基于蒸渗仪的地下增温系统及其用于水-碳-氮耦合研究

野外土壤增温实验目前主要有两种实现方式，一种是地上红外辐射增温（野外小区常用），长波红外辐射加热地表与植被，热量自上而下传导至土壤。一种是在土壤中埋设加热电缆或温度插针，可以地下增温土壤。

这两种方式都有各自的缺点，地上红外增温导致地表辐射加剧蒸发，土壤含水量显著低于对照，水分与温度效应混杂；昼夜、晴天阴天升温幅度波动大，仅表层 0–5 cm 升温明显，深层几乎无增温；加热电缆或插杆式增温在热源附近温度高，距热源越远温度越低，无法均匀增温。野外增温受冬季低温、夏季暴雨、大风、霜冻影响，处理不稳定。

结合我司多年丰富的原位蒸渗系统安装经验，我们自主研发了SmartSoil 野外增温试验系统，开创性地采用土壤中增温的方法，热源分布在目标土层内部，热量均匀扩散。配合温控设备可将土壤温度稳定在目标范围。不会出现自然增温或其他加热方式的温度波动过大问题。  

各土层升温幅度可控、温差小，可实现全目标土层恒定增温幅度，不受昼夜光照影响。热量从土壤内部释放，地表无强热辐射，土面蒸发弱，土壤水分梯度更接近自然状态，水分干扰更小。

增温装置可以布设在SoilScope控制型蒸渗柱体内，柱体侧壁保温隔热，底部防渗隔热，土体为独立封闭单元，无侧向热损耗；配套闭环恒温控制系统，24 h 昼夜、整个试验周期均可稳定维持目标温差，升温处理一致性高，数据变异小。

蒸渗柱四周防渗，水分仅能向上蒸发或向下渗漏，全部渗滤液可完整收集，升温诱导的碳氮淋失、耗水损耗能做到精准定量，不存在野外无法计量的侧向流失误差。增温仅改变土体温度，不会同步扰动地上微环境，可分离土壤升温直接效应与空气、光照带来的间接干扰。

蒸渗柱体可取原状土柱，土柱面积1平方米，高度可定制。采用“直接称重"方式，称重传感器精度达到了1/10000，使蒸渗仪的蒸散分辨率达到了0.01mm（1平米面积蒸渗仪），可以直接精准测量潜水蒸发量。

自动记录分层水分、水势的瞬时值，在与大田水势梯度一致的情况下，得到罐体内的土壤水动力学参数，水位变化量、渗漏量。

蒸渗柱体是封闭可控土体单元，加装增温系统，可用于模拟全球气候变暖，定量解析土壤升温对水 - 碳 - 氮耦合过程的独立与交互效应。 

通过精准设置恒定土壤增温梯度（+1、+2、3℃等），单独量化土温升高对土壤 CO₂、N₂O、CH₄排放、有机质矿化、根系与微生物呼吸的驱动作用。

结合SoilGas土壤 CO2 CH4 N2O H2O在线监测仪与iChamber-LY 蒸渗冠层箱，可在线、实时、原位自动测量土壤CO2、CH4和N2O排放通量。监测仪基于激光吸收光谱原理，测量精度达到ppb级。

SoilGAS CO2/CH4/N2O在线监测仪

iChamber-LY蒸渗冠层箱由澳作公司自主研发设计，高度随植物生长可调、面积可达1平米，对测量点降雨、风速等小气候无影响。既可用于土壤温室气体通量测量，也可用作群落光合室。

系统配置的多路控制器可同时控制多个冠层箱。每个冠层箱的测量时间可设定。箱体不改变测点的环境因子，无需像静态箱法定期更换测量地点。箱体采用高透光率材料，测量时不影响植被的光合过程。可全时、自动测量，透光箱体可在夜间自动测量呼吸过程，确保观测数据的连续性。

iChamber-LY蒸渗冠层箱