自1966年澳大利亞著名水文與土壤物理學家Philip提出土壤-植物-大氣連續(xù)體（Soil-Plant-Atmosphere Cotinuum，簡稱SPAC）的概念以來，SPAC系統(tǒng)就成為國際學術界的研究熱點。SPAC系統(tǒng)的主要內(nèi)容是：水分經(jīng)由土壤到達植物根系，進入根系，通過細胞傳輸進入木質(zhì)部，由植物的木質(zhì)部到達葉片，再由氣孔擴散到大氣中去，最后參與大氣的湍流交換，形成一個統(tǒng)一、動態(tài)的互反饋連續(xù)系統(tǒng)，即土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）系統(tǒng)。在這一連續(xù)體中存在物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，土壤、植物和大氣是我們研究的對象，而水分在土壤、植物和大氣中的傳輸更是研究的核心內(nèi)容。

這個早期的SPAC系統(tǒng)的一個較大缺陷是沒有考慮地下水在整個系統(tǒng)中的作用。在地下水埋深較淺的地區(qū)，土壤-植物-大氣連續(xù)體中的水分因自然的和人為的作用必然要和地下水發(fā)生聯(lián)系，不同埋深地下水對土壤水分分布和農(nóng)作物產(chǎn)量、水分利用效率等有著不同程度的影響。

我國著名水文水資源學家劉昌明院士在此基礎上提出了“五水”系統(tǒng) 的相互作用問題即大氣、植物、地表、土壤和地下水層中的水的相互作用和相互關系，也稱之為五水轉化。土壤-植物-大氣（SPAC）系統(tǒng)中的水分因自然的和人為的作用必然要和地下水和地表水相聯(lián)系。從土壤系統(tǒng)來看，土壤水的來源是大氣降水、地下水的上升和人為輸入地表水（如灌溉）等等；土壤水的散失，則包括直接由土面逸向大氣，通過根系吸水進入植物體后蒸騰到大氣中去以及由土壤層下滲到地下水層之中。因此這套“五水”轉化理論不僅包括Philip提出的SPAC的內(nèi)涵，而且有了一定程度的延伸。

SPAC系統(tǒng)的提出不僅指明了全球水問題的微觀研究方向，而且加強了水文學跨學科的研究，對國際學術界關于水循環(huán)及水分能量平衡研究產(chǎn)生了巨大影響。當代研究土壤水分循環(huán)和平衡、土壤-植物水分關系以及地下水-土壤水-地表水-植物水-大氣轉化水都是以SPAC為基礎的。

從國際上看，SPAC系統(tǒng)中的水分傳輸屬于國際前沿課題之一。20世紀90年初期，國際地圈生物圈計劃（IGBP）將水文循環(huán)生物圈（Biospheric Aspect of Hydrological Cycle）研究做為其四大核心課題之一，極大地促進了國際上對SPAC系統(tǒng)的深入研究。

對SPAC系統(tǒng)的研究始終是國際學術屆的焦點。研究水分在地下水-土壤-地表水-植物-大氣中的轉化過程，已在我國的農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文、節(jié)水農(nóng)業(yè)、灌溉決策、農(nóng)林氣象預報等領域深入展開。澤泉生態(tài)開放實驗室為協(xié)助廣大科研工作者更好的開展工作，提出了一套SPAC研究的系統(tǒng)解決方案，希望能對上述領域的科研人員有所幫助。

方案目的
以水在大氣、植物、地表、土壤和地下水層中的傳遞為核心，充分考慮植物與大氣、土壤與大氣、土壤與根系、土壤水與地下水等之間的多個界面過程，提出系統(tǒng)的測量方式，為系統(tǒng)而深入的研究SPAC系統(tǒng)提供解決方案。


土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）系統(tǒng)的主要界面過程

方案功能
 * 系統(tǒng)研究地下水-土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）中的水分運動
 * 系統(tǒng)研究植物-大氣、土壤-大氣、土壤-根系、土壤水-地下水等之間的界面過程
 * 長期監(jiān)測氣象指標、植物生理指標、土壤水分指標和地下水指標
 * 測量結果可用于指導灌溉、農(nóng)業(yè)節(jié)水、進行農(nóng)林氣象預報等領域
 * 系統(tǒng)的為農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文等領域服務

測量指標
1）氣象指標
總輻射、光合有效輻射、凈輻射、紫外輻射、CO2、風速、風向、溫度、濕度、氣壓、降雨、蒸發(fā)等。

2）植物指標
葉片溫度、葉片濕度、莖流、莖桿變化、果實變化、葉片水勢、莖桿水勢、葉綠素含量、氣體交換參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、水氣壓飽和虧等）、葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm、F/Fm、qL、qP、qN、NPQ、Y(NO)、Y(NPQ)、ETR等）、葉面積指數(shù)、植被指數(shù)、冠層參數(shù)、株高、根水勢、根長、根量、根體表面積、根體積、根角、根深、根系在土壤中的分布等。

3）土壤指標
土壤水分、土壤水勢、土壤溫度、土壤鹽分、土壤熱通量、土壤蒸散、土壤緊實度、土壤粒徑、土壤導水率等。

4）地下水指標
水位、水溫、pH、電導率、溶解氧、濁度等。

本方案所涵蓋了SPAC研究的植物與大氣、土壤與大氣、土壤與根系、土壤水與地下水等之間的多個界面過程，為進行SPAC研究的科研人員提供了很好的參考。無論科研人員是集中于某一個界面研究，還是涉及所有的界面，都可以在這套方案中找到需要的技術。相信隨著本方案的普及和SPAC研究的逐步深入，科研人員在農(nóng)業(yè)水文水資源、森林生態(tài)水文、環(huán)境水文、節(jié)水農(nóng)業(yè)、灌溉決策、農(nóng)林氣象預報等領域的工作會取得越來越大的成果。

方案鏈接

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