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1 背景

1966年澳大利亞**水文與土壤物理學(xué)家Philip提出土壤-植物-大氣連續(xù)體（Soil-Plant-Atmosphere Cotinuum，簡稱SPAC）的概念。主要內(nèi)容是：水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根系，進(jìn)入根系，通過細(xì)胞傳輸進(jìn)入木質(zhì)部，由植物的木質(zhì)部到達(dá)葉片，再由氣孔擴(kuò)散到大氣中去，*后參與大氣的湍流交換，形成一個(gè)統(tǒng)一、動態(tài)的互反饋連續(xù)系統(tǒng)，即土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）系統(tǒng)。在這一連續(xù)體中存在物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，土壤、植物和大氣是我們研究的對象，而水分在土壤、植物和大氣中的傳輸更是研究的核心內(nèi)容。

這個(gè)早期的SPAC系統(tǒng)的一個(gè)較大缺陷是沒有考慮地下水在整個(gè)系統(tǒng)中的作用。在地下水埋深較淺的地區(qū)，土壤-植物-大氣連續(xù)體中的水分因自然的和人為的作用必然要和地下水發(fā)生聯(lián)系，不同埋深地下水對土壤水分分布和農(nóng)作物產(chǎn)量、水分利用效率等有著不同程度的影響。

我國**水文水資源學(xué)家劉昌明院士在此基礎(chǔ)上提出了“五水”系統(tǒng)的相互作用問題即大氣、植物、地表、土壤和地下水層中的水的相互作用和相互關(guān)系，也稱之為五水轉(zhuǎn)化。土壤-植物-大氣（SPAC）系統(tǒng)中的水分因自然的和人為的作用必然要和地下水和地表水相聯(lián)系。從土壤系統(tǒng)來看，土壤水的來源是大氣降水、地下水的上升和人為輸入地表水（如灌溉）等等；土壤水的散失，則包括直接由土面逸向大氣，通過根系吸水進(jìn)入植物體后蒸騰到大氣中去以及由土壤層下滲到地下水層之中。因此這套“五水”轉(zhuǎn)化理論不僅包括Philip提出的SPAC的內(nèi)涵，而且有了一定程度的延伸。

SPAC系統(tǒng)的提出不僅指明了全球水問題的微觀研究方向，而且加強(qiáng)了水文學(xué)跨學(xué)科的研究，對國際學(xué)術(shù)界關(guān)于水循環(huán)及水分能量平衡研究產(chǎn)生了巨大影響。當(dāng)代研究土壤水分循環(huán)和平衡、土壤-植物水分關(guān)系以及地下水-土壤水-地表水-植物水-大氣轉(zhuǎn)化水都是以SPAC為基礎(chǔ)的。

從國際上看，SPAC系統(tǒng)中的水分傳輸屬于國際前沿課題之一。20世紀(jì)90年初期，國際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）將水文循環(huán)生物圈（Biospheric Aspect of Hydrological Cycle）研究做為其四大核心課題之一，極大地促進(jìn)了國際上對SPAC系統(tǒng)的深入研究。

對SPAC系統(tǒng)的研究始終是國際學(xué)術(shù)屆的焦點(diǎn)。研究水分在地下水-土壤-地表水-植物-大氣中的轉(zhuǎn)化過程，已在我國的農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文、節(jié)水農(nóng)業(yè)、灌溉決策、農(nóng)林氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域深入展開。澤泉生態(tài)開放實(shí)驗(yàn)室為協(xié)助廣大科研工作者更好的開展工作，提出了一套SPAC研究的系統(tǒng)解決方案，希望能對上述領(lǐng)域的科研人員有所幫助。

2 SPAC系統(tǒng)解決方案

2.1 方案目的

以水在大氣、植物、地表、土壤和地下水層中的傳遞為核心，充分考慮植物與大氣、土壤與大氣、土壤與根系、土壤水與地下水等之間的多個(gè)界面過程，提出系統(tǒng)的測量方式，為系統(tǒng)而深入的研究SPAC系統(tǒng)提供解決方案。

2.2 方案功能

 * 系統(tǒng)研究地下水-土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）中的水分運(yùn)動

 * 系統(tǒng)研究植物-大氣、土壤-大氣、土壤-根系、土壤水-地下水等之間的界面過程

 * 長期監(jiān)測氣象指標(biāo)、植物生理指標(biāo)、土壤水分指標(biāo)和地下水指標(biāo)

 * 測量結(jié)果可用于指導(dǎo)灌溉、農(nóng)業(yè)節(jié)水、進(jìn)行農(nóng)林氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域

 * 系統(tǒng)的為農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文等領(lǐng)域服務(wù)

2.3 測量指標(biāo)

1）氣象指標(biāo)

總輻射、光合有效輻射、凈輻射、紫外輻射、CO2、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、降雨、蒸發(fā)等。

2）植物指標(biāo)

葉片溫度、葉片濕度、莖流、莖桿變化、果實(shí)變化、葉片水勢、莖桿水勢、葉綠素含量、氣體交換參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、水氣壓飽和虧等）、葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、F/Fm、qL、qP、qN、NPQ、Y(NO)、Y(NPQ)、ETR等）、葉面積指數(shù)、植被指數(shù)、冠層參數(shù)、株高、根水勢、根長、根量、根體表面積、根體積、根角、根深、根系在土壤中的分布等。

3）土壤指標(biāo)

土壤水分、土壤水勢、土壤溫度、土壤鹽分、土壤熱通量、土壤蒸散、土壤緊實(shí)度、土壤粒徑、土壤導(dǎo)水率等。

4）地下水指標(biāo)

水位、水溫、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度等。

3 方案所需設(shè)備和技術(shù)參數(shù)

請與我司聯(lián)系獲取詳細(xì)信息！

4 展望

方案所涉及的測量方法涵蓋了SPAC研究的植物與大氣、土壤與大氣、土壤與根系、土壤水與地下水等之間的多個(gè)界面過程，為進(jìn)行SPAC研究的科研人員提供了很好的參考。本方案中的SPAC集成監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)Πù髿?、植物、土壤、地下水等在?nèi)的近30個(gè)常用指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)。其它提到的設(shè)備都是特別適合野外使用的便攜式設(shè)備，是植物生理和土壤水分研究的代表性技術(shù)，并在國際學(xué)術(shù)界得到了廣泛應(yīng)用。無論科研人員是集中于某一個(gè)界面研究，還是涉及所有的界面，都可以在這套方案中找到需要的技術(shù)。相信隨著本方案的普及和SPAC研究的逐步深入，科研人員在農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文、節(jié)水農(nóng)業(yè)、灌溉決策、農(nóng)林氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域的工作會取得越來越大的成果。

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