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濕地是地球上*為重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，具有巨大的環(huán)境功能和效益，在提供水源、補充地下水、抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流、蓄洪防旱、控制污染、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕等方面有其它系統(tǒng)不可替代的作用，被譽為“地球之腎”。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀通過地下水位模擬控制系統(tǒng)、精準(zhǔn)稱重系統(tǒng)、根系觀測單元、氣體通量觀測單元、溶質(zhì)在線分析單元等，原位（In-situ）觀測或異地（Ex-situ）模擬觀測地下水位變化（0－2m）與濕地土壤蒸散、滲漏、降雨及溶質(zhì)運移的即時（高時間分辨率）動態(tài)變化關(guān)系，研究分析濕地土壤水通量、溶質(zhì)通量、氣體通量、持水狀況等與地下水位的動態(tài)關(guān)系，適于三角洲、河灘及洪泛平原、泥炭地、高山濕地及其它地下水位較淺（常年一般維持在0－2m）的土地類型。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀由德國UFZ環(huán)境研究中心Meissner教授與德國UGT公司研制（Patent-No.: 19907462），利用公司特制的原位取土系統(tǒng)采取原位濕地土柱，采用精確的地下水控制系統(tǒng)，可精確重現(xiàn)真實的野外條件。原位濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀直接安裝在濕地現(xiàn)場（如圖一所示），蒸滲儀底部經(jīng)由平衡水箱通過壓力轉(zhuǎn)換器和流量表直接與外界環(huán)境（河流或湖泊水體、濕地地下水）相通。異地濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀可以安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場濕地的實驗場（比如研究所院內(nèi)等），原位地下水位經(jīng)由實時水位監(jiān)測和數(shù)據(jù)無線傳輸，及時在線調(diào)控蒸滲儀水位（如圖二所示），使蒸滲儀水位一直保持與原位濕地水位一致。如果目標(biāo)水位（原位水位）與蒸滲儀內(nèi)的水位相差1cm或以上，地下水位模擬控制系統(tǒng)會自動觸發(fā)調(diào)節(jié)機(jī)制，使蒸滲儀與原位濕地水位始終保持一致。

1. 原位土柱

2. 溫度、TDR、水勢等傳感器及溶液取樣器等。

3. 地下水水位

4. 濾層

5. 稱重系統(tǒng)

6. 平衡箱

7. 儲水罐

8. 調(diào)節(jié)閥

9. 數(shù)據(jù)采集器

圖二 安裝在異地試驗場的濕地地下 水生態(tài)觀測蒸滲儀

地下水位模擬控制系統(tǒng)的調(diào)控機(jī)理為：當(dāng)水位出現(xiàn)不一致（相差1cm）時，首先關(guān)閉蒸滲儀和平衡水箱的閥門，然后向平衡水箱注水（或從中抽水），注水水源來自儲水罐（抽出的水會存放在儲水罐）。此后關(guān)閉儲水罐和平衡水箱間的閥門，打開平衡水箱和蒸滲儀間的閥門，使得蒸滲儀和平衡水箱水位進(jìn)行平衡。此過程反復(fù)進(jìn)行，直到蒸滲儀水位達(dá)到目標(biāo)水位。

濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀每分鐘即可稱量記錄一次。不僅是降雨、蓄水，還可記錄括露水、霜、降雪、沙塵等輕微輸入，使得即使是較小的蒸散也可記錄到。將15分鐘數(shù)據(jù)的平均，以減小風(fēng)或野外動物的影響。水分平衡公式如下所示：

P + Pond = E_t + ( R_out– R_in) ± Δ S

其中P是降雨量， Pond是表面蓄水，E_t是蒸散，R_in是地下水流入，R_out是地下水流出，Δ S是持水量改變。

一旦水分平衡公式中各組分精確測量計算出后，溶質(zhì)平衡情況可由如下公式計算出：

L＝Cs×S

其中L為溶質(zhì)輸入，Cs為滲漏溶質(zhì)濃度，S為滲漏液體積

技術(shù)指標(biāo)：

1. 蒸滲儀規(guī)格：表面積1m²，高2m；濾層25cm；可根據(jù)需要定制其它規(guī)格的蒸滲儀

2. 裝土類型：特別設(shè)計的濕地取土系統(tǒng)取原位濕地土柱

3. 高精度稱重系統(tǒng)，分辨率：0.01mm，采樣頻率1min，15min平均一次

4. 滲漏測量：翻斗計數(shù)器，精確度0.1mm

5. 高精度即時地下水位模擬控制系統(tǒng)，精確度1cm

6. BTC-100微根窗根系生態(tài)觀測系統(tǒng)（備選）觀測根系生長狀況

7. 氣體通量觀測單元用于測量分析濕地土壤CO2、O2和甲烷通量（備選）：

• 氣體抽樣模塊具Baseline配置，可手動或自動定時切換測量大氣CO2、O2等氣體含量（baseline）和呼吸室內(nèi)CO2、O2等氣體含量，從而更加精確地測量監(jiān)測土壤氣體通量

• 內(nèi)置溫度和大氣壓傳感器，溫度壓力自動補償，高穩(wěn)定性、高精確度

• 氧氣測量分析：燃料電池O₂分析儀，不受水汽、CO2及其它氣體的影響，測量范圍1－100％，分辨率0.001%

• 二氧化碳測量分析：雙波段非色散紅外技術(shù)，測量范圍0－5％，分辨率0.0001%

• CH4分析器（外置備選）：雙波段非色散紅外技術(shù)，量程0-10%，精度優(yōu)于1%，分辨率1 ppm/0.0001%

8. 在線原位測量分析總氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等

9. 傳 輸：無線傳輸，用戶可在ENVIdata服務(wù)器上下載；若用戶有固定IP，可

直接傳輸至用戶服務(wù)器

10. 傳 感 器：土壤水勢、TDR土壤含水量、溫度傳感器，可根據(jù)用戶要求選擇不同傳感器。

11. 安裝層數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)30、60、90、120cm深處，每層均安裝各種傳感器。

國外應(yīng)用：

Doerthe Bethge-Steffense等（2004）利用濕地蒸滲儀控制地下水狀況研究了2003年2月對德國schönbergg Deich 和W örlitz濕地的地下水位、土壤含水量、土壤水量平衡（降雨、蒸散、滲漏等）進(jìn)行了研究。在研究濕地采用梯度氣象站監(jiān)測環(huán)境因子，包括土壤溫度、水勢、含水量，降雨，空氣溫濕度，地下水位傳送給蒸滲儀的控制中心。研究**直接得到了蒸散和滲漏，結(jié)果顯示濕地土壤含水率受濕地的地下水位動態(tài)影響，受蒸散影響有限。在水量平衡中，蒸散和滲漏使得土壤水儲量減少，而這是2月降雨無法補償?shù)摹?/p>

參考文獻(xiàn)：

1. Doerthe Bethge-Steffens， Ralph Meissner， and Holger Rupp (2004) Development and practical test of a weighable groundwater lysimeter for floodplain sites. J. Plant Nutr. Soil Sci， 167， 516-524

1. R. Meißner ， M. N. V. Prasad， G. Du Laing and J. Rinklebe（2010） Lysimeter application for measuring the water and solute fluxes with high precision. CURRENT SCIENCE， VOL. 99 NO. 5 601-607.

2. R. Meißner and Manfred Seyfarth (2004). Measuring water and solute balance with new lysimeter techniques. SuperSoil 2004: 3rd Australian New Zealand Soils Conference， 5 – 9 December 2004， University of Sydney， Australia. 1-8