SoilScope生态观测控制实验系统在原状土与回填土潜水蒸发差异性研究中的应用

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为揭示原状土与回填土潜水蒸发之间的差异性，利用五道沟实验站SoilScope生态观测控制实验系统2017-2019年冬小麦与夏玉米日潜水蒸发试验数据,对砂姜黑土原状土与回填土2种土壤蒸渗仪作物全生育期潜水蒸发量进行了对比研究。结果表明：冬小麦和夏玉米全生育期原状土与回填土潜水蒸发量存在差异，其中2017-2018年2018-2019冬小麦日平均潜水蒸发量回填土比原状土多0.53 mm/d，2018-2019夏玉米日平均潜水蒸发量回填土比原状土多0.84 mm/d。可以利用回填土与原状土潜水蒸发量关系估算原状土潜水蒸发量。利用蒸渗仪法开展潜水蒸发及蒸散发等要素实验研究，建议采用原状土蒸渗仪。

潜水蒸发受到气候、地下水埋深、植被情况、土壤质地和土壤结构等因素影响。多年来国内外学者主要从气候、地下水埋深、植被情况等因素对潜水蒸发影响方面做了大量的研究，而在土壤质地对潜水蒸发影响方面研究相对较少，尤其是回填土体与原状土体潜水蒸发差异方面尤为欠缺。本文利用五道沟水文水资源实验站一系列蒸渗仪实验系统2017-2018年和2018-2019年冬小麦和夏玉米全生育期潜水蒸发数据，定量评估及分析回填土与原状土下垫面条件下作物全生育期内潜水蒸发量的差异性。

? 蒸渗仪介绍

五道沟水文水资源实验站位于淮河以北27 km处安徽省蚌埠市境内，1953年建站，是淮北平原水文水资源研究代表性站点。站内现有非称重式地中蒸渗仪原状土测筒60套，砂姜黑土和黄潮土2种土壤类型（砂姜黑土取自蚌埠市固镇县，黄潮土取自萧县杨楼，2种土壤能够较好地代表淮北平原土壤类型）；0.3～4.0 m2 5种不同器口面积，0～5 m不同地下水控制埋深；自动称重式蒸渗仪(澳作FR101A型号)测筒10套，砂姜黑土8套（4套原状土、4套回填土），黄潮土2套（回填土），器口面积为2 m2和4 m2，地下水埋深可调控范围为1.0～3.5 m，是研究潜水蒸发规律和四水转化的理想设备。

? 模型构建

选取原状土与回填土潜水蒸发量，建立潜水蒸发一元线性回归模型，使用公式如下:

Eg0 = b Eg1 + b0

式中：Eg0 为原状土潜水蒸发量；Eg1 为回填土潜水蒸发量；b0为常数项；b 为系数。

? 结果与分析

(1)冬小麦和夏玉米全生育期回填土潜水蒸发量明显大于原状土，冬小麦回填土比原状土平均多0.53 mm/d，夏玉米回填土比原状土多0.84 mm/d。

(2)研究提出了砂姜黑土回填土估算原状土潜水蒸发模型，模型结果分别为冬小麦：Eg0 = 0.78Eg1 + 0.041，Ｒ2为0.987；夏玉米：Eg0 = 0.509Eg1 + 0.010 4，Ｒ2为0.944。

(3)砂姜黑土原状土和回填土的日潜水蒸发量线性关系显著，估算值与实测值相关关系均在0.90以上，一致性指数均为0.95以上，绝对误差和均方根误差均小于0.43 mm。通过回填土日潜水蒸发量及关系曲线可以近似推算原状土的潜水蒸发量。

(4)蒸渗仪法模拟大田环境条件下的潜水蒸发实验时，有条件情况下建议选取原状土土体测筒进行模拟实验，能够更为接近反映大田真实潜水蒸发情况；没有原状土土体测筒情况下，可以选取模型估算。

控制试验应用：

1、  基于SoilScope控制试验平台的“LysiCosm 地上地下碳氮循环监测系统”，配套可升降呼吸室“iChamber 群落自动箱”，同步测量表面 N2O/CO2/CH4等温室气体排放；“iChamber-G土壤采气矛”测量蒸渗仪内土壤剖面N2O/CO2/CH4等浓度廓线。

iChamber 群落自动箱            iChamber-G土壤采气矛

2、“RhizoScope 根系生态仓”依托SoilScope系统实现土壤水、热通量控制，采用摄像与扫描一体化“AZR-300复合根系”原位观测根系分布、细根周转，环境变化对同化物分配的影响、根际微生态过程。