CN103728423B - 一种测定草冠截留量的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测定草冠截留量的装置及其方法，涉及林业气象观测仪器技术领域。所述装置包括双环装置（5）和其下方的径流接收装置（8）；所述双环装置（5）为两个同心无盖圆柱体，包括最外侧的外环（1）和位于外环内侧的内环（2）；所述内环（2）高度低于外环（1），内环底面为网格筛（4），侧面有透水孔（3）；所述径流接收装置（8）包括接收漏斗（6）和其下方的接收桶（7）。所述方法，包括铺滤纸、填土、撒种、设定人工降雨设备的参数、往外环内加水、记录接收桶中的水深、计算等步骤。本发明装置结构简单，操作方便。该方法也比较简单，省时省力，还不容易受观测方法以及风的影响，整个操作过程产生的误差较小。

Description

一种测定草冠截留量的装置及其方法
技术领域
本发明涉及林业气象观测仪器技术领域，特别是一种不同类型草在不同降雨条件及不同盖度下的草冠截留量的测定装置及其方法。
背景技术
在从降雨到径流的过程中，根据水量平衡原理，只有准确的知道草冠截留量的大小，才能计算得出径流量。能否准确的测定相应草本植物在一定盖度下的截留量，直接影响到其草冠截留能力的评估以及草地产流的准确预测。
目前，草业、林业等科学研究主要采用的是擦拭法来进行草冠截留的测定，该方法利用质量差原理，在降雨小区中取样，对降雨后草冠上所截留的水分用高分子吸水材料进行吸附，然后再利用高分子吸水材料前后的质量差来计算草冠截留的雨量。该方法对操作者要求较高，容易受观测方法以及风的影响，未能对草本冠层存储能力加以明确界定。误差主要来自于试验区取样误差、称量误差、以及草冠被吸附后与降雨前的湿度难以达到一致和擦拭过程中草冠悬珠掉落导致的误差。而且，擦拭过程耗时耗力，带来诸多不便。
另外，也有学者采用过其他方法进行草冠截留量的测定，例如将草本层下方收集区的土壤表面去掉并在草本冠层下方覆盖薄膜，然后测定到达草本层下方收集区的水量。国内研究者利用相似的方法，将去掉土块的草皮块放置于雨量计上方的雨量筒内，喷水模拟降雨后测得集水器所收集的渗透雨量。国外有研究者将土壤表面用Neoprene——氯丁橡胶，以氯丁二烯为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶封住后测定地表径流以确定截留的水量，相同的方法也见于相关国内研究，不过这种研究方法的难点在于径流水分的坡面收集和避免水分向土壤下渗。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种准确、可操作性强的测定草冠截留量的装置及其方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种测定草冠截留量的装置包括双环装置和其下方的径流接收装置；
所述双环装置为两个同心无盖圆柱体，包括最外侧的外环和位于外环内侧的内环；所述内环高度低于外环，内环底面为网格筛，侧面有透水孔；
所述径流接收装置包括接收漏斗和其下方的接收桶。
所述外环、内环和接收桶上均设有刻度。
所述外环、内环和接收桶刻度从下往上增大。
一种利用所述装置测定草冠截留量的方法，包括如下步骤：
（1）在面积为S1内环底面铺上一张与电镀滤纸，并且紧贴内环侧壁内侧垫上电镀滤纸；
（2）在内环内填土并压实到自然状态下容重，填土高度低于内环高度；
（3）在内环的土中均匀撒播所要测定的草种；
（4）在草种生长期间，设定人工降雨设备的参数，保持径流接收装置的底面干燥并在底面铺上水分检测试纸；
（5）将双环装置放置在径流接收装置的顶端，往外环内加水，直到内外环水位高度淹没土壤且在草冠以下，同时维持内外环水位不变直到径流接收装置底面的水份检测试纸变色，土壤孔隙全部被水所冲填，成为水流通道，这时停止加水；
（6）待外环的水位下降与土壤表面齐平时，记录此时接收桶中的水深为W1；
（7）在测定装置上人工降雨，降雨量为P，降雨通过草冠和土壤孔隙，被径流接收装置收集，降雨接收面积为外环面积S2；
（8）降雨结束后，待外环的水位恢复到降雨之前的水位，将双环装置从径流接收装置上移开，并记录此时接收桶中的水位为W2；
（9）根据水量平衡原理计算得出该种降雨条件下草冠的截流量I和截留率ρ，I=P-W2+W1；截留率：ρ%=IS2PS1。
所述步骤（1）中内环侧壁上的滤纸高度与内环高度相同。
所述步骤（2）内环中填土的高度低于内环高度2-3cm。
所述步骤（7）的降雨强度≤50mm/h。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种测定草冠截留量的装置及其方法，首先，该装置结构简单，只包括圆柱形的双环装置和其下方的径流接收装置，操作方便，对操作者技术要求较低。
同时，从整个操作过程来看，该方法也比较简单，省时省力。另外，由于采用该装置，几乎所有的测量水分都会予以保留，几乎剔除所有人为和自然的影响，即还不容易受观测方法以及风的影响，能够对草本冠层存储能力加以明确界定，整个操作过程产生的误差较小。
附图说明
以下结合附图来具体说明本发明所述的一种测定草冠截留量的装置。
图1为一种测定草冠截留量的装置的结构示意图；
图2为双环装置结构示意图；
图3为径流接收装置结构示意图。
图中：1、外环，2、内环，3、透水孔，4、网格筛，5、双环装置，6、接收漏斗，7接收桶，8、径流接收装置。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种测定草冠截留量的装置包括双环装置5和其下方的径流接收装置8。
所述双环装置5为两个同心无盖圆柱体，包括最外侧的外环1和位于外环内侧的内环2；所述内环2高度低于外环1，内环2底面为网格筛4，侧面有透水孔3，孔径为0.1cm，分布密度同网格筛。外环高度为27cm，内径为35cm，面积为961.625cm2，记为S2。内环高度为22cm，内径为20cm，面积为314cm2，记为S1。内外环材质为硬质透明塑料。
所述径流接收装置8包括接收漏斗6和其下方的接收桶7。桶壁厚度为0.5cm，顶面直径为35cm，高为60cm。接收漏斗6材质为塑料，接收桶7材质为透明玻璃。
所述外环1、内环2和接收桶7上均设有刻度，刻度从下往上增大，底部为0，最小分度为0.1cm。
一种利用所述装置测定草冠截留量的方法，包括如下步骤：
（1）在面积为S1内环底面铺上一张与电镀滤纸，并且紧贴内环侧壁内侧垫上电镀滤纸，滤纸高度与内环高度相同。
（2）根据土壤容重计算所需要的土方量，在内环内填土并压实到自然状态下容重，填土高度低于内环高度2cm，为20cm。
（3）在内环的土中均匀撒播所要测定的草种，定期施肥浇水以保证其正常生长。
（4）在草种生长期间，设定人工降雨设备的参数，保持径流接收装置的底面干燥并在底面铺上遇水变色的水分检测试纸，该试纸常温下，不容易受外部环境湿度高的影响而变色，当直接触水后，试纸由红色立即变为荧光黄色。
（5）将双环装置放置在径流接收装置的顶端，往外环内内加水，使外环中水位不断升高，高于内环的高度后，水便开始进入内环，直到内外环水位高度淹没土壤且在草冠以下，同时维持内外环水位不变直到径流接收装置底面的水份检测试纸变色，土壤孔隙全部被水所冲填，成为水流通道，这时停止加水。
（6）待外环的水位下降与土壤表面齐平时，记录此时接收桶中的水深为W1；
（7）在测定装置上人工降雨，降雨量为P，即降雨强度×降雨时间，P≤50mm/h降雨通过草冠和土壤孔隙，被径流接收装置收集，降雨接收面积为外环面积S2；
（8）降雨结束后，由于水分通过土壤孔隙具有一定时间的滞后性，故需要等外环的水位恢复到降雨之前的水位，即20cm水位线，将双环装置从径流接收装置上移开，并记录此时接收桶中的水位为W2；
（9）根据水量平衡原理计算得出该种降雨条件下草冠的截流量I和截留率ρ，I=P-W2+W1；截留率：ρ%=IS2PS1。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种测定草冠截留量的装置，其特征在于：包括双环装置(5)和其下方的径流接收装置(8)；
所述双环装置(5)为两个同心无盖圆柱体，包括最外侧的外环(1)和位于外环内侧的内环(2)；所述内环(2)高度低于外环(1)，内环底面为网格筛(4)，侧面有透水孔(3)；
所述径流接收装置(8)包括接收漏斗(6)和其下方的接收桶(7)。
2.根据权利要求1所述的测定草冠截留量的装置，其特征在于：所述外环(1)、内环(2)和接收桶(7)上均设有刻度。
3.根据权利要求2所述的测定草冠截留量的装置，其特征在于：所述外环(1)、内环(2)和接收桶(7)刻度从下往上增大。
4.一种利用权利要求1-3之一所述装置测定草冠截留量的方法，包括如下步骤：
(1)在面积为S1内环(2)底面铺上一张电镀滤纸，并且紧贴内环侧壁内侧垫上电镀滤纸；
(2)在内环(2)内填土，填土高度低于内环高度；
(3)在内环(2)的土中均匀撒播所要测定的草种；
(4)在草种生长期间，设定人工降雨设备的参数，在底面铺上水份检测试纸；
(5)将双环装置(5)放置在径流接收装置(8)的顶端，往外环(1)内加水，直到内外环水位高度淹没土壤且在草冠以下，同时维持内外环水位不变直到径流接收装置(8)底面的水份检测试纸变色，土壤孔隙全部被水所冲填，成为水流通道，这时停止加水；
(6)待外环(1)的水位下降与土壤表面齐平时，记录此时接收桶(7)中的水深为W1；
(7)在测定装置上人工降雨，降雨量为P，降雨通过草冠和土壤孔隙，被径流接收装置(8)收集，降雨接收面积为外环面积S2；
(8)降雨结束后，待外环的水位恢复到降雨之前的水位，将双环装置(5)从径流接收装置(8)上移开，并记录此时接收桶(7)中的水位为W2；
(9)根据水量平衡原理计算得出该种降雨条件下草冠的截流量I和截留率ρ，I＝P-W2+W1；截留率：ρ％＝IS2/PS1。
5.根据权利要求4所述的利用权利要求1-3之一所述装置测定草冠截留量的方法，所述步骤(1)中内环(2)侧壁上的滤纸高度与内环高度相同。
6.根据权利要求4所述的利用权利要求1-3之一所述装置测定草冠截留量的方法，所述步骤(2)内环(2)中填土的高度低于内环高度2-3cm。
7.根据权利要求4所述的利用权利要求1-3之一所述装置测定草冠截留量的方法，所述步骤(7)的降雨强度≤50mm/h。
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