CN103674821B - 一种土壤溅蚀测定仪器及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤溅蚀测定仪器，由溅蚀环和遮挡装置组成，所述的遮挡装置安装于溅蚀环的正上方，其中：所述的溅蚀环由四个相同的直角扇环形溅蚀盘拼接而成，每个直角扇环形溅蚀盘的内径为100cm、外径为300cm，溅蚀盘上部每隔5cm的宽度设置2cm高的同心圆封闭隔断；所述的遮挡装置由四根铁丝立柱外围包裹塑料布构成，铁丝立柱上端为直径2cm的圆环，上部固定开口处的圆形铁丝圈穿过四根铁丝立柱顶端的圆环，使其成为上小下大的圆台锥体。本发明还涉及使用该土壤溅蚀测定仪器对土壤溅蚀量进行测定的方法，使用该土壤溅蚀测定仪器可以测定不同方位和溅蚀距离范围内的溅蚀量，为土壤溅蚀的方位和距离分布规律提供较为准确的实验数据。

Description

一种土壤溅蚀测定仪器及测定方法

技术领域

本发明属于分析及测量控制领域，特别涉及一种直接应用于土壤溅蚀过程溅蚀量的测定、为土壤溅蚀的理论与机制研究提供标准和依据的土壤溅蚀测定仪器。

背景技术

土壤侵蚀是当前主要的全球性环境与生态问题，是现代土壤学、水文科学和生态学研究的重要内容之一。土壤溅蚀(Soilsplasherosion)是土壤侵蚀的重要形式和组成部分，是指由于降雨雨滴打击土壤表层，导致土壤颗粒分散和迁移的一种侵蚀过程，是土壤侵蚀过程的前期阶段和关键环节，是影响坡面水蚀的一个重要威胁因素。土壤溅蚀主要发生在坡面产流之前和产流之初，是在降雨-土壤-径流系统之中的作用过程，并受到降雨特性、植被以及地表状况等众多综合因素的交互作用和影响。土壤溅蚀是土壤侵蚀过程的前期阶段，是土壤侵蚀的重要组成部分。因此，土壤溅蚀过程及其机制的研究对于深层次理解土壤侵蚀链及其动态变化有重要意义。因此，土壤溅蚀过程及其机制的研究对于深层次理解土壤侵蚀链及其动态变化有重要意义。土壤溅蚀过程及其机制是土壤溅蚀领域研究的重要内容之一。

为了获取土壤溅蚀过程足够的资料、可靠的原始数据以及科学评价溅蚀强度，传统的研究方法是借助相关实验设备，在野外、室内、天然降雨、模拟降雨的条件下，采用直接、定量方法进行土壤溅蚀的测定。在早期研究方法中，Ellison，Sreenivas以及Morgan等针对溅蚀分离和迁移土壤颗粒进行了测量，之后许多学者均进行了此方面的测定研究。在测定的实验设备方面，Ellison首次将溅蚀杯(Splashcup)应用到雨滴溅蚀的定量研究，随后的土壤溅蚀方面研究中溅蚀杯方法也广泛被许多地区的研究者使用。除了溅蚀杯(Ellison型和Morgan型)之外，测定土壤溅蚀的所广泛采用的实验设备还有溅蚀板(Splashboards)和溅蚀盘(Splashtrays)，参见图1和图2。然而，在实际测量中各类型的土壤溅蚀实验设备在获得溅蚀率的准确性方面却存在一定差异。传统的溅蚀盘和溅蚀板只能测定固定研究尺度下的溅蚀总量，一般研究者倾向与研究溅蚀样地上坡和下坡方位的溅蚀量，实际上溅蚀物质是向四周分散的；溅蚀杯测定的土壤溅蚀量受到溅蚀杯半径大小的制约，溅蚀杯半径大小以及布设位置与数量对于所测定出的土壤溅蚀量有很大的影响。综上，传统的溅蚀测量仪器无法测定溅蚀土量的距离分布规律以及方位分布规律，并且存在着不可忽视的测量误差，不利于揭示土壤溅蚀过发生发展规律以及对溅蚀强度进行评价，也就无法对土壤溅蚀过程进行深入细化的研究分析，所以设计一种新型的较为精确的土壤溅蚀测量仪器是非常有必要的。

发明内容

本发明针对传统溅蚀测定设备只能测定固定研究尺度下的溅蚀总量，而对于溅蚀土量的距离分布规律无法测定，并且测量误差大的缺陷，提供一种在固定研究尺度上可以测定溅蚀土壤随距离变化的分布量，从而为深入揭示土壤溅蚀的发生发展规律提供依据的土壤溅蚀测定仪器。

本发明采用的技术方案如下：土壤溅蚀测定仪器，由溅蚀环和遮挡装置组成，所述的遮挡装置安装于溅蚀环正上方，其中：所述的溅蚀环由四个相同的直角扇环形溅蚀盘拼接而成，每个直角扇环形溅蚀盘的内径为100cm、外径为300cm，溅蚀盘上部每隔5cm的宽度设置2cm高的同心圆封闭隔断；所述的遮挡装置由四根铁丝立柱外围包裹塑料布构成，铁丝立柱上端为直径2cm的圆环，上部固定开口处的圆形铁丝圈穿过四根铁丝立柱顶端的圆环，使其成为上小下大的圆台锥体。

进一步，所述的溅蚀盘由PVC材料制成，并且溅蚀盘下部为5cm高的嵌入装置，能够使其压入土中，在较小的扰动实验区土壤的条件下对其进行固定。

再者，所述圆台锥体遮挡装置的上圆直径为100cm、下圆直径为310cm、高度为100cm，所述的遮挡装置的上圆和下圆的中心与溅蚀环中心在垂直方向上相重合。遮挡装置安装在溅蚀环正上方后，可以完全遮挡溅蚀环，防止实验样地外的雨滴降落到溅蚀环上，减小气流横向扰动而造成的误差。

其中，遮挡装置上部固定开口处的圆形铁丝圈穿过四根立柱顶端的圆环，通过圆环与铁丝圈的松紧决定遮挡装置的展开与收缩，从而使得遮挡装置能够折叠放置。

本发明使用土壤溅蚀测定仪器测定土壤溅蚀量的方法，具体操作步骤如下：

1.在坡面上选定一个半径为1m的圆形样地，并对样地外围1m宽度范围内的区域进行简单的土地清理；

2.将溅蚀环包含的四块直角扇环形溅蚀盘在样地上、下、左、右四个方位拼接好，将溅蚀环下部的嵌入装置轻轻压入土中，保证土壤恰好没过嵌入装置；

3.在溅蚀环的正上方安装遮挡装置，保证遮挡装置的上圆和下圆的中心与溅蚀环中心在垂直方向上相重合，使得遮挡装置完全遮住溅蚀环；

4.降雨过程中雨滴贯穿遮挡装置上圆与下圆后冲击溅蚀环内圆中的地表，土粒向四周以抛物线的轨迹运动，不同质量土壤颗粒获得不同的雨滴动能，使其跃移的距离也不同，所以其溅蚀距离也不同；

5.自然降雨结束后，移开遮挡装置，将溅蚀环的四个直角扇环形溅蚀盘移出实验样地，依次用洗液冲洗溅蚀盘不同距离的隔断空间，将所得的流体依次放入烘箱中进行烘干，分别得到实验样地上、下、左、右四个方位在不同距离范围内的溅蚀量。

传统的溅蚀测定设备只能测定固定研究尺度下的溅蚀总量，对于溅蚀土量的距离分布规律则无法测定。本仪器相比于传统的土壤溅蚀测定仪器主要优点如下：1.能够搜集研究区域内不同距离与方位的所有溅蚀量，为土壤溅蚀的方位和距离分布规律提供较为准确的实验数据；2.材质采用PVC板，轻便，可拆卸，易于运输及安装，使其能够在野外原状土壤下直接进行溅蚀量的测量；3.溅蚀环下部设有嵌入装置，能够使其压入土中，能够在较小的扰动实验区土壤的条件下进行固定；4.仪器中的遮挡装置能够折叠，轻便易于搬运。

附图说明

图1是现有溅蚀板和溅蚀盘组合测量结构示意图；

图2是现有溅蚀杯测量结构示意图；

图3是本发明的环形溅蚀盘的结构示意图；其中：图3a是环形溅蚀盘的纵断平面图，图3b是环形溅蚀盘的立体结构图；

图4是本发明的四块环形溅蚀盘装配前示意图；

图5是本发明的四块环形溅蚀盘装配组成的溅蚀环结构图；

图6是本发明土壤溅蚀测定仪器整体结构示意图；

图7是本发明的遮挡装置的结构示意图；其中：图7a是遮挡装置的侧视图，图7b是遮挡装置的立体图，图7c是遮挡装置的仰视图。

附图标记说明：

A1-溅蚀盘，A2-溅蚀板，A3-样地，B1-溅蚀杯，B2-溅蚀土粒，B3-降雨，1-环形溅蚀盘，2-隔断，3-嵌入装置，4-溅蚀环，5-遮挡装置，6-圆形铁丝圈，7-铁丝立柱，8-塑料布，9-雨滴

具体实施方式

参见附图3-7，本发明的土壤溅蚀测定仪器，由溅蚀环4和遮挡装置5组成(参见图6)，所述的溅蚀环4由四个相同的PVC材料的直角扇环形溅蚀盘1拼接而成，每个直角扇环形溅蚀盘1的内径为100cm、外径为300cm，溅蚀盘1上部每隔5cm的宽度设置2cm高的同心圆封闭隔断2，溅蚀盘1下部为5cm高的嵌入装置3；

所述的遮挡装置由四根铁丝立柱7外围包裹塑料布8构成，铁丝立柱7上端为直径2cm的圆环，上部固定开口处的圆形铁丝圈6穿过四根铁丝立柱7顶端的圆环，使其成为上小下大的圆台锥体；

所述圆台锥体遮挡装置的上圆直径为100cm、下圆直径为310cm、高度为100cm，安装于溅蚀环1正上方。遮挡装置5的上圆和下圆的中心与溅蚀环4中心在垂直方向上相重合。由于遮挡装置5的下圆直径大于溅蚀环4的外径，安装后遮挡装置5完全遮住溅蚀环4，雨水只能从遮挡装置5的上圆进入，穿过遮挡装置5的下圆垂直落入溅蚀环1内圆的地表上。如此，可以防止实验样地外的雨滴降落到溅蚀环1上，减小气流横向扰动而造成的误差。

利用该土壤溅蚀测定仪器测定不同方位和溅蚀距离范围内的溅蚀量的具体方法如下：

(1)在坡面上选定一个半径为1m的圆形样地，并对样地外围1m宽度范围内的区域进行简单的土地清理；

(2)将溅蚀环4包含的四块直角扇环形溅蚀盘1(参见图3)在样地上、下、左、右四个方位拼接好(参见图4、图5)，将溅蚀环1下部的嵌入装置3轻轻压入土中，保证土壤恰好没过嵌入装置(参见图6)；

(3)在溅蚀环4正上方安装遮挡装置5，保证遮挡装置5的上圆和下圆的中心与溅蚀环4中心在垂直方向上相重合，使得遮挡装置5完全遮住溅蚀环4，防止实验样地外的雨滴降落到溅蚀环上，减小气流横向扰动，造成误差；

(4)降雨过程中雨滴9贯穿遮挡装置5上圆与下圆后冲击溅蚀环1内圆中的地表，使土粒向四周以抛物线的轨迹运动，不同质量土壤颗粒获得不同的雨滴动能，使其跃移的距离也不同，所以其溅蚀距离也不同。

(5)自然降雨结束后，移开遮挡装置5，将溅蚀环4的四个直角扇环形溅蚀盘1移出实验样地，依次用洗液冲洗溅蚀盘1不同距离的隔断空间，将所得的流体依次放入烘箱中进行烘干，分别得到实验样地上、下、左、右四个方位在不同距离范围内的溅蚀量。例如：0cm-10cm，10cm-20cm，20cm-30cm，30cm-40cm，40cm-50cm，50cm-60cm，60cm-70cm，70cm-80cm，80cm-90cm，90cm-100cm十个不同距离范围内的溅蚀量。

以上所述是本发明的优选实施方式，当然不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种土壤溅蚀测定仪器，由溅蚀环(4)和遮挡装置(5)组成，所述的遮挡装置(5)安装于溅蚀环(4)正上方，其特征在于：所述的溅蚀环(4)由四个相同的直角扇环形溅蚀盘(1)拼接而成，每个直角扇环形溅蚀盘(1)的内径为100cm、外径为300cm，溅蚀盘(1)上部每隔5cm的宽度设置2cm高的同心圆封闭隔断(2)；

所述的遮挡装置(5)由四根铁丝立柱(7)外围包裹塑料布(8)构成，铁丝立柱(7)上端为直径2cm的圆环，上部固定开口处的圆形铁丝圈(6)穿过四根铁丝立柱(7)顶端的圆环，使其成为上小下大的圆台锥体。

2.如权利要求1所述的土壤溅蚀测定仪器，其特征在于：所述的溅蚀盘(1)由PVC材料制成。

3.如权利要求1或2所述的土壤溅蚀测定仪器，其特征在于：所述的溅蚀盘(1)下部为5cm高的嵌入装置(3)。

4.如权利要求3所述的土壤溅蚀测定仪器，其特征在于：所述圆台锥体遮挡装置(5)的上圆直径为100cm、下圆直径为310cm、高度为100cm，所述的遮挡装置(5)的上圆和下圆的中心与溅蚀环(4)中心在垂直方向上相重合。

5.使用如权利要求4所述的土壤溅蚀测定仪器测定土壤溅蚀量的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1)在坡面上选定一个半径为1m的圆形样地，并对样地外围1m宽度范围内的区域进行简单的土地清理；

2)将溅蚀环(4)包含的四块直角扇环形溅蚀盘(1)在样地上、下、左、右四个方位拼接好，将溅蚀环(4)下部的嵌入装置(3)轻轻压入土中，保证土壤恰好没过嵌入装置(3)；

3)在溅蚀环(4)正上方安装遮挡装置(5)，保证遮挡装置(5)的上圆和下圆的中心与溅蚀环(4)中心在垂直方向上相重合，使得遮挡装置(5)完全遮住溅蚀环(4)；

4)降雨过程中雨滴(9)贯穿遮挡装置(5)上圆与下圆后冲击溅蚀环(4)内圆中的地表，土粒向四周以抛物线的轨迹运动，不同质量土壤颗粒获得不同的雨滴动能，使其跃移的距离也不同，所以其溅蚀距离也不同；

5)自然降雨结束后，移开遮挡装置(5)，将溅蚀环(4)的四个直角扇环形溅蚀盘(1)移出实验样地，依次用洗液冲洗溅蚀盘(1)不同距离的隔断空间，将所得的流体依次放入烘箱中进行烘干，分别得到实验样地上、下、左、右四个方位在不同距离范围内的溅蚀量。