專利名稱:沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施的制作方法
技術領域:
沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施 技術領城本實用新型涉及生態(tài)系統(tǒng)主要生態(tài)過程與其主要限制因子變化的關系 的模擬設施,具體地說是一種沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬 設施。
背景技術:
近年來全球變化已經(jīng)引起各界學者的廣泛重視,水分環(huán)境作為全球變化 的主要組成部分,是沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)過程最重要的限制因子,因此沙 地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)對全球變化引起的水熱耦合格局變化具有最靈敏的響 應,所以通過模擬沙地水分環(huán)境的變化,研究沙地疏林草地的凈初級生產(chǎn)力、土壤C02通量、植被及物種組成變化,以及土壤養(yǎng)分循環(huán)過程等主要生態(tài) 過程的響應,能為預測沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)變化趨勢提供科學參考,進一 步為在全球變化背景下沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營管理提出合理的應對 策略,對實現(xiàn)沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前水分環(huán)境變化的模擬方法主要有盆栽模擬和水泥池模擬。盆栽模 擬水分環(huán)境的變化適用于研究不同物種在不同水分環(huán)境下的生理與形態(tài)變 化,該法操作簡單,費用低廉,在對比研究時又具有一定的準確性,因此 應用十分廣泛,但盆栽的盆子容量有限,因此不能重現(xiàn)被研究物種的原始 狀態(tài),所以只能用于幼苗或者小體積物種的比較研究。水泥池模擬方法與 盆栽模擬法相比增大了研究面積,目前有的水泥池尺寸達到了 1.5mx2m, 但依然跟野外原位生態(tài)系統(tǒng)有很大差別,不能代表原生的沙地疏林草地生 態(tài)系統(tǒng)的水分變化特征。而且盆栽和水泥池模擬水分環(huán)境變化的研究多是 采用地下水作為水源,地下水的養(yǎng)分及礦質含量等水質特征與天然降水是 有差異的,這也導致這些方法的水分環(huán)境變化模擬不能真正代表天然降水 特征。目前有研究者用小面積遮雨棚在野外對草地生態(tài)系統(tǒng)進行過干旱化 模擬的研究,也出現(xiàn)過人工澆水或用小型模擬降雨裝置在野外進行的濕潤 化模擬試驗,但這些模擬水份變化的研究都是單向的,而生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán) 境的變化恰恰包括干旱化與濕潤化兩個方面,因此國內外對生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境的變化模擬方法都是不完善的。目前尚未發(fā)現(xiàn)能將模擬干旱化與濕潤 化在野外原位樣地進行有機結合的設施的報道。 實用新型內容 本實用新型的目的是提供一種接近天然狀態(tài)的,能代表天然沙地疏林 草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)特征的,適用于野外原位模擬的沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng) 水分環(huán)境變化的模擬設施。本實用新型技術方案如下本模擬措施包括千旱化模擬裝置和濕潤化 模擬裝置,干單化模擬裝置通過蓄水裝置與濕潤化模擬裝置相連,其中 所述干單化模擬裝置由遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝置組成,遮雨裝置與導水裝置管路相連,導水裝置輸出至蓄水裝置;防側滲裝置位 于遮雨裝置下部內側安裝;所述濕潤化模擬裝置由供水裝置、輸水裝置、 降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān)測裝置和防側滲裝置組成,其供水裝置輸入接收 蓄水裝置水源,輸出端經(jīng)輸水裝置和降雨量監(jiān)測裝置至降雨發(fā)生裝置,防 側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置下部內側安裝。所述干旱化模擬裝置包括遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝 置,所述遮雨裝置為由具有弧狀頂部的第一支架支撐遮雨棚結構,安裝在 研究樣地四周;所述導水裝置由橫截面上開口結構的導水主管和導水支管 構成,導水主管平行安放在遮雨棚上,導水支管一端分別與導水主管相連, 另一端連接蓄水裝置;所述蓄水裝置上端開口與導水支管相連,下端開口 與濕潤化模擬裝置中的供水裝置相連;所述防側滲裝置為防滲屏障結構, 圍繞研究樣地四周垂直設置于地下;防側滲裝置位于遮雨裝置中第一支架 下部內側安裝。所述濕潤化模擬裝置包括供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨 量監(jiān)測裝置和防側滲裝置,其中所述供水裝置包括濾網(wǎng)、逆止閥和水泵; 濾網(wǎng)安放在作為水源的蓄水裝置與水泵的管路接口處,逆止閥安裝濾網(wǎng)的 靠近水泵的一側,水泵輸出端與輸水裝置中輸水干管相連,水泵作為模擬 降雨的動力裝置,可以通過選擇水泵的規(guī)格控制模擬降雨的雨強;輸水裝 置包括輸水干管、輸水主管和一組輸水支管;所述輸水干管一端與水泵相 連,另一端與輸水主管相連,輸水主管的另一端封閉,安放在降雨發(fā)生裝 置的第二支架上,位于研究樣地一側懸空放置, 一組一端封閉的輸水支管 的一端與輸水主管相連,輸水支管間水平等距設置,另一端安裝在第二支 架上,縱向均勻的平行于研究樣地地面;降雨發(fā)生裝置包括第二支架和一 組噴頭,第二支架為平頂結構,安裝在研究樣地四周, 一組噴頭等距的安 裝在每根輸水支管上;降雨量監(jiān)測裝置采用流量計,安放在輸水干管與輸 水主管的接口處;防側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置中第二支架下部內側安裝。輸水支管的間隔距離小于噴頭噴灑半徑,以便消除噴灑盲區(qū);所述遮 雨棚采用透光性好的聚乙烯材料;所述防側滲裝置釆用不透水材料。本實用新型工作原理干旱化模擬裝置中遮雨裝置在發(fā)生天然降雨時
屏蔽天然降雨,達到模擬干旱化的目的,導水裝置將遮雨裝置屏蔽的天然 降雨導入蓄水裝置中,濕潤化模擬裝置中的供水裝置從濕潤化模擬裝置中 的蓄水裝置中抽取蓄積的天然降水作為濕潤化模擬的水源,供水裝置將水 由輸水裝置經(jīng)過降雨量監(jiān)測裝置進入降雨發(fā)生裝置,在沙地疏林草地上形 成模擬降雨,達到模擬濕潤化的目的,干單化模擬裝置和濕銜化模擬裝置 中的防側滲裝置都圍繞沙地疏林草地一周垂直埋入地下一定深度,以防止 土壤水分的橫向傳輸。與現(xiàn)有技術相比,本實用新型具有以下優(yōu)點1) 干旱化模擬和濕潤化模擬樣地面積均能達到8mx8m以上,可以代 表天然沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)特征;2) 濕將化模擬時釆用干單化模擬樣地收集的天然降雨作為模擬降雨的 水源,消除了地下水作為水源與天然降雨的水質差異,使模擬降雨能代表 天然降雨過程;3) 將濕潤化模擬與干單化模擬有機的結合了起來,完全的模擬了沙地 疏林草地生態(tài)系統(tǒng)的水分環(huán)境變化(包括干單化及濕潤化)。4) 濕潤化模擬時可以通過選擇水泵的規(guī)格控制模擬降雨的雨強,而流 量計則能精確測定模擬降雨區(qū)域的水量,從而方便地做到對模擬降雨雨強 和降雨量的控制。5) 本實用新型結構簡單,成本低,且安裝、使用方便。
圖1為沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施的整體結構示意圖。
具體實施方式
以下參照附圖對本沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施作 詳細說明如圖1所示,本實用新型沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬 設施包括干單化模擬裝置與濕潤化模擬裝置,干單化模擬裝置通過蓄水裝 置與濕潤化模擬裝置相連;其中所述千旱化模擬裝置由遮雨裝置、導水裝 置、蓄水裝置和防側滲裝置組成,遮雨裝置與導水裝置管路相連,導水裝 置輸出至蓄水裝置;防側滲裝置位于遮雨裝置下部內側安裝;所述濕潤化 模擬裝置由供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān)測裝置和防側 滲裝置組成,其供水裝置輸入接收蓄水裝置水源,輸出端經(jīng)輸水裝置和降 雨量監(jiān)測裝置至降雨發(fā)生裝置,防側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置下部內側安 裝。具體為干旱化模擬裝置包括遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝置,其
中遮雨裝置在發(fā)生天然降雨時屏蔽天然降雨,達到模擬干旱化的目的,包括第一支架1和遮雨棚2;為由具有弧狀頂部的第一支架1支撐遮雨棚2結構, 安裝在研究樣地四周,第一支架1一般釆用鋼管搭建,規(guī)格根據(jù)樣地面積及 樣地中樹木高度確定;遮雨棚2安放在第一支架1上方以屏蔽天然降雨達到 模擬干單化的目的, 一般采用透光性好的聚乙烯材料;所述導水裝置由兩根 橫截面上開口結構的導水主管3和兩根導水支管4構成,導水主管3平行安 放在遮雨棚2兩側,用于收集遮雨棚2屏蔽的天然降雨,兩根導水支管4一 端分別與兩根導水主管3相連,另一端都連入蓄水裝置5中,將干旱化模擬 過程中屏蔽的天然降雨導入蓄水裝置5保存;所述蓄水裝置5采用蓄水罐, 安放于濕潤化模擬樣地附近,上端開口與導水支管4相連,用于蓄積屏蔽的 天然降雨,下端開口與濕潤化模擬裝置中的供水裝置相連,作為濕潤化模擬 的水源,蓄水裝置5的規(guī)格根據(jù)研究樣地面積及研究區(qū)年降雨量確定;所述 防側滲裝置6為防滲屏障結構,位于遮雨裝置中第一支架l下部內側安裝, 圍繞研究樣地四周垂直埋入地下一定深度,用于防止土壤水的橫向傳輸,一 般采用油氈布或聚乙烯塑料布等不透水材料。濕潤化模擬裝置包括供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān) 測裝置和防側滲裝置,其中所述供水裝置包括濾網(wǎng)7、逆止閥8和水泵9; 濾網(wǎng)7安放在作為水源的蓄水裝置5與水泵9的管路接口處,起防止異物 堵塞輸水管遒的噴頭的作用,逆止閥8安裝濾網(wǎng)7的靠近水泵9的一側, 用于防止水流倒流,水泵9放置在蓄水裝置5旁邊,輸出端與輸水裝置中 輸水干管IO相連,水泵9作為模擬降雨的動力裝置,可以通過選擇水泵的 規(guī)格控制模擬降雨的雨強;輸水裝置包括輸水干管10、輸水主管11和輸水 支管12;所述輸水干管10—端與水泵9相連,另一端與輸水主管ll相連, 輸水主管11的另一端封閉,安放在降雨發(fā)生裝置的第二支架13上,位于 研究樣地一側懸空放置, 一組一端封閉的輸水支管12的一端與輸水主管11 相連,輸水支管12間水平等距設置,另一端安裝在第二支架13上,縱向 均勻的平行于研究樣地地面;降雨發(fā)生裝置包括第二支架13和噴頭14,用 以形成降雨區(qū)域;第二支架13為平頂結構,安裝在研究樣地四周,起支撐 輸水裝置中輸水主管11和輸水支管12的作用, 一般采用鋼管搭建,規(guī)格 根據(jù)樣地面積及樣地中樹木高度確定, 一組噴頭14等距的安裝在每根輸水 支管12上,在研究樣地上空形成均勻分布,用于形成模擬降雨;降雨量監(jiān) 測裝置15采用流量計,安放在輸水干管IO與輸水主管11的接口處,由于 輸水主管11緊鄰由降雨發(fā)生裝置形成的降雨區(qū)域一側安放,所以該流量計 能精確測定進入降雨區(qū)域的水量;所述防側滲裝置6為防滲屏障結構, 位于降雨發(fā)生裝置中第二支架13下部內側安裝,圍繞研究樣地四周垂直
埋入地下一定深度,用于防止土壤水的橫向傳輸, 一般采用油氈布或聚乙 烯塑料布等不透水材料。本實用新型運行過程是自然降雨時,安放在第一支架l上的遮雨棚2 屏蔽天然降雨,在該研究樣地達到干旱化模擬的效果,導水主管3收集遮 雨棚2屏蔽的天然降雨,通過導水支管4將其保存于蓄水裝置5中。自然 降雨一段停止時間后,在另一塊研究樣地進行濕潤化模擬蓄水裝置5中 保存的自然降雨由水泵9抽取加壓后經(jīng)過濾網(wǎng)7和逆止閥8進入輸水干管 10,再經(jīng)由流量計15后流入輸水主管11,輸水主管11 一端封閉,中間每 間隔一段距離連接一根輸水支管12,每根輸水支管12都是一端封閉,中間 每間隔一段距離連接一個噴頭14,加壓后的水流由輸水主管11流出后分流 至各個輸水支管12,然后經(jīng)由在研究樣地上空均勾分布的噴頭14均勻噴灑 在研究樣地內達到濕潤化模擬的效果。最終在兩塊研究樣地達到了模擬沙 地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境(干旱化及濕潤化)變化的目的。本模擬設施實施例在兩塊8mx8m的沙地疏林草地樣地中模擬降雨水 分環(huán)境的變化,2個鋼質支架(第一、二支架)的規(guī)格都是8mx8mx2m, 蓄水罐直徑為4m,高度為2m,干旱化模擬樣地在5-7月份進行天然降雨的 屏蔽,根據(jù)研究區(qū)氣象站的降雨資料,該時段內屏蔽降雨量共計 170.433mm,達到了模擬干旱化的效果;濕潤化模擬樣地選用的噴頭噴灑半 徑為1.5m,因此設置輸水支管12的間隔距離為lm,以便消除噴灑盲區(qū), 每根輸水支管12上連接7個噴頭14,降雨區(qū)域內一共有49個噴頭作業(yè), 一次模擬降雨前流量計讀數(shù)5.94265m3,降雨后流量計讀數(shù)12.S8113m3, 共降雨6.93848m3,根據(jù)降雨面積換算成該次模擬的降雨量為10.8414mm, 可以代表該研究區(qū)的一次典型自然降雨。
權利要求1.一種沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施,其特征在于由干旱化模擬裝置和濕潤化模擬裝置組成,干旱化模擬裝置通過蓄水裝置與濕潤化模擬裝置相連;其中所述干旱化模擬裝置由遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝置組成,遮雨裝置與導水裝置管路相連,導水裝置輸出至蓄水裝置;防側滲裝置位于遮雨裝置下部內側安裝;所述濕潤化模擬裝置由供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān)測裝置和防側滲裝置組成,其供水裝置輸入接收蓄水裝置水源,輸出端經(jīng)輸水裝置和降雨量監(jiān)測裝置至降雨發(fā)生裝置,防側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置下部內側安裝。
2. 按照權利要求l所述模擬設施,其特征在于所述干單化模擬裝置由遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝置組成,其遮雨裝置為由具有弧狀頂部的第一支架(1)支撐遮雨棚(2)的結構;所述導水裝置為橫 截面上開口結構的導水主管(3)和導水支管(4)構成,導水主管(3)平 行安放在遮雨棚(2 )上,導水支管(4 )連接導水主管(3 )與蓄水裝置(5 ); 所述蓄水裝置(5)上端開口與導水支管(4)相連,下端開口與濕潤化模 擬裝置中的供水裝置相連;防側滲裝置位于遮雨裝置中第一支架(1)下部 內側安裝。
3. 按照權利要求l所述模擬設施,其特征在于所述濕潤化模擬裝置 由供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān)測裝置和防側滲裝置組 成,其中所述供水裝置由濾網(wǎng)(7)、逆止閥(8)和水泵(9)組成,濾網(wǎng)(7)、逆止閥(8)依次安放在蓄水裝置(5)與水泵(9)的管路接口處, 水泵(9)輸出端與輸水裝置相連;輸水裝置由輸水干管(10)、輸水主管(11)和一組輸水支管(12)組成;所述輸水干管(10) —端與水泵(9) 相連,另一端與輸水主管(11)相連,輸水主管(11)的另一端封閉,安 放在降雨發(fā)生裝置的第二支架(13)上, 一組一端封閉的輸水支管(12) 的一端與輸水主管(11)相連,另一端安裝在第二支架(13)上;降雨發(fā) 生裝置包括第二支架(13)和一組噴頭(14),第二支架(13)為平頂結構, 安裝在研究樣地四周, 一組噴頭(14)安裝在每根輸水支管(12)上;降 雨量監(jiān)測裝置(15)安放在輸水干管(10)與輸水主管(11)的接口處; 防側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置中第二支架(13)下部內側安裝。
4. 按照權利要求2所述模擬設施,其特征在于所述遮雨棚(2)采 用透光性好的聚乙烯材料。
5. 按照權利要求3所述模擬設施,其特征在于所述輸水支管(12) 間水平等距設置,縱向均勻的平行于研究樣地地面。
6. 按照權利要求3所述模擬設施,其特征在于所述一組噴頭(14)等距的安裝在每根輸水支管(12)上。
7. 按照權利要求3所述模擬設施,其特征在于所述輸水支管(12) 的間隔距離小于噴頭(14)噴灑半徑。
8. 按照權利要求3所述模擬設施,其特征在于所述降雨量監(jiān)測裝置 (15)釆用流量計。^
9. 按照權利要求2或3所述模擬設施,其特征在于所述防側滲裝置 (6)采用不透水材料。
專利摘要本實用新型公開一種沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)水分環(huán)境變化的模擬設施。由干旱化模擬裝置和濕潤化模擬裝置組成,干旱化模擬裝置通過蓄水裝置與濕潤化模擬裝置相連;干旱化模擬裝置由遮雨裝置、導水裝置、蓄水裝置和防側滲裝置組成,遮雨裝置與導水裝置管路相連,導水裝置輸出至蓄水裝置;防側滲裝置位于遮雨裝置下部內側安裝;濕潤化模擬裝置由供水裝置、輸水裝置、降雨發(fā)生裝置、降雨量監(jiān)測裝置和防側滲裝置組成,其供水裝置輸入接收蓄水裝置水源,輸出端經(jīng)輸水裝置和降雨量監(jiān)測裝置至降雨發(fā)生裝置,防側滲裝置位于降雨發(fā)生裝置下部內側安裝。本實用新型具有接近天然狀態(tài)、能代表天然沙地疏林草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)特征、適用于野外原位模擬的特點。
文檔編號A01G9/00GK201015331SQ20072001201
公開日2008年2月6日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權日2007年5月9日
發(fā)明者于占源, 李法云, 胡亞林, 范志平, 鄧東周 申請人:中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所