一种模拟作物茎杆流土壤侵蚀的方法及其装置与流程

本发明属于茎杆流测量技术领域，具体涉及一种模拟作物茎杆流土壤侵蚀的方法及其装置。

背景技术：

在自然界中，当降雨到达植物冠层后，一部分降水被植物冠层截留，并随茎秆流入地表形成茎秆流。茎秆流对地表土壤具有冲刷作用，造成植物周围一定范围内土壤侵蚀。因此，十分有必要在简化植物冠层截留条件下，建立一种模拟植物茎秆流的装置，为研究茎秆流土壤侵蚀作用提供帮助。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种水平排列模拟作物茎杆流土壤侵蚀的方法及其装置，从而为研究茎秆流土壤侵蚀作用提供帮助。

本发明的技术方案是这样的：

本发明是这样一种模拟作物茎杆流土壤侵蚀的方法，它采用一种植物茎秆流模拟实验装置，该实验装置包括供水子系统、水量调节子系统和茎秆流土壤侵蚀模拟子系统；该方法包括如下步骤：

步骤1：将供水子系统中的水通过供水管注入水量调节子系统的连通器中，并且保证水不断流入连通器中；连通器采用一大一小两个水桶将水流分为上下两部分，上部的水通过径流管流入茎秆流土壤侵蚀模拟子系统的茎干流模拟器中，下部的水经过回流管回到供水子系统循环利用；

步骤2：进入茎干流模拟器中的水流沿其下方的木棍均匀流下，进入土壤坡面下方的集流槽中，待水流稳定后通过径流管上的流量计读取流量，并记录数据；

步骤3：用收集器接收水流流经集流槽后形成的径流与泥沙，然后拿出收集器并编号；将收集器中的水和泥沙带回实验室；

步骤4：在实验室中，用天平对收集器中的水沙样品称重，记为T1，后将水沙样品置于烘箱连续烘24小时；样品烘干后，从烘箱取出样品，放置室内，待其温度达到室温后，用天平对样品称重，记为T2；

步骤5：计算径流量和土壤侵蚀量，其中，径流量＝T1-T2；土壤侵蚀量＝T2-收集器皮重；

步骤6：通过改变径流量，重复2、3步骤可以模拟不同等级茎秆流下的土壤侵蚀。

本发明的采用的一种植物茎秆流模拟实验装置是这样的：该实验装置包括供水子系统、水量调节子系统和茎秆流土壤侵蚀模拟子系统；

所述供水子系统设有水泵；

所述水量调节子系统包括连通器，该连通器包括一大一小两个水桶，小桶置于大桶中，小桶设有一个使水从其中流向大桶中的出水口；

所述茎秆流土壤侵蚀模拟子系统包括茎杆流模拟器，茎杆流模拟器的底部通过钉子连接一根木棍，木棍的底端插入土壤侵蚀槽中，所述土壤侵蚀槽是在模拟的土壤坡面上设置的U型槽，在该U型槽底部设有用于收集水沙样品的集流槽。

所述水泵通过供水管接入水量调节子系统，供水管的底端位于水量调节子系统的连通器中的小桶上。

连通器中，小桶的上部低于大桶的上部，小桶的桶底悬空在大桶中；连通器通过两个水龙头向外输水，上部水龙头将小桶固定连接在大桶的一侧内壁并连通小桶和径流管，下部水龙头位于小桶的桶底下方，连通大桶和回流管。

所述径流管上设有调节阀和流量计。

所述回流管的末端连接回到供水子系统中。

在所述木棍的顶端，安装一个径流控制器，径流控制器用于将水量调节子系统流出的水引至木棍上以产生茎秆流。

本发明的技术方案能够在实验室模拟出植物茎杆流的状态，从而通过实验方法计算出径流量和土壤侵蚀量，为研究茎秆流土壤侵蚀作用提供帮助。

附图说明

图1为本发明的植物茎秆流模拟实验装置。

图2为本发明茎秆流土壤侵蚀模拟结果分析：不同茎秆流量条件下地表径流量比较。

图3为本发明茎秆流土壤侵蚀模拟结果分析：不同茎秆流量条件下土壤侵蚀量比较。

附图标记说明：1-电源线，2-水泵，3-供水子系统，4-出水口，5-连通器，6-可伸缩支架，7-调节阀，8-流量计，9-茎杆流模拟器，10-钉子，11-径流控制器，12-U型槽，13-土壤坡面，14-收集槽，15-水量调节子系统，16-茎秆流土壤侵蚀模拟子系统，17-径流管，18-回流管，19-供水管，20-木棍。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本发明植物茎秆流土壤侵蚀模拟装置结构如图1所示。从图中可以看出，该装置主要包括供水子系统3、水量调节子系统15和茎秆流土壤侵蚀模拟子系统16。下面分别论述。

(1)供水子系统3：为装置运行提供水量，由储水容器和水2组成，水泵2通过电源线1接通电源。

(2)水量调节子系统15：该系统主要由一个连通器5和其下方的可伸缩支架6构成，利用该系统可以为茎秆流土壤侵蚀模拟子系统16提供不同等级稳定的水流量。其中，连通器15由两只一大一小的水桶组成，小桶放入大桶中，小桶的上部低于大桶的上部，以便小桶中水满后能通过出水口4流入大桶中，大桶靠近底部的一侧可以安放一个水龙头，该水龙头连接回流管18，回流管18回接供水子系统3的储水容器。小桶紧靠大桶的一侧内壁用一个水龙头固定(注意不能漏水)，小桶上部(高于水龙头的位置)可以用铁丝在小桶上钻口与大桶相连增加小桶的稳定性，固定小桶的水龙头与径流管17连接，径流管17上连接调节阀7和流量计8。

(3)茎秆流土壤侵蚀模拟子系统16：该系统由茎秆流模拟部件和土壤侵蚀槽构成。茎杆流模拟部件包括圆筒结构的茎杆流模拟器9和其下部的茎杆，二者之间通过钉子10连接，其中，茎秆用一根直径约1-3cm长约1-3m的木棍20(可以根据模拟植物类型选的参数)。在木棍20的顶端，安装一个径流控制器11可将水量调节系统流出的水引入茎秆装置，以产生茎秆流。茎秆流量可以通过流量计8测量。在土壤侵蚀槽底部设计一个U型槽12，U型槽12设置在土壤坡面13上，在土壤侵蚀槽填土之前，将木棍20底端固定在土壤侵蚀槽中。U型槽12下方是集流槽14，用于利用收集器收集水沙样本。

具体实施方式如下：

(1)将供水子系统3中的水注入连通器5中，并且保证水不断流入连通其中，连通器5上部的水龙头中的水经过塑料管流入茎秆流土壤侵蚀模拟子系统15中，下部的水经过塑料管回到供水系统可以循环利用。

(2)将连通器5上部的塑料管放在茎秆流土壤侵蚀模拟子系统15上部，并固定保证水流平顺的沿木棍20均匀流下。2-3min后，水流基本稳定时，通过流量计8读取流量，并记录数据。

(3)用收集器接水流经过茎秆流土壤侵蚀模拟子系统15中的集流槽14形成的径流与泥沙，经过6min，拿出收集器并编号，1小时为一组。将收集器中的水和泥沙带回实验室，先用天平(精度0.001g)对样品称重，记为T1，后将水沙样品置于烘箱连续烘24小时(烘箱恒温100℃)。样品烘干后，从烘箱取出样品，放置室内，待其温度达到室温后，用天平(精度0.001g)对样品称重，记为T2。计算径流量和土壤侵蚀量。其中，径流量＝T1-T2；土壤侵蚀量＝T2-收集器皮重。

(4)通过改变径流量，重复2、3步骤可以模拟不同等级茎秆流下的土壤侵蚀。

试验结果：应用该技术，对玉米茎秆流土壤侵蚀进行了模拟研究，实验测量数据见图2和图3。从图中可以看出，在不同流量下，产生的径流侵蚀量和土壤侵蚀量明显不同，证明用此方法可以用来模拟植物茎秆流土壤侵蚀。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。