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濕地(di)地下(xia)水生態觀(guan)測(ce)蒸滲(shen)儀
更新(xin)時(shi)間(jian)：2025-07-01
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濕地(di)是地球上Z為重要的生態系統(tong)類型，具有巨(ju)大的環境功能(neng)和效益，在提(ti)供(gong)水(shui)源、補充地下(xia)水、抵禦洪水(shui)、調節徑流、蓄洪(hong)防旱(han)、控制汙(wu)染、調節氣候、控制土(tu)壤(rang)侵蝕(shi)等(deng)方(fang)面有(you)其(qi)它系統(tong)不可(ke)替代(dai)的作用(yong)，被(bei)譽(yu)為(wei)“地球之腎"。
濕地(di)是地球上zui為重要的生態系統(tong)類型，具有巨(ju)大的環境功能(neng)和效益，在提(ti)供(gong)水(shui)源、補充地下(xia)水、抵禦洪水(shui)、調節徑流、蓄洪(hong)防旱(han)、控制汙(wu)染、調節氣候、控制土(tu)壤(rang)侵蝕(shi)等(deng)方(fang)面有(you)其(qi)它系統(tong)不可(ke)替代(dai)的作用(yong)，被(bei)譽(yu)為(wei)“地球之腎”。
濕地(di)地下(xia)水生態觀(guan)測(ce)蒸滲(shen)儀通(tong)過(guo)地(di)下(xia)水(shui)位(wei)模(mo)擬控制系統(tong)、精(jing)準(zhun)稱(cheng)重(zhong)系統(tong)、根(gen)系觀(guan)測(ce)單元、氣(qi)體(ti)通(tong)量(liang)觀(guan)測(ce)單元、溶(rong)質(zhi)在線(xian)分(fen)析(xi)單(dan)元等(deng)，原(yuan)位(wei)（In-situ）觀(guan)測(ce)或異(yi)地(di)（Ex-situ）模(mo)擬觀(guan)測(ce)地下(xia)水(shui)位(wei)變化（0－2m）與濕地(di)土(tu)壤(rang)蒸(zheng)散、滲漏、降(jiang)雨(yu)及(ji)溶(rong)質(zhi)運移的即時(shi)（高時(shi)間(jian)分(fen)辨率）動(dong)態變化關(guan)系，研(yan)究分(fen)析(xi)濕地(di)土(tu)壤(rang)水(shui)通(tong)量(liang)、溶(rong)質(zhi)通(tong)量(liang)、氣(qi)體通(tong)量(liang)、持(chi)水(shui)狀(zhuang)況(kuang)等與地下(xia)水(shui)位(wei)的動(dong)態關(guan)系，適(shi)於(yu)三角洲、河(he)灘(tan)及(ji)洪(hong)泛(fan)平原(yuan)、泥(ni)炭地、高山(shan)濕地(di)及(ji)其(qi)它地下水位(wei)較(jiao)淺(qian)（常(chang)年壹般(ban)維(wei)持(chi)在0－2m）的土(tu)地(di)類型。
圖壹原(yuan)位(wei)（In-situ）濕地(di)地下(xia)水生態觀(guan)測(ce)蒸滲(shen)儀
由德(de)國UFZ環(huan)境研究中心Meissner教(jiao)授與德國(guo)UGT公(gong)司(si)研(yan)制（Patent-No.: 19907462），利用(yong)公(gong)司(si)特(te)制的原(yuan)位(wei)取土(tu)系統(tong)采(cai)取原(yuan)位(wei)濕地(di)土(tu)柱(zhu)，采(cai)用精(jing)確的地下水控制系統(tong)，可(ke)精(jing)確重(zhong)現(xian)真(zhen)實(shi)的野外條(tiao)件。原(yuan)位(wei)濕地(di)地下(xia)水生態觀(guan)測(ce)蒸滲(shen)儀直接(jie)安(an)裝在濕地(di)現場（如圖壹所示），蒸(zheng)滲(shen)儀底部(bu)經(jing)由(you)平衡(heng)水(shui)箱(xiang)通(tong)過(guo)壓(ya)力轉(zhuan)換(huan)器(qi)和流量表直接(jie)與外界(jie)環(huan)境（河(he)流或湖(hu)泊(bo)水體(ti)、濕地(di)地下(xia)水）相通(tong)。異(yi)地(di)可(ke)以安(an)裝在遠離(li)現場濕地(di)的實驗場（比(bi)如研究所院內等），原(yuan)位(wei)地(di)下(xia)水(shui)位(wei)經(jing)由(you)實時(shi)水(shui)位(wei)監(jian)測(ce)和數據無(wu)線傳(chuan)輸(shu)，及(ji)時(shi)在線(xian)調控蒸滲(shen)儀水位(wei)（如圖二所示），使蒸滲(shen)儀水位(wei)壹(yi)直保(bao)持(chi)與原(yuan)位(wei)濕地(di)水位(wei)*。如果目標水位(wei)（原(yuan)位(wei)水(shui)位(wei)）與蒸滲(shen)儀內的水位(wei)相(xiang)差1cm或以上(shang)，地下(xia)水位(wei)模(mo)擬控制系統(tong)會(hui)自動(dong)觸(chu)發調節機制，使蒸滲(shen)儀與原(yuan)位(wei)濕地(di)水位(wei)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)*。
安(an)裝在異(yi)地試(shi)驗場的蒸滲儀
1. 原(yuan)位(wei)土(tu)柱(zhu)
2. 溫度、TDR、水(shui)勢(shi)等傳感(gan)器(qi)及(ji)溶(rong)液(ye)取樣器(qi)等。
3. 地(di)下水水位(wei)
4. 濾層
5. 稱(cheng)重(zhong)系統(tong)
6. 平(ping)衡(heng)箱(xiang)
7. 儲(chu)水(shui)罐
8. 調節閥(fa)
9. 數據采(cai)集器(qi)
圖二安裝在異(yi)地試(shi)驗場的
地下水位(wei)模(mo)擬控制系統(tong)的調控機理(li)為：當水(shui)位(wei)出(chu)現(xian)不*（相(xiang)差1cm）時(shi)，首(shou)先關(guan)閉(bi)蒸(zheng)滲(shen)儀和平衡(heng)水(shui)箱(xiang)的閥(fa)門，然後向(xiang)平(ping)衡(heng)水(shui)箱(xiang)註(zhu)水（或從中抽水），註水(shui)水源來自儲水(shui)罐（抽(chou)出的水會存放(fang)在儲(chu)水罐）。此(ci)後關(guan)閉(bi)儲(chu)水(shui)罐和平衡(heng)水(shui)箱(xiang)間(jian)的閥(fa)門，打開平(ping)衡(heng)水(shui)箱(xiang)和蒸滲(shen)儀間的閥(fa)門，使得(de)蒸滲儀和平衡(heng)水(shui)箱(xiang)水(shui)位(wei)進行平衡(heng)。此(ci)過(guo)程(cheng)反(fan)復進行，直到(dao)蒸(zheng)滲儀水位(wei)達(da)到(dao)目(mu)標水位(wei)。
每(mei)分(fen)鐘(zhong)即可(ke)稱(cheng)量(liang)記錄(lu)壹次。不僅(jin)是降雨(yu)、蓄(xu)水，還(hai)可(ke)記錄(lu)括露水(shui)、霜、降(jiang)雪、沙(sha)塵(chen)等(deng)輕微(wei)輸(shu)入(ru)，使得(de)即使是較(jiao)小的蒸散也(ye)可(ke)記錄(lu)到。將15分(fen)鐘(zhong)數據的平均，以(yi)減小風(feng)或(huo)野外動(dong)物的影響。水分(fen)平(ping)衡(heng)公(gong)式(shi)如下所示：
P Pond = Et （ Rout– Rin） ±Δ S
其(qi)中P是降雨(yu)量(liang)， Pond是表面蓄水(shui)，Et是蒸散，Rin是地下水流入(ru)，Rout是地下水流出，Δ S是持(chi)水(shui)量(liang)改(gai)變。
壹旦水(shui)分(fen)平(ping)衡(heng)公(gong)式(shi)中各組分(fen)精(jing)確測(ce)量計(ji)算出(chu)後，溶質(zhi)平衡(heng)情(qing)況(kuang)可(ke)由如下公式(shi)計(ji)算出(chu)：
L＝Cs×S
其(qi)中L為溶質(zhi)輸入(ru)，Cs為滲(shen)漏溶(rong)質(zhi)濃(nong)度，S為(wei)滲(shen)漏液(ye)體(ti)積(ji)
的技術(shu)指(zhi)標：
1. 蒸滲(shen)儀規(gui)格：表面積(ji)1m2，高2m；濾層25cm；可(ke)根據需要定(ding)制其(qi)它規(gui)格的蒸滲儀
2. 裝土(tu)類型：特(te)別(bie)設計(ji)的濕地(di)取土(tu)系統(tong)取原(yuan)位(wei)濕地(di)土(tu)柱(zhu)
3. 高精(jing)度稱(cheng)重(zhong)系統(tong)，分(fen)辨率：0.01mm，采(cai)樣頻(pin)率1min，15min平均壹(yi)次(ci)
5. 高精(jing)度即時(shi)地(di)下水位(wei)模(mo)擬控制系統(tong)，精(jing)確度1cm
6. BTC-100微(wei)根(gen)窗根系生(sheng)態觀(guan)測(ce)系統(tong)（備(bei)選(xuan)）觀(guan)測(ce)根系生(sheng)長狀況(kuang)
7. 氣體(ti)通(tong)量(liang)觀(guan)測(ce)單元用(yong)於(yu)測(ce)量分(fen)析(xi)濕地(di)土(tu)壤(rang)CO2、O2和甲烷(wan)通(tong)量(liang)（備(bei)選(xuan)）：
l 氣體(ti)抽樣模(mo)塊具Baseline配置(zhi)，可(ke)手(shou)動(dong)或自動(dong)定時(shi)切(qie)換(huan)測(ce)量大(da)氣(qi)CO2、O2等氣體(ti)含量(liang)（baseline）和呼(hu)吸室內CO2、O2等氣(qi)體(ti)含量(liang)，從而(er)更加(jia)精(jing)確地(di)測(ce)量監(jian)測(ce)土(tu)壤(rang)氣(qi)體通(tong)量(liang)
l 內置溫度和大氣(qi)壓(ya)傳感(gan)器(qi)，溫度壓(ya)力自動(dong)補償，高穩(wen)定性(xing)、高精(jing)確度
l 氧(yang)氣(qi)測(ce)量分(fen)析(xi)：燃(ran)料電(dian)池(chi)O2分(fen)析(xi)儀，不受(shou)水(shui)汽(qi)、CO2及(ji)其(qi)它氣體的影響，測(ce)量範(fan)圍(wei)1－100％，分(fen)辨率0.001%
l 二氧化碳測(ce)量分(fen)析(xi)：雙(shuang)波段(duan)非(fei)色散紅(hong)外技術(shu)，測(ce)量範(fan)圍(wei)0－5％，分(fen)辨率0.0001%
l CH4分(fen)析(xi)器(qi)（外置(zhi)備(bei)選(xuan)）：雙波段(duan)非(fei)色散紅(hong)外技術(shu)，量程(cheng)0-10%，精(jing)度優(you)於(yu)1%，分(fen)辨率1 ppm/0.0001%
8. 在線(xian)原(yuan)位(wei)測(ce)量分(fen)析(xi)總(zong)氮(dan)、硝(xiao)態氮(dan)和亞硝(xiao)態氮(dan)等
9. 傳(chuan) 輸(shu)：無(wu)線傳(chuan)輸(shu)，用(yong)戶(hu)可(ke)在ENVIdata服(fu)務(wu)器(qi)上下(xia)載；若用戶(hu)有固(gu)定IP，可(ke)
直接(jie)傳(chuan)輸至(zhi)用戶(hu)服(fu)務(wu)器(qi)
10. 傳感(gan)器(qi)：土(tu)壤(rang)水(shui)勢、TDR土(tu)壤(rang)含水(shui)量、溫度傳(chuan)感(gan)器(qi)，可(ke)根據用(yong)戶(hu)要求(qiu)選(xuan)擇(ze)不同傳感器(qi)。
11. 安裝層數：標準(zhun)30、60、90、120cm深(shen)處，每層均安(an)裝各種(zhong)傳(chuan)感器(qi)。
的國外應用：
Doerthe Bethge-Steffense等(deng)（2004）利用(yong)濕地(di)蒸滲(shen)儀控制地(di)下水(shui)狀況(kuang)研究(jiu)了2003年(nian)2月對(dui)德國schönbergg Deich 和Wörlitz濕地(di)的地下水位(wei)、土(tu)壤(rang)含水(shui)量、土(tu)壤(rang)水(shui)量平衡(heng)（降(jiang)雨(yu)、蒸(zheng)散、滲(shen)漏等(deng)）進行了研(yan)究。在研(yan)究濕地(di)采(cai)用梯度氣(qi)象站(zhan)監(jian)測(ce)環境(jing)因(yin)子，包(bao)括(kuo)土(tu)壤(rang)溫度、水(shui)勢(shi)、含水(shui)量，降雨(yu)，空(kong)氣溫濕度，地(di)下(xia)水位(wei)傳(chuan)送(song)給蒸滲(shen)儀的控制中心。研究*直接(jie)得(de)到了蒸(zheng)散和滲漏，結(jie)果(guo)顯(xian)示濕地(di)土(tu)壤(rang)含水(shui)率受(shou)濕地(di)的地下水位(wei)動(dong)態影響，受(shou)蒸(zheng)散影響有限(xian)。在水(shui)量平(ping)衡(heng)中，蒸散和滲漏使得(de)土(tu)壤(rang)水(shui)儲量減少(shao)，而(er)這是2月降雨(yu)無(wu)法補(bu)償的。
參(can)考(kao)文(wen)獻(xian)：
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
2. 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.
3. 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
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