土壤蒸渗仪的分类和特点

2025-12-30 17:03:34 点将科技 4
土壤蒸渗仪是研究土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水分运动的核心设备,主要用于精确测量土壤蒸发植物蒸腾合称蒸散,ET)以及深层渗漏量

土壤蒸渗仪的分类主要基于称重原理、尺度(面积和深度)、结构设计和控制能力等几个方面。那么,我们根据这些方向来聊下蒸渗仪种类和特点,欢迎交流看法,一起学习。

称重式蒸渗仪

这是目前精度较高应用广泛的一类。因直接测量水量变化,精度可达到每小时0.01mm甚至更高的分辨率,能捕捉瞬时的蒸散变化。
原理上说,此类是通过称量整个土柱(包括土壤、植物、容器、支撑结构等)的重量变化来计算水量变化。重量减少对应于蒸散量,重量增加对应于降水或灌溉量(扣除渗漏量)。
科研学者可以根据土柱桶的高度分层选配不同类型的土壤传感器,实现土壤水分、温度、电导率、水势等参数的同步测量。这样,可以更好地研究土壤中水分运移情况、土壤水分特征曲线、灌溉优化等。

称重式蒸渗仪又分为直接称重式机械杠杆式

直称式:采用了高精度的电子称重传感器,传感器一般基于电阻应变片式或者电磁力补偿式。

这类传感器安装相对灵活,对地基要求稍低(但仍需稳固),量程和分辨率范围广(可通过传感器组合实现),易于实现自动化和远程数据传输

缺点在于传感器成本较高(尤其高精度大吨位),易受温度漂移、电磁干扰影响,需要定期校准。电磁力补偿式精度极高,但成本非常昂贵。

小型/微型的双层桶直称式尤受青睐。内桶不锈钢,外桶为PP/PE-HD/不锈钢材质,带下渗水测量、水位监测和自动排出系统,数据也可以自动采集器上传云端。
土壤蒸渗

杠杆式:利用精密机械杠杆原理放大重量变化,通过位移传感器(如LVDT)或光学方法读取。
杠杆式结构坚固可靠,对电子设备依赖低,抗电磁干扰能力强。并且长期稳定性好,维护相对简单,成本通常低于高精度电子式。
缺点是安装调试复杂,对地基稳定性要求极高(微小倾斜会导致巨大误差),量程和分辨率受杠杆比限制,难以做很大很深。
蒸渗仪

非称重式蒸渗仪

主要通过测量进出水量来估算蒸散。此类又被称为容积式、水力式或者渗漏仪,结构相对简单,可以做得很大很深。通常,在封闭土柱的底部设置渗漏液收集装置,精确测量渗漏量。

蒸散量的计算公式:蒸散量= 输入水量(降水+灌溉) - 渗漏量 - 土壤储水量变化。
土壤储水量变化需要通过额外的土壤水分传感器(如TDR, FDR等)间接测量。
土壤水分传感器的精度高低,以及水量的测量将影响结果准确度。用传感器的单点测量代表整个土柱体积的平均值,也会带来误差。
非称重式蒸渗仪
其他分类方式
按照底部边界控制分类
  • 自由排水式最为常见,柱体底部开放或设置滤层,模拟重力排水条件。

  • 恒定水位控制式则通过马氏瓶或其他自动供水系统,在底部维持恒定的地下水位。用于研究地下水浅埋区的蒸发或植物吸水,适合湿地等生态系统模拟

  • 负压控制式是通过张力计和多孔板在底部施加特定的土壤水吸力,模拟特定深度的土壤基质势。

按照土柱来源分类

  • 填充式,土柱是人工填充的(扰动土或按层回填)。相对容易安装,成本较低,但土壤结构被破坏,代表性可能受影响,需要长时间“熟化”使土壤结构、生物和化学状态趋于稳定。

  • 原状土,土柱是从野外原位切割取出的,保持了原始土壤结构和层次。最能代表真实情况,但获取和安装极其困难复杂,成本高昂。

按照尺度分类

  • 微型/小型: 面积小(<1 m²),深度浅。成本低,易于控制,常用于机理研究、参数率定或温室。代表性有限。

  • 标准型: 面积1-4 m²,深度1-3 m。平衡了精度、代表性、成本和可行性,应用广泛。

  • 大型: 面积>10 m²,深度>3 m。能容纳多株甚至小片植物群落,代表性好。但需要建设地下室,成本极高,安装维护困难(尤其是原状土)


选型建议

选择哪种蒸渗仪取决于研究目标、预算、场地条件对精度/时间分辨率的要求。

需要极高精度和瞬时变化数据(如验证模型、研究过程机制): 首选高精度电子称重式或机械杠杆式(小尺度)。

需要大面积或深层的监测,对瞬时精度要求不高(如区域水量平衡、灌溉管理): 非称重式(带土壤水分监测)或大型平衡式称重蒸渗仪是可行选择。

研究地下水影响: 必须选择能控制底部水位或吸力的类型。

追求高代表性: 应尽量选用大型原状土蒸渗仪。

预算有限或初步研究: 填充式非称重蒸渗仪或小型称重式是起点。

总而言之,称重式蒸渗仪是蒸散测量精度的“黄金标准”,现代研究常结合多种方法(如蒸渗仪+涡动相关+遥感)来互补验证和尺度扩展。

18911366984
最新产品
联系
点将科技
关闭