土壤包氣帶地下水交互觀測中，土柱內部與周邊田間土壤水勢保持一致，是蒸滲儀獲取真實田間水文過程的關鍵前提。本次對 SoilScope 高精度稱重蒸滲儀的罐體內外水勢聯動自動補排水系統開展調試驗證，系統實現全自動閉環運行，為土壤水量平衡、地下水包氣帶交互研究提供硬件支撐。

一、核心控制邏輯

系統依托罐體內外水勢監測數據開展閉環自動調控，當內外水勢條件偏離合理區間時，設備自動完成補水或排水作業，最終將土柱與周邊田間土壤維持在相近水勢水平，還原田間原位土壤水勢邊界條件。

二、調試關鍵實測表現

1.觸發靈敏度高，無漏觸發、無延遲

調試初期內外水勢差達到—29.7 ~—30.7?hPa，超出控制閾值，系統立即識別并自動啟動補水流程，傳感器采集精度與判斷邏輯可靠。

圖2：罐體內外水勢差調控過程變化曲線

2.聯動執行準確，重量數據反向印證

實測補水前罐體基準重量4080.77?kg，補水后罐體峰值重量達到4101.23?kg，補水階段罐體增重+20.17?kg，清晰體現自動補水動作。

補水完成后受土壤蒸散耗水影響，罐體重量逐步回落，由 4101.23?kg 降至 4098.93?kg，累計減少2.30?kg；

補排水桶監測起始重量55.05?kg，監測末期重量56.07?kg，全程總增重+1.02?kg。

罐體與補排水桶重量變化反向對應，符合 “罐體減重 = 桶增重" 的水量守恒物理邏輯，泵正反轉控制精準，無空轉、誤動作。

圖3：罐體重量變化曲線：補水抬升后隨蒸散發逐步下降

3.抗野外環境擾動，適配地下水動態變化

罐外水勢會受地下水位起伏、田間土壤基質勢變化持續擾動。本次調試過程中，在罐外水勢動態波動條件下，系統仍可穩定識別閾值條件，正常執行補水、排水操作，具備良好的野外田間工況適應性。

4.控制精度達標，具備優良動態平衡能力

經過自動補水調控，內外水勢差從—30.7?hPa 逐步收窄回落，最終穩定至—10.3?hPa、—7.4?hPa、—4.5?hPa，回落至 ±5?hPa 以內，優于預設設計目標。補水結束后系統無超調、無震蕩、不會反復啟停，維持長期動態平衡。

圖4：罐內與罐外水勢動態調控變化曲線

三、設備性能驗證效果

本次調試驗證充分體現 SoilScope 高精度稱重蒸滲儀在土柱邊界原位模擬方面的綜合硬件與控制性能：

? 響應靈敏：大水勢偏差下可快速觸發補水，無漏觸發、延遲；

? 野外適應性好：耐受地下水位波動擾動，適合站點長期部署；

? 執行可靠：泵組動作準確，稱重數據滿足水量守恒規律；

? 控制精度高：水勢差收斂至 ±5?hPa 以內，實現土柱田間水勢動態平衡；

? 數據可信：水勢、稱重多源數據互相校驗，保障觀測質量。

綜上，SoilScope 高精度稱重蒸滲儀硬件與控制算法成熟，可高質量還原田間原位水勢邊界，滿足包氣帶地下水交互、土壤水量平衡等科研長期野外觀測需求。

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