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土壤蒸滲儀(Lysimeter) 是在現(xiàn)代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)、微氣候?qū)W等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎(chǔ)上，為研究“四水”循環(huán)轉(zhuǎn)化過程中降雨下滲、徑流、蒸散及土壤水中可溶解成分轉(zhuǎn)移過程而研發(fā)生產(chǎn)的一種綜合性系統(tǒng)設(shè)備。該設(shè)備能精確監(jiān)測被測土體蒸散量和滲漏量，可單個(gè)或成套布設(shè)，適用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象等相關(guān)部門長期監(jiān)測流域總蒸發(fā)量，可為水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和水資源合理開發(fā)利用有提供數(shù)據(jù)支撐。

從歷史淵源來看，土壤蒸滲儀是一種是非標(biāo)定制的舶來品，上世紀(jì)80年代引入中國，目前國內(nèi)生產(chǎn)銷售的蒸滲儀除原裝進(jìn)口的以外，大部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)與測量原理都是學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外的。哪家公司實(shí)力強(qiáng)，研發(fā)轉(zhuǎn)化水平高，本土化的效果可能就好一些。由于行業(yè)比較冷門，市場需求量又小，所以國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)土壤蒸滲儀的企業(yè)很少，并且都是一些小微企業(yè)。當(dāng)前沒有此類產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)規(guī)范。

當(dāng)前，國內(nèi)企業(yè)所生產(chǎn)的土壤蒸滲儀，從結(jié)構(gòu)上可分為懸掛式、杠桿式、彈簧式和直稱式。前三種結(jié)構(gòu)的蒸滲儀工作原理都是間接稱量法，用杠桿或鋼絲（彈簧）平衡去掉被測土體和硬件土箱的原始重量，通過測定變化量來計(jì)算蒸發(fā)蒸騰量，滲漏量監(jiān)測也是大同小異。這三者在結(jié)構(gòu)上唯一不同的是：杠桿式蒸滲儀是通過三級(jí)也就是三次轉(zhuǎn)換平衡去掉原始重量，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；而懸掛和彈簧式可直接平衡去掉原始重量，結(jié)構(gòu)要簡單一些。直稱式蒸滲儀，顧名思義，就是直接秤量被測土體各測點(diǎn)隨蒸發(fā)、蒸散、滲漏、降水或灌溉而引起的土壤總重量的變化。四種結(jié)構(gòu)的蒸滲儀均有優(yōu)缺點(diǎn)，可按實(shí)際需要擇優(yōu)選型。

01杠桿式土壤蒸滲儀

整個(gè)稱重系統(tǒng)可以看作一個(gè)巨大的桿秤。用平衡碼平衡掉蒸滲儀的初始重量（如下圖1所示），然后將土箱和土體的重量作為一個(gè)固定值，默認(rèn)重量的變化都是由土壤水分變化引起的，這樣稱重傳感器感應(yīng)到的就為水分的變化量，再結(jié)合滲漏量計(jì)算出蒸散量。其優(yōu)缺點(diǎn)是：

（一）反應(yīng)靈敏，監(jiān)測數(shù)據(jù)線形度好；

（二）杠桿平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)支點(diǎn)（類似天平刀口）易磨損變形，測量量程??；

（三）所采用的傳感器蠕變和零漂相對(duì)較大，每次測量前需進(jìn)行零點(diǎn)校正，也需要定期標(biāo)定，后期維護(hù)工作量大。

圖1杠桿式蒸滲儀原理圖

其中： 1、土箱，2、土體，3、過濾層，4、土箱箱底，7、滲漏管，9、滲漏傳感器，5、6、8、11、12、13、14為杠桿系統(tǒng)，15、為平衡砝碼，18、為游碼，16、為稱重傳感器，17、為清零電機(jī)。

02 懸掛式土壤蒸滲儀

稱重機(jī)構(gòu)原理如下圖2所示:由兩塊方鋼夾在鋼絲繩中部與兩塊斜鐵及平衡臂產(chǎn)生工作狀態(tài)。在平衡臂水平時(shí)，鋼絲繩產(chǎn)生垂直錯(cuò)位。當(dāng)土體重量發(fā)生變化時(shí)，平衡臂上下擺動(dòng)形成擺角變化，通過鋼性連桿機(jī)構(gòu)將擺角的變化轉(zhuǎn)換為線位移，再利用高分辨率的位移傳感器測出位移變化量，從而實(shí)現(xiàn)土箱重量變化的測量。

其中G代表土體和土筐重力，F(xiàn)代表砝碼重力。

圖2懸掛式蒸滲儀測量原理圖

懸掛式蒸滲儀秤體側(cè)視圖

懸掛式蒸滲儀秤體透視圖

懸掛式蒸滲儀的優(yōu)缺點(diǎn)：

（一）被測土體始終處于懸掛狀態(tài)，傳感器無需長期承受秤體及土壤壓力，不易疲勞，皮實(shí)耐用。

大型懸掛式土壤蒸滲儀實(shí)物照片

（二）所采用的是位移傳感器感知蒸散發(fā)變化量，其與被測土箱直接相連，沒有中間過渡轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，減少了誤差源，提升了測量精度；

（三）測量量程大，抗干擾能力強(qiáng)，無需定期標(biāo)定，后期維護(hù)簡單方便；

（四）機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場安裝工作量大，調(diào)試要求高。

03 直稱式土壤蒸滲儀

在被測土體下互成120°角安裝了三只稱重傳感器（如圖3所示），直接稱量被測土體的重量變化，得出蒸散量及滲漏量。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便；缺點(diǎn)是傳感器測量精度差，溫漂大，需要定期維護(hù)。

圖3直稱式蒸滲儀結(jié)構(gòu)原理圖

直稱式土壤蒸滲儀實(shí)物照片

近年來，為弄清楚氣候變暖對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能及其穩(wěn)定性的影響與調(diào)控機(jī)制，我司在直稱式蒸滲儀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上專門研發(fā)生產(chǎn)了一款土壤環(huán)境控制蒸滲儀（也稱為增溫蒸滲儀），其可通過調(diào)節(jié)控制環(huán)形空腔內(nèi)的溫度，進(jìn)而改變內(nèi)筒內(nèi)腔中的原狀土體的溫度、濕度等。該裝置可以拓展監(jiān)測植物生長土壤環(huán)境的溫度、土壤含水量以及土壤表層二氧化碳濃度，并對(duì)裝置內(nèi)的植物的物候、蒸騰和生長節(jié)律變化進(jìn)行連續(xù)測定，了解氣候變暖對(duì)草原植物群落及其穩(wěn)定性的影響，從而為野外植物生長條件和驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究提供可靠的信息支撐，為陸地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、重建、碳收支評(píng)估及氣候變化適應(yīng)性管理提供依據(jù)。相較于當(dāng)前常用的加熱燈及溫室建設(shè)，該設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是直接作用于被測土壤，受外界環(huán)境影響小，實(shí)驗(yàn)效果好，使用成本低，后期維護(hù)簡單。

稱重式增溫土壤蒸滲儀外部及內(nèi)筒照片

04彈簧式土壤蒸滲儀

在被測土體下面等距離互成120°安裝了三只強(qiáng)力彈簧和懸臂梁傳感器（如圖4所示），利用強(qiáng)力彈簧和機(jī)械柔性平衡盛土容器和原狀土的總重量，用高精度懸臂梁傳感器監(jiān)測所設(shè)定的前后兩次變化量，測值之差即為當(dāng)時(shí)段的蒸散量。其優(yōu)點(diǎn)是使用成本低，安裝簡便；缺點(diǎn)是彈簧易疲勞，不適用于大型蒸滲儀。

圖4：彈簧式土壤蒸滲儀結(jié)構(gòu)原理圖及實(shí)物照片

以上是幾種稱重式土壤蒸滲儀的介紹，用戶可根據(jù)測量需求、應(yīng)用場景、設(shè)備性能等進(jìn)行設(shè)備選型，以確保所選設(shè)備能夠滿足自己的實(shí)際需求。