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濕地地下水生態(tài)觀測(cè)蒸滲儀

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濕地蒸滲儀

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   北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司成立于2002年,為中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè),,致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究監(jiān)測(cè)技術(shù)推廣,、研發(fā)與服務(wù),特別是在光譜成像技術(shù)(高光譜成像技術(shù),、葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù),、紅外熱成像技術(shù),、無(wú)人機(jī)遙感等)、植物表型分析技術(shù),、呼吸與能量代謝測(cè)量技術(shù)等方面,,與專業(yè)企業(yè)PSI、Specim,、Sable等合作,,致力于植物科學(xué)、土壤與地球科學(xué),、動(dòng)物能量代謝,、水體與藻類及生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域先進(jìn)儀器技術(shù)的引進(jìn)推廣和技術(shù)研發(fā)集成,為植物/作物表型分析,、生態(tài)修復(fù)及生態(tài)保護(hù),、能量代謝測(cè)量等提供規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)方案與系統(tǒng)集成,、技術(shù)咨詢與科技服務(wù),。公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)80%以上具備碩士或碩士以上學(xué)位,并與*研究生院,、中科院植物研究所,、中科院動(dòng)物所、中科院地理科學(xué)與資源研究所,、中國(guó)農(nóng)科院,、中國(guó)林科院、中國(guó)環(huán)科院,、中國(guó)水科院,、清華大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),、北京林業(yè)大學(xué),、北京大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué),、陜西師范大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等建立了長(zhǎng)期的技術(shù)合作交流關(guān)系,。


   公司下設(shè)有葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)與植物表型業(yè)務(wù)部,、EcoTech®實(shí)驗(yàn)室、光譜成像與無(wú)人機(jī)遙感事業(yè)部及無(wú)人機(jī)遙感研究中心(與陜西師范大學(xué)合作建立),、動(dòng)物能量代謝實(shí)驗(yàn)室,、內(nèi)蒙古阿拉善蒙古牛生態(tài)牧業(yè)研究院及青島分公司。實(shí)驗(yàn)室擁有葉綠素?zé)晒獬上?、葉綠素?zé)晒鈨x,、水體藻類熒光儀,、SPECIM高光譜儀、WORKSWELL紅外熱成像儀,、EasyChem全自動(dòng)化學(xué)分析儀,、MicroMac1000水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、ACE土壤呼吸自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、SoilBox便攜式土壤氣體通量測(cè)量系統(tǒng),、動(dòng)物呼吸測(cè)量系統(tǒng)、LCpro 光合作用測(cè)量?jī)x,、Hood土壤入滲儀,、年輪分析儀等各種儀器設(shè)備,可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究分析,、實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)等,,歡迎與易科泰生態(tài)研究室開(kāi)展合作研究。


   易科泰公司與歐洲PSI公司(葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)與表型分析技術(shù)),、美國(guó)SABLE公司(動(dòng)物能量代謝技術(shù)),、歐洲SPECIM公司(高光譜成像技術(shù))、歐洲WORKSWELL公司(紅外熱成像技術(shù)),、歐洲ATOMTRACE公司(LIBS元素分析技術(shù)),、歐洲BCN無(wú)人機(jī)遙感中心、歐洲ITRAX公司(樣芯密度掃描與元素分析),、美國(guó)VERIS公司,、英國(guó)ADC公司、德國(guó)UGT公司,、歐洲SYSTEA公司等著名生態(tài)儀器技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)機(jī)構(gòu)和廠商建立了密切的合作關(guān)系,,在FluorCam葉綠素?zé)晒獬上衽c熒光測(cè)量技術(shù)、PlantScreen植物表型分析技術(shù),、高光譜成像技術(shù),、紅外熱成像技術(shù)、光合作用與植物生理生態(tài)研究監(jiān)測(cè),、土壤呼吸與碳通量研究監(jiān)測(cè),、動(dòng)物呼吸代謝測(cè)量、水質(zhì)分析與藻類研究監(jiān)測(cè),、CoreScanner樣芯密度CT與元素分析技術(shù),、LIBS元素分析技術(shù)、無(wú)人機(jī)生態(tài)遙感技術(shù)等生態(tài)儀器技術(shù)及其系統(tǒng)方案集成有著豐富的經(jīng)驗(yàn),,成為我國(guó)農(nóng)業(yè),、林業(yè)、地球科學(xué),、生態(tài)環(huán)境研究等領(lǐng)域科技進(jìn)步的重要研究技術(shù)支持力量,。由公司研制生產(chǎn)的EcoDrone®無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái),、SoilTron®多功能小型蒸滲儀技術(shù)、SoilBox®土壤呼吸測(cè)量技術(shù),、PhenoPlot®輕便型作物表型分析系統(tǒng),、SCG-N土壤剖面CO2/O2梯度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、植物生理生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),、動(dòng)物能量代謝測(cè)量技術(shù)等,,在中科院修購(gòu)項(xiàng)目、*學(xué)科群項(xiàng)目,、CERN網(wǎng)絡(luò)(生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò))等項(xiàng)目中發(fā)揮重要作用,。


   “工欲善其事,必先利其器”,,易科泰公司將秉承“利其器,,善其事”的經(jīng)營(yíng)理念,為國(guó)內(nèi)生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究與發(fā)展提供優(yōu)秀的技術(shù)方案和服務(wù),。


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土壤與植物生理生態(tài)研究監(jiān)測(cè),、環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)、水文水質(zhì)及地下水監(jiān)測(cè),、水土保持研究監(jiān)測(cè),、荒漠化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)以及動(dòng)物生態(tài)研究等儀器技術(shù)的引進(jìn)推廣和系統(tǒng)集成,并為生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)研究和規(guī)劃設(shè)計(jì)提供技術(shù)方案和分析測(cè)量,。

 

濕地是地球上zui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(bǔ)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(yù)為地球之腎
 
濕地地下水生態(tài)觀測(cè)蒸滲儀通過(guò)地下水位模擬控制系統(tǒng),、精準(zhǔn)稱重系統(tǒng),、根系觀測(cè)單元、氣體通量觀測(cè)單元,、溶質(zhì)在線分析單元等,原位(In-situ)觀測(cè)或異地(Ex-situ)模擬觀測(cè)地下水位變化(02m)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02m)的土地類型,。
 
圖一原位(In-situ)濕地地下水生態(tài)觀測(cè)蒸滲儀
 
由德國(guó)UFZ環(huán)境研究中心Meissner教授與德國(guó)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(shí)的野外條件,。原位濕地地下水生態(tài)觀測(cè)蒸滲儀直接安裝在濕地現(xiàn)場(chǎng)(如圖一所示),蒸滲儀底部經(jīng)由平衡水箱通過(guò)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,。異地可以安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)濕地的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)(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(cè)和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸,,及時(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*。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(huì)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*。
 

 
安裝在異地試驗(yàn)場(chǎng)的蒸滲儀
 

 



 

1.   原位土柱
2.   溫度,、TDR,、水勢(shì)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(chǔ)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(yàn)場(chǎng)的
 
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*(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(lái)自儲(chǔ)水罐(抽出的水會(huì)存放在儲(chǔ)水罐),。此后關(guān)閉儲(chǔ)水罐和平衡水箱間的閥門,,打開(kāi)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(guò)程反復(fù)進(jìn)行,,直到蒸滲儀水位達(dá)到目標(biāo)水位。
 
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。水分平衡公式如下所示:
P Pond = Et ( Rout Rin±Δ S
其中P是降雨量,, Pond是表面蓄水,,Et是蒸散,Rin是地下水流入,,Rout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(cè)量計(jì)算出后,,溶質(zhì)平衡情況可由如下公式計(jì)算出:
LCs×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
 
的技術(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(jì)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1min15min平均一次
5.        高精度即時(shí)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(cè)系統(tǒng)(備選)觀測(cè)根系生長(zhǎng)狀況
7.        氣體通量觀測(cè)單元用于測(cè)量分析濕地土壤CO2O2和甲烷通量(備選):
l        氣體抽樣模塊具Baseline配置,,可手動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)切換測(cè)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(cè)量監(jiān)測(cè)土壤氣體通量
l        內(nèi)置溫度和大氣壓傳感器,,溫度壓力自動(dòng)補(bǔ)償,高穩(wěn)定性,、高精確度
l        氧氣測(cè)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(cè)量范圍1-100%,,分辨率0.001%
l        二氧化碳測(cè)量分析:雙波段非色散紅外技術(shù),測(cè)量范圍0-5%,,分辨率0.0001%
l        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(cè)量分析總氮,、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等
9.            輸:無(wú)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.    器:土壤水勢(shì)、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,、90120cm深處,,每層均安裝各種傳感器,。
 
的國(guó)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20032月對(duì)德國(guó)schönbergg Deich Wörlitz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(cè)環(huán)境因子,,包括土壤溫度、水勢(shì),、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(chǔ)量減少,,而這是2月降雨無(wú)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. Meißner , M. N. V. Prasad, G. Du Laing and J. Rinklebe2010 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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