[发明专利]沙地疏林草地生态系统水分环境变化的模拟方法及设施

说明书

技术领域

本发明涉及生态系统主要生态过程与其主要限制因子变化的关系的研究方法及模拟设施，具体地说是一种沙地疏林草地生态系统水分环境变化的模拟方法及设施。

背景技术

近年来全球变化已经引起各界学者的广泛重视，水分环境作为全球变化的主要组成部分，是沙地疏林草地生态系统过程最重要的限制因子，因此沙地疏林草地生态系统对全球变化引起的水热耦合格局变化具有最灵敏的响应，所以通过模拟沙地水分环境的变化，研究沙地疏林草地的净初级生产力、土壤CO2通量、植被及物种组成变化，以及土壤养分循环过程等主要生态过程的响应，能为预测沙地疏林草地生态系统变化趋势提供科学参考，进一步为在全球变化背景下沙地疏林草地生态系统的经营管理提出合理的应对策略，对实现沙地疏林草地生态系统的可持续发展具有重要意义。

目前水分环境变化的模拟方法主要有盆栽模拟和水泥池模拟。盆栽模拟水分环境的变化适用于研究不同物种在不同水分环境下的生理与形态变化，该法操作简单，费用低廉，在对比研究时又具有一定的准确性，因此应用十分广泛，但盆栽的盆子容量有限，因此不能重现被研究物种的原始状态，所以只能用于幼苗或者小体积物种的比较研究。水泥池模拟方法与盆栽模拟法相比增大了研究面积，目前有的水泥池尺寸达到了1.5m×2m，但依然跟野外原位生态系统有很大差别，不能代表原生的沙地疏林草地生态系统的水分变化特征。而且盆栽和水泥池模拟水分环境变化的研究多是采用地下水作为水源，地下水的养分及矿质含量等水质特征与天然降水是有差异的，这也导致这些方法的水分环境变化模拟不能真正代表天然降水特征。目前有研究者用小面积遮雨棚在野外对草地生态系统进行过干旱化模拟的研究，也出现过人工浇水或用小型模拟降雨装置在野外进行的湿润化模拟试验，但这些模拟水分变化的研究都是单向的，而生态系统水分环境的变化恰恰包括干旱化与湿润化两个方面，因此国内外对生态系统水分环境的变化模拟方法都是不完善的。目前尚未发现能将模拟干旱化与湿润化在野外原位样地进行有机结合的方法的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种接近天然状态的，能代表天然沙地疏林草地生态系统生态特征的，适用于野外原位模拟的沙地疏林草地生态系统水分环境变化的模拟方法及设施。

本发明技术方案如下：沙地疏林草地生态系统水分环境变化的模拟方法：以野外自然环境原位样地为研究对象，在天然降雨过程中，采用屏蔽模拟干旱化样地的自然降雨进行干旱化模拟，同时收集被屏蔽的天然降雨加以蓄积，将蓄积的天然降雨作为模拟湿润化样地的水源，在湿润化样地模拟天然降雨过程进行湿润化模拟，使干旱化与湿润化的模拟过程有机地结合在一起，从而达到模拟沙地疏林草地生态系统干旱化与湿润化两种水分环境变化的目的；

另外，对模拟干旱化样地及模拟湿润化样地可进行土壤水分防侧渗处理；模拟天然降雨时雨强的控制通过选择水泵的规格进行。

沙地疏林草地生态系统水分环境变化的模拟设施包括干旱化模拟装置和湿润化模拟装置，干旱化模拟装置通过蓄水装置与湿润化模拟装置相连，其中：所述干旱化模拟装置由遮雨装置、导水装置、蓄水装置和防侧渗装置组成，遮雨装置与导水装置管路相连，导水装置输出至蓄水装置；防侧渗装置位于遮雨装置下部内侧安装；所述湿润化模拟装置由供水装置、输水装置、降雨发生装置、降雨量监测装置和防侧渗装置组成，其供水装置输入接收蓄水装置水源，输出端经输水装置和降雨量监测装置至降雨发生装置，防侧渗装置位于降雨发生装置下部内侧安装。

所述干旱化模拟装置包括遮雨装置、导水装置、蓄水装置和防侧渗装置，所述遮雨装置为由具有弧状顶部的第一支架支撑遮雨棚结构，安装在研究样地四周；所述导水装置由横截面上开口结构的导水主管和导水支管构成，导水主管平行安放在遮雨棚上，导水支管一端分别与导水主管相连，另一端连接蓄水装置；所述蓄水装置上端开口与导水支管相连，下端开口与湿润化模拟装置中的供水装置相连；所述防侧渗装置为防渗屏障结构，围绕研究样地四周垂直设置于地下；防侧渗装置位于遮雨装置中第一支架下部内侧安装。