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(yùn)移的即時(shí)（高時(shí)間分辨率）動(dòng)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(dòng)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。

圖一 原位（In-situ）濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀

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.: ），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(shí)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(shí)驗(yàn)場（比如研究所院內(nèi)等），原位地下水位經(jīng)由實(shí)時(shí)水位監(jiān)測和數(shù)據(jù)無線傳輸，即時(shí)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(dòng)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。

圖二 安裝在異地試驗(yàn)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(shí)，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(dòng)物的影響。

濕地蒸滲儀水分平衡模型為：

P + Pond = E_t + ( R_out– R_in) ± Δ S

其中P是降雨量， Pond是地表水如洪水流入，E_t是蒸散，R_in是地下水流入，R_out是地下水溢出，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(jì)算出后，溶質(zhì)平衡情況可由如下公式計(jì)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. PE-HD一體式蒸滲儀室規(guī)格：標(biāo)配高200cm，壁厚40mm，重1500kg

2. 不銹鋼蒸滲儀柱體：表面積1m²，高170cm，壁厚8mm，具備無損傷原位土柱體自動(dòng)提取裝置；可根據(jù)需要定制其它規(guī)格的蒸滲儀

3. 原位土柱體：特別設(shè)計(jì)的無損傷濕地取土系統(tǒng)取原位濕地土柱

4. 3個(gè)堅(jiān)固承重架可承重6000kg，3個(gè)剪切梁式稱重傳感器，OIML（法定度量衡組織）C3認(rèn)證，IP68，范圍2500kg，分辨率可達(dá)0.01mm，具LCD顯示屏，簡單零校準(zhǔn)和量程校準(zhǔn)；

5. 不銹鋼蒸滲儀圈蓋，護(hù)圍蒸滲儀柱體與蒸滲儀安裝口之間的縫隙，有效降低蒸滲儀地表邊緣效應(yīng)；

6. 蒸滲儀底部三層過濾，過濾顆粒直徑分別為：0.1-0.5mm、0.71-1.25mm，3.15-5.60mm

7. 高精度即時(shí)地下水位模擬控制系統(tǒng)，包括水位傳感器、雙通道水位自動(dòng)調(diào)控等，精確度1cm

8. DL-105數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，32通道，512kb RAM，15bit ADU，內(nèi)置精密時(shí)鐘，RS232接口，LCD實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，UGT-Log軟件，用于參數(shù)設(shè)置、測量過程觀測、圖表顯示、數(shù)據(jù)儲存等

9. UMP-1土壤水分、溫度、電導(dǎo)傳感器，土壤水分測量范圍0－*，精確度優(yōu)于±2%，分辨率0.1%；土壤溫度測量范圍-40－60°C，精度±0.2°C；土壤電導(dǎo)測量范圍0－4mS/cm，精度優(yōu)于±0.1%

10. Tensio160土壤張力計(jì)，為蒸滲儀專門設(shè)計(jì)，可*水平安裝于蒸滲儀中，可自動(dòng)注水，免維護(hù)，標(biāo)配直徑10mm，長度30cm，測量范圍+25－-85kPa，精確度±0.3kPa

11. 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

12. 在線原位測量分析總氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等（備選）

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sch?nbergg Deich 和W ?rlitz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(dòng)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(bǔ)償?shù)摹?/span>

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

2. R. Mei?ner , 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. Mei?ner 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