植物茎流蒸腾监测

一、产品介绍
S-CGZL 植物茎流蒸腾监测仪是一套一体化植物生理生态监测系统，主要用于精准监测植物树干茎流（液流）、蒸腾速率，同步可拓展监测土壤、气象等环境参数，全面解析植物根系吸水、体内水分输送及水分蒸腾消耗规律。
本系统核心采用热脉冲速度法，可覆盖植物茎流全观测范围，测量性能优于热比法、补偿热脉冲法等传统技术。搭配 SDI-12 协议热脉冲茎流传感器，支持 1~3 路传感器拓展，出厂完成预校准，即装即用。系统搭载 S-CJ711 防水智能主机，具备多路信号采集、本地存储、多方式数据传输能力，适配野外复杂工况。供电模式灵活，支持交直流供电、太阳能供电，整机工作温度可达 - 40℃~+80℃，耐高低温性能优异。
设备采集的茎流速度、液流密度、温度等数据，结合可选配的土壤温湿度、大气温湿度等环境数据，通过 RS485、以太网、4G/GPRS 等方式上传至物联网云平台，实现远程数据查看、曲线分析、超限报警、数据导出等功能。广泛服务于高校科研、农林科研、节水灌溉、生态监测等领域，是研究植物水分利用、指导精细化灌溉、开展植物生理生态分析的专业设备。 二、功能特点

1. 先进测量技术，监测范围全面

采用热脉冲速度法，是目前可完整覆盖植物茎流全观测区间的主流技术，测量效果优于热比法、Imax 法、补偿热脉冲法等传统方式，精准捕捉不同长势植物的茎流与蒸腾变化。

2. 高精度高分辨率，数据精准可靠

茎流热速度测量精度达 ±0.1 cm/hr，分辨率 0.01 cm/hr，搭配 316 船用级不锈钢探针，传感器出厂预校准，长期监测无明显数据漂移，满足科研级数据要求。

3. 多传感器拓展，集成化监测

主机支持 1~3 路茎流传感器接入，同时具备 10 路 4-20mA 模拟量通道、两路 RS485 接口，可外接土壤温湿度、pH、电导率、气象传感器等，实现茎流 + 环境一体化综合监测。

4. 宽温运行，环境适应性极强

整套设备工作温度范围 - 40℃~+80℃，可在严寒、高温等极端野外环境连续运行；采集主机防护等级 IP65，防水防尘，适配露天林地、农田、荒漠等场景。

5. 低功耗设计，供电方式灵活

茎流传感器闲置电流仅 4mA，测量电流 270mA，单次测量能耗低；系统支持 DC12V 直流供电、交流供电、太阳能供电多种模式，适配野外无市电场景长期部署。

6. 多协议传输，组网方式丰富

支持 SDI-12、MODBUS、XMSIYB 多通信协议，具备 RS485、以太网、4G/GPRS 多种传输方式，可实现有线近距离组网、无线远程组网，满足不同现场布线需求。

7. 本地 + 云端双重数据管理

主机内置 8Mbit FLASH 本地存储，自动留存监测数据；配套物联网云平台，支持数据可视化、曲线分析、EXCEL 导出、参数阈值报警、多终端访问，远程运维便捷。

8. 中文操作系统，操作简易

设备配套中文操作软件与中文使用手册，参数配置、数据查看、设备调试流程简单，无需专业编程知识，上手难度低。

9. 耐用防腐，使用寿命长

传感器探针采用 316 船用级不锈钢材质，耐水汽、耐腐蚀；探针结构设计稳固，热敏电阻响应迅速，长期野外穿刺安装不易损坏。
 
三、监测原理
本系统以热脉冲测速原理为核心，结合信号采集、数据处理、无线传输、云端分析技术，分为茎流感知、信号转换、数据采集、传输存储、蒸腾分析五大环节，实现植物茎流与蒸腾量的精准监测：

1. 茎流信号感知（热脉冲法核心）

将茎流传感器探针植入植物树干木质部，传感器内部加热器发出定量热脉冲，热量随树干内部向上输送的树液（茎流）发生迁移。两侧热敏电阻实时捕捉热量传递速度与分布变化，树液流速越快，热脉冲传递偏移越明显，以此反映植物茎流运动状态。

2. 物理信号转电信号

热敏电阻将热脉冲传递的温度变化转化为标准电信号，结合探针间距、热敏电阻布局参数，完成原始物理信号向电信号的转换；同时传感器自带温度补偿功能，抵消环境温度波动带来的测量误差。

3. 数据采集与预处理

电信号通过 SDI-12 协议传输至 S-CJ711 智能采集主机，主机对原始信号进行滤波、降噪、单位换算，计算出茎流热速度与液流密度两大核心参数，同时同步采集外接土壤、气象传感器数据。

4. 数据存储与传输

主机将处理后的数据本地存储，按照设定周期，通过 RS485、以太网或 4G/GPRS 模块，依托 MODBUS 协议将数据上传至物联网云平台。

5. 蒸腾量分析与预警

云平台结合茎流数据、气象数据、土壤水分数据，依据植物水分蒸腾模型，换算出植物实时蒸腾速率、日蒸腾总量；用户可自定义参数阈值，当茎流、蒸腾量出现异常波动时，平台自动触发报警，辅助判断植物缺水、生长异常等状态。
 
四、设备参数
（一）热脉冲茎流传感器
 

参数名称	技术指标	备注
测量原理	热脉冲速度法	优于传统热比法、补偿热脉冲法
热速度测量范围	-200 ~ ＞1000 cm/hr	覆盖全区间茎流监测
液流密度测量范围	-40 ~ ＞200 cm³/cm²/hr	表征单位面积树液流量
测量精度	±0.1 cm/hr	科研级精度
分辨率	0.01 cm/hr	捕捉微小茎流变化
探针规格	长度 30mm，直径 1.3mm	316 船用级不锈钢材质
热敏电阻位置	外侧 10mm、内侧 20mm	双点位测温，提升精度
针间距	6mm	标准安装间距
环氧体尺寸	40mm×16mm	传感器主体尺寸
热敏电阻响应时间	200mSec	测温反应灵敏
加热器参数	电阻 39 欧姆（典型），输出 400 J/m（典型）	稳定释放热脉冲
工作电压	12 VDC	统一供电标准
工作温度	-40℃ ~ +80℃	极端高低温环境可用
工作电流	闲置 4mA；测量 270mA	低功耗运行
单次测量能耗	0.4 mAhr	能耗低，适配太阳能供电
通信协议	SDI-12（1.4 版）	专用传感器通信协议
标配电缆长度	5m；最大延伸长度 60m	满足大范围植株布设
传感器数量拓展	支持 1~3 路传感器接入	单主机可监测多株植物

（二）S-CJ711 防水智能采集主机
 

参数名称	技术指标
供电电压	DC 12~24V
工作温度	-40℃ ~ +80℃
工作湿度	0~95%RH
存储温度	-40℃ ~ +85℃
存储湿度	0~100%RH
模拟采集通道	10 路，默认 4-20mA 电流输入
RS485 接口	两路，一路接传感器，一路备用
通信方式	以太网（默认）、可选 GPRS/4G
通信协议	标准 MODBUS 协议 + XMSIYB 双协议
波特率	9600
本地存储	8Mbit FLASH，数据自动留存
外壳材质	防水工程塑料
防护等级	IP65
指示灯	电源灯、工作状态灯、通讯状态灯

（三）系统整体配套参数
 

参数名称	技术指标
供电模式	直流供电、交流供电、太阳能供电
组网方式	RS485 有线（最远 800m）、以太网、4G/GPRS 无线
配套软件	中文操作软件、物联网云平台
平台功能	数据查询、曲线分析、数据导出、超限报警、多终端访问

 
五、应用行业

1. 高等院校与科研院所

农林院校、生态学院、生物学院开展植物生理、树木水分运输、蒸腾作用等课题研究，为学术论文、科研项目提供连续、精准的实测数据。

2. 现代农业与智慧灌溉行业

果园、大田作物、设施农业监测作物茎流与蒸腾量，判断作物缺水状态，指导节水灌溉方案制定，减少水资源浪费，提升作物产量与品质。

3. 林业与生态保护行业

天然林、人工林、古树名木监测，研究林木水分利用规律、森林蒸腾蒸发量，服务森林生态系统评估、植被恢复、荒漠化治理等工作。

4. 园艺与苗木培育行业

花卉、景观苗木、盆栽植物长期监测，优化苗木培育水肥管理模式，提升苗木成活率与长势。

5. 水文与水土保持行业

结合土壤墒情、气象数据，研究土壤 - 植物 - 大气水循环体系，分析区域植被耗水规律，辅助水土保持、流域水文规划。

6. 环境监测行业

野外生态站、自然保护区开展植被生理生态常态化监测，评估区域生态环境变化，支撑生态环境评价工作。
 
六、安装方式
本系统分为茎流传感器安装、采集主机安装、线路布设、供电连接、系统调试五大步骤，安装需规避植物主干主要输水管束，减少对植株损伤，具体要求如下：
1. 茎流传感器安装（核心步骤）

1. 选点定位：选择植物主干或健壮侧枝，优先避开树节、伤疤、分叉位置；乔木建议在地面以上 50~150cm 主干处安装，作物、苗木选择茎秆中部，同一植株可布设 1~3 组传感器。
2. 探针植入：使用配套打孔工具，按照 6mm 标准针间距钻孔，孔径匹配探针直径，钻孔深度严格控制为 30mm；将不锈钢探针平稳插入孔洞，保证探针与植株木质部紧密接触，无松动、间隙。
3. 固定与防护：使用专用卡扣固定传感器环氧主体，避免风吹、枝干晃动导致探针偏移；室外植株做好遮阳、防雨包裹，防止雨水渗入钻孔影响测量。
4. 线缆布设：传感器线缆沿枝干规整固定，预留适度余量，严禁线缆拉扯、弯折；线缆避开尖锐枝刺，长距离布线做好防护，最大线缆长度不超过 60m。

2. 智能采集主机安装

1. 主机为 IP65 防水设计，可室外壁挂、立杆安装，优先布置在植株群居中位置，缩短传感器线缆长度。
2. 安装位置远离积水、强暴晒、强电磁干扰源，保证通讯天线无遮挡（无线版本）。
3. 主机竖直固定，接线端子朝下，防止雨水进入接口。

3. 线路与接口连接

1. 按照接口标识，将茎流传感器信号线接入主机 RS485 或模拟量通道，接线端子紧固，线路分类绑扎。
2. 如需拓展土壤、气象传感器，依次接入对应模拟通道或备用 RS485 接口。
3. 有线组网：RS485 通讯线缆点对点连接，单段传输距离不超过 800m；以太网组网直接接入局域网交换机。

4. 供电系统安装

1. 直流供电：接入 DC12~24V 稳压电源，正负极区分准确，严禁反接。
2. 太阳能供电：太阳能板朝向正南，倾角适配当地纬度，搭配储能电池，固定于立杆高处，保证光照充足。
3. 交流供电：外接市电需加装稳压适配器，做好漏电、防雷防护。

5. 系统通电与调试

1. 通电后观察主机指示灯：电源灯常亮为供电正常，工作灯闪烁为设备正常运行，通讯灯闪烁代表数据传输正常。
2. 本地软件查看实时茎流速度、液流密度数据，确认传感器数据稳定无异常。
3. 登录物联网云平台，核对设备在线状态、数据上传情况，设置数据采集间隔、报警阈值，调试完成后投入使用。

安装注意事项

• 钻孔、植入探针动作轻柔，避免撕裂植株韧皮部与木质部，降低对植物的损伤；
• 多雨地区定期检查钻孔密封情况，防止雨水、病菌侵入植株；
• 严禁随意裁剪、焊接传感器原厂线缆，避免信号衰减。

 
七、使用场景

1. 植物生理科研实验

高校、科研机构开展树木、农作物、花卉的茎流、蒸腾规律试验，连续采集全天候数据，分析植物昼夜水分运输、不同环境下的蒸腾特性。

2. 农田智慧节水灌溉

大田粮食作物、果蔬大棚、规模化果园实时监测作物蒸腾量，结合土壤水分数据，实现按需精准灌溉，节约农业用水。

3. 森林生态长期监测

国有林场、自然保护区、生态定位站对成片林木进行长期监测，统计森林整体蒸腾耗水量，评估森林生态水循环状态。

4. 古树名木健康监测

对古树、珍稀名木布设监测设备，通过茎流数据判断树木根系活力、水分吸收能力，提前发现树木长势衰退问题，辅助古树养护。

5. 野外无人值守监测

偏远林区、荒漠植被、山地生态区采用太阳能供电 + 4G 无线传输，无需人工现场值守，实现全年自动化数据采集。

6. 苗木与花卉培育管控

苗圃、温室大棚监测苗木、花卉茎流变化，根据植株水分需求调整温湿度、水肥配比，优化培育环境。

7. 流域水循环研究

结合区域气象、土壤墒情、地下水数据，分析植被、土壤、大气之间的水分循环关系，服务水土保持、水资源规划。
八、效果分析
1. 监测精度与技术效果
系统采用热脉冲速度法，相较传统监测技术可完整覆盖茎流全测量范围，±0.1 cm/hr 精度与 0.01 cm/hr 分辨率可捕捉植物微弱的茎流、蒸腾变化。316 不锈钢探针 + 温度补偿设计，有效抵御野外温度、水汽干扰，长期监测数据稳定性强，数据可直接用于科研论文、项目验收、生态评估。
2. 环境适配与耐用效果
整机 - 40℃~+80℃超宽温运行范围，可适配北方严寒、南方高温、荒漠暴晒等各类极端野外环境；采集主机 IP65 防水防尘，传感器防腐耐水汽，设备故障率低，可实现全年不间断无人值守监测。
3. 功耗与供电运维效果
传感器低功耗设计，闲置电流仅 4mA，搭配太阳能供电系统，野外无市电场景可长期运行，大幅降低布线、供电运维成本。单主机支持 1~3 路传感器拓展，一台设备可同时监测多株植物，设备利用率高，规模化部署成本低。
4. 数据管理与智能化效果
本地存储 + 云端平台双重数据保障，杜绝数据丢失；云平台支持数据曲线展示、历史查询、EXCEL 导出、多终端访问，科研人员、管理人员可远程完成数据分析。参数超限自动报警功能，可第一时间发现植物水分异常、设备故障，提升管理效率。多协议、多组网方式适配不同现场工况，组网灵活，适配大面积林区、农田规模化布设。
5. 农业与生态应用价值
在农业场景中，依托茎流、蒸腾数据指导精准灌溉，可有效减少农业水资源消耗，提升水肥利用效率；在林业、生态领域，长期连续的监测数据可精准评估植被耗水规律、生态系统健康状态，为生态保护、植被修复、水土治理提供科学的数据支撑。
6. 操作与普及效果
全中文操作软件与使用手册，人机交互简单，无需专业技术人员即可完成设备安装、参数配置与日常维护，设备上手门槛低，便于农林、生态行业广泛推广使用。
 
九、国标规范
本产品从设计、生产、检测、安装到数据输出，严格遵循国家、林业、农业、仪器仪表相关标准，具体如下：

1. 林草物联网通用标准

GB/T 43816-2024《林草物联网 传感器通用技术要求》，规范林草类传感器的技术指标、环境适应性、通信与防护要求。

2. 林业生态监测标准

LY/T 2774-2016《森林生态系统蒸腾蒸发监测技术规范》，规定森林植被蒸腾、茎流监测方法、数据处理与报告要求。
LY/T 1952-2011《森林生态系统长期定位观测方法》，为植物茎流长期野外监测提供规范依据。

3. 农林气象监测标准

GB/T 30145-2013《农林气候监测站建设规范》，适配系统拓展气象传感器后的建站与监测要求。
NY/T 2970-2016《农田小气候观测规范》，规范农田场景下环境参数与植物生理参数联合监测流程。

4. 传感器校准标准

JJF 1363-2012《温度传感器校准规范》，约束设备内置热敏电阻的校准与精度指标。

5. 电气与电磁兼容标准

GB/T 17626《电磁兼容 试验和测量技术》，规范整机抗电磁干扰性能，保障野外复杂电磁环境下数据稳定。

6. 外壳防护标准

GB/T 4208《外壳防护等级（IP 代码）》，规范采集主机 IP65 防水防尘等级的设计与检测。

7. 水文监测相关标准

SL 13-2015《水利水电工程水文监测规范》，适用于结合茎流数据开展区域水文、水循环分析场景。
 
十、参考文献
[1] GB/T 43816-2024，林草物联网 传感器通用技术要求 [S].
[2] LY/T 2774-2016，森林生态系统蒸腾蒸发监测技术规范 [S].
[3] LY/T 1952-2011，森林生态系统长期定位观测方法 [S].
[4] GB/T 30145-2013，农林气候监测站建设规范 [S].
[5] NY/T 2970-2016，农田小气候观测规范 [S].
[6] JJF 1363-2012，温度传感器校准规范 [S].
[7] GB/T 17626，电磁兼容 试验和测量技术 [S].
[8] GB/T 4208，外壳防护等级（IP 代码）[S].
[9] SL 13-2015，水利水电工程水文监测规范 [S].
[10] 热脉冲法植物茎流传感器应用技术手册 [Z]. 植物生理仪器行业协会.
[11] 农林植物蒸腾与茎流监测技术导则 [Z]. 全国林业标准化技术委员会.
温馨提示：

1. 传感器探针为精密易损件，安装、检修时轻拿轻放，禁止大力弯折、撞击；
2. 野外设备每 3~6 个月巡检一次，检查探针紧固、线缆、供电及防水情况；
3. 设备仅用于植物监测，禁止拆解、改装内部电路，否则将失去保修；
4. 长期停用设备，请取下探针，清理后存放于干燥常温环境。