定而调节的输入功率与液流量相关，从而求算液流量。 三种长度的电极60mm、70mm和80mm可覆盖25mm、35mm和45mm的边材，确保覆盖大 部分树种的液流主剖面。
图 4.1.1 THB 系统-EMS51 电极的布设示意图 2） SHB 茎干热平衡系统 ① 结构 由控制模块、液流传感器、防辐射膜、数据采集器和电源组成。 ② 工作原理 工作原理同THB，传感器不是电极片，而是包裹在树干上的两个圆柱形电极，一个内装 有线性加热元件，另一个没有加热元件，并且确保测量过程对树干没有损伤。 b）液流系统的布设和安装 1）观测样木的确定 根据标准木法确定观测样木。 2）液流系统安装 ① THB 系统安装步骤 首先选择样木上测点的位置， 原则是距地面同样高度的植物组织质地均一。 测点至少距 地面 1m 或更高，但低于绿冠（第一个轮生体）。树干组织和预留出的覆盖辐射膜的地方要 足够均匀，没有非正常结节，无机械或生物损伤或其它会影响木质部正常液流通道的障碍。 对于大树干或坡地上树干周边土壤条件不同的情况可在树干相对的位置设置两个测点， 两个 测点的平均值作为该整株样木的液流。 然后测量树皮和韧皮部的厚度。若厚度不均一，打磨树干。注意不要损伤树皮底下的软 木。确定树干上相对的两个测点后，对于大树干，两个测点距地面的垂直距离可以一样；对 细的树干，距离地面的高度要相差30cm以上，便于包裹防辐射膜。 接着可插入电极，在电极间放置温度传感器，将电极连接到控制模块的加热端，连接控 制模块到数据采集器和电源，包裹防辐射膜。 ② SHB系统安装步骤
传感器及部件 空气湿度 空气温度 总辐射 风速 雨量筒 降水收集器 土壤温度 罐体 土壤溶液采样器 土壤传感器 维护井或地下室 数据采集器 底部水势控制器 称重单元 土壤溶液收集器 土壤溶液采样控制器 电源 安装位置 高度 2m 高度 2m 高度 2m 高度 50cm 高度 2m 高度70cm 5cm 高度 高度 70cm 地下 20cm 与地面齐平，高度 1.5m 或 2m 地下 10cm 柱体内 地下 5cm 柱体内和野外 井口或楼梯与地面齐平 维护井或地下室内 柱体底部 柱体底部 维护井或地下室内 维护井或地下室内 通入维护井或地下室内 高度可定制 备注
启动风速：0.2m· s-1；最大风速：可大于 75m· s-1 测量范围：0.2mm；高度：357mm；入口面积：400cm2
直径：200mm；收集面积：314cm2；采样体积：5L 测量原理：TDR 时域反射原理 温度测量范围： -15℃~+50 ℃，精度： ± 0.2 ℃ ；含水量 40%～ 测量范围：0～100% 体积含水量；含水量 0～ 40%时,精度 ± 1% 水势测量范围： 100KPa~-85Kpa ，精度： ± 0.5KPa ± 70%时,精度 ± 2%；温度测量范围： -15℃～ +50℃；温度精度： 0.2℃
4.1.2 观测内容
单木树干液流量、单个林分蒸散量、多个林分蒸散量。
4.1.3 观测与采样方法
4.1.3.1 观测场设置 单木树干液流量观测场应设在研究区域的典型林分内，地势平坦，植被分布均匀。 单个林分蒸散量观测场土壤、 地形、 地质、 生物、 水分和树种等条件具有广泛的代表性， 要避开道路、小河、防火道、林缘，形状应为正方形或长方形，林木在 200 株以上。 多个林分蒸散量观测场的测量路径长度要包含或覆盖单木树干液流和单个林分蒸散 量观测点所在的典型林分，且路径中心位置尽量位于森林小气候观测塔附近。 4.1.3.2 观测仪器 采用液流计测量单木树干液流； 蒸渗系统测量林分蒸散量； 大孔径闪烁仪测量单个或多 个林分的蒸散量。 4.1.3.3 单木树干液流观测 a）液流系统的结构和原理 直径≥12cm 的样木采用组织热平衡系统 THB (Tissue Heat Balance)，俗称插针式液流 计；直径＜12cm 的样木采用茎干热平衡系统 SHB（Stem Heat Balance），俗称包裹式液流 计。 1）THB 组织热平衡系统 ① 结构 由控制模块、温度传感器组、不锈钢电极组、数据采集器、电源和辐射保护膜组成。 ② 工作原理 THB 系统中三块厚 1mm 的平行不锈钢电极将交流电流引入树干木质部， 电极周围的木 质部被加热，电极的绝热部分可阻止热量传导到韧皮部。上部加热区有三块电极，下部非加 热区有一块电极，见图 4.1.1。一部分热量传导到环境中，其余的因树液流动被带走。通过 测量树干上的加热区和非加热区的温差， 根据热平衡原理， 为确保加热区和非加热区温差恒
范围： 0~60t；称重分辨率： 0.01mm（水量） 温度测量范围 :-30℃～+70℃;温度精度： ± 0.2K
水势测量范围： 100KPa~-85KPa ，采样杯表面积： 3600cm2 结构：Y 型构架安装系统 , X-Y-Z 三方向调节蒸渗仪柱体 范围：0~60kg；称重分辨率： 100g40mm 采样杯材料：硅碳；进气值： 0.1bar；直径： 采样管：PMMA (丙烯酸)，直径 20mm；陶土杯：直径 20mm；高 60mm； 材料：硅砂 负压范围：0~850hPa，精度： ± 0.5hPa
4 森林生态系统野外系统观测方法
水文
4.1 森林生态系统蒸散量观测
4.1.1 观测目的
通过长期连续定位观测单木树干液流量， 了解不同树种的蒸腾耗水规律及其主导影响因 子， 基于单个和多个林分蒸散量的观测数据， 掌握典型森林植被类型的水文动态变化规律及 森林生态系统水文时空分布格局， 为研究森林生态系统的水分耗散及水分利用效率提供基础 数据。
（a）
（b）
（c）
（d） 图 4.1.2 蒸渗仪柱体与维护井位置图
④ 维护井安装在六个等距柱体的交叉中心，成正六边形排列，见图 4.1.2（d）。六个
柱体的原状土柱来自不同试验观测点， 用于比较不同植被类型或立地条件的土壤。 正六边形 布设使蒸渗仪柱体处于同样的条件下，便于比较研究。 3）蒸渗系统各部件的安装位置 蒸渗系统各部件的安装位置见表 4.1.1。 表 4.1.1 蒸渗仪部件及安装位置
F ——施肥量，g； L ——渗滤液，g； V ——植被损耗，g。 蒸渗仪系统中的气象传感器同时测量能量平衡、水量平衡中的各参数，可求算ET0值。 b）蒸渗系统的布设和安装 1）蒸渗系统安装点的选择 观测点应地势相对平坦，土壤中没有产流，植被分布均匀；观测点应至少能安装一个最 小规格为 2m× 2m（直径× 高）的圆柱状蒸渗系统；土柱采样点要具有代表性，要能代表集水 区或一个区域；避开土壤剖面有隔层、粘土防渗层、土表层极粗糙的位置。 2）蒸渗仪柱体与维护井的布设 由多个蒸渗仪柱体组成的蒸渗系统，蒸渗仪柱体和维护井的位置有如下几种布局。 ① 维护井与柱体是直角或柱体在维护井的两边成一条直线，见图 4.1.2（a）。这种布 局用于在一种土壤类型上比较不同的处理（如施肥、灌溉或 CO2 处理） ② 维护井安装在四个等距柱体的交叉中心，成正四边形结构，见图 4.1.2（b）。通过 用户定制的管长连接柱体与维护井。在这种布局中，四个柱体分别是四种类型的样地。 ③ 维护井安装在两列各三个柱体的对称中心，成矩形排列，见图 4.1.2（c）。这种布 局用于比较不同植被类型或植被不同处理，方便机器或机械设备操作，如施加示踪剂（或同 位素） ，放置不同气体处理罩等。
比罐体截面积大 4~6 倍
4）蒸渗系统安装步骤 ① 维护井或地下室建造 按 TJ 7 执行。地下室的防雷地线要连接到观测场的总防雷地线。 ② 取原状土柱 采用 4 汽缸同步水压驱动器取原状土柱。 在钻孔过程中， 采用人工或机器检查采样点是 否有石头、根、洞穴或其它干扰物，手工剔除切边周围的石头、根，防止在土柱中造成孔穴 或凹槽。 采用抛光的切板切割土柱底部。土柱切割后，通过两个中心螺栓吊运和翻转罐体，使上 部朝下。安装底部水势控制管，确保罐体内的水分情况与大田或野外完全一致。 ③ 安装传感器 在维护井或地下室安装称重系统。 在柱体内安装土壤水分、 土壤水势传感器和土壤溶液 采样器。并将原状土柱体吊装、安置在称重传感器上。在维护井或地下室内安装底部水势控 制部件和溶液采样器的泵及控制器。 在距离蒸渗仪柱体 10m 内的地面上安装气象传感器。
c）蒸渗系统数据采集 在系统软件中按表 4.1.2 设置各部件的测量频率。 表 4.1.2 蒸渗系统各部件测量频率及性能指标
部件 空气湿度 空气温度 总辐射 风速 雨量筒 降水收集器 土壤水分 土壤温度 土壤水势 称重单元 底部水势控制 渗漏液称重单 器 土壤溶液 元 收集器 土壤溶液采样 柱体 控制器 1 次/min 根据室内 分析频率 维持设定 值 测量频率 1 次/10min 1 次/10min 1 次/10min 1 次/10min 累计 用户自定 1 次/10min 1 次/10min 1 次/10min 1 次/min 性能指标 测量范围：0~100%RH，精度：± 2%RH 温度范围： -30℃ ~70℃，精度： 0.2K 响应时间 :小于 20s (0 m/s) ± 测量范围：0~1500W· m-2；分辨率：<1W· m-2
2 表面积： ，柱高： 1m 或 2m 或用户定制，材料： 4mm 不锈钢 输出：2 1m 个 0 ～2000mV ；内存： 4500 读数 供电：10.5 ～15VDC
重量测量间隔是 1min，土壤水分、水势、温度、气象参数测量间隔是 10min。 系统软件直接输出土柱重量、渗漏液重量、土壤剖面水势、水分、温度、土壤溶液采样 负压、柱体底部水势及同深度野外大田水势。 4.1.3.5 单个或多个林分蒸散量观测 a）大孔径闪烁仪的结构和原理 1）结构 由发射器、接收器、信号处理器SPU和SRun软件、电源单元、气象单元（可选）组成。 发射器和接收器一般安装在铁塔上。发射器有两个由450只发光二极管排列组成的圆盘，接 收器距离发射器250m～60km。 2）工作原理 大孔径闪烁仪以发光二极管（LED）作为光源，工作时，发射器发出两束平行光束，接 收器被放置在距离发射器 250m 至 60km 的位置。根据弱散射原理，通过计算光强的起伏变 化来测量折射率波动的结构常数 Cn ，横向风的风速由两次波束信号间的时滞协方差得出。 由 Cn 得出温度脉动结构常数 CT ， 并通过自然对流尺度分析， 结合气象传感器测量的温度、 气压等结果，软件计算出传播路径上的显热通量、潜热通量、蒸散量等。 b）大孔径闪烁仪的布设和安装