处。第一次注水时，考虑到所述湿土柱4内的土壤比较干燥，所述储水箱3内的水分会通过所述连通孔6流入湿土柱4内并湿润所述湿土柱4内的土体，用水量较大，一般等半小时后查看所述储水箱3内的水分，若水分减少较多，则再次补充到所述储水箱3的4/5处。若为试验过程中的补充水分，则直接补充到4/5处即可。
步骤五、采集所述湿土柱4的土壤蒸发量，所述湿土柱4的温度和待测土壤的温度。利用所述数据采集器1每隔1小时测量所述湿土柱4的土壤蒸发量，所述湿土柱4的温度和所述待测土壤8的温度，并存储在所述数据采集器1中。所述湿土柱4中的土壤蒸发量为每小时测量蒸发量的累计值，总共24小时的累积蒸发量为3.0mm。同时测量得到所述待测土壤8表层温度的日最大值为40℃，最小值为20℃，一天内所述待测土壤8温度和所述湿土柱4内土壤温度的最大温度差值Max(T-T0)为30℃。
步骤六、计算所述待测土壤蒸8发量。根据步骤五的测量值和(式1)可知，湿土蒸发量E0＝3.0mm；所述待测土壤8一天内表层土壤温度的最大值和最小值差值为(Tmax-Tmin)＝(40-20)＝20℃；一天内所述待测土壤8温度和所述湿土柱4内土壤温度的最大温度差值Max(T-T0)＝30℃。将数值带入式(1)可得E＝3.0*(20/30)2＝1.33mm。说明当天的待测土壤蒸发量为1.33mm。

Claims (3)

1.一种原位土壤蒸发量测量装置，包括数据采集器(1)、称重系统(2)，其特征在于:所述称重系统(2)的称重盘上放置储水箱(3)，所述储水箱(3)内部为空腔并通过中间隔板分为左右两个腔室，所述一侧腔室上方设置有顶盖，将该侧所述腔室封闭，所述顶盖上设置有注水孔(5)，所述另一侧腔室内放置湿土柱(4)，所述隔板上设置有连通孔(6)，所述连通孔(6)连通左右两腔室；所述数据采集器(1)的接线柱连接称重系统(2)的数据输出端，所述数据采集器(1)通过导线末端设置的温度传感器(7)连接所述湿土柱(4)与待测土壤(8)。
2.根据权利要求1所述的一种原位土壤蒸发量测量装置，其特征在于：所述温度传感器(7)每组2-3个。
3.权利要求1和2任一项所述的一种原位土壤蒸发量测量装置的应用，其特征在于：
步骤一、所述装置布置：在待测大田中选取测量位置，根据装置的大小在大田中挖坑，使得装置能够放置在坑中，保持仪器的上表面和大田表面水平，所述称重系统(2)的信号线与所述数据采集器(1)连接；
步骤二、所述湿土柱(4)内土壤填充：从邻近安装位置的田间取原装土壤，放入所述上方敞口的空腔内，即所述湿土柱(4)，保证所述湿土柱(4)的高度与大田表面水平；
步骤三、选择两组温度传感器(7)，每组2-3个；将其中的一组安装在湿土柱(4)的土壤中，安装深度约为距离土壤表层0.5cm；同样将另外一组安装在待测大田中，安装深度同样为距离土壤表层0.5cm；所有温度传感器(7)通过接线柱与数所述据采集器(1)连接；
步骤四、通过所述注水孔(5)向所述储水箱(3)内注水，直至水分达到所述储水箱(3)的4/5处；第一次注水半小时后查看所述储水箱(3)内的水分，若水分减少较多，则再次补充到所述储水箱(3)的4/5处；若为试验过程中的补充水分，则直接补充到4/5处即可；
步骤五、数据采集器(1)每隔1小时测量所述湿土柱(4)的土壤蒸发量，所述湿土柱(4)的温度和所述待测土壤(8)的温度，并存储在所述数据采集器(1)中；所述湿土柱(4)中的土壤蒸发量为每小时测量蒸发量的累计值；
步骤六、计算所述待测土壤(8)蒸发量，根据步骤五的测量值和公式E＝E0*[(Tmax-Tmin)/Max(T-T0)]a计算，其中：E为待测土壤(8)蒸发量，E0为湿土柱的土壤蒸发量，T0为湿土柱表层的温度，T为待测土壤表层的温度，Max(T-T0)为一天内所述待测土壤(8)和湿土土壤温度的最大温度差值；a为回归参数，Tmax和Tmin分别为一天内所述待测土壤(8)温度的最大值和最小值。
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