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濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀

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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)、無人機(jī)遙感等)、植物表型分析技術(shù)、呼吸與能量代謝測量技術(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)、能量代謝測量等提供規(guī)劃設(shè)計、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、中科院動物所、中科院地理科學(xué)與資源研究所、中國農(nóng)科院、中國林科院、中國環(huán)科院、中國水科院、清華大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、中國海洋大學(xué)、陜西師范大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等建立了長期的技術(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®實驗室、光譜成像與無人機(jī)遙感事業(yè)部及無人機(jī)遙感研究中心(與陜西師范大學(xué)合作建立)、動物能量代謝實驗室、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。實驗室擁有葉綠素?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全自動化學(xué)分析儀、MicroMac1000水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)、ACE土壤呼吸自動監(jiān)測系統(tǒng)、SoilBox便攜式土壤氣體通量測量系統(tǒng)、動物呼吸測量系統(tǒng)、LCpro 光合作用測量儀、Hood土壤入滲儀、年輪分析儀等各種儀器設(shè)備,可以進(jìn)行實驗研究分析、實驗培訓(xùn)等,歡迎與易科泰生態(tài)研究室開展合作研究。


   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SABLE公司(動物能量代謝技術(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VERIS公司、英國ADC公司、德國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、土壤呼吸與碳通量研究監(jiān)測、動物呼吸代謝測量、水質(zhì)分析與藻類研究監(jiān)測、CoreScanner樣芯密度CT與元素分析技術(shù)、LIBS元素分析技術(shù)、無人機(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,成為我國農(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®無人機(jī)遙感平臺、SoilTron®多功能小型蒸滲儀技術(shù)、SoilBox®土壤呼吸測量技術(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)測系統(tǒng)、植物生理生態(tài)監(jiān)測技術(shù)、動物能量代謝測量技術(shù)等,在中科院修購項目、*學(xué)科群項目、CERN網(wǎng)絡(luò)(生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò))等項目中發(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)營理念,為國內(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、環(huán)境氣象監(jiān)測、水文水質(zhì)及地下水監(jiān)測、水土保持研究監(jiān)測、荒漠化監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)以及動物生態(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)境實驗研究和規(guī)劃設(shè)計提供技術(shù)方案和分析測量。

 

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,被譽為地球之腎。
 
濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀通過地下水位模擬控制系統(tǒng)、精準(zhǔn)稱重系統(tǒng)、根系觀測單元、氣體通量觀測單元、溶質(zhì)在線分析單元等,原位(In-situ)觀測或異地(Ex-situ)模擬觀測地下水位變化(02m)與濕地土壤蒸散、滲漏、降雨及溶質(zhì)運移的即時(高時間分辨率)動態(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)觀測蒸滲儀
 
由德國UFZ環(huán)境研究中心Meissner教授與德國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)真實的野外條件。原位濕地地下水生態(tài)觀測蒸滲儀直接安裝在濕地現(xiàn)場(如圖一所示),蒸滲儀底部經(jīng)由平衡水箱通過壓力轉(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)場濕地的實驗場(比如研究所院內(nèi)等),原位地下水位經(jīng)由實時水位監(jiān)測和數(shù)據(jù)無線傳輸,及時在線調(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)會自動觸發(fā)調(diào)節(jié)機(jī)制,使蒸滲儀與原位濕地水位始終保持*。
 

 
安裝在異地試驗場的蒸滲儀
 

 



 

1.   原位土柱
2.   溫度、TDR、水勢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場的
 
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,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),注水水源來自儲水罐(抽出的水會存放在儲水罐)。此后關(guān)閉儲水罐和平衡水箱間的閥門,打開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量計算出后,溶質(zhì)平衡情況可由如下公式計算出:
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)觀測系統(tǒng)(備選)觀測根系生長狀況
7.        氣體通量觀測單元用于測量分析濕地土壤CO2、O2和甲烷通量(備選):
l        氣體抽樣模塊具Baseline配置,可手動或自動定時切換測量大氣CO2、O2等氣體含量(baseline)和呼吸室內(nèi)CO2、O2等氣體含量,從而更加精確地測量監(jiān)測土壤氣體通量
l        內(nèi)置溫度和大氣壓傳感器,溫度壓力自動補償,高穩(wěn)定性、高精確度
l        氧氣測量分析:燃料電池O2分析儀,不受水汽、CO2及其它氣體的影響,測量范圍1-100%,分辨率0.001%
l        二氧化碳測量分析:雙波段非色散紅外技術(shù),測量范圍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.        在線原位測量分析總氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等
9.            輸:無線傳輸,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、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、6090、120cm深處,每層均安裝各種傳感器。
 
的國外應(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月對德國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)測環(huán)境因子,包括土壤溫度、水勢、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量減少,而這是2月降雨無法補償?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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