土壤中水、熱和溶質(zhì)狀況的變化并不是獨(dú)立的，而是相互制約、相互影響，是一個(gè)耦合變化過程。土壤中水、熱、溶質(zhì)的運(yùn)移研究，是土壤中物質(zhì)、能量運(yùn)移與轉(zhuǎn)換研究的重要組成部分，是土壤—植物—大氣連續(xù)體研究中的重要內(nèi)容之一。上世紀(jì)中葉以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤中水、熱、溶質(zhì)同步運(yùn)移的有關(guān)問題做了大量研究，并從理論上發(fā)展了各種模型以描述其運(yùn)動(dòng)與影響因素，使本領(lǐng)域的研究有了較大的發(fā)展。但綜合性的描述和研究土壤中水、熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移的文獻(xiàn)較為少見。

近年來，由于化肥和農(nóng)藥使用量的日益增多、工業(yè)廢水的大量排放、污染物的不當(dāng)處理等，農(nóng)藥、重金屬等在土壤中的遷移及其對(duì)土壤和水體的污染等已成為世界性的嚴(yán)重問題，這些都必須根據(jù)土壤水熱、溶質(zhì)運(yùn)移的理論和特性加以研究和進(jìn)行管理。此外，在干旱、半干旱地區(qū)強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下，土壤鹽分或地下水可溶性鹽類通過水的垂直或側(cè)向運(yùn)動(dòng)向地表累積，這是土壤積鹽過程普遍的形式，也是發(fā)生鹽漬化的主要原因，土壤中水、熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移機(jī)理和模型的研究，對(duì)鹽漬土的改良、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面都有重要的指導(dǎo)意義。

2 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 目標(biāo)

土壤水熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外科研工作者近數(shù)十年的努力，目前已經(jīng)建立了很多理論模型。但模擬研究得出的模型亟需在田間實(shí)際條件下進(jìn)行驗(yàn)證和擬合，從20世紀(jì)70年代起，研究工作開始由實(shí)驗(yàn)室走向田間，研究者發(fā)現(xiàn)室內(nèi)研究結(jié)果跟田間有很大差別。因此，更加深入的研究需要更為*的觀測(cè)手段。

AZ-S0210土壤水熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)以水分及溶質(zhì)在土壤系統(tǒng)中的傳遞為紐帶，充分考慮土壤水熱及溶質(zhì)在不同層次和水平面上的傳遞過程，進(jìn)行土壤水熱相關(guān)的原位*定位監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)；同時(shí)在不同深度對(duì)孔隙水和排水進(jìn)行原位抽提取樣，測(cè)定不同層次土壤溶質(zhì)的組成。為深入研究土壤水熱和溶質(zhì)耦合運(yùn)移的規(guī)律以及土壤水熱和物質(zhì)平衡提供*的觀測(cè)手段和科學(xué)技術(shù)。

AZ-S0210土壤水熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)室模擬土柱單元作為可選項(xiàng)，滿足室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究的需要。該單元采用某一特定高度的微型土柱，填裝原狀土樣，沿土體剖面埋設(shè)高精度土壤水分和水勢(shì)、土壤溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，從而精確測(cè)量土壤水分的變化梯度；沿土體剖面埋設(shè)土壤溶液自動(dòng)取樣器，利用全自動(dòng)離子分析單元土壤溶質(zhì)濃度及梯度分析。

2.2 樣品采集及傳感器布設(shè)

原狀土柱樣品通常為直徑1m，高度2m的土體，應(yīng)用設(shè)計(jì)的原狀土取樣技術(shù)，采用不帶有圓形切割*的開挖工具，可以避免土壤擾動(dòng)及土柱罐體附近土壤的流動(dòng)。然后在罐體30cm、60cm、120cm和180cm深的位置分層分別安裝土壤水分、土壤水勢(shì)、土壤溫度傳感器以及土壤溶液抽提取樣器。此外在罐體周圍的田間，依照罐體內(nèi)傳感器的層次埋設(shè)對(duì)應(yīng)傳感器，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原狀土柱內(nèi)外參數(shù)的變化和修正其偏差。

室內(nèi)模擬試驗(yàn)土柱，根據(jù)研究需要選擇直徑30cm、高度為30cm或60cm或120cm的罐體，采集原狀土或用進(jìn)行了預(yù)處理的特定類型土壤，進(jìn)行裝填。300mm高的土柱沿土體剖面按3個(gè)層次（5，15和25cm）、600mm高的土柱沿土體剖面按4個(gè)層次（5，10，30和55cm）、1200mm高的土柱沿土體剖面按5個(gè)層次（10，30，55，80和115cm）分別安裝土壤水分、土壤水勢(shì)傳感器和土壤溶液抽提取樣器。

2.3 數(shù)據(jù)采集頻率

土壤水分、土壤水勢(shì)和土壤溫度的數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔可通過數(shù)采進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置為1、5、10、30s，或1、5、10、30min，或1、2、4、12、24h，也可每個(gè)通道單獨(dú)設(shè)定合適的采集時(shí)間間隔。

土壤溶液抽提取樣通常情況下每2周取樣一次，植物生長(zhǎng)季頻率適當(dāng)增高。每當(dāng)有降雨或灌溉操作，則在降雨或灌溉之后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行抽提取樣。

2.4 觀測(cè)指標(biāo)

土壤水熱參數(shù)：土壤水分、土壤水勢(shì)、土壤溫度及其梯度變化。

土壤溶質(zhì)參數(shù)：亞硝酸鹽、硝酸鹽+亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、銨離子、鈣離子、氯離子、鐵離子、總磷、總氮、硫酸鹽、堿度、硬度、氯化物、六價(jià)鉻、、聯(lián)氨、揮發(fā)酚等濃度及其梯度變化。

2.5 觀測(cè)系統(tǒng)組成

AZ-S0210土壤水熱、溶質(zhì)耦合運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)由土壤水分、土壤水勢(shì)和土壤溫度剖面觀測(cè)單元，原狀土柱罐體或者實(shí)驗(yàn)室土柱，土壤離子自動(dòng)分析單元共同組成。

3 數(shù)據(jù)處理

從數(shù)據(jù)采集器定期下載土壤水分、土壤水勢(shì)和土壤溫度的數(shù)據(jù)，分析其與土壤溶質(zhì)濃度及遷移速率的關(guān)系，建立其相互之間的函數(shù)相關(guān)關(guān)系。建立于真實(shí)條件、具有廣泛適應(yīng)性的土壤水熱和溶質(zhì)運(yùn)移理論模型。

4 應(yīng)用案例

4.1 澳作MS-LY土壤溶質(zhì)運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)948引進(jìn)項(xiàng)目取得重要進(jìn)展

----來源：黑龍江省水利科學(xué)研究院

黑龍江省水利科學(xué)研究院承擔(dān)的*“948”計(jì)劃項(xiàng)目進(jìn)展順利。該項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，引進(jìn)、安裝澳作公司代理的德國(guó)UMS公司生產(chǎn)的土壤科學(xué)蒸滲儀工作，已于2009年5月26日至5月29日，在黑龍江省水利科學(xué)研究院綜合試驗(yàn)研究基地完成，標(biāo)志著該項(xiàng)目的技術(shù)引進(jìn)工作已經(jīng)結(jié)束，即將進(jìn)入技術(shù)的消化、吸收再創(chuàng)新階段。

課題組全體人員與德國(guó)2名專業(yè)技術(shù)人員、北京澳作生態(tài)儀器有限公司3名技術(shù)人員，在現(xiàn)場(chǎng)共同完成了引進(jìn)設(shè)備的取原狀土、傳感器安裝、土柱吊裝、儀器調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)等工作，整個(gè)安裝調(diào)試過程進(jìn)展順利。目前，土壤溶質(zhì)運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)地表區(qū)域已經(jīng)種植了玉米，并開始試應(yīng)用和試驗(yàn)研究工作。

4.2 巴伐利亞國(guó)家水管理局在河漫灘安裝土壤水熱溶質(zhì)耦合運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)來研究水通量及溶質(zhì)的運(yùn)移

巴伐利亞國(guó)家水管理局Michael Gierig教授在位于慕尼黑南40公里處的河漫灘安裝了8套土壤水熱溶質(zhì)耦合運(yùn)移觀測(cè)系統(tǒng)，規(guī)格均為1米直徑，2米深。主要研究目的是在實(shí)際條件下測(cè)量污染區(qū)域的污染物如何滲透到地下水中去的，此調(diào)查涉及的污染物范圍較為廣泛，包括重金屬（如砷、鉛、鉻、鎘、）和多環(huán)芳烴等。