CN114791485A - 一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法 - Google Patents

一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法，包括下监测棒、上监测棒，所述下监测棒一端与所述上监测棒螺纹连接组成侵蚀监测针，所述下监测棒的另一端设置为锥形尖端，所述下监测棒与所述上监测棒的外表面刻有刻度。通过将侵蚀监测针设置为下监测棒和上监测棒两部分，下监测棒和上监测棒螺纹连接，方便对下监测棒和上监测棒的携带。通过在上监测针上设置第一水平仪，当监测雨击溅蚀坡面时，通过调整第一水平仪中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中，在防雨击侵蚀覆盖板上设置第二水平仪，当监测产流侵蚀坡面时，通过调整第二水平仪中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中。

Description

一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法
技术领域：
本发明属于石漠化地表土壤侵蚀监测领域，具体涉及一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法。
背景技术：
当前，石漠化地区对地表土壤侵蚀监测中已有较多监测方法，如，遥感影像解译、径流小区监测、人工模拟石漠化地表与降水环境试验场监测，同位素示踪和磁化率测量等方法。但以上方法需要较多的影像解译验证、土建设施构建、实验取样分析等相关条件，很难在喀斯特石漠化地区进行实时且快速土壤侵蚀监测。
侵蚀针法是适宜野外实地观测，无需修建大量设施，操作简便，成本低，通常在喀斯特地区采用侵蚀针法监测土壤侵蚀时，需要石漠化地表碳酸盐岩裸露、土层浅薄和石砾含量丰富的土壤环境的影响。因此，本发明充分地结合喀斯特石漠化地表特征和土壤环境条件，提出一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法。
发明内容
本发明通过提供一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针及方法，以解决目前由于喀斯特石漠化地表特征和土壤环境条件难以监测其土壤侵蚀情况的问题，具体方案如下：
一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，包括下监测棒、上监测棒，所述下监测棒一端与所述上监测棒螺纹连接组成侵蚀监测针，所述下监测棒的另一端设置为锥形尖端，所述下监测棒与所述上监测棒的外表面刻有刻度。
进一步地，所述下监测棒的外表面从上往下刻有0—10cm的刻度，并在0cm刻度线处标记“-”,以表示侵蚀。
进一步地，所述上监测棒的外表面从下往上刻有0—7cm的刻度，并在0cm刻度线处标记“+”，以表示沉积,当所述下监测棒与所述上监测棒螺纹连接时，所述下监测棒上的0刻度与所述上监测棒上的0刻度重合。
进一步地，所述下监测棒与所述上监测棒螺纹连接处的长度为1cm。
进一步地，所述锥形尖端长度为3cm。
进一步地，所述上监测棒上端螺纹连接有防雨击侵蚀覆盖板，所述上监测棒与所述防雨击侵蚀覆盖板螺纹连接处长度为1cm。
进一步地，所述上监测棒与所述防雨击侵蚀覆盖板螺纹连接端设置有第一气泡水平仪。
进一步地，所述防雨击侵蚀覆盖板上设置有第二气泡水平仪。
具体地，本发明提供一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测方法，包括以下步骤：
S1：组装，当监测雨击溅蚀坡面时，将下监测棒与上监测棒螺纹连接，组成侵蚀监测针，当监测产流侵蚀坡面时，将防雨击侵蚀覆盖板与侵蚀监测针中的上监测棒螺纹连接；
S2：布点埋设，当监测雨击溅蚀坡面时，根据侵蚀监测针中的第一水平仪将多个下监测棒竖直插入土中，插入深度位于下监测棒的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm，当监测产流侵蚀坡面时，根据第二水平仪将多个侵蚀监测针竖直插入土中，插入深度位于下监测棒的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm；
S3：测量，采用数字游标卡尺测量侵蚀监测针初次埋入土中的深度，并在雨季每隔15天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，非雨季每隔30天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，记为侵蚀监测针的测量深度df；
S4：计算，根据测得侵蚀监测针的测量深度df，计算土壤侵蚀量。
进一步地，步骤S4中：
对于封山育林和自然恢复石漠化治理生态系统，计算公式为：
Figure BDA0003678950370000031
式中，My为土壤侵蚀量(g/cm2)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，c为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，R为岩石裸露率。
对于混农林、草地、经济林等人地接触频繁的不同类型的石漠化治理生态系统，计算公式为
Figure BDA0003678950370000032
式中，Mq为土壤侵蚀量(g/cm2)，c1为初次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，c2为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，h为耕作、移植扰动的土层厚度(cm)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，R为岩石裸露率。
本发明的有益效果是：
1.通过将侵蚀监测针设置为下监测棒和上监测棒两部分，下监测棒和上监测棒螺纹连接，方便对下监测棒和上监测棒的携带。
2.通过在上监测针上设置第一水平仪，当监测雨击溅蚀坡面时，通过调整第一水平仪中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中，在防雨击侵蚀覆盖板上设置第二水平仪，当监测产流侵蚀坡面时，通过调整第二水平仪中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中。
3.通过在侵蚀监测针上加装防雨击侵蚀覆盖板，能够对产流侵蚀坡面进行监测，使得该侵蚀监测针具备多用途的功能。
4.当进行土壤侵蚀量监测时，结合封山育林和自然恢复石漠化治理生态系统和混农林、草地、经济林等人地接触频繁的不同类型的石漠化治理生态系统的特点，采用不同的计算公式，能够得出更为准确的结果。
附图说明
图1为一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针的爆炸示意图；
图2为图1中上监测棒结构示意图；
图3为图1中下监测棒结构示意图；
图4为带有防雨击侵蚀覆盖板的侵蚀监测针的结构示意图；
图5为上监测棒中第一气泡水平仪的位置示意图；
图6为一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测方法流程图。
图中：1、下监测棒；2、上监测棒；3、锥形尖端；4、防雨击侵蚀覆盖板；5、第一气泡水平仪；6、第二气泡水平仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1、图2、图3所示，一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，包括下监测棒1、上监测棒2，下监测棒1一端与上监测棒2螺纹连接组成侵蚀监测针，下监测棒1的另一端设置为锥形尖端3，下监测棒1与上监测棒2的外表面刻有刻度。下监测棒1的外表面从上往下刻有0—10cm的刻度。并在0cm刻度线处标记“-”，以表示侵蚀。上监测棒2的外表面从下往上刻有0—7cm的刻度，并在0cm刻度线处标记“+”，以表沉积。当下监测棒1与上监测棒2螺纹连接时，下监测棒1上的0刻度与上监测棒2上的0刻度重合。下监测棒1与上监测棒2螺纹连接处的长度为1cm。锥形尖端3长度为3cm。如图1、图4所示，上监测棒2上端螺纹连接有防雨击侵蚀覆盖板4，上监测棒2与防雨击侵蚀覆盖板4螺纹连接处长度为1cm。如图5所示，上监测棒2与防雨击侵蚀覆盖板4螺纹连接端设置有第一气泡水平仪5。如图1所示，防雨击侵蚀覆盖板4上设置有第二气泡水平仪6。
上述中，下监测棒1、上监测棒2、防雨击侵蚀覆盖板4均为POM材质制成，其中，为了便于观察将下监测棒1的颜色为绿色，上监测棒2的颜色为白色，防雨击侵蚀覆盖板4的颜色为橙红色。
如图6所示，一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测方法，包括以下步骤：
S1：组装，当监测雨击溅蚀坡面时，将下监测棒1与上监测棒2螺纹连接，组成侵蚀监测针，当监测产流侵蚀坡面时，将防雨击侵蚀覆盖板4与侵蚀监测针中的上监测棒2螺纹连接；
S2：布点埋设，当监测雨击溅蚀坡面时，根据侵蚀监测针中的第一水平仪5将多个下监测棒1竖直插入土中，插入深度位于下监测棒1的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm，当监测产流侵蚀坡面时，根据第二水平仪6将多个侵蚀监测针竖直插入土中，插入深度位于下监测棒1的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm；
S3：测量，采用数字游标卡尺测量侵蚀监测针初次埋入土中的深度，并在雨季每隔15天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，非雨季每隔30天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，记为侵蚀监测针的测量深度df；
S4：计算，根据测得侵蚀监测针的测量深度df，计算土壤侵蚀量。
步骤S4中：
对于封山育林和自然恢复石漠化治理生态系统，计算公式为：
Figure BDA0003678950370000051
式中，My为土壤侵蚀量(g/cm2)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，c为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，R为岩石裸露率。
对于混农林、草地、经济林等人地接触频繁的不同类型的石漠化治理生态系统，计算公式为
Figure BDA0003678950370000052
式中，Mq为土壤侵蚀量(g/cm2)，c1为初次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，c2为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，h为耕作、移植扰动的土层厚度(cm)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，R为岩石裸露率。
实验例1:石漠化地表土壤侵蚀监测样地侵蚀监测针布点测量试验
将自然恢复的石漠化坡地、石漠化治理的混农林生态系统和经济林生态系统划为50m×30m土壤侵蚀监测样方场地，共计3个。样方场地分别为A、B和C。该三类坡地平均坡度分别为34°。采用岩石裸露率的机械布点和近景摄影测量工作后，三类场地平均岩石裸露率分别为18.72％、31.68％和47.63％。考虑坡度较陡和岩石裸露率分布较密，埋设侵蚀监测针为10对，按每隔3m由样方场地从上往下进行埋设，每对侵蚀监测针相隔距离为30cm，使用气泡水平仪校正以保持侵蚀监测针水平并垂直于重心插入土壤，初次测量平均误差为±0.03mm。此外，埋设侵蚀监测针时，还使用100cm3环刀采集侵蚀监测针附近土壤，以计算土壤容重。相关统计数值见表1。
表1土壤侵蚀监测针埋设及测量相关统计表
Figure BDA0003678950370000061
Figure BDA0003678950370000071
实验例2:土壤侵蚀量监测结果比较
雨季阶段，每15天监测1次，对上述埋设点进行测量并计算土壤侵蚀量。相关结果见表2，监测结果进行单因素方差检验以进行比较差异。
表2土壤侵蚀量监测结果比较
Figure BDA0003678950370000072
Figure BDA0003678950370000081
上述中，通过将侵蚀监测针设置为下监测棒1和上监测棒2两部分，下监测棒1和上监测棒2螺纹连接，方便对下监测棒1和上监测棒2的携带。
通过在上监测棒2上设置第一水平仪5，当监测雨击溅蚀坡面时，通过调整第一水平仪5中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中，在防雨击侵蚀覆盖板4上设置第二水平仪6，当监测产流侵蚀坡面时，通过调整第二水平仪6中的气泡位置，能够使得侵蚀监测针准确地竖直插入土中。
通过在侵蚀监测针上加装防雨击侵蚀覆盖板4，能够对产流侵蚀坡面进行监测，使得该侵蚀监测针具备多用途的功能。
当进行土壤侵蚀量监测时，结合封山育林和自然恢复石漠化治理生态系统和混农林、草地、经济林等人地接触频繁的不同类型的石漠化治理生态系统的特点，采用不同的计算公式，能够得出更为准确的结果。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：包括下监测棒(1)、上监测棒(2)，所述下监测棒(1)一端与所述上监测棒(2)螺纹连接组成侵蚀监测针，所述下监测棒(1)的另一端设置为锥形尖端(3)，所述下监测棒(1)与所述上监测棒(2)的外表面刻有刻度。
2.根据权利要求1所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述下监测棒(1)的外表面从上往下刻有0—10cm的刻度，并在0cm刻度线处标记“-”,以表示侵蚀。
3.根据权利要求2所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述上监测棒(2)的外表面从下往上刻有0—7cm的刻度，并在0cm刻度线处标记“+”,以表示沉积,当所述下监测棒(1)与所述上监测棒(2)螺纹连接时，所述下监测棒(1)上的0刻度与所述上监测棒(2)上的0刻度重合。
4.根据权利要求3所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述下监测棒(1)与所述上监测棒(2)螺纹连接处的长度为1cm。
5.根据权利要求4所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述锥形尖端(3)长度为3cm。
6.根据权利要求5所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述上监测棒(2)上端螺纹连接有防雨击侵蚀覆盖板(4)，所述上监测棒(2)与所述防雨击侵蚀覆盖板(4)螺纹连接处长度为1cm。
7.根据权利要求6所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述上监测棒(2)与所述防雨击侵蚀覆盖板(4)螺纹连接端设置有第一气泡水平仪(5)。
8.根据权利要求7所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测针，其特征在于：所述防雨击侵蚀覆盖板(4)上设置有第二气泡水平仪(6)。
9.一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：组装，当监测雨击溅蚀坡面时，将下监测棒(1)与上监测棒(2)螺纹连接，组成侵蚀监测针，当监测产流侵蚀坡面时，将防雨击侵蚀覆盖板(4)与侵蚀监测针中的上监测棒(2)螺纹连接；
S2：布点埋设，当监测雨击溅蚀坡面时，根据侵蚀监测针中的第一水平仪(5)将多个下监测棒(1)竖直插入土中，插入深度位于下监测棒(1)的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm，当监测产流侵蚀坡面时，根据第二水平仪(6)将多个侵蚀监测针竖直插入土中，插入深度位于下监测棒(1)的0刻度处，每个侵蚀监测针之间的距离为30cm；
S3：测量，采用数字游标卡尺测量侵蚀监测针初次埋入土中的深度，并在雨季每隔15天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，非雨季每隔30天对侵蚀监测针埋入土中的深度测量一次，记为侵蚀监测针的测量深度df；
S4：计算，根据测得侵蚀监测针的测量深度df，计算土壤侵蚀量。
10.根据权利要求9所述一种组装两用式石漠化地表土壤侵蚀监测方法，其特征在于，步骤S4中：
对于封山育林和自然恢复石漠化治理生态系统，计算公式为：
Figure FDA0003678950360000021
式中，My为土壤侵蚀量(g/cm2)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，c为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，R为岩石裸露率。
对于混农林、草地、经济林等人地接触频繁的不同类型的石漠化治理生态系统，计算公式为
Figure FDA0003678950360000022
式中，Mq为土壤侵蚀量(g/cm2)，c1为初次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，c2为每次测量时侵蚀监测区的土壤容重(g/cm3)，h为耕作、移植扰动的土层厚度(cm)，df为侵蚀监测针的测量深度(cm)，f＝1，2，…，n为侵蚀监测针埋设总数，cosθ为地表坡度的余弦值，R为岩石裸露率。
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