一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的装置和方法

本发明属于作物及土壤水分数据测量，具体涉及一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的装置和方法。

背景技术：

1、在农业科研领域中，作物复合种植蒸散过程研究必不可少。作物蒸腾是水分从植物体表面以水蒸气状态散失到大气中的过程，既受外界环境条件的影响，又受植物本身的调节和控制。土壤蒸发是土壤中水分通过上升和汽化从土壤表面进入大气的过程，会影响土壤含水量的变化。作物蒸渗仪系统在研究土壤水分动态分布特征、蒸发蒸腾规律及种间水分关系具有重要意义。但是，现有的植物蒸腾量和土壤蒸发是独立个体，只能单独测定，土壤蒸发观测相对容易，可用土壤蒸发桶测定；而植物蒸腾量常用包裹式茎流计测定，由于茎秆随生育期变化较大，包裹式探头大小需调整，在大部分研究中仅观测了部分生育期，对于整个生育期的研究相对匮乏；特别是现有的复合种植模式下无法精准研究两种及其以上的复合系统蒸散过程。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的装置和方法，能够精准表征复合系统蒸散过程。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。

3、一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的装置，包括蒸渗仪和滴灌带，所述蒸渗仪包括蒸渗仪滤层以及设置在蒸渗仪滤层上部的蒸渗仪测筒；

4、所述蒸渗仪测筒顶部的土壤中埋入土壤蒸发桶和间作作物蒸渗桶；

5、所述蒸渗仪测筒一侧外壁连接土壤水分传感器，另一侧外壁底部连接自动补水装置；

6、与自动补水装置位于同一侧，所述蒸渗仪滤层底部设有地下水补给装置和水位计，另一侧设有排水管，所述排水管与渗漏装置连接；

7、所述蒸渗仪滤层底部与称重传感器相连接；

8、所述滴灌带设置在作物行间。

9、上述技术方案中，所述自动补水装置包括供水箱，所述供水箱下端连接水压传感器，水压传感器一侧连接供水管，另一侧连接气压管；供水管中部通过进水口与蒸渗仪测筒连通，且中上部设有进水阀门，进水阀门内含设有流量传感器；供水管下部与地下水补给装置的地下水补给管连通，两者之间设有控制阀门。

10、上述技术方案中，所述渗漏装置包括渗漏水量桶、下渗管和渗漏阀门，所述下渗管与排水管连通，且两者之间设有渗漏阀门，所述渗漏水量桶位于下渗管出口处。

11、上述技术方案中，所述排水管上设有排水阀门和流量传感器。

12、上述技术方案中，所述地下水补给装置包括补给阀门、补给口和地下水补给管，地下水补给管一端与蒸渗仪滤层连通，另一端与补给口连通，补给口处设有补给阀门。

13、上述技术方案中，所述地下水补给管上靠近补给阀门处还连通有水位计，所述水位计顶端连通地面，底端通过水位阀门控制。

14、上述技术方案中，还包括数据采集箱，用于获取蒸渗仪重量、土壤水分、灌溉数据、自动补水数据、地下水补水数据、排水数据、渗漏数据和气象数据，用于计算土壤储存水量的变化。

15、一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的方法：

16、当地地下水的埋深大于蒸渗仪高度，在时间段t内进行滴灌补水，控制滴灌补水量为i，关闭地下水补给装置、自动补水装置和排水管，打开水位计和渗漏装置，使水位稳定到试验所需水位；计算时间段t内的间作作物蒸腾量et1、土壤蒸散量et2和土壤储存水量的变化△w：

17、

18、

19、δw＝p+i-w3-et1-et2-δs3

20、其中：δs1为时间段t内的间作作物蒸渗桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，δs2为时间段t内的土壤蒸发桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，r1为间作作物蒸渗桶的半径，r2为土壤蒸发桶的半径，ρ为水的密度，p为时间段t内的降雨量，△s3为时间段t内的渗漏量，w3为时间段t内的主栽作物蒸腾量，且w3＝w2-et1-et2，w2为时间段t后的蒸渗仪重量。

21、一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的方法：

22、当地地下水的埋深小于蒸渗仪高度，记地下水补给量为cr，在时间段t'内进行滴灌补水，控制滴灌补水量为i'，关闭排水管和自动补水装置，打开地下水补给装置、水位计和渗漏装置，使水位稳定到试验所需水位；计算时间段t'内的作物蒸腾量et'1、土壤蒸散量et'2、土壤储存水量的变化△w'：

23、

24、

25、δw′＝p′+i′+cr-w′3-et′1-et′2-δs′3

26、其中：δs′1为时间段t'内的间作作物蒸渗桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，δs′2为时间段t'内的土壤蒸发桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，r1为间作作物蒸渗桶的半径，r2为土壤蒸发桶的半径，ρ为水的密度，p'为时间段t'内的降雨量，△s'3为时间段t'内的渗漏量，w'3为时间段t'内的主栽作物蒸腾量，且w′3＝w′2-et′1-et′2，w'2为时间段t'后的蒸渗仪重量；

27、地下水补给量cr通过以下方式获取：

28、

29、

30、

31、

32、a1＝θfc×z×1000

33、

34、

35、

36、其中：crmax为潜在地下水补给，dw为观测地下水深度，dwc为临界地下水深度，k是与蒸散中蒸腾相关的因子，et′＝et′1+et′2，wa为根区实际贮水量，a1为最大根区深度的田间持水量所对应的贮水量，a2为田间持水量和萎蔫点之间高于平均值的需水量，a3、a4、b1、b2、b3、b4均为经验参数，θfc为土壤的田间持水量，z为作物最大根区深度，lai为叶面积指数，wc为关键土壤含水量，wc为稳定土壤储水量，θwp为萎蔫含水量。

37、一种多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的方法：

38、当地地下水的埋深小于蒸渗仪高度，在时间段t”内进行滴灌补水，控制滴灌补水量为i”，关闭排水管、地下水补给装置和渗漏装置，打开自动补水装置和水位计，通过自动补水装置控制水量u，使水位稳定到试验所需水位；计算时间段t”内的间作作物蒸腾量et”1、土壤蒸散量et”2和土壤储存水量的变化△w”：

39、

40、

41、δw″＝p″+i″+u-w″3-et″1-et″2

42、其中：δs″1为时间段t”内的间作作物蒸渗桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，δs″2为时间段t”内的土壤蒸发桶灌水后和试验结束之间的重量变化值，r1为间作作物蒸渗桶的半径，r2为土壤蒸发桶的半径，ρ为水的密度，p”为时间段t”内的降雨量，w”3为时间段t”内的主栽作物蒸腾量，且w″3＝w″2-et″1-et″2，w″2为时间段t”后的蒸渗仪重量。

43、本发明的有益效果为：本发明的多功能复合种植系统蒸散过程动态监测的装置能够获取蒸渗仪重量、土壤水分、灌溉数据、自动补水数据、地下水补水数据、排水数据、渗漏数据和气象数据，用于计算间作作物蒸腾量、土壤蒸散量和土壤储存水量的变化，精准表征复合系统蒸散过程。