华北山前平原农田关键带观测研究平台（栾城关键带观测平台）

栾城关键带观测平台主要性能及指标

传感器的布设

选择井壁南侧 120° 范围的区域作为监测区。井壁内共预留有 74 层传感器安装孔，每行有 4 个孔位，4 个孔位水平间距 0.3 m，每行安装孔相较于上一层水平偏移 0.3 m，传感器安装层间距随深度变化。在 0—2.0 m 深度范围内层间距为 0.2 m，在 2.0—4.0 m 深度范围内层间距为 0.4 m，在 4.0—10.0 m 深度范围内层间距为 0.6 m，在 10.0—44.0 m 深度范围内层间距为 1 m，在 44.0—47.2 m 深度范围内层间距为 0.2 m。

为保证日后长期试验的传感器安装需求，观测竖井内设置了传感器预留孔，未来可安装多种传感器并可以反复拆装。选用 DN100 不锈钢管作为仪器安装孔的套管，DN100 不锈钢管外径 114 mm、壁厚 4 mm、内径为 106 mm。在井壁上开孔并焊接不锈钢管，不锈钢管端头装有法兰盘，法兰盘上安装防水接头，从而可将传感器引线接出。

监测指标及初步结果

栾城关键带观测平台的基础监测项目为土壤温度、含水量、电导率、基质势等农田关键带基础变量。该平台布设有预留孔，可为上述基础监测项目以外的变量监测（如氧气浓度、氧化还原电位等）提供平台。该平台共布设 74 层监测，监测深度同预留孔的深度。同时，井壁安装 17 层工作平台，用于开展仪器维护和土壤溶液提取。竖井内部安装电梯，用于日常监测工作和仪器检修。

栾城关键带观测平台建设过程中对厚包气带进行了分层采样，分析了土壤容重、含水量，以及土壤溶液的阴、阳离子浓度等指标。首次获得了从地表到含水层的整个厚包气带详细土壤理化性质数据。

初步分析结果显示，太行山前平原包气带岩性结构受沉积作用影响，砂性土层和黏性土层交替出现，控制着土壤水分的含量和水分向下运动的速率。前期研究证实，在灌溉农田条件下，根区以下土壤总水势梯度持续向下，土壤水分含量接近甚至略高于田间持水量，水分存在着持续向下运动的动力条件。高浓度硝酸根离子锋面已运移至地表以下 24 m 深处，据此可粗略估算太行山前平原自农业大量施用化肥以来，水分自地表垂直入渗后的平均垂向运移速率约为 0.6 m/a，该结果略低于此前根据 9 m 深观测竖井估算的结果（0.9 m/a），这可能与深层包气带黏性土层增多及存在较复杂的反硝化作用有关。农业面源污染物在厚包气带内的迁移速率和转化过程受土壤岩性结构组成、外部输入的水量及其动力条件和复杂的微生物地球化学过程控制，其复杂过程和机理有待于多学科领域的科学家利用栾城关键带观测平台进一步深入研究、阐明。