SoilScope生態(tài)觀測系統(tǒng)在夏玉米不同時間尺度蒸散動態(tài)變化中的應(yīng)用

🔷 文獻信息
 

🔷 文獻摘要

本文利用蒸滲儀對淮北平原砂姜黑土區(qū)夏玉米蒸散動態(tài)變化規(guī)律進行研究，基于2018年夏玉米實測大型稱重式蒸滲儀數(shù)據(jù)及氣象觀測數(shù)據(jù)，分析了不同時間尺度玉米蒸散量的分布特征，并利用灰色關(guān)聯(lián)分析法探討了玉米蒸散量與各影響因素間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：淮北夏玉米生長季總蒸散量為476.17mm，日平均蒸散量為4.37mm/d,從各生育期的分布情況看，發(fā)育階段和中期階段是蒸散的高峰期，占生長季的70.4％；從月尺度看7月、８月和９月蒸散較多，占生長季的90.3％；從日尺度看，蒸散量日變化體現(xiàn)為早晚低、中午高的單峰型曲線特征，各個階段的峰值及峰值出現(xiàn)的時間不同。蒸散量與水汽壓力差、地溫和氣溫的相關(guān)性較大，是主要的環(huán)境影響因子，葉面積指數(shù)是主要的生物影響因子。
 

五道溝大型稱重式蒸滲儀是由北京澳作設(shè)計、安裝的SoilScope生態(tài)觀測控制實驗系統(tǒng) 

 

🔷 實驗概述

試驗于2018年在安徽省蚌埠市五道溝水文水資源實驗站進行。該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期。降雨量年際變化大，多年平均降雨量為899mm，其中汛期（６-９月）占63.8％，多年平均蒸發(fā)為1181.3mm。地下水位在１-３ｍ變化，作物以玉米、小麥和大豆為主。土壤類型主要是砂姜黑土（54%） 和黃潮土（33%）。砂姜黑土以形狀、色澤似生姜而得名，其土壤粒徑0.01-0.05mm的占40%，粒徑0.005-0.001mm的占25%。凋萎含水率為10%-13%,田間持水率為28%-30%。

 

🔷 實驗設(shè)施

本文以淮北平原分布較為廣泛的砂姜黑土區(qū)為研究對象，研究夏玉米逐日蒸散動態(tài)變化規(guī)律，玉米實際蒸散量由大型稱重式蒸滲儀測得。蒸滲儀土柱口徑為4.0㎡，高度為4.0ｍ。蒸滲儀地下水埋深設(shè)為1ｍ，土壤為分層回填土，10cm、30cm、50cm、100cm埋深處分別設(shè)有土壤水分、溫度、電導(dǎo)三參數(shù)傳感器，數(shù)據(jù)每10min獲取一次。蒸滲儀南側(cè)設(shè)有氣象觀測場，可獲取空氣溫度、濕度、降水量、風(fēng)速、水面蒸發(fā)量和日照時數(shù)等水文氣象要素。夏玉米于2018年6月22日播種，10月９日收獲。蒸滲儀自動采集數(shù)據(jù)資料時段選取2018年６月22日至10月8日，以及同期氣象觀測場氣象要素數(shù)據(jù)。
 

五道溝大型稱重式蒸滲儀是由北京澳作設(shè)計、安裝的SoilScope生態(tài)觀測控制實驗系統(tǒng)

 

🔷 結(jié)果與分析
 

 

(1)不同時間尺度夏玉米蒸散變化特征明顯。夏玉米全生育期蒸散量為476.17mm,發(fā)育和中期階段蒸散量較大，占生長季蒸散量的70.4％,為蒸散的高峰期；7-9月蒸散總量較高，累積蒸散量達430.09ｍｍ,占初始階段以后總蒸散量的90％以上；日均蒸散量在中期階段達最大為6.51mm/d，雨日日均蒸散量達3.01mm/d，降雨或連續(xù)陰雨后一定時段內(nèi)均相應(yīng)出現(xiàn)一個蒸散峰值點，日蒸散峰值點反映了大氣條件對玉米蒸散的作用。

(2)夏玉米逐小時蒸散變化表現(xiàn)為早晚低、中午高的單峰型曲線特征，除了本身的周期性變化，還同時受到蒸散時期和天氣的影響。玉米生長的各個階段日變化均呈先緩慢增加，再快速增加至最大值，而后先快速下降、再緩慢下降至一個較低的穩(wěn)定值，但各自的峰值及峰值出現(xiàn)的時間不一樣。晴天的蒸散量大于陰天， 高峰期尤其顯著，陰天蒸散量快速增加的時刻點明顯遲于晴天，且變化不穩(wěn)定。

(3)不同時期蒸散變化的主要影響因素包括水汽壓力差、飽和差、地溫、氣溫、濕度、日照時數(shù)、風(fēng)速和葉面積指數(shù)等。經(jīng)過灰色關(guān)聯(lián)分析，得出水汽壓力差、氣溫和地溫是影響玉米蒸散量的主要環(huán)境因子，葉面積指數(shù)是主要的生物影響因子。
 

控制試驗應(yīng)用

基于SoilScope控制試驗平臺的“LysiCosm 地上地下碳氮循環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)”，配套可升降呼吸室“iChamber 群落自動箱”，同步測量表面 N₂O/CO₂/CH₄等溫室氣體排放；“iChamber-G土壤采氣矛”測量蒸滲儀內(nèi)土壤剖面N₂O/CO₂/CH₄等濃度廓線。
 

iChamber 群落自動箱	iChamber-G土壤采氣矛

“RhizoScope 根系生態(tài)倉”依托SoilScope系統(tǒng)實現(xiàn)土壤水、熱通量控制，采用攝像與掃描一體化“AZR-300復(fù)合根系”原位觀測根系分布、細根周轉(zhuǎn)，環(huán)境變化對同化物分配的影響、根際微生態(tài)過程。