本發(fā)明涉及土壤中地下水位調(diào)節(jié)的模擬方法，可提供一種線(xiàn)性調(diào)節(jié)土壤中地下水位的方法，為實(shí)現(xiàn)與此相關(guān)的植物生長(zhǎng)、土壤養(yǎng)分、水分運(yùn)移等方面的科研試驗(yàn)提供了有效支持。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)自然資源的利用能力得到不斷加強(qiáng)，以及全球變暖對(duì)水資源全球分配格局的影響，造成了不同地區(qū)土壤地下水位的變化(降低為主)，這已經(jīng)成為當(dāng)前人類(lèi)發(fā)展過(guò)程中面對(duì)的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題之一。土壤地下水位的變化對(duì)植物和土壤養(yǎng)分產(chǎn)生顯著的影響，其對(duì)植物的生理過(guò)程、生態(tài)分布格局、生存、更新發(fā)展等方面具有重要的意義。
在研究地下水位變化對(duì)植物和土壤養(yǎng)分影響作用中，目前主要采用人工模擬調(diào)節(jié)地下水位方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如何有效調(diào)節(jié)地下水分的變化成為關(guān)鍵的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。以往的工作主要是設(shè)置生長(zhǎng)容器，內(nèi)部填加生長(zhǎng)基質(zhì)用來(lái)栽植植株，并在其內(nèi)部填加一定水量，形成單一的地下水位，無(wú)法實(shí)現(xiàn)地下水位的線(xiàn)性升降變化，同時(shí)，植物生長(zhǎng)過(guò)程中的水分損耗也無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充和量化。
本項(xiàng)發(fā)明裝置通過(guò)地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)箱內(nèi)地下水位的線(xiàn)性變化，并及時(shí)補(bǔ)充植物生長(zhǎng)過(guò)程中的水分損失及數(shù)量，為相關(guān)研究工作提供了有利支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種可以模擬不同地下水位埋深的植物生長(zhǎng)試驗(yàn)裝置。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種可以進(jìn)行地下水位線(xiàn)性調(diào)節(jié)的試驗(yàn)裝置，解決了地下水位模擬試驗(yàn)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的地下水位連續(xù)變化的需求，同時(shí)，也可量化試驗(yàn)過(guò)程中土壤水分的損失數(shù)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種可調(diào)節(jié)地下水位深度的植物生長(zhǎng)箱：包括植物生長(zhǎng)箱、地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)和供水系統(tǒng)相連接；地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管和水位調(diào)節(jié)閥，供水系統(tǒng)包括水箱和供水管；
植物生長(zhǎng)箱為一上端開(kāi)口、下端密閉的容器，于容器底部鋪設(shè)有濾水層，在濾水層上鋪設(shè)有土壤至容器上開(kāi)口端；于容器的濾水層內(nèi)設(shè)有篩管供水管，所述篩管供水管一端密閉，另一端經(jīng)供水管與水箱的出水口相連接，于供水管上設(shè)有供水閥門(mén)，篩管供水管的管壁上開(kāi)設(shè)有1個(gè)以上的通孔作為出水孔，且于篩管供水管的外管壁上包裹有紗網(wǎng)；水箱內(nèi)的水依靠重力流入植物生長(zhǎng)箱內(nèi)；
水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管為一豎直設(shè)置的兩端開(kāi)口的直管，其下端口與供水管相連接通，水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管的下端口處于濾水層上表面下方；
水位調(diào)節(jié)閥為浮力閥或浮球閥，浮力閥或浮球閥的浮漂通過(guò)線(xiàn)繩懸垂于水位觀(guān)察管內(nèi)。植物生長(zhǎng)箱規(guī)格設(shè)置矩形箱體，材質(zhì)為厚度4mm以上的鐵皮或水泥墻體。
所述植物生長(zhǎng)箱底鋪設(shè)濾水層，濾水層為20cm以上厚度的砂石層，砂石的粒徑 為1-2cm；在砂石層上鋪設(shè)有實(shí)驗(yàn)土壤至箱體上沿。
所述植物生長(zhǎng)箱的箱體內(nèi)一側(cè)面下部距離底部3-5cm處，設(shè)置箱體篩管供水管，管徑10-15cm，管體上出水孔，孔徑3-5mm，管體外包扎紗網(wǎng)；
所述篩管供水管一端設(shè)置有堵頭，另一端與供水管相連通，供水管通過(guò)閥門(mén)與水箱連接。
所述地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管和水位調(diào)節(jié)閥，水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管垂直設(shè)置于平行于植物生長(zhǎng)箱底部的供水管上，其下開(kāi)口端與供水管相連通，水位觀(guān)察管的上沿(是指上開(kāi)口端，上端開(kāi)口與大氣相連)高度超過(guò)生長(zhǎng)箱上沿(是指上開(kāi)口端)，水位觀(guān)察管上開(kāi)口端設(shè)置水位調(diào)節(jié)閥支架，支架上設(shè)有輥軸，水位調(diào)節(jié)閥通過(guò)浮力閥控制，浮力閥浮漂通過(guò)線(xiàn)繩懸垂于水位觀(guān)察管內(nèi)，水位下降時(shí)，因重力作用引發(fā)浮力閥向下運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)開(kāi)啟供水閥門(mén)的信號(hào)；水位升高時(shí)，因浮力作用引發(fā)浮力閥向上運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)關(guān)閉供水閥門(mén)的信號(hào)，根據(jù)情況于水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管與供水管之間設(shè)置一個(gè)觀(guān)察室。
浮漂為浮子或浮球。
所述水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管為透明鋼化玻璃管。
水箱的出水口設(shè)置于水箱底部或下部，水箱內(nèi)水面高度高于出水口，出水口的高度高于植物生長(zhǎng)箱上開(kāi)口端50-100cm。
于與篩管供水管連接的供水管上設(shè)置有釋水閥門(mén)，釋水閥門(mén)的進(jìn)出水口軸線(xiàn)、篩管供水管軸線(xiàn)、以及釋水閥門(mén)與篩管供水管之間的供水管軸線(xiàn)處于同一水平面上。
構(gòu)建一種可調(diào)節(jié)的地下水位變化模擬裝置，本裝置由植物生長(zhǎng)箱、地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等組成。
生長(zhǎng)箱規(guī)格設(shè)置矩形箱體，深度為300cm，截面為120×120cm，材質(zhì)為4mm鐵皮(具體規(guī)格也可根據(jù)試驗(yàn)需求調(diào)整)。箱體內(nèi)底層填加20cm厚度直徑1-2cm的砂石，作為濾水層；其上填加實(shí)驗(yàn)土壤，直至箱體上沿。在箱體一側(cè)面下部距離底部5cm處，安裝箱體供水管，管徑10cm(見(jiàn)圖)，供水管在箱體內(nèi)部分，前端安裝堵頭，管體上全面鉆孔(出水孔)，孔徑5mm，管體外包扎紗網(wǎng)，防止泥土堵塞。
地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由水位觀(guān)察管、供水管和水位調(diào)節(jié)閥組成，如圖，在生長(zhǎng)箱側(cè)面安裝供水管，供水管通過(guò)閥門(mén)與水箱連接；在垂向供水管與箱體之間的管道上，豎直安裝水位觀(guān)察管，材質(zhì)為鋼化玻璃管，可透明看見(jiàn)管內(nèi)水位情況，管體表面設(shè)置長(zhǎng)度標(biāo)尺(單位cm)，用于計(jì)算地下水位數(shù)值，上沿高度超過(guò)生長(zhǎng)箱上沿，水位觀(guān)察管上口部位安裝浮力閥開(kāi)關(guān)支架(輥軸)，浮力閥浮漂通過(guò)線(xiàn)繩懸垂于水位觀(guān)察管內(nèi)，為浮力閥開(kāi)關(guān)提供開(kāi)關(guān)信號(hào)。
供水系統(tǒng)主要由供水管、閥門(mén)、水箱及支架組成。如圖，在供水管上安裝浮力閥開(kāi)關(guān)，通過(guò)水位觀(guān)察管內(nèi)的水位懸垂線(xiàn)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。水箱安裝位置高于供水管上沿50-100cm，保證有效的水分供給。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
1.通過(guò)本發(fā)明可以在一定(20-300cm)深度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性調(diào)節(jié)生長(zhǎng)箱內(nèi)的地下水位深度值，模擬地下水位的精確升降變化過(guò)程。
附圖說(shuō)明
圖1為可調(diào)節(jié)地下水位深度的植物生長(zhǎng)箱示意圖(縱剖面)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，首先在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)建設(shè)地下觀(guān)察室，根據(jù)生長(zhǎng)箱規(guī)格，建立深度300cm，寬為130cm，長(zhǎng)度為220cm的地下觀(guān)察室，將生長(zhǎng)箱安裝于觀(guān)察室一側(cè)，供水管9和水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管7側(cè)面面向供水箱方向。待完成生長(zhǎng)箱植物栽植、供水管9和水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管7安裝等完成后，開(kāi)啟供水管閥門(mén)8，調(diào)節(jié)水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管7內(nèi)的浮力閥垂線(xiàn)長(zhǎng)度，設(shè)置地下水位深度。(1)當(dāng)需要長(zhǎng)期維持一定地下水位要求時(shí)，生長(zhǎng)箱2內(nèi)水分因植物1消耗和土壤蒸發(fā)過(guò)程損耗時(shí)，地下水位相應(yīng)下降，引發(fā)水位觀(guān)察調(diào)節(jié)管7內(nèi)浮力閥下降，開(kāi)啟供水開(kāi)關(guān)，向生長(zhǎng)箱內(nèi)供水，當(dāng)生長(zhǎng)箱內(nèi)水位提升后，浮力閥上浮，關(guān)閉供水。由此可以維持實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)期保持在一定的地下水位狀態(tài)。(2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求地下水位線(xiàn)性變化時(shí)，通過(guò)水位觀(guān)察管內(nèi)安裝的浮力閥垂線(xiàn)長(zhǎng)度的調(diào)整以及釋水閥門(mén)的開(kāi)啟/關(guān)閉，設(shè)置地下水位升/降的變化數(shù)值，并人為設(shè)定持續(xù)時(shí)間，獲得地下水位的線(xiàn)性變化過(guò)程。(3)如試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生降雨過(guò)程，引起生長(zhǎng)箱內(nèi)水位迅速增高時(shí)，可以通過(guò)開(kāi)啟釋水閥門(mén)10的方法降低地下水位(在關(guān)閉供水閥門(mén)前提下)。