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原文传递一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法

专利名称：	一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法
摘要：	本发明公开了一种复合生态系统蒸散量测量系统及其操作方法，测定蒸散量的传感器包括一个测定土壤蒸发量的九针热脉冲探头、一个测定茎秆粗壮植物茎流的三针热脉冲探头及一个适用于茎秆尺寸细小植物的包裹式茎流计。九针探头包括布置在T形探头手柄中的五根温度感应探针和四根加热探针。本发明还同时提供了利用上述装置所进行蒸散量估算的方法。本发明具有原位监测、对土壤和植被扰动小、自动化程度高、使用便捷等优点，可以连续自动测定不同深度表层土壤的温度变化及土壤热特性及植物的蒸腾量。采用本发明能够获得森林及农田系统的蒸散量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北农林科技大学
发明人：	何海龙;刘扬;王佳铭;王愿斌;吕家珑
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910246007.4
公开号：	CN110118795A
代理机构：	北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司
代理人：	董芙蓉
分类号：	G01N25/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	712100 陕西省咸阳市杨凌区邰城路3号
主权项：	1.一种复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于：包括九针热脉冲土壤蒸发量探头(1)、三针植物茎流计(2)、包裹式植物茎流计(3)、数据通信电缆(4)和电源、数据采集及传输系统(5)，所述九针热脉冲土壤蒸发量探头(1)安装在土壤表层上，所述三针植物茎流计(2)安装在粗壮植物茎秆上，所述包裹式植物茎流计(3)安装在细小植物茎秆上，所述九针热脉冲土壤蒸发量探头(1)、三针植物茎流计(2)、包裹式植物茎流计(3)和电源、数据采集及传输系统(5)通过数据通信电缆(4)依次连接；该系统连接在同一数据采集器或不同的数据采集器上。 2.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于：所述九针热脉冲土壤蒸发量探头由四个部件构成：一个包含两根根温度感应探针和一根加热探针的三针倒T型部件及三个包含一根温度感应探针和一根加热探针的两针工型部件。 3.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于所述的九针热脉冲土壤蒸发量探头的三针倒T型部件尺寸为：长16mm×宽10mm×厚10mm，部件下部两侧各有一个3mm的矩形突起(10)作为部件连接扣(8)；该九针热脉冲土壤蒸发量探头的三针倒T型部件上距离上边缘1mm的中轴线位置处布置一根九针热脉冲土壤蒸发量探头温度探针(6)，然后沿中轴线向下边沿依次间隔6mm各布置一根九针热脉冲土壤蒸发量探头加热探针(7)和一根九针热脉冲土壤蒸发量探头温度探针(6)；所述两针工型部件尺寸为：长12mm×宽10mm×厚10mm部件上下两端两侧各有一个3mm的矩形突起(10)作为部件连接扣(8)；该部件由居于中轴线线上的一根温度探针和一根加热探针构成，二者相距6mm，两根探针与对应上下边缘相距3mm；所述九针热脉冲土壤蒸发量探头的温度探针的有效长度为20mm，在该探针顶点处含有一温度感应元件(11)；所述九针热脉冲土壤蒸发量探头的加热探针长为40mm；加热电阻丝(12)伸入到加热探针的顶端；距离所述探针顶点20mm处含有一个温度感应元件(11)。 4.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，所述的三针热脉冲植物茎流计探头包含3个部件：一个单针加热探针部件及两个单针温度探针部件；所述各部件尺寸为：长6mm×宽6mm×厚30mm；在所述三针热脉冲植物茎流计探头的单针加热探针探头手柄(9)中心处布置一根温度探针或一根加热探针；此外，该三针植物茎流计附带一个辅助钻孔器。 5.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，所述三针热脉冲植物茎流计探头的温度探针部件及加热探针部件包含五种有效长度：30mm、70mm、110mm、150mm、190mm、230mm、270mm；所述三针热脉冲植物茎流计探头的温度探针部件，从该探针部件手柄10mm距离位置起，每10mm放置一个温度感应元件(11)。 6.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，所述三针热脉冲植物茎流计探头的加热探针部件，加热电阻丝(12)伸入到加热探针的顶端；从该探针部件手柄10mm距离位置起，每10mm放置一个温度感应元件(11)。 7.根据权利要求6所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，各所述加热探针和温度探针的温度感应元件(11)为NTC热敏电阻或E型、K型、T型热电偶之一；各所述加热探针中的加热电阻丝的总阻值为500～1000Ωm-1；对于各所述温度探针和加热探针，在不锈钢钢管(14)与温度感应元件(11)及加热电阻丝(12)之间的空隙间填充有导热环氧树脂(13)；各所述温度探针及加热探针中的元件由不锈钢钢管(14)保护，该不锈钢钢管(14)外径为2.54mm，壁厚为0.54mm，不锈钢钢管(14)顶部进行锐化处理便于插入土壤或茎秆中去。 8.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，所述三针植物茎流计的辅助钻孔器上设有不锈钢手柄(16)，其尺寸为：长40mm×宽10mm×厚10mm，所述不锈钢手柄上包含3个间距为15mm，内径为2.54mm的预留钻孔用于引导三针植物茎流计探针插入树木茎秆。 9.根据权利要求1所述的复合生态系统蒸散量测量系统，其特征在于，所述包裹式植物茎流计(3)的探头包括：外隔水绝热绝缘材料层(17)、充气气囊(18)、内绝热层绝缘材料层(19)、加热板(21)、热电堆(22)、压力和温度感应元件(11)；所述外隔水绝热绝缘材料层(17)和内绝热层绝缘材料层(19)，长50～800mm，宽40～100mm；所述外层绝热绝缘材料层(17)和内绝热层绝缘材料层(19)中空位置内设有通过进出气管与空气泵连接的环形充气气囊(18)；所述隔水绝热材料外侧有粘扣(20)，能根据植物茎秆粗细调节；所述内绝热绝缘材料层(19)上附有加热板(21)；所述加热板(21)中央位置上附有一线性热电堆(22)；所述加热板(21)的尺寸为：长800mm，宽30～90mm；距所述加热板(21)上下边缘5mm处各放置一对温度感应元件(11)及压力检测传感元件和报警器(24)；所述压力检测传感器用于控制气囊加压，报警器用于检测失效探头。 10.一种复合生态系统蒸散量测量系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、选择需要布设复合生态系统蒸散量测量系统的地点，准备好相关仪器及辅助工具和材料；步骤2、复合生态系统蒸散量测量系统的九针热脉冲土壤蒸发量探头的使用：第一步，传感器田间安装；在田间挖一个长50mm×宽100mm×深60mm的土坑，用刮刀将欲插入探针的土壤垂直面整理平整并保持土壤原有结构；第二步，将九针热脉冲土壤蒸发量探头沿着地表水平插入土壤中，保证其表面与土壤表面几乎持平，然后将土坑填平；步骤3、复合生态系统蒸散量测量系统的三针热脉冲植物茎流计探头的使用步骤：第一步，选择胸径为20cm的橡木树，将树的北面1.4m高处表层树皮去除，然后利用预制钻孔器在垂直方向上钻三个水平向内90mm深的孔；使用预制钻孔器的目的是为了保证三根探针能够平行插入到树体内；第二步，在三根探针表面涂上润滑油，并将加热探针插入中间的孔，两根温度探针插入上下两个孔中；探针上覆盖遮阳、防水材料，防止阳光直射及雨水对探针测量的影响；步骤4、复合生态系统蒸散量测量系统的包裹式茎流计探头的使用：第一步，选择典型的玉米植株，在下部茎秆粗壮部位缠绕100mm长×40mm宽的包裹式茎流计探头3，并手动给气囊充气保证热电偶及压力传感器和报警器与玉米茎秆紧密接触；第二步，在探针上覆盖遮阳、防水材料，防止阳光直射及雨水对探针测量的影响；步骤5、将一种基于热脉冲技术的复合生态系统蒸散量测量系统的九针热脉冲土壤蒸发量探头、三针热脉冲植物茎流计探头、包裹式茎流计探头与数据采集器及电源连接，并检查保证仪器能正常工作；通过编程设置加热及数据采集频率来分别控制数据采集器完成九针热脉冲土壤蒸发量探头的加热和土壤温度数据采集、三针热脉冲植物茎流计探头的加热和茎干温度数据采集、包裹式茎流计探头的加热和茎干温度数据采集；步骤6、在拟定的数据采集时间点，分别读取数据采集器中储存的九针热脉冲土壤蒸发量探头数据，利用热量平衡方法计算获取不同土壤层次的蒸发量；读取数据采集器中储存的三针热脉冲植物茎流计探头数据，计算径向剖面的茎流流量；读取数据采集器中储存的包裹式茎流计探头数据，计算玉米茎秆的茎流流量；步骤7、一种复合生态系统蒸散量的计算；根据步骤6中计算的土壤蒸发量、根据地块橡木树的横截面积及橡木树数量计算整个地块橡木树的蒸腾量、根据玉米的横截面积及地块玉米植株数量计算整个地块玉米的蒸腾量；三者之和为该复合生态系统的蒸散量；步骤8、根据研究需要长期连续定位测定或者短期测定，实验完毕取回仪器并妥善保管，将实验地恢复原貌。
所属类别：	发明专利