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一种野外条件下调控近地表降水量的系统.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201310580279.0

申请日:

2013.11.19

公开号:

太阳城集团CN103630652A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 33/00申请日:20131119|||公开
IPC分类号: G01N33/00 主分类号: G01N33/00
申请人: 南京太阳城集团工程大学
发明人: 陈书涛; 胡正华; 刘义凡; 翟晓燕; 王圆媛
地址: 210044 江苏省南京市宁六路219号
优先权:
专利代理机构: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 李纪昌
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201310580279.0

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.12.30|||2014.04.09|||2014.03.12

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种野外条件下调控近地表降水量的系统,在待调控降水量的地表下四周设置PVC隔离板,地表上设置框架,在所述框架顶端安装中间切开的透明PVC管,PVC管与地面的倾斜角为0~15°,在PVC管两端放置降水收集容器。所述PVC管上设置若干孔,相邻的孔之间间隔1~20cm。所述孔的直径为3mm。所述PVC隔离板距离地表深度不小于1.5m。PVC管距地面1.5m。倾斜设置的PVC管的坡底处距地面1.5m。本发明可实现在无人值守情况下实现野外降水的实时调控。降水的来源为自然降水,无人为添加水源,可真实模拟实际降水成分。本发明的系统中包含了土壤水分横向运移的阻断装置,可实现针对目标试验小区的水分调控。

权利要求书

权利要求书
1.  一种野外条件下调控近地表降水量的系统,其特征在于:在待调控降水量的地表下四周设置PVC隔离板,地表上设置框架(1),在所述框架顶端安装中间切开的透明PVC管(2),PVC管与地面的倾斜角为0~15°,在PVC管(2)两端放置降水收集容器(3)。

2.  根据权利要求1所述野外条件下调控近地表降水量的系统,其特征在于:所述PVC管(2)上设置若干孔(4),相邻的孔之间间隔1~20cm。

3.  根据权利要求2所述野外条件下调控近地表降水量的系统,其特征在于:所述孔(4)的直径为3mm。

4.  根据权利要求1或2所述野外条件下调控近地表降水量的系统,其特征在于:所述PVC隔离板距离地表深度不小于1.5m。

5.  根据权利要求1或2所述野外条件下调控近地表降水量的系统,其特征在于:所述PVC管距地面1.5 m。

说明书

说明书一种野外条件下调控近地表降水量的系统
技术领域
本发明属于生态与气象环境调控领域,具体涉及一种野外条件下调控近地表降水量的系统。
背景技术
在全球变化背景下,未来区域降水模式会发生变化,即降水量增加或减少,这对生态系统具有潜在的影响。为研究降水量减少或增加对生态系统的影响,人们设计了一些调控近地表降水量的系统来模拟降水量增加或减少对生态系统的影响。然而,以往的调控近地表降水量增加或减少的系统具有降水量调控不准确、模拟降水量的水源与雨水不一致、土壤水分横向流动量过大等问题。因此,有必要研发并投入使用新型的降水量调控系统来解决这些问题。
以往太阳城集团地表降水量调控的专门系统或成套装备还相对较少,且已有的一些系统的效果不理想,本系统的研制及使用可较好地解决近地表降水量调控这一问题。在生态学、气象学、环境学、农学、林学等科研领域,有相当数量的科研工作者需要近地表降水量调控装置研究地表降水量增加或减少对地表生态系统过程的影响。本系统的投入使用可满足相关领域的科研装备需求。
发明目的
本发明的目的是提供一种野外条件下调控近地表降水量的系统,实现在无人值守情况下不同降水量增加或减少梯度的野外实时调控。
为了达到上述目的,本发明采取的技术手段为:
一种野外条件下调控近地表降水量的系统,在待调控降水量的地表下四周设置PVC隔离板,地表上设置框架1,在所述框架顶端安装中间切开的透明PVC管2,PVC管与地面的倾斜角为0~15°,在PVC管2两端放置降水收集容器3。
所述PVC管2上设置若干孔4,相邻的孔之间间隔1~20cm。
所述孔4的直径为3mm。
所述PVC隔离板距离地表深度不小于1.5m。
PVC管距地面1.5 m。倾斜设置的PVC管的坡底处距地面1.5 m。
安装到框架上的PVC管数量取决于设置的降水量增加和减少量。按PVC管覆盖地面面积的百分比来控制地表降水量的大小。
野外条件下调控近地表降水量的系统示例:在野外设置面积为2.5 m × 2.5 m的试验小区,各小区间隔5 m,在各个小区四周设置1.5 m深的PVC隔离板,尽量避免不同小区的土壤水分互相干扰。
实现降水量增加的设计示例:如附图1所示,在紧靠需降水量增加处理的小区上方设置框架,以直径5 cm的不锈钢钢筋制成框架,框架上端为四根不锈钢钢筋焊接呈的矩形,矩形四角为插入土中的四根不锈钢钢筋,四根不锈钢钢筋与矩形焊接起来。取直径2 cm的PVC管,把中间切开PVC管按15度倾角固定PVC管于框架上,坡度指向降水量增加小区,并保证安装的PVC管垂直投影到地面面积为2.5 m × 2.5 m,同时在需降水量增加处理的小区上方设置框架,PVC管水平固定于框架上,将倾斜固定的PVC管与水平固定的PVC管无缝连接。在水平固定的PVC管上打若干3 mm的孔,在靠近降水收集管的一端每隔20 cm打一个孔,距降水收集管越远,孔与孔间隔越小,在最远端每隔1 cm打一个孔,这样,可将临近垂直投影地面2.5 m × 2.5 m区域内的自然降水收集并滴灌到降水量增加小区内,并尽量保证雨水均匀。PVC管之间的间距可根据所要调节的地表降水量设定,若要调节地表降水量所占正常降水量的比例越低,则PVC管之间的间距越小(即PVC管越密集,具体间距在1~20cm内等距递减)。
实现降水量减少的设计示例:如附图2所示,在待调控降水量的地表上设置框架,在所述框架顶端安装中间切开的透明PVC管,PVC管水平放置,在PVC管两端放置降水收集容器,降水收集容器形状为矩形,四周及底面均为PVC材质,上方开口以接收降水。该降水收集容器可防止从PVC管流下的雨水渗入小区中。
有益效果
(1)本发明可实现在无人值守情况下不同降水量增加或减少梯度的野外实时调控。
(2)本发明中降水量增加的来源为自然大气降水,无任何人为添加水源,可真实模拟实际降水成分。
(3)本发明的材料来源相对简单,经济成本较低,便于大量装备使用。
(4)本发明的系统中包含了土壤水分横向运移的阻断装置,可实现针对目标试验小区的水分调控。
 附图说明
图1. 模拟降水量增加的野外试验装置示意图 
图2. 模拟降水量减少的野外试验装置示意图,其中:1-不锈钢框架,2-PVC管,3-降水收集容器。
具体实施方式
实施例一:不同降水量增加对农田生态系统的影响
野外试验分两个阶段,即降水量增加装置布设和观测。
装置布设:
在农田设置面积为2.5 m × 2.5 m的试验小区,各小区间隔5 m,并在各个小区四周设置1.5 m深的PVC隔离板。正常降水量处理的小区上方不设置降水量调控装置,该处理为对照。
在紧靠降水量增加处理的各小区旁设置框架,从中间切开PVC管,按15度倾角固定PVC管于框架上。在降水量增加处理小区上方安装打3 mm的孔PVC管,距降水收集管越远,孔与孔间隔越小,将临近垂直投影地面2.5 m × 2.5 m区域内的自然降水收集并滴灌到降水量增加小区内,并尽量保证雨水均匀。按垂直覆盖地面面积的百分比(如:覆盖20%、60%、100%)来安装左侧降水收集装置的PVC管,则右侧降水量增加小区分别对应于相应的降水量增量(如:比正常降水量增加20%、60%、100%)。这样,可将临近垂直投影地面2.5 m × 2.5 m区域内的自然降水收集并滴灌到降水量增加小区内。
野外观测与分析:于作物关键生育期测定农田作物地上和地下部分生物量,及作物硝态氮、铵态氮、全氮含量。分析不同降水量增加条件下作物生物量及产量的差异及其原因。
结果与分析:
水分是作物生长的关键决定因素,降水量增加会提高田间土壤湿度,从而有利于作物生长,在降水量增加条件下,作物地上和地下部分生物量均会增加,也会在一定程度上促进作物对氮素等营养成分的吸收,提高作物氮含量,这些影响作物产量的因素的改变最终将提高作物产量。
实施例二:不同降水量减少对草地生态系统的影响
该实例包括降水量减少装置布设和野外观测两个阶段。
系统布设:在草地设置面积为2.5 m × 2.5 m的试验小区,各小区间隔5 m,并在各个小区四周设置1.5 m深的PVC隔离板。正常降水量处理的小区上方不设置降水量调控装置,该处理为对照。
在降水量减少小区上方设置PVC管,固定到不锈钢框架上的PVC管数量取决于设置的降水减少量。PVC管水平放置,PVC管距地面1.5 m ,按PVC管覆盖地面面积的百分比(如:覆盖20%、60%、100%)来控制地表降水量的大小(如:比正常降水量减少20%、60%、100%)。在PVC管两端均放置降水收集容器,防止从PVC管流下的雨水渗入小区中。   
野外观测与分析:于草本植物关键生长阶段期测定其地上和地下部分生物量,及硝态氮、铵态氮、全氮含量。分析不同降水量减少条件下草地生物量及净初级生产的差异及其原因。
结果与分析:
水分条件对草地植物生长具有重要影响。降水量减少会降低田间土壤湿度,当降水量减少量较大时甚至会造成干旱胁迫,从而会降低作物生物量的积累。在降水量减少条件下条件下,草本植物对氮素等营养成分的吸收也会收到影响,其影响程度取决于降水量减少的量的大小。随降水量减少量的增大,草地生物量及净初级生产量都会呈现出线性或曲线形式的减少。
实施例三:不同降水量增加和减少对森林土壤CO2排放通量的影响
    该实例包括降水量增加和减少装置布设和野外观测两个阶段。
降水量增减和减少装置布设:在森林土壤上方设置面积为2.5 m × 2.5 m的试验小区,各小区间隔5 m,并在各个小区四周设置1.5 m深的PVC隔离板。正常降水量处理的小区上方不设置降水量调控装置,该处理为对照。
在紧靠降水量增加处理的各小区旁设置框架,按垂直覆盖地面面积的百分比(如:覆盖20%、60%、100%)来安装左侧降水收集装置的PVC管,则右侧降水量增加小区分别对应于相应的降水量增量(如:比正常降水量增加20%、60%、100%)。在降水量减少小区上方设置PVC管,固定到不锈钢框架上的PVC管数量取决于设置的降水减少量。PVC管水平放置,PVC管距地面1.5 m ,按PVC管覆盖地面面积的百分比(如:覆盖20%、60%、100%)来控制地表降水量的大小(如:比正常降水量减少20%、60%、100%)。在PVC管两端均放置降水收集容器,防止从PVC管流下的雨水渗入小区中。
野外观测与分析:采用土壤CO2通量自动测定系统测定森林土壤CO2排放通量,每周测定2次森林土壤CO2排放通量,获得季节和年变化数据。于每年6月和8月,选日温差大的日期,每隔2小时测定一次森林土壤CO2排放通量,获得日变化数据。  
结果与分析:
太阳城集团水分条件是森林土壤CO2排放通量的决定因素之一,降水量的改变会改变土壤水分条件。适宜的土壤水分条件有利于土壤微生物数量的增加和活性的增强。过低的水分条件会抑制土壤微生物活性和微生物对土壤有机碳的分解速率,从而降低土壤CO2排放通量;过高的水分条件会抑制氧气在土壤中的传输,减少土壤微生物获取氧气进行呼吸作用的能力,这也会降低土壤CO2排放通量。降水量的改变会通过影响土壤水分条件进而影响土壤CO2排放通量。土壤水分对土壤CO2排放通量的影响呈抛物线函数的形式,一般而言,当土壤含水量为25%时最有利于土壤微生物活动,此时对应的土壤CO2排放通量也最大。

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