[发明专利]一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法

说明书

本发明公开了一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法，测定蒸散量的传感器包括一个测定土壤蒸发量的九针热脉冲探头、一个测定茎秆粗壮植物茎流的三针热脉冲探头及一个适用于茎秆尺寸细小植物的包裹式茎流计。九针探头包括布置在T形探头手柄中的五根温度感应探针和四根加热探针。本发明还同时提供了利用上述装置所进行蒸散量估算的方法。本发明具有原位监测、对土壤和植被扰动小、自动化程度高、使用便捷等优点，可以连续自动测定不同深度表层土壤的温度变化及土壤热特性及植物的蒸腾量。采用本发明能够获得森林及农田系统的蒸散量。

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法，具体 地说，涉及一种基于热脉冲技术的复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法。

背景技术

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的水分流动包括土壤表面的蒸发量和植物的蒸腾量， 即蒸散量。目前常用的蒸发量测定和估算技术主要包括蒸渗仪法、水量平衡法、波文比能量 平衡法、涡度相关法、空气动力学方法、遥感技术及Penman-Monteith经验公式等。但是这 些方法无法获得土壤中或近地面蒸发量，也无法获得蒸散量的分量及不同类型植物的蒸腾量。

植物在蒸腾过程中，水分从土壤进入到根系，再通过植物茎秆输送至叶片，最终通过叶 片的气孔散发到空气中，在这一过程中植物茎秆中的液体一直处于流动状态，而植物茎秆中 液流量的大小可以反映出植物蒸腾量的变化，因此，测定植物茎秆液流量可以确定植物的蒸 腾量。而土壤的蒸发量可以通过测定土壤的热特性及其温度动态来获取土壤热通量及热储量 变化特征，根据热量平衡原理得到土壤潜热通量并换算为土壤蒸发量的方法来获得。目前， 热脉冲技术是分别应用于土壤学测定土壤蒸发量和植物蒸腾量的一项技术。

热脉冲技术的原理是通过监测热源在各向同性的介质中产生的温度场变化特征，并通过 求解热传导方程来获得土壤或植物介质的热物理参数(如热导率、热容量、热扩散系数等)、 土壤水分及植物茎流速度的一种方法。但是如何将热脉冲技术用于原位连续自动测定土壤蒸 发，茎秆粗壮植物茎流、茎秆细小植物的茎流并用于估算复合生态系统的蒸散量是有待解决 的一项技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法。该系统是一 种同时测定土壤原位蒸发量、茎秆粗壮植物茎秆液流量及茎秆细小植物茎秆液流量的传感器 系统，该传感器系统将更加有助于应用热脉冲技术获取复合生态系统的蒸散量。

其技术方案如下：

一种复合生态系统蒸散量测量系统，包括九针热脉冲土壤蒸发量探头1、三针植物茎流 计2、包裹式植物茎流计3、数据通信电缆4和电源、数据采集及传输系统5，所述九针热脉 冲土壤蒸发量探头1安装在土壤表层上，所述三针植物茎流计2安装在粗壮植物茎秆上，所 述包裹式植物茎流计3安装在细小植物茎秆上，所述九针热脉冲土壤蒸发量探头1、三针植 物茎流计2、包裹式植物茎流计3和电源、数据采集及传输系统5通过数据通信电缆4依次连接。该系统连接在同一数据采集器或不同的数据采集器上。

进一步，所述九针热脉冲土壤蒸发量探头由四个部件构成：一个包含两根根温度感应 探针和一根加热探针的三针倒T型部件及三个包含一根温度感应探针和一根加热探针的两 针“工型”部件。

所述的九针热脉冲土壤蒸发量探头的三针倒T型部件及两针“工型”部件是可替换的。

所述的九针热脉冲土壤蒸发量探头的两针“工型”部件的数量可根据需要增减，用于测定 不同厚度土层的蒸发量。

所述的九针热脉冲土壤蒸发量探头的三针倒T型部件尺寸为：长16mm×宽10mm×厚 10mm，部件下部两侧各有一个3mm的矩形突起10作为部件连接扣8。该九针热脉冲土壤蒸发量探头的三针倒T型部件上距离上边缘1mm的中轴线位置处布置一根九针热脉冲土 壤蒸发量探头温度探针6，然后沿中轴线向下边沿依次间隔6mm各布置一根九针热脉冲土 壤蒸发量探头加热探针7和一根九针热脉冲土壤蒸发量探头温度探针6。