CN109781958A - 一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置，利用保护桶、容器桶、渗漏水计量传感器、称重传感器、土壤温度传感器、双向温控交换管道、制冷通风网管、加热通风网管，由多路数据采集存储系统检测到蒸发变化的信号电压值，测定植物水分蒸发、土壤渗漏采集仪对容器中的植物蒸腾、将信号值除以传感器的电压—力值灵敏系数即可得到容器重。将容器和植物的总重量称出。不同时刻的重量差值即为这段时间内的水分蒸散量。本发明结构简单，使用方便。可广泛应用于林业学、生态学、水库、工矿工程防观测等方面的研究。

Description

一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过改变土壤温度影响植物生长过程，同时测定植物水分蒸发、土壤渗漏变化的电子仪器。

背景技术

全球气候变化、温度上升背景下，从不同角度探讨植物群落结构变化已经是重要且热门的研究课题。青藏高原地区的生态典型性，对气候因素的响应更为敏感且后续影响重大。为此，需要测定该地区各种植物在不同温度影响下蒸腾耗水量及其在生育期内的变化规律。同时还需要确定不同温度影响下土壤植被联合体对水分的涵养、利用情况，以及温度变化对植被盖度的恢复作用及其作用机制等。这些对于研究青藏高原植被的保护、气候变化应对策略的制定以及基于生态保护的自然资源合理开发利用都具有重要的实践意义。

蒸散计（Lysimeter）是测定植物生育耗水量的仪器，对于干旱及半干旱地区水分循环研究是不可或缺少的仪器。在治理荒漠化、研究土壤植被连续体等领域，测定植物蒸腾耗水量，监测植物水分蒸发、土壤渗漏量与环境的关系。现有的蒸渗装置主要关注容器的重量变化，对蒸散计容器内的原装土壤进行了人为扰动破坏原有地层结构，蒸渗仪容器底部由于安装称重传感器造成整个容器内的植物工作在底部空间大的空气环境下生长，地下室存在对植被的生长环境破坏和人为干扰，以及温度无法实现控制，进而无法满足实际科研的需求。因此，本发明基于现有技术局限和科研需求，设计加工了一种原状土可双向控温的植物生长蒸渗装置，用于野外植物的生长监测分析。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置。通过对植物称重和对容器内土壤控温，从不同土壤温度下对植物蒸发、土壤渗漏测量，进行研究分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置，装置主要是由保护桶、容器桶、土壤水渗漏嘴、翻斗式渗漏水计量传感器、称重传感器、称重支撑平衡钢球、径漏嘴、制冷送风控制装置、加热送风控制装置、双向温控交换管道、制冷通风网管、加热通风网管、制冷通风扇、制冷散热排气扇、制冷气流、加热气流、土壤温度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、多路数据采集存储系统、太阳能供电系统、支架组成。取完原状土后，将带有径流嘴的园钢板焊在容器桶的底部，容器桶内存放原状土，容器桶置放在保护桶内，原状土中埋设土壤温度传感器，底部放置土壤水过滤层，容器桶外有土壤水渗漏嘴，土壤水渗漏嘴焊接在容器桶底板上，一端露出容器桶外与保护桶底部的排水孔相连；在保护桶端部外围每隔120°焊接有称重支座，称重支座上安放放有抗偏差支撑平衡钢球；容器桶上边沿焊有三个容器支架，容器支架下部有圆弧对应支撑平衡钢球，容器桶底部径漏嘴与径流管相接，径流管下接径流记录计；径漏嘴的底部安装有翻斗式水渗漏计量传感器，容器桶底部焊有三个高于翻斗式渗漏水计量传感器的保护支腿，容器桶内有制冷通风网管和加热通风网管，制冷通风网管和加热通风网管上端有制冷送风控制装置和加热送风控制装置控制的制冷通风扇和制冷散热排气扇、制冷通风网管相互通过双向温控交换管道与加热通风网管连接，制冷通风网管有制冷气流，加热通风网管有加热气流；支架上设置雨量传感器、风速传感器、风向传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和多路数据采集存储装置，多路数据采集存储装置通过供电线路与制冷送风控制装置和加热送风控制装置连接, 太阳能供电系统包括太阳能充电控制器和锂电蓄电瓶充电.通过导线分别与多路数据采集存储装置、制冷送风控制装置、加热送风控制装置、称重传感器连接。保护桶外有高精度供桥装置和雨量传感器。

本发明的优点是：

1.称重传感器在容器底部，安装节省了地下室空间，减少土建施工难度和大大节约施工成本，节省了保护桶的材料和加工成本，容器安装、传感器维修更换方便。

2.本发明由于容器内装的是当地试验用的原状土，没有破坏土层结构，与大田里土层结构一样，使得容器内测量的植物蒸腾数据更加符合实际效果。

3.本发明增加了现场七要素小气候采集装置，根据现场实际风速、风向、空气温湿度、地温和降雨数据更精确的计算出水分收支平衡。

4.采用太阳能直流供电方式，使得装置能在野外高原、沙漠恶劣环境无交流电的情况下开展工作，保证数据采集的连续性。

5.土壤内埋入冷却、加热送风透气网管通过制冷模块制冷散热原理，为土壤层双向控制容器内土壤温度变化各层温度传感器向多路数据采集存储装置传输温度变化数据，满足植物生长蒸渗研究所测数据的要求，

6.本发明结构新颖，易加工，价格低廉，可以制作成各种规格大小圆筒或者方筒的称重容器。可以提供双向控制原状土内的温度变化，为研究大气-植物-土壤水分运动规律，制定合理、科学的灌溉方法，节约用水，促进农作物、植物和牧草生长都将产生积极作用。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置，保护桶1、容器桶2、原状土3、土壤水过滤层4、土壤水渗漏嘴5、翻斗式渗漏水计量传感器6、保护支腿7、排水孔8、称重支座9、称重传感器10、高精度供桥装置11、容器支架12、支撑平衡钢球13、漏嘴14、径流管15、径流记录计16、制冷送风控制装置17、加热送风控制装置18、双向温控交换管道19、制冷通风网管20、加热通风网管21、制冷通风扇22、制冷散热排气扇23、制冷气流24、加热气流25、雨量传感器26、土壤温度传感器27、风速传感器28、风向传感器29、空气温度传感器30、空气湿度传感器31、多路数据采集存储系统32、太阳能供电系统33、供电控制系统34、锂电蓄电池35渗漏排水孔28、供电线路36、支架37组成。容器桶2直径×深为（￠1.13 m×1.2m）。

将保护桶1埋入试验场地。保护桶1采用5mm厚的钢板焊接而成，并且采用5×5mm角铁加固，内外壁除锈且采用防锈漆处理。保护桶1桶口高出地面100㎜固定牢固。在田地上挖圆柱状土柱，将容器桶2置入土柱中，整体取完原状土后，将带有径流嘴14的园钢板焊在容器桶2的底部，容器桶2内存放原状土3。容器桶2置放在保护桶1内，桶内外壁除锈且采用防锈漆处理。保护桶1直径大于容器桶2，容器桶2与保护桶1有6㎜的空隙互相不能接触。容器桶2内原状土3中栽种植物，并且在原状土3 中50㎜、100㎜、200㎜、400㎜、600㎜、800㎜不同深度埋设土壤温度传感器27。容器桶2底部放置有100毫米厚的土壤水过滤层4，桶外设有土壤水渗漏嘴5。土壤水渗漏嘴5是由一根直径1吋的镀锌花管外包锦纶网焊接在容器桶2底板上，漏嘴一端露出容器桶外，与保护桶1底部的排水孔8相连，用于排除容器桶2中的土壤渗漏水。在保护桶1端部外围每隔120°焊接有称重支座9，称重支座9上放有称重传感器10，称重传感器10顶部放有抗偏差支撑平衡钢球11。容器桶2上边沿焊有三个容器支架12，容器支架12下部的圆弧对应支撑平衡钢球11，径漏嘴14的焊在容器桶2的底部，径漏嘴14的底部安装有翻斗式渗漏水计量传感器6，容器桶2底部焊有3个高于渗漏水计量传感器6的保护支腿7，支撑容器桶2。容器桶2内埋有2个不锈钢送气网管，一个是制冷送风控制装置12，制冷送风控制装置12通过制冷通风扇17形成制冷气流16，送冷却气体；一个是加热送风控制装置13，通过制冷散热排气扇18形成加热气流15，送加热气体。制冷送风控制装置12和加热送风控制装置13可根据试验要求控制调整给土壤加温降温。冷却温度通过直流制冷模块送风完成，加热温度通过冷却能量散热风经过双向控温交换管道14向另一个原状土容器内土壤送风加热升温达到试验要求。为了高精度准确计算植物蒸渗量，还要与田间小气候数据来分析，支架37上安装有风杯、风向标和量雨器。设置了雨量传感器26、风速传感器28、风向传感器29、空气温度传感器30、空气湿度传感器31和数据存储器采集系统32，通过2米高风速杯，风向标、空气温湿度计及降雨量换算植物蒸发量和渗漏量。太阳能供电系统33包括太阳能充电控制器34和锂电蓄电瓶26.通过导线分别与数据存储器采集系统32、制冷送风控制装置17、加热送风控制装置18、称重传感器9连接。全部通过数据存储器采集系统32完成采集、控制、储存来完成。

保护桶1外有高精度供桥装置11。

植物、土壤水分蒸发量通过在其容器桶底部下方离中心半径为500mm的圆围上三足鼎立地安装三个称重传感器10，称重传感器10选用最大量程均为1000kg、精度为万分之二。称重传感器10与底座之间用平面型承压垫配合，可有效地防止横向力及热膨胀力造成的误差。承压轮辐式称重传感器中的电阻应变片经过各种必要的补偿接成惠斯登电桥，惠斯登电桥供以稳定直流电压，从电桥输出端则可得到与容器重量成正比的电压信号。用高精度拱桥装置11给传感器供电，由多路数据采集存储系统32检测到蒸发变化的信号电压值，将信号值除以传感器的电压—力值灵敏系数即可得到容器重。将容器和植物的总重量称出。不同时刻的重量差值即为这段时间内的水分蒸散量。同时多路数据采集存储系统32还对风向，风速值、空气温湿度和雨量进行同步采集存储田间小气候值，采集时间基本固定在上午8点和晚上8点，与气象观测同步，这种方法准确直观，能实现连续观测是经典的蒸发观测方法。本发明可以测量作物在一昼夜内蒸腾耗水量的变化规律。一般都是地面裸露或种有植物的盛土容器，利用它测定原状土容器桶内给定时段内的来水量和排水量，即确定水量平衡方程中的各个项目。其方程表示如下：（1-1）式中，来水量：--大气降水量(mm)，--灌水量(mm)，排水量：--蒸散量(mm)，--深层土壤的渗漏量(mm)，--土壤含水量的变化量(mm)，--地表径流，流入或流出蒸渗仪的水量(mm)。

本发明装配时，容器桶2边缘都高于地面，以防止地表水的水平交换，因为一般在平原地区地表径流很小，土壤水水平交换少，因此＝0。这样，方程式可以改写为：（1-2），这里和很容易用标准容器直接计算，可以用自动翻斗雨量计测量，可以用直接称重测得。这样，可以很容易的求出。在没有降水或灌溉和渗漏时，直接称重得到的即为。从这个意义上讲，通过直接测量而取得，认为是直接称重测量。

Claims (1)

1.一种原状土可双向控温测定植物生长蒸渗装置，主要是由保护桶（1）、容器桶（2）、土壤水渗漏嘴（5）、翻斗式渗漏水计量传感器（6）、称重传感器（10）、称重支撑平衡钢球（13）、漏嘴（14）、制冷送风控制装置（17）、加热送风控制装置（18）、双向温控交换管道（19）、制冷通风网管（20）、加热通风网管（21）、制冷通风扇（22）、制冷散热排气扇（23）、制冷气流（24）、加热气流（25）、土壤温度传感器（27）、空气温度传感器（30）、空气湿度传感器（31）、多路数据采集存储系统（32）、太阳能供电系统（33）、支架（37）组成，其特征是取完原状土后，将带有径流嘴（14）的园钢板焊在容器桶（2）的底部，容器桶（2）内存放原状土（3），容器桶（2）放置在保护桶（1）内，原状土（3）中埋设土壤温度传感器（27），底部放置土壤水过滤层（4），容器桶（2）外有土壤水渗漏嘴（5），土壤水渗漏嘴（5）焊接在容器桶（2）底板上，一端露出容器桶外与保护桶（1）底部的排水孔（8）相连；在保护桶（1）端部外围每隔120°焊接有称重支座（9），称重支座（9）上安放抗偏差支撑平衡钢球（13）；容器桶2上边沿焊有三个容器支架（12），容器支架（12）下部有圆弧对应支撑平衡钢球（13）；容器桶（2）底部径漏嘴（14）与径流管（15）相接，径流管（15）接径流记录计（16）；径漏嘴(14)的底部安装有翻斗式渗漏水计量传感器（6），容器底部焊有3个高于翻斗式渗漏水计量传感器（6）的保护支腿（7），容器桶（2）内有制冷通风网管（20）和加热通风网管（21），制冷通风网管（20）和加热通风网管（21）上端有制冷送风控制装置（17）和加热送风控制装置（18）控制的制冷通风扇（22）和制冷散热排气扇（23）、制冷通风网管（20）相互通过双向温控交换管道（19）与加热通风网管（21）连接，制冷通风网管（20）有制冷气流（24），加热通风网管（21）有加热气流（25）；支架（37）上设置雨量传感器（26）、风速传感器（28）、风向传感器（29）、空气温度传感器（30）、空气湿度传感器（31）和多路数据采集存储装置（32），多路数据采集存储装置通过供电线路（36）与制冷送风控制装置（17）和加热送风控制装置（18）连接, 太阳能供电系统（33）包括太阳能充电控制器（34）和锂电蓄电瓶（35）充电.通过导线分别与多路数据采集存储装置（32）、制冷送风控制装置（17）、加热送风控制装置（18）、称重传感器（10）连接；保护桶（1）外有高精度供桥装置（11）。