CN113607921B - 测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置及方法，模拟实验装置包括运载体、作物种植环境模拟装置和人工降雨模拟装置，测算方法包括S1：提出理论测算方法，测算方法包括独立进行的全量测算法和点测法；S2：通过模拟实验装置进行实验和测算；S3：考察测算结果；S4：通过采集检测得出的农田生态系统中各组分的磷素占比来校验该计算方法；S5：重复实验，得出各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况。本发明适用于获取不同地区、不同地形、不同作物的农田生态系统中磷素迁移转化的比例，能够为作物生长受灾影响和水环境中磷素污染研究提供重要参考，为磷素在气象、水文、农业机制的研究提供了更好的支撑。

Description

测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置及方法
技术领域
本发明涉及水文水资源及农业技术领域，具体为测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置及方法。
背景技术
受到全球气候变化的影响，流域/区域的降水时间尺度上分布极端不均匀性更加凸显，极端降水事件发生频率、强度也显著增加，随降水进入环境中的污染物浓度也逐渐增加，因此污染物迁移转化日益成为气象、水文、农业等相关领域研究的热点问题之一。
目前，相关研究主要关注土壤、作物或水体中磷素浓度，而系统分析农田生态系统中磷素迁移转化比例及影响的研究相对较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置及方法，适用于获取不同地区、不同地形、不同作物的农田生态系统中磷素迁移转化的比例，能够为作物生长受灾影响和水环境中磷素污染研究提供重要参考，为磷素在气象、水文、农业机制的研究提供了更好的支撑。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置，所述模拟实验装置包括运载体、作物种植环境模拟装置以及人工降雨模拟装置，所述运载体为可移动装置，在所述运载体上安装有水平仪，所述作物种植环境模拟装置和人工降雨模拟装置均固定安装在运载体上；
在所述作物种植环境模拟装置中分别设有支撑层和典型土壤，所述典型土壤位于支撑层的上方，所述典型土壤的上方设置为种植区，在所述种植区的内部种植有典型作物，在所述支撑层的下方设置有地下水层，种植区连通设置有地表径流集水箱。
进一步，所述作物种植环境模拟装置包括顶部设置为敞口结构的模拟实验箱，在所述模拟实验箱的底端一侧对称安装有两个第一铰接座，两个所述第一铰接座的内部均转动连接有一根支腿，在所述模拟实验箱底端的另一侧固定安装有角度调节驱动机构，在所述模拟实验箱顶部的另一侧固定安装有倾角传感器。
进一步，在所述模拟实验箱的顶部一侧且对应种植区的位置设置有第一排水管，所述第一排水管的进水端与种植区连通，所述第一排水管的出水端安装有第一控制阀并排水至地表径流集水箱；
在所述模拟实验箱底部的一侧且对应地下水层的位置设置有第二排水管，所述第二排水管的进水端与地下水层连通，所述第二排水管的出水端安装有第二控制阀。
进一步，所述角度调节驱动机构包括固定安装在运载体顶端的驱动马达以及固定安装在模拟实验箱底端另一侧的第二铰接座；
所述驱动马达的驱动端固定安装有转盘，在所述转盘背离驱动马达端面的边缘固定连接有联动凸轴，在所述联动凸轴的外部转动连接有轴筒，所述轴筒的外表面与第二铰接座之间共同连接有一根联动轴杆，所述联动轴杆与轴筒之间为固定连接，所述联动轴杆与第二铰接座之间为铰接。
进一步，所述人工降雨模拟装置包括均固定安装在运载体顶端的水箱和泵体，所述水箱底部的出水口与泵体的进水端之间共同串接有一根第一输送管，所述泵体的出水端固定串接有第二输送管，所述第二输送管的出水端朝着作物种植环境模拟装置的正上方延伸，且固定安装有花洒盘，在所述第二输送管的区段上，且按照水流动的方向依次串接安装有水流量传感器和电磁阀。
用模拟实验装置测算农田磷素迁移转化比例的方法，包括以下步骤：
S1：提出理论测算方法，测算方法包括独立进行的全量测算法和点测法，两套测算方法均用于测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量及其占比；
S2：通过模拟实验装置进行实验，并用步骤S1中的全量测算法和点测法分别测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量，进而获得各组分中磷素迁移转化量的占比；
S3：将步骤S2中全量测算法和点测法的两个测算结果进行验证，具体验证方法是对两者的差值除以两者的平均数进行考察，该数值小于等于15％则认定测算结果合格，最终采纳两者的平均数作为磷素迁移转化比例的结果；
S4：通过采集检测得出的农田生态系统中各组分的磷素占比来校验该计算方法；
S5：通过调节模拟实验装置的倾角、人工降雨的雨强和降雨时长、更换模拟实验装置中不同的土壤类型、作物类型、作物植株大小来重复进行一系列实验，并与计算结果进行关联，最终得出各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况；
以上步骤设置对照组和实验组。
进一步，所述步骤S1中农田生态系统各组分中磷素迁移转化量包括降雨后土壤中磷素储量Psoil、作物吸收磷素量Pplant、降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment、降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater，各磷素迁移转化量除以土壤中磷素储量基底值 PBV即得出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比，其中土壤中磷素储量基底值PBV为已知数值，且实验前已知PBV的土壤已搅拌均匀。
进一步，所述全量测算法具体为，将降雨后模拟实验箱中的土壤全部移除，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨后土壤中磷素储量Psoil；
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前将对照组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，降雨后将实验组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，后者数值减去前者数值即可得到作物吸收磷素量Pplant；
降雨后将地表径流集水箱中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，通过化学法分别对全部清水和全部泥沙中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment；
通过化学法对降雨后地下水层中收集的全部水中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater。
进一步，所述点测法具体为，将降雨后模拟实验箱中的土壤再次搅拌均匀后称重获得土壤总重量(kg)，即msoil，并从不同位置定量取样，测出样品中降雨后土壤中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsoil，土壤重量乘以平均浓度即可得到Psoil，计算公式为公式(1)
Psoil＝PCsoil×msoil (1)
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前从对照组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨前每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PBplant，降雨后从实验组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨后每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PAplant，作物吸收磷素量Pplant的计算公式为公式(2)
Pplant＝PAplant×nplant-PBplant×nplant (2)
式中，nplant，作物株数(株)；
降雨后将地表径流集水箱中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，测量清水的体积，获得降雨形成的地表径流流量(m3)，即 Qrunoff，测量泥沙的重量，获得泥沙总重量(kg)，即msediment，从清水和泥沙中分别定量取样，通过化学法分别对清水样品和泥沙样品中的磷素进行提取和测算，分别获得降雨形成的地表径流中磷素平均浓度(mg L-1)，即PCrunoff，以及地表径流携带泥沙中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsediment，降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff的计算公式、地表径流携带泥沙中磷素储量 Psediment的计算公式分别为公式(3)和(4)如下
Prunoff＝PCrunoff×Qrunoff×103 (3)
Psediment＝PCsediment×msediment (4)
降雨后测量地下水层中收集的全部水的体积，获得降雨下渗形成地下水的体积(L)，即Vgroundwater，再从中定量取样，并对样品中的磷素进行提取和测算，即可得到地下水中磷素浓度(mg L-1)，即PCgroundwater，降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater的计算公式为公式(5)
Pgroundwater＝PCgroundwater×Vgroundwater (5)
农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比的计算公式为公式(6)
Figure BDA0003189314510000041
式中：x，磷素向各生态系统组分中迁移转化的比例(％)，Px分别对应Psoil、 Pplant、Prunoff、Psediment、Pgroundwater。
进一步，各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况的关联方法包括列表或绘制曲线图，每次重复实验只改变一种实验条件。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明适用于计算不同地区、不同地形、不同作物的农田生态系统中磷素迁移转化的比例，能够为作物生长受灾影响和水环境中磷素污染研究提供重要参考，为磷素在气象、水文、农业机制的研究提供了更好的支撑。
模拟实验装置，根据典型作物的种植特征，模拟出最真实贴近的土层结构、地貌特征以及降雨特征，从而来提高实验数据的准确性，而且便于采集各生态系统组分物质，快速检测、计算磷素向各生态系统组分的迁移转化比例。
通过全量测算法和点测法双重测算，相互验证，避免系统性测算误差，全量测算法能够对模拟实验装置中模拟的农田生态系统各组分中磷素迁移转化量进行全量测算，避免因磷素分布不均匀造成的误差，因大田无法采用该方法，而是采用点测法，所以本发明用全量测算法和点测法相互佐证，提高了测算数据延伸应用到大田中的准确度和可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的测算方法的流程框图；
图2为本发明模拟实验的装置的结构示意图；
图3为本发明实验箱内部结构的分解图；
图4为本发明图3的俯视图；
图5为本发明图4中A-A断面的剖视图；
图6为本发明作物种植环境模拟装置的结构示意图；
图7为本发明图6的侧视图；
图8为本发明角度调节驱动机构的结构示意图；
图9为本发明人工降雨模拟装置的结构示意图。
图中：1、运载体；2、作物种植环境模拟装置；21、模拟实验箱；22、第一铰接座；23、支腿；24、角度调节驱动机构；241、驱动马达；242、第二铰接座；243、转盘；244、联动凸轴；245、轴筒；246、联动轴杆；25、倾角传感器；26、第一排水管；27、第一控制阀；28、第二排水管；29、第二控制阀；3、人工降雨模拟装置；31、水箱；32、泵体；33、第一输送管； 34、水流量传感器；35、电磁阀；36、花洒盘；37、第二输送管；4、典型土壤；5、支撑层；51、导水孔；6、种植区；7、典型作物；8、地下水层；9、地表径流集水箱。
具体实施方式
请参阅图2-5，本发明实施例中测算农田磷素迁移转化比例的模拟实验装置，包括运载体1、作物种植环境模拟装置2以及人工降雨模拟装置3，运载体1为可移动装置，在运载体1上安装有水平仪(图中未示出)，可以辅助性的显示整个模拟实验的装置初始时，是否处于水平状态，以便于后期调整整个作物种植环境模拟装置2的倾斜角度时，有准确的基准作为参照，作物种植环境模拟装置2和人工降雨模拟装置3均固定安装在运载体1上，在作物种植环境模拟装置2中分别设有支撑层5和典型土壤4，典型土壤4位于支撑层5的上方，典型土壤4的上方设置为种植区6，在种植区6的内部种植有典型作物7，在支撑层5的下方设置有地下水层8，种植区6连通设置有地表径流集水箱9，另外，在支撑层5的内部开设有均匀分布的导水孔51，导水孔51的设置，当雨水从典型土壤4渗出时，可以快速的导流至地下水层 8中，模拟实际的土层结构，让实验数据更加准确。
请参阅图6-7，作物种植环境模拟装置2包括顶部设置为敞口结构的模拟实验箱21，在模拟实验箱21的底端一侧对称安装有两个第一铰接座22，两个第一铰接座22的内部均转动连接有一根支腿23，在模拟实验箱21底端的另一侧固定安装有角度调节驱动机构24，在模拟实验箱21顶部的另一侧固定安装有倾角传感器25，在模拟实验箱21的顶部一侧且对应种植区6的位置设置有第一排水管26，第一排水管26的进水端与种植区6连通，第一排水管26的出水端安装有第一控制阀27并排水至地表径流集水箱9，在模拟实验箱21底部的一侧且对应地下水层8的位置设置有第二排水管28，第二排水管28的进水端与地下水层8连通，第二排水管28的出水端安装有第二控制阀29。
作物种植环境模拟装置2在实际使用时，因为现实中所选择的实验区的地表是不可能达到平整状态的，因此，需要真实模拟出典型作物7的真实种植环境，因此，通过角度调节驱动机构24对模拟实验箱21的倾斜角度进行调整，并在调整的过程中，通过倾角传感器25进行监测，已便于达到模拟出最真实，最适合典型作物7的种植环境，包括所设置的典型土壤4、支撑层5 以及地下水层8，另外，倾角传感器25安装于和角度调节驱动机构24的同侧区域，使得角度实时监测数据更加准确。
请参阅图8，角度调节驱动机构24包括固定安装在运载体1顶端的驱动马达241以及固定安装在模拟实验箱21底端另一侧的第二铰接座242，驱动马达241的驱动端固定安装有转盘243，转盘243与驱动马达241之间还可以设置有减速机，从而降低驱动马达241的输出速度，在转盘243背离驱动马达241端面的边缘固定连接有联动凸轴244，在联动凸轴244的外部转动连接有轴筒245，轴筒245的外表面与第二铰接座242之间共同连接有一根联动轴杆246，联动轴杆246与轴筒245之间为固定连接，联动轴杆246与第二铰接座242之间为铰接。
角度调节驱动机构24在实际使用时，首先规定联动凸轴244在转盘243 最低点时，模拟实验箱21处于水平状态，当需要调节模拟实验箱21的角度时，驱动马达241逆时针转动(以图7的视角为例)，输出转速在经过减速机减速后，带动转盘243转动，使得联动凸轴244从最低点向最高点过渡，在过渡的过程中，会推动联动轴杆246整体向上移动，进而在第二铰接座242 的作用下，使得整个模拟实验箱21的倾角发生改变。
请参阅图9，人工降雨模拟装置3包括均固定安装在运载体1顶端的水箱31和泵体32，水箱31底部的出水口与泵体32的进水端之间共同串接有一根第一输送管33，泵体32的出水端固定串接有第二输送管37，第二输送管37的出水端朝着作物种植环境模拟装置2的正上方延伸，且固定安装有花洒盘36，在第二输送管37的区段上，且按照水流动的方向依次串接安装有水流量传感器34和电磁阀35。
人工降雨模拟装置3在实际使用时，水箱31中储备有足够量的水，启动泵体32后，水流方向为水箱31、第一输送管33、泵体32、第二输送管37，并最终通过花洒盘36喷向模拟实验箱21的内部，在水流输送过程中，水流量传感器34实时监测水流速度和水流量数据，并通过电磁阀35的开合大小来进行调控。
另外，在本实施例中，还设置有控制器和电源，控制器与倾角传感器25、驱动马达241、电磁阀35以及水流量传感器24信号连接，且驱动马达241 是一种具有自锁工作的马达，在实际使用时，当倾角传感器25所监测的角度信号值与设定值相同时，会立即将此信号转化成电信号，并传递给控制器，控制器立即控制驱动马达241停止工作，从而实现全自动精确控制整个作物种植环境模拟装置2的倾斜角度，同理，当水流量传感器24实时监测第二输送管37内部的水的流速，并实时将信号传递给控制器，控制器控制电磁阀 35的开合度，从而模拟真实的降水量和降水速度，以便于提高模拟实验最终数据的准确性。
使用时，设置典型作物7种植的土层结构、地貌特征(地表整体倾斜) 以及降雨量，当人工降雨模拟装置3向作物种植环境模拟装置2喷洒水时(模拟降雨)，水会渗入典型土壤4中，而典型土壤4中的磷素也会跟随水流无方向性的向四处扩散，直至模拟降雨结束后，取典型土壤4，运用相应的仪器以及上述计算公式对土壤中磷素的迁移进行检测，即可。
另外，参看图1，用模拟实验装置测算农田磷素迁移转化比例的方法，包括以下步骤：
S1：提出理论测算方法，测算方法包括独立进行的全量测算法和点测法，两套测算方法均用于测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量及其占比；
S2：通过模拟实验装置进行实验，并用步骤S1中的全量测算法和点测法分别测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量，进而获得各组分中磷素迁移转化量的占比；
S3：将步骤S2中全量测算法和点测法的两个测算结果进行验证，具体验证方法是对两者的差值除以两者的平均数进行考察，该数值小于等于15％则认定测算结果合格，最终采纳两者的平均数作为磷素迁移转化比例的结果；
S4：通过采集检测得出的农田生态系统中各组分的磷素占比来校验该计算方法；
S5：通过调节模拟实验装置的倾角、人工降雨的雨强和降雨时长、更换模拟实验装置中不同的土壤类型、作物类型、作物植株大小来重复进行一系列实验，并与计算结果进行关联，最终得出各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况；
以上步骤设置对照组和实验组。
所述步骤S1中农田生态系统各组分中磷素迁移转化量包括降雨后土壤中磷素储量Psoil、作物吸收磷素量Pplant、降雨形成的地表径流中磷素储量 Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment、降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater，各磷素迁移转化量除以土壤中磷素储量基底值PBV即得出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比，其中土壤中磷素储量基底值PBV为已知数值，且实验前已知PBV的土壤已搅拌均匀。
所述全量测算法具体为，将降雨后模拟实验箱21中的土壤全部移除，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨后土壤中磷素储量 Psoil；
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前将对照组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，降雨后将实验组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，后者数值减去前者数值即可得到作物吸收磷素量Pplant；
降雨后将地表径流集水箱9中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，通过化学法分别对全部清水和全部泥沙中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment；
通过化学法对降雨后地下水层8中收集的全部水中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater。
所述点测法具体为，将降雨后模拟实验箱21中的土壤再次搅拌均匀后称重获得土壤总重量(kg)，即msoil，并从不同位置定量取样，测出样品中降雨后土壤中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsoil，土壤重量乘以平均浓度即可得到Psoil，计算公式为公式(1)
Psoil＝PCsoil×msoil (1)
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前从对照组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨前每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PBplant，降雨后从实验组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨后每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PAplant，作物吸收磷素量Pplant的计算公式为公式(2)
Pplant＝PAplant×nplant-PBplant×nplant (2)
式中，nplant，作物株数(株)；
降雨后将地表径流集水箱9中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，测量清水的体积，获得降雨形成的地表径流流量(m3)，即 Qrunoff，测量泥沙的重量，获得泥沙总重量(kg)，即msediment，从清水和泥沙中分别定量取样，通过化学法分别对清水样品和泥沙样品中的磷素进行提取和测算，分别获得降雨形成的地表径流中磷素平均浓度(mg L-1)，即PCrunoff，以及地表径流携带泥沙中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsediment，降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff的计算公式、地表径流携带泥沙中磷素储量 Psediment的计算公式分别为公式(3)和(4)如下
Prunoff＝PCrunoff×Qrunoff×103 (3)
Psediment＝PCsediment×msediment (4)
降雨后测量地下水层8中收集的全部水的体积，获得降雨下渗形成地下水的体积(L)，即Vgroundwater，再从中定量取样，并对样品中的磷素进行提取和测算，即可得到地下水中磷素浓度(mg L-1)，即PCgroundwater，降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater的计算公式为公式(5)
Pgroundwater＝PCgroundwater×Vgroundwater (5)
农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比的计算公式为公式(6)
Figure BDA0003189314510000081
式中：x，磷素向各生态系统组分中迁移转化的比例(％)，Px分别对应Psoil、 Pplant、Prunoff、Psediment、Pgroundwater。
各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况的关联方法包括列表或绘制曲线图，每次重复实验只改变一种实验条件。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (8)

1.测算农田磷素迁移转化比例的方法，该方法采用的模拟实验装置包括运载体(1)、作物种植环境模拟装置(2)以及人工降雨模拟装置(3)，所述运载体(1)为可移动装置，在所述运载体(1)上安装有水平仪，所述作物种植环境模拟装置(2)和人工降雨模拟装置(3)均固定安装在运载体(1)上；在所述作物种植环境模拟装置(2)中分别设有支撑层(5)和典型土壤(4)，所述典型土壤(4)位于支撑层(5)的上方，所述典型土壤(4)的上方设置为种植区(6)，在所述种植区(6)的内部种植有典型作物(7)，在所述支撑层(5)的下方设置有地下水层(8)，种植区(6)连通设置有地表径流集水箱(9)，所述作物种植环境模拟装置(2)包括顶部设置为敞口结构的模拟实验箱(21)，在所述模拟实验箱(21)的底端一侧对称安装有两个第一铰接座(22)，两个所述第一铰接座(22)的内部均转动连接有一根支腿(23)，在所述模拟实验箱(21)底端的另一侧固定安装有角度调节驱动机构(24)，在所述模拟实验箱(21)顶部的另一侧固定安装有倾角传感器(25)，
其特征在于，包括以下步骤：
S1：提出理论测算方法，测算方法包括独立进行的全量测算法和点测法，两套测算方法均用于测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量及其占比；
S2：通过模拟实验装置进行实验，并用步骤S1中的全量测算法和点测法分别测算出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量，进而获得各组分中磷素迁移转化量的占比；
S3：将步骤S2中全量测算法和点测法的两个测算结果进行验证，具体验证方法是对两者的差值除以两者的平均数进行考察，该数值小于等于15％则认定测算结果合格，最终采纳两者的平均数作为磷素迁移转化比例的结果；
S4：通过采集检测得出的农田生态系统中各组分的磷素占比来校验该计算方法；
S5：通过调节模拟实验装置的倾角、人工降雨的雨强和降雨时长、更换模拟实验装置中不同的土壤类型、作物类型、作物植株大小来重复进行一系列实验，并与计算结果进行关联，最终得出各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况；
以上步骤设置对照组和实验组。
2.根据权利要求1所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：所述步骤S1中农田生态系统各组分中磷素迁移转化量包括降雨后土壤中磷素储量Psoil、作物吸收磷素量Pplant、降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment、降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater，各磷素迁移转化量除以土壤中磷素储量基底值PBV即得出农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比，其中土壤中磷素储量基底值PBV为已知数值，且实验前已知PBV的土壤已搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：所述全量测算法具体为，将降雨后模拟实验箱(21)中的土壤全部移除，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨后土壤中磷素储量Psoil；
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前将对照组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，降雨后将实验组全部作物烘干、粉碎，通过化学法对其中的磷素进行提取和测算，后者数值减去前者数值即可得到作物吸收磷素量Pplant；
降雨后将地表径流集水箱(9)中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，通过化学法分别对全部清水和全部泥沙中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment；
通过化学法对降雨后地下水层(8)中收集的全部水中的磷素进行提取和测算，即可得到降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater。
4.根据权利要求2所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：所述点测法具体为，将降雨后模拟实验箱(21)中的土壤再次搅拌均匀后称重获得土壤总重量(kg)，即msoil，并从不同位置定量取样，测出样品中降雨后土壤中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsoil，土壤重量乘以平均浓度即可得到Psoil，计算公式为公式(1)
Psoil＝PCsoil×msoil (1)
对照组与实验组的作物类型、植株大小和数量均相同，降雨前从对照组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨前每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PBplant，降雨后从实验组作物中选取样品，将样品烘干、粉碎，通过化学法对样品中的磷素进行提取和测算，获得降雨后每株作物中的磷素含量(mg株-1)，即PAplant，作物吸收磷素量Pplant的计算公式为公式(2)
Pplant＝PAplant×nplant-PBplant×nplant (2)
式中，nplant，作物株数(株)；
降雨后将地表径流集水箱(9)中收集的水进行静置沉淀，将上层的清水和下层的泥沙分离，测量清水的体积，获得降雨形成的地表径流流量(m3)，即Qrunoff，测量泥沙的重量，获得泥沙总重量(kg)，即msediment，从清水和泥沙中分别定量取样，通过化学法分别对清水样品和泥沙样品中的磷素进行提取和测算，分别获得降雨形成的地表径流中磷素平均浓度(mgL-1)，即PCrunoff，以及地表径流携带泥沙中磷素平均浓度(mg kg-1)，即PCsediment，降雨形成的地表径流中磷素储量Prunoff的计算公式、地表径流携带泥沙中磷素储量Psediment的计算公式分别为公式(3)和(4)如下
Prunoff＝PCrunoff×Qrunoff×103 (3)
Psediment＝PCsediment×msediment (4)
降雨后测量地下水层(8)中收集的全部水的体积，获得降雨下渗形成地下水的体积(L)，即Vgroundwater，再从中定量取样，并对样品中的磷素进行提取和测算，即可得到地下水中磷素浓度(mg L-1)，即PCgroundwater，降雨过程中渗入地下水的磷素储量Pgroundwater的计算公式为公式(5)
Pgroundwater＝PCgroundwater×Vgroundwater (5)
农田生态系统各组分中磷素迁移转化量的占比的计算公式为公式(6)
Figure FDA0003536625880000031
式中：x，磷素向各生态系统组分中迁移转化的比例(％)，Px分别对应Psoil、Pplant、Prunoff、Psediment、Pgroundwater。
5.根据权利要求2-4任一项所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：各实验条件的变化对磷素迁移转化比例的影响情况的关联方法包括列表或绘制曲线图，每次重复实验只改变一种实验条件。
6.根据权利要求2-4任一项所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：在所述模拟实验箱(21)的顶部一侧且对应种植区(6)的位置设置有第一排水管(26)，所述第一排水管(26)的进水端与种植区(6)连通，所述第一排水管(26)的出水端安装有第一控制阀(27)并排水至地表径流集水箱(9)；
在所述模拟实验箱(21)底部的一侧且对应地下水层(8)的位置设置有第二排水管(28)，所述第二排水管(28)的进水端与地下水层(8)连通，所述第二排水管(28)的出水端安装有第二控制阀(29)。
7.根据权利要求2-4任一项所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：所述角度调节驱动机构(24)包括固定安装在运载体(1)顶端的驱动马达(241)以及固定安装在模拟实验箱(21)底端另一侧的第二铰接座(242)；
所述驱动马达(241)的驱动端固定安装有转盘(243)，在所述转盘(243)背离驱动马达(241)端面的边缘固定连接有联动凸轴(244)，在所述联动凸轴(244)的外部转动连接有轴筒(245)，所述轴筒(245)的外表面与第二铰接座(242)之间共同连接有一根联动轴杆(246)，所述联动轴杆(246)与轴筒(245)之间为固定连接，所述联动轴杆(246)与第二铰接座(242)之间为铰接。
8.根据权利要求2-4任一项所述的测算农田磷素迁移转化比例的方法，其特征在于：所述人工降雨模拟装置(3)包括均固定安装在运载体(1)顶端的水箱(31)和泵体(32)，所述水箱(31)底部的出水口与泵体(32)的进水端之间共同串接有一根第一输送管(33)，所述泵体(32)的出水端固定串接有第二输送管(37)，所述第二输送管(37)的出水端朝着作物种植环境模拟装置(2)的正上方延伸，且固定安装有花洒盘(36)，在所述第二输送管(37)的区段上，且按照水流动的方向依次串接安装有水流量传感器(34)和电磁阀(35)。
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