技术领域
本发明涉及一种生态环境研究监测辅助系统，具体涉及一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统。
背景技术：
近年来，生态系统结构与功能对地下水水位变化的响应与适应对策已成为研究的热点问题。地下水埋深通过影响土壤水分含量而影响植物根系的水分吸收，从而改变植物生长和群落组成。因此，为了研究地下水水位变化对生态系统的影响，在野外现场试验布设过程中，如何精确调控地下水水位成为试验研究成败的关键。然而，鉴于野外生态系统控制试验的特殊性，要求试验过程中尽可能保持生态系统的原状性和整体性，植被群落和土壤环境不受扰动。现有公开的地下水水位控制技术往往需要在地下预埋大量的排水管网、设置砂石滤层和竖直排水井；或设置挡土墙和挡水底板将地下水隔离，并在挡土墙中预埋排水管与排水盲沟连接；或通过布设轻型井点和抽水设备抽取基础施工范围内的地下水以降低地下水位，防止地下水位抬升造成基础岩土软化和土方崩解。上述的地下水水位控制技术导致试验布设过程中样地的植被和土壤受到严重干扰和破坏，导致试验失败或研究结果失真，达不到预期的研究目标。难以满足生态系统变化的研究需要和试验要求。
因此，对于农田、草地等陆地生态系统变化对地下水位响应的控制试验研究，设计出一种能精确调控地下水位的系统，对于深刻理解生态系统群落结构以及植被功能性状变化对地下水位的响应过程和机制，提高研究水平具有十分重要的意义。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明的目的在于提供一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统，克服现有地下水位控制系统和方法中需要开挖敷设管网、布设轻型井点或设置挡土墙和隔水地板等施工繁琐、工程造价高，且地下水控制不理想等弊端，确保地下水位的精准控制，满足生态试验中地下水水位变化对生态环境的影响，特别是地下水水位变化对寒区旱区草地生态系统物种功能性状、群落分布的影响野外生态试验研究的需要。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统，该系统由基坑、地下水水箱、排水阀、地下水补给管和原状土柱组成。基坑是在试验样地内开挖地表形成的池子，基坑四周及底部用混凝土砌筑进行隔水绝缘处理，再在基坑内放置不锈钢、有机玻璃板或钢板焊接而成的地下水水箱，地下水水箱内置有原状土柱和地下水补给管，原状土柱由低到高呈梯度均匀垂直放置于地下水水箱的底部，地下水补给管位于梯度的最高处，地下水水箱底部安装有排水阀；地下水补给管管壁上均匀开设有布水孔，原状土柱之间的空隙用试验区土壤分层回填密实。
本发明的原理是：
在生态环境变化研究中，为了揭示地下水位变化对生态环境的影响，特别是地下水位变化对寒区旱区草地和农业生态系统物种功能性状、群落分布的影响，地下水位的精准调控是决定试验研究成败的关键。该试验系统通过在研究样地内掏挖形成一个基坑，然后将基坑四周及底板用混凝土等隔水措施进行绝缘处理，从而避免基坑周围土壤水的渗入对试验研究的影响；为了实现试验研究中地下水位的精准控制，在基坑底部安装有水箱，水箱底部的下边缘安装有排水阀，用于排泄水箱中的积水、降低水位；同时，在水箱中设置地下水补给管，用于向水箱中补水，补偿因蒸发耗散造成的水箱内水位下降，同时地下水补给管用作水位观测井用于观测水箱中地下水位的高低变化，从而实现地下水箱中水位的精准调控；然后，将试验研究所用的原状土柱垂直放置于地下水水箱中，原状土柱之间根据试验区土壤垂直分布情况进行分层回填并密实。最后，根据试验研究设计和方案进行各项监测和测试，完成生态系统群落结构、植被功能性状等变化对地下水位的响应研究。
本试验系统的优点是：
本发明提供了一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统。该试验系统首先通过建立基坑并对基坑四周及底板进行隔水绝缘避免了周围土壤渗水对试验研究的影响，然后再在基坑内放置水箱并设置排水阀和补给管实现对水箱中水位的观测和精准调控，最后将处理好的原状土柱置于水箱中进行不同水位条件下的各项试验测定和研究，避免采用回填扰动土对试验研究造成的不利影响，实现试验研究的既定目标。因此，该试验系统应用于陆地生态系统变化对地下水位的响应研究，具有实施方便、地下水位控制精准、试验土体样方扰动小等优点，确保了研究结果的真实性和可靠性。
附图说明
图1为本发明示意图。
图1中，1—基坑；2—地下水水箱；3—排水阀；4—地下水补给管；5—原状土柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步说明：
一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统，该试验系统由基坑1、地下水水箱2、排水阀3、地下水补给管4和原状土柱5组成。其中，基坑1是在试验区掏挖土壤形成的长方体池子，池子四周及底板用混凝土等隔水措施进行绝缘处理，防止周围土壤水的渗入；然后在基坑1内放置地下水水箱2并置于基坑1底部，地下水水箱2可由不锈钢、硬质塑料板或钢板等焊接而成。为了精准地调控地下水水箱2中的水位高度，在地下水水箱2底部下边缘安装有排水阀3，地下水水箱2内放置有原状土柱5和地下水补给管4，原状土柱5由低到高呈梯度均匀垂直放置于地下水水箱2的底部，原状土柱5之间的空隙根据试验区土壤垂直分布情况用同种类型的土壤分层进行回填，地下水补给管4由不锈钢、铸铁、有机玻璃或PVC材料做成，位于梯度的最高处，管壁上均匀开设有布水孔，布水孔的形状为三角形、四方形、梯形或圆形。
在研究陆地生态系统植被群落变化、物种功能性状对地下水位响应的过程中，研制一种野外生态环境变化对地下水位响应的试验系统，对于揭示生态试验中地下水水位变化对生态环境的影响，特别是地下水水位变化对寒区旱区农业、草地等生态系统物种功能性状、群落分布的影响具有重要的作用。首先，本发明在研究试验样地内采用挖土机等机械或人工掏挖等方式开挖出试验基坑1，基坑1的尺寸大小根据试验研究需要确定。然后，将焊接好的地下水水箱2缓慢放入基坑1内，再将事先处理好的试验用原状土柱5依次放入地下水水箱2内。原状土柱5在地下水水箱2内由低到高依次排列，原状土柱5之间的间隙用试验样地的土壤进行回填，回填土的高度与原状土柱5的顶端基本保持齐平。最后，通过地下水补给管4向地下水水箱2内缓慢注水并实时监测地下水水箱2内的水位变化。根据试验研究需要，地下水水箱2内的水位过低时通过地下水补给管4进行补充，而地下水水箱2内的水位过高时可通过排水阀3放水降低地下水水箱2内的水位，从而使地下水水箱2内的水位达到精准调节，满足试验研究的要求。