一种测定根系土壤剖面优先流的方法与流程

本发明涉及森林的水文观测领域，具体涉及一种测定根系土壤剖面优先流的方法。

背景技术：

在森林水文观测中，土壤优先流是土壤中非常普遍的一种水分和溶质运移形式，其存在将导致溶质快速向下迁移。但由于土壤优先流是一个“黑箱”问题，依靠当前的技术手段很难探索土壤优先流的形成原因及产生规模，特别是对于森林土壤，复杂的根系对优先流的作用机制尚不明确。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种测定根系土壤剖面优先流的方法，该方法有效解决了当前的技术手段很难探索土壤优先流的形成原因及产生规模的问题。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种测定根系土壤剖面优先流的方法，包括以下步骤：

a、沿着坡向垂直方向，竖直向下挖取一块长度、宽度和深度均为100cm的土坑，对土坑上游侧壁所形成的100cm²的实验剖面进行加工，使土壤剖面竖直、光滑；如果在平地上，则直接挖取一处长度、宽度和深度均为100cm的土坑；

b、如果测定经由根系产生的优先流，则将根分为枯根和活根，或者划分根茎并记录，然后剪去根系露在土壤剖面外的部分；

c、在实验剖面上一定距离插入若干块铁板，在将铁板插入土壤剖面2cm后，用支架对铁板外部进行固定，同时控制铁板的水平角度，以利于导水；

d、通过人工降雨的方法实施较大强度的连续降雨，对土壤剖面进行湿润预处理，根据土壤质地确定湿润预处理时间，一般连续降雨时间为15min，降雨过程中，记录产生优先流的根，并记录其在剖面中所处位置；

e、湿润预处理结束后，在产生优先流的根的位置处插入若干连接有软管的金属管，金属管插入土壤层1cm，软管另一端连接至容器，以收集实验过程中所导出的土壤水，软管分别由支架固定，以避免在实验过程中出现从土壤中脱落；

f、待全部记录工作及金属管连接工作结束，并且湿润预处理间隔满1小时后，采用人工降雨的方法，控制降雨强度以及降雨时间，测定不同降雨强度或者降雨时间条件下，土壤剖面及经由根系所产生优先流的数量。

进一步改进在于，步骤c中，所述铁板为三块，且分别插在距离土壤层上表面10cm、20cm和30cm处。

进一步改进在于，所述铁板的厚度小于0.5mm。

进一步改进在于，步骤e中，所述在产生优先流的根的位置处插入金属管具体操作为使用一定内径的金属管在产生优先流的根的位置处顺着根的生长方向插入土壤层，从而与地面形成一定角度。

进一步改进在于，若测定2mm的细根，所用金属管的内径为5±1mm，若为较粗的根系，则随之增加内径，确保根系与金属管内壁的距离大于1mm。

本发明的有益效果是：

1)采用挖取土壤剖面的方法来研究土壤优先流这一“黑箱”问题，更加直观，方便操作；

2)该方法对于可以定量研究根系条件、土壤深度、降雨强度、降雨时间对于优先流形成的影响；

3)该方法特别适用于森林土壤中根系比较复杂的研究区域，并可根据不同根茎、根系生长力分别进行研究和比较；

4)该方法结合压力传感器和无纸记录仪，通过设定时间步长，可以定量描述优先流形成过程的变化规律。

附图说明

图1为挖取土坑的侧视图；

图2为沿坡面方向的实验剖面所示图；

图3为所测定实验剖面的结构示意图。

其中，1-铁板，2-人工降雨，3-软管，4-金属管，5-容器，6-挡板，7-渗透水。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种测定根系土壤剖面优先流的方法，包括以下步骤：

a、如图1和图2所示沿着坡向垂直方向，竖直向下挖取一块长度、宽度和深度均为100cm的土坑，对土坑上游侧壁所形成的100cm2的实验剖面进行加工，使土壤剖面竖直、光滑；如果在平地上，则直接挖取一处长度、宽度和深度均为100cm的土坑；

b、如果测定经由根系产生的优先流，则将根分为枯根和活根，或者划分根茎并记录，然后剪去根系露在土壤剖面外的部分；

c、如图3所示，在实验剖面上一定距离插入若干块铁板1，在将铁板1插入土壤剖面2cm后，用支架(图中未示出)对铁板1外部进行固定，同时控制铁板1的水平角度，以利于导水；

d、通过人工降雨2的方法实施较大强度的连续降雨，对土壤剖面进行湿润预处理，根据土壤质地确定湿润预处理时间，一般连续降雨时间为15min，降雨过程中，记录产生优先流的根，并记录其在剖面中所处位置；

e、湿润预处理结束后，在产生优先流的根的位置处插入若干连接有软管3的金属管4，金属管4插入土壤层1cm，软管3另一端连接至容器5，以收集实验过程中所导出的土壤水，软管3分别由支架(图中未示出)固定，以避免在实验过程中出现从土壤中脱落；

f、待全部记录工作及金属管连接工作结束，并且湿润预处理间隔满1小时后，采用人工降雨1的方法，控制降雨强度以及降雨时间，测定不同降雨强度或者降雨时间条件下，土壤剖面及经由根系所产生优先流的数量。

作为优选案例，步骤c中，所述铁板1为三块，且分别插在距离土壤层上表面10cm、20cm和30cm处。

作为优选案例，所述铁板1的厚度小于0.5mm。

作为优选案例，步骤e中，所述在产生优先流的根的位置处插入金属管4具体操作为使用一定内径的金属管4在产生优先流的根的位置处顺着根的生长方向插入土壤层，从而与地面形成一定角度。若测定2mm的细根，所用金属管4的内径为5±1mm，若较粗的根系，则随之增加内径，确保根系与金属管4内壁的距离大于1mm。

上述案例在实施过程中，均用到挡水板6来挡住降雨的直接浇灌，用渗透水7对土壤层进行浇灌，可避免所取土壤剖面受到雨水的损坏。然后根据记录的优先流数量、降雨强度等数据来分析土壤剖面及经由根系优先流的影响因素，如根系条件、土壤深度、降雨强度、降雨时间等。

特别的，该方法中用到的容器5可以选择连接压力传感器和无纸记录仪，以通过设定时间步长，可以定量描述优先流形成过程的变化规律。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。