
SoilScope控制型蒸滲系統(tǒng)可以取原狀土柱,土柱面積1平方米,高度可定制。采用“直接稱重"方式,稱重傳感器精度達(dá)到了1/10000,使蒸滲儀的蒸散分辨率達(dá)到了0.01mm(1平米面積蒸滲儀),可以直接精準(zhǔn)測量潛水蒸發(fā)量。

自動(dòng)記錄分層水分、水勢(shì)的瞬時(shí)值,在與大田水勢(shì)梯度一致的情況下,得到罐體內(nèi)的土壤水動(dòng)力學(xué)參數(shù),水位變化量、滲漏量。

多數(shù)科研人員只會(huì)使用稱重?cái)?shù)據(jù)計(jì)算蒸散量,分層水分?jǐn)?shù)據(jù)的使用目前并不多,我們今天就以利用水分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算根系剖面吸水效率為例,給大家做一些解析。
土壤水分傳感器分別埋設(shè)在蒸滲柱體的20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、130cm、180cm,我們首先選擇無降雨、無灌溉時(shí)間段(監(jiān)測期:6月5日—6月6日)的數(shù)據(jù),排除水分增加對(duì)數(shù)據(jù)分析的干擾。
首先需要做以下基本假設(shè):
·選擇蒸滲儀底部無滲漏時(shí)間段數(shù)據(jù),下邊界水流通量為 0
·一維垂向土壤水分運(yùn)動(dòng),忽略水平方向水分交換
·傳感器監(jiān)測的土層含水量可代表整層土壤的平均體積含水率
·計(jì)算干燥期內(nèi)各土層的實(shí)際吸水能力:
計(jì)算公式:
·單層總吸水量(干燥期內(nèi),單位:cm,等效水深)

其中

為干燥期內(nèi)土層含水率變化(干燥期為負(fù)值,%)
| 土層區(qū)間 | 土層厚度(cm) | 對(duì)應(yīng)監(jiān)測深度 |
| 0-20cm | 20 | 20cm |
| 20-40cm | 20 | 40cm |
| 40-60cm | 20 | 60cm |
| 60-80cm | 20 | 80cm |
| 80-100cm | 20 | 100cm |
| 100-130cm | 30 | 130cm |
| 130-180cm | 50 | 180cm |
·單層吸水強(qiáng)度(單位:1/d,單位體積土壤每日吸水量):

其中Δt為干燥期時(shí)長(單位:天)
·分層吸水占比(%):

·潛在蒸騰速率Tp計(jì)算:
無脅迫條件下,全剖面總吸水量等于潛在蒸騰量,因此:

單位:cm/d,代表作物無水分脅迫時(shí)的最大日蒸騰量。
Feddes 模型是土壤水文學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的根系吸水模型之一,核心公式為:

S(z,t):土層 z 處 t 時(shí)刻的根系吸水強(qiáng)度(單位:1/d)
Tp(t):作物潛在蒸騰速率(單位:cm/d)
R(z):歸一化根系密度分布(核心吸水效率參數(shù)),無脅迫下各層根系吸水能力權(quán)重,滿足

a(h(z,t)):水勢(shì)脅迫響應(yīng)函數(shù)(0~1)
無水分脅迫時(shí),脅迫響應(yīng)函數(shù)a(h)=1,此時(shí) Feddes 模型簡化為:

因此,歸一化根系密度(吸水效率參數(shù))可直接通過實(shí)測吸水強(qiáng)度計(jì)算:

為滿足這個(gè)模型的積分約束

,需對(duì)初始計(jì)算的Ri進(jìn)行歸一化校正:

校正后的R'i即為最終的各層吸水效率核心參數(shù),代表無脅迫下,第 i 層單位體積土壤的根系吸水能力權(quán)重,數(shù)值越大,該層根系吸水效率越高。
計(jì)算相對(duì)吸水效率:
以全土層最大吸水強(qiáng)度Smax作為無脅迫潛在吸水,計(jì)算各層實(shí)測相對(duì)吸水效率:

a=1代表該土層無脅迫; a<1代表水分脅迫抑制吸水。
計(jì)算結(jié)果:
· 100-130cm 土層是核心吸水層,歸一化根系密度達(dá) 0.0128 cm?3,貢獻(xiàn)了 38.41% 的總蒸騰量;
· 130-180cm 土層含水率上升,存在深層水分補(bǔ)給,無根系吸水,吸水占比為負(fù)值。
| 土層區(qū)間 | 土層厚度 (cm) | 歸一化根系密度 (cm?3) | 吸水占比 (%) |
| 0-20cm | 20 | 0.006606 | 13.21 |
| 20-40cm | 20 | 0.007114 | 14.23 |
| 40-60cm | 20 | 0.006809 | 13.62 |
| 60-80cm | 20 | 0.009045 | 18.09 |
| 80-100cm | 20 | 0.002236 | 4.47 |
| 100-130cm | 30 | 0.012805 | 38.41 |
| 130-180cm | 50 | -0.000407 | -2.03 |
各層歸一化根系密度分布(吸水效率權(quán)重)

各土層根系吸水占比:

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