本發(fā)明涉及模擬降水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降水梯度控制裝置設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

干旱缺水是全球面臨的嚴(yán)重問題，也是制約我國植被恢復(fù)和重建的主要因素之一。尤其是在季節(jié)干旱地區(qū)，水分是限制植物生長、發(fā)育和繁殖的關(guān)鍵因素。植物的水源主要來自降水和地下水，因此，降水格局決定了植物的水分來源和水分利用策略,進(jìn)而影響了群落的物種結(jié)構(gòu)和組成。根據(jù)有關(guān)研究預(yù)測，未來一段時間內(nèi)，極端天氣事件將頻發(fā)，而極端天氣事件的出現(xiàn)勢必會導(dǎo)致季節(jié)性干旱地區(qū)的降水格局發(fā)生變化，因此有必要探討不同降水條件下季節(jié)性干旱地區(qū)土壤水分運動特征變化和植物水分利用特征的變化，分析降水變化對土壤、植物可能影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過室內(nèi)人工模擬降雨或野外中型降雨機(jī)調(diào)控降水量和降水強(qiáng)度來實現(xiàn)降水控制，前一種方法經(jīng)濟(jì)成本高，且不適于野外生產(chǎn)研究，后一種雖然可以在野外使用，但其運輸困難，僅適合地勢平坦區(qū)域，對水源有很大依賴性，且不便于野外長期研究，地勢較高的位置受到極大限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種降水梯度控制裝置設(shè)計方法，用于解決現(xiàn)有的降水梯度控制成本較高、操作復(fù)雜的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種降水梯度控制裝置設(shè)計方法，包括：

將樣地劃分為第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地；

在所述第一區(qū)域樣地、所述第二區(qū)域樣地、所述第三區(qū)域樣地和所述第四區(qū)域樣地的邊緣位置挖設(shè)第一預(yù)設(shè)深度的土溝，在所述第一區(qū)域樣地、所述第二區(qū)域樣地、所述第三區(qū)域樣地和所述第四區(qū)域樣地的頂點位置挖設(shè)第二預(yù)設(shè)深度的土溝，所述第二預(yù)設(shè)深度大于所述第一預(yù)設(shè)深度；

在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的水分交換；

在所述第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管；

按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在所述各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，以使所述各個區(qū)域樣地形成不同的降水量。

可選地，在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板之后，所述方法還包括：

向各個第一預(yù)設(shè)深度的土溝內(nèi)回填土壤。

可選地，在所述第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管之后，所述方法還包括：

向各個第二預(yù)設(shè)深度的土溝內(nèi)回填土壤。

可選地，所述隔水擋板的一部分埋入地下，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的土壤水分交換；所述隔水擋板的另一部分露出地表，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的地表水分交換。

可選地，所述按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在所述各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，包括：

在所述第一區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)第一防水板，所述第一防水板覆蓋所述第一區(qū)域樣地的部分區(qū)域；

在所述第四區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)第四防水板，所述第四防水板覆蓋所述第四區(qū)域樣地的全部區(qū)域，且將所述第四區(qū)域樣地的降水引流至所述第三區(qū)域樣地。

可選地，所述方法還包括：

在所述第三區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)接水槽，所述接水槽用于接收所述第四防水板截留的降水。

可選地，所述方法還包括：

在所述接水槽上布設(shè)多個引水槽，所述引水槽上按照預(yù)設(shè)的規(guī)則設(shè)置有孔洞，所述引水槽用于使降水均衡的降落至所述第三區(qū)域。

可選地，所述第四防水板的一側(cè)與所述接水槽相連，另一側(cè)用第一預(yù)設(shè)高度的支撐桿固定，以使所述第四防水板形成第一預(yù)設(shè)坡度的坡面。

可選地，所述方法還包括：

在所述第一防水板遠(yuǎn)離所述第二區(qū)域樣地的一側(cè)設(shè)置引水槽，將所述第一防水板靠近所述第二區(qū)域樣地的一側(cè)用預(yù)設(shè)第二高度的支撐桿固定，以使所述第一防水板形成的第二預(yù)設(shè)坡度的坡面。

本發(fā)明實施例提供的降水梯度控制裝置設(shè)計方法，將樣地劃分為第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地；在第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地的邊緣位置挖設(shè)第一預(yù)設(shè)深度的土溝，在第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地的頂點位置挖設(shè)第二預(yù)設(shè)深度的土溝，第二預(yù)設(shè)深度大于第一預(yù)設(shè)深度；在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板，以防止各個區(qū)域樣地之間的水分交換；在第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管；按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，以使各個區(qū)域樣地形成不同的降水量。本發(fā)明實施例在保證原生態(tài)的前提下，從簡便、實用的角度出發(fā)，提供一種經(jīng)濟(jì)、高效、長期的控制方案，在同一時空模擬極端干旱、極端濕潤的水分狀況，為研究不同降水條件下植物的生長特征、土壤水分運動特征提供前提條件，成本低，操作簡單。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一個實施例的降水梯度控制裝置設(shè)計方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的樣地示意圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例的樣地開挖俯視示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例的樣地開挖左視示意圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例的隔水擋板布設(shè)左視示意圖；

圖6是本發(fā)明一個實施例的鋼管布設(shè)左視示意圖；

圖7是本發(fā)明一個實施例的擋板布設(shè)左視示意圖；

圖8是本發(fā)明一個實施例的引水槽(放大)左視示意圖；

圖9是本發(fā)明一個實施例的引水槽(放大)俯視示意圖。

1表示地表土壤；2表示開挖深度為50cm的土溝；3表示開挖100cm的土溝；4表示土壤縱斷面；5表示70cm的隔水擋板；6表示口徑5cm的鋼管；7表示光滑透明的塑料板；8表示高度為5cm的擋板；9表示長度為30cm的引水槽；10表示長度為500cm的引水槽；11表示為口徑為1cm的鋼管。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1是本發(fā)明一個實施例的降水梯度控制裝置設(shè)計方法的流程示意圖。如圖1所示，該實施例的方法包括：

S11：將樣地劃分為第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地；

舉例來說，如圖2所示，選擇土壤質(zhì)地均一、坡向相同、坡度相似、地面相對平整的樣地，用玻璃繩圈劃出20m×5m的空白地，平均分成四個5m×5m的區(qū)域樣地，并將區(qū)域樣地進(jìn)行編號，表示為A、B、C、D。

S12：在所述第一區(qū)域樣地、所述第二區(qū)域樣地、所述第三區(qū)域樣地和所述第四區(qū)域樣地的邊緣位置挖設(shè)第一預(yù)設(shè)深度的土溝，在所述第一區(qū)域樣地、所述第二區(qū)域樣地、所述第三區(qū)域樣地和所述第四區(qū)域樣地的頂點位置挖設(shè)第二預(yù)設(shè)深度的土溝，所述第二預(yù)設(shè)深度大于所述第一預(yù)設(shè)深度；

舉例來說，如圖3所示，在已選擇的樣地位置，按照0.5m的寬度沿玻璃繩進(jìn)行開挖，即在區(qū)域樣地的邊緣，沿著玻璃繩向外開挖(水平)0.5m；在各樣地間，以玻璃繩為中心，向兩側(cè)各延伸開挖(水平)0.25m。開挖深度為0.5m以放置隔水擋板；在各區(qū)域樣地的頂點位置開挖深度為大于等于1.0m(具體根據(jù)地質(zhì)情況而定)。

S13：在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的水分交換；

S14：在所述第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管；

舉例來說，隔水擋板放置完成后，按照圖3標(biāo)識位置布設(shè)口徑5cm的不銹鋼鋼管，如圖6所示，鋼管高度依據(jù)實驗需要而定，一般高于樣地內(nèi)最高的植株50cm即可；若樣地未有植株生長，鋼管高度高出地面100cm左右即可。

S15：按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在所述各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，以使所述各個區(qū)域樣地形成不同的降水量。

本發(fā)明實施例提供的降水梯度控制裝置設(shè)置方法，在保證原生態(tài)的前提下，從簡便、實用的角度出發(fā)，提供一種經(jīng)濟(jì)、高效、長期的控制方案，在同一時空模擬極端干旱、極端濕潤的水分狀況，為研究不同降水條件下植物的生長特征、土壤水分運動特征提供前提條件，成本低，操作簡單。

進(jìn)一步地，在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板之后，所述方法還包括：

向各個第一預(yù)設(shè)深度的土溝內(nèi)回填土壤。

舉例來說，在開挖時，應(yīng)當(dāng)采取表土保護(hù)措施，即在開挖過程中將表土和熟化土進(jìn)行分開堆放。此外，在開挖時，施工人員應(yīng)盡量站在樣地外側(cè)或縮小在樣地活動范圍以減小對樣地的踩踏干擾，同時，將A、B、C、D各區(qū)域開挖的土壤進(jìn)行分開堆放，具體范圍及深度的左視示意圖如如圖4所示。

進(jìn)一步地，在所述第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管之后，所述方法還包括：

向各個第二預(yù)設(shè)深度的土溝內(nèi)回填土壤。

在實際應(yīng)用中，將鋼管放入挖好的土坑后，可以先在鋼管周圍用石塊堆積形成初步固定，再依次回填熟化土壤和表層土壤。

進(jìn)一步地，所述隔水擋板的一部分埋入地下，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的土壤水分交換；所述隔水擋板的另一部分露出地表，以防止所述各個區(qū)域樣地之間的地表水分交換。

如圖5所示，在開挖的土壤溝道中，放置寬度為70cm的隔水擋板，即埋入地下50cm，以阻隔區(qū)域間土壤水分相互交換；地表出露20cm，以防止地表徑流或區(qū)域間地表水的相互影響。在四個區(qū)域的外側(cè)，不透水擋板緊貼區(qū)域外圍放置；在各區(qū)域間，不透水擋板放置在溝道中央，并用不透水的玻璃膠將各擋板的接口密封，放置完成后，分區(qū)域按順序回填挖填熟化土壤，最后覆蓋表層土。

進(jìn)一步地，如圖7所示，所述按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在所述各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，包括：

在所述第一區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)第一防水板，所述第一防水板覆蓋所述第一區(qū)域樣地的部分區(qū)域；

在所述第四區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)第四防水板，所述第四防水板覆蓋所述第四區(qū)域樣地的全部區(qū)域，且將所述第四區(qū)域樣地的降水引流至所述第三區(qū)域樣地。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

在所述第三區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)接水槽，所述接水槽用于接收所述第四防水板截留的降水。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

在所述接水槽上布設(shè)多個引水槽，所述引水槽上按照預(yù)設(shè)的規(guī)則設(shè)置有孔洞，所述引水槽用于使降水均衡的降落至所述第三區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述第四防水板的一側(cè)與所述接水槽相連，另一側(cè)用第一預(yù)設(shè)高度的支撐桿固定，以使所述第四防水板形成第一預(yù)設(shè)坡度的坡面。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

在所述第一防水板遠(yuǎn)離所述第二區(qū)域樣地的一側(cè)設(shè)置引水槽，將所述第一防水板靠近所述第二區(qū)域樣地的一側(cè)用預(yù)設(shè)第二高度的支撐桿固定，以使所述第一防水板形成的第二預(yù)設(shè)坡度的坡面。

以下以具體的例子說明本發(fā)明布設(shè)擋板的過程：

如圖7所示，為使得A區(qū)形成二分之一的降水，需要對區(qū)域A的上方進(jìn)行一半遮擋，即在鋼管布設(shè)完成后，在區(qū)域A上方，遮擋5m×2.51m的透明塑料玻璃板。在玻璃板的四周用透明塑料板粘貼形成高度為5cm的圍擋，在玻璃擋板5m的一側(cè)，做一個5cm×5cm×30cm的引水槽，使得降水順著引水槽流出。將玻璃擋板有引水槽的一側(cè)緊貼鋼管固定，另外一側(cè)用口徑1cm，長度為21cm的小不銹鋼鋼管支撐固定，以形成坡度約5度的坡面。

B區(qū)域不做任何處理以保證自然降水。

C區(qū)域接收D區(qū)所有降水以形成2倍降水。具體布設(shè)如下：在C區(qū)上方中部布設(shè)高度為21cm大小為2cm×2cm×500cm接水槽，在長度500cm的接水槽，每個2cm間隔與兩側(cè)的引水槽(大小為2cm×2cm×251cm)相連接(另外一端緊貼鋼管，形成約5度的坡面)，為保證C區(qū)域均衡的接收降水，引水槽底部按每間隔2cm打通孔徑為0.5cm的孔洞。具體示意圖如8、9所示，按照引水槽孔洞的數(shù)量和位置，將引水槽分為a、b、c、e四種，具體區(qū)別如表1所示:

表1引水槽種類

C區(qū)域上方的引水槽按照a、b、c、d、a、b、c、d、a……間隔2cm依次布設(shè)。

為保證D區(qū)域形成無降水并把被遮擋的全部降水均勻的落在C區(qū)域，使得C區(qū)形成二倍的降水，先用光滑透明的塑料板，大小5m×7.53m的塑料板對D區(qū)進(jìn)行全遮擋，并對D區(qū)遮擋的塑料板形成高度為5cm的圍擋，D區(qū)塑料板一側(cè)緊貼鋼管與C區(qū)的接水槽相連，另外一側(cè)用用口徑1cm，長度為86cm的小不銹鋼鋼管支撐固定，以形成坡度約5度的坡面。

本發(fā)明實施例提供的降水梯度控制裝置設(shè)計方法，將樣地劃分為第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地；在第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地的邊緣位置挖設(shè)第一預(yù)設(shè)深度的土溝，在第一區(qū)域樣地、第二區(qū)域樣地、第三區(qū)域樣地和第四區(qū)域樣地的頂點位置挖設(shè)第二預(yù)設(shè)深度的土溝，第二預(yù)設(shè)深度大于第一預(yù)設(shè)深度；在各個區(qū)域樣地之間的土溝的中間位置布設(shè)隔水擋板，以防止各個區(qū)域樣地之間的水分交換；在第二預(yù)設(shè)深度的土溝的對應(yīng)位置布設(shè)鋼管；按照預(yù)設(shè)的規(guī)則在各個區(qū)域樣地對應(yīng)的鋼管上布設(shè)擋板，以使各個區(qū)域樣地形成不同的降水量。本發(fā)明實施例在保證原生態(tài)的前提下，從簡便、實用的角度出發(fā)，提供一種經(jīng)濟(jì)、高效、長期的控制方案，在同一時空模擬極端干旱、極端濕潤的水分狀況，為研究不同降水條件下植物的生長特征、土壤水分運動特征提供前提條件，成本低，操作簡單。

需要說明的是術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本發(fā)明的說明書中，說明了大量具體細(xì)節(jié)。然而能夠理解的是，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對本說明書的理解。類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本發(fā)明公開并幫助理解各個發(fā)明方面中的一個或多個，在上面對本發(fā)明的示例性實施例的描述中，本發(fā)明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋呈反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨實施例。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。