本發(fā)明涉及林草植被恢復(fù)和重建，特別是涉及一種測量地表小生境凝結(jié)水的便攜裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、水對維持植物健康生長起到至關(guān)重要的作用。水資源的植被承載力決定了植物群落的密度、結(jié)構(gòu)和空間分布格局，是區(qū)域范圍內(nèi)林草植被科學(xué)調(diào)控的關(guān)鍵因素，因此國土綠化要充分考慮水資源的時空分布和承載能力。

2、目前，確定水資源植被承載力時，通常是將降雨量、土壤入滲比例、樹干液流速率、蒸發(fā)散等指標(biāo)納入模型計算，而作為重要輸入水資源和濕度來源的凝結(jié)水往往被忽略。相較于降雨，地面蒸發(fā)凝結(jié)水和植被蒸騰凝結(jié)水的凝結(jié)量相對較小，但凝結(jié)水對植物的生長、發(fā)育起到重要作用，尤其是在干旱、半干旱地區(qū)，凝結(jié)水是重要的水資源和濕度來源，對改善土壤水分平衡、調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境具有重要意義。因此，通過測量和分析森林或草原等生態(tài)系統(tǒng)地表小生境凝結(jié)水，并將其納入水資源植被承載力模型，對維持區(qū)域水資源平衡，促進(jìn)林水關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展，科學(xué)恢復(fù)林草植被具有重要的參考和指導(dǎo)作用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種測量地表小生境凝結(jié)水的便攜裝置和方法，可實現(xiàn)對森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)地表小生境凝結(jié)水的測定，解決目前區(qū)域水資源植被承載力模型中缺少凝結(jié)水量指標(biāo)的問題，使水資源植被承載力模型更加客觀和準(zhǔn)確反應(yīng)該地區(qū)的水資源植被承載力，有利于更科學(xué)地開展林草植被恢復(fù)和重建工作。本發(fā)明測量地表小生境凝結(jié)水的便攜裝置和方法尤其適合用于干旱或半干旱地區(qū)凝結(jié)水量的測量，具有便攜性。

3、(二)技術(shù)方案

4、第一方面，本發(fā)明提供一種測量地表小生境凝結(jié)水的便攜裝置，其包括凝結(jié)水收集罩、設(shè)于該凝結(jié)水收集罩內(nèi)的刮板組件、動力組件和儲水槽；

5、所述凝結(jié)水收集罩包括圓柱筒及與圓柱筒上端連接的圓錐蓋兩部分組成，圓柱筒底部為開口，上端與圓錐蓋連通，圓錐蓋的中間設(shè)穿孔；

6、所述刮板組件包括轉(zhuǎn)軸和刮板，刮板的外側(cè)邊緣與凝結(jié)水收集罩的圓柱筒及圓錐蓋的內(nèi)表面接觸，刮板內(nèi)側(cè)連接所述轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述圓柱筒內(nèi)部且上端穿過圓錐蓋中間的穿孔并凸伸至圓錐蓋外部；所述轉(zhuǎn)軸的下端連接一個軸座，所述軸座固定在圓柱筒內(nèi)側(cè)的地面上；

7、所述轉(zhuǎn)軸的上端連接動力組件；所述動力組件能借助風(fēng)力/太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而帶動所述轉(zhuǎn)軸及刮板在凝結(jié)水收集罩內(nèi)轉(zhuǎn)動，刮板的外側(cè)邊緣刮取凝結(jié)在凝結(jié)水收集罩內(nèi)表面的水霧以形成水滴，水滴沿凝結(jié)水收集罩內(nèi)壁匯集至圓柱筒內(nèi)側(cè)底部的環(huán)形匯水槽中，通過環(huán)形匯水槽將凝結(jié)水收集至儲水槽，由此實現(xiàn)對待考察的小生境特定時段內(nèi)凝結(jié)水量的測量。

8、優(yōu)選地，所述環(huán)形匯水槽的底面帶有一定坡度，有利于導(dǎo)引凝結(jié)水順利收集至儲水槽中，提高凝結(jié)水量的測量準(zhǔn)確性。

9、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述動力組件為無動力風(fēng)帽，所述轉(zhuǎn)軸上端安裝所述無動力風(fēng)帽；在風(fēng)力作用下無動力風(fēng)帽旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

10、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述動力組件包括立桿、傳動軸、第一傳動輪、無動力風(fēng)帽和第二傳動輪；所述立桿固定于所述凝結(jié)水收集罩外部的地面上，立桿內(nèi)部為空心且設(shè)有軸承座，傳動軸安裝于所述立桿的內(nèi)部軸承座中，傳動軸頂部連接所述無動力風(fēng)帽，在傳動軸上設(shè)有第一傳動輪；在所述刮板組件的轉(zhuǎn)軸的上端設(shè)有第二傳動輪，第一傳動輪和第二傳動輪之間為采用鏈條連接。

11、其中，傳動軸的頂部高度大于凝結(jié)水收集罩和轉(zhuǎn)軸上端的高度。

12、相較于直接將無動力風(fēng)帽設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上端的模式，立桿能夠?qū)o動力風(fēng)帽放置到較高的空間，也能夠?qū)o動力風(fēng)帽放置到風(fēng)力較強(qiáng)的位置，例如不被樹葉或雜草擋住風(fēng)的區(qū)域，由此可提供較強(qiáng)和較為持續(xù)的風(fēng)力，不受凝結(jié)水收集罩和轉(zhuǎn)軸安裝位置和高度的限制。

13、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述動力組件包括立桿、傳動軸、第一傳動輪、光伏組件、電機(jī)和第二傳動輪；所述立桿固定于所述凝結(jié)水收集罩外部的地面上，立桿內(nèi)部為空心且設(shè)有軸承座，傳動軸安裝于所述立桿的內(nèi)部軸承座中，電機(jī)通過電連接連接光伏組件，電機(jī)驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動；在傳動軸上設(shè)有第一傳動輪；在所述刮板組件的轉(zhuǎn)軸的上端設(shè)有第二傳動輪，第一傳動輪和第二傳動輪之間為采用鏈條連接。與無動力風(fēng)帽的方案相比，光伏組件必須通過電機(jī)實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，因此存在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、便攜性較差、電機(jī)容易損壞無法運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。

14、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述凝結(jié)水收集罩采用透明塑料板制成，如pmma(亞克力板)、pc(聚碳酸酯)、pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、as(丙烯腈-苯乙烯共聚物)、pvc(聚氯乙烯)、ps(聚苯乙烯)中的任一種。

15、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述凝結(jié)水收集罩的圓柱筒高度60-100cm，半徑為60-80cm；凝結(jié)水收集罩的總高度為100-140cm；所述凝結(jié)水收集罩的圓柱筒上開設(shè)有至少一個透氣窗。優(yōu)選為2個或4個透氣窗，這些透氣窗為南北對應(yīng)和/或東西對應(yīng)。優(yōu)選地，透氣窗的尺寸為長5cm×寬3cm。

16、透氣窗的設(shè)計有利于凝結(jié)水收集罩內(nèi)部與外界的空氣流通，避免對罩內(nèi)植物的生理和生化作用產(chǎn)生不利影響，但透氣窗的尺寸不宜過大，否則容易導(dǎo)致凝結(jié)水被對流風(fēng)帶走而測量不準(zhǔn)。

17、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述凝結(jié)水收集罩的圓柱筒的底部徑向向外延伸出至少一個固定耳，通過卡釘和固定耳將所述凝結(jié)水收集罩固定在地面上。所述固定耳的數(shù)量為4個或6個，在圓柱筒的外壁圓周上均勻分布。

18、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述刮板的外側(cè)設(shè)有溝槽，所述溝槽沿著刮板的外側(cè)邊緣連續(xù)延伸，上端與圓錐蓋的內(nèi)壁頂部對齊，下端與圓柱筒內(nèi)側(cè)底部的環(huán)形匯水槽相對；溝槽的開口方向朝向凝結(jié)水收集罩的內(nèi)壁。

19、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述儲水槽采用透明材質(zhì)制成，且設(shè)有儲水刻度，儲水槽上部設(shè)有排氣孔，儲水槽通過管道與圓柱筒內(nèi)側(cè)底部的環(huán)形匯水槽連通，儲水槽相對所述圓柱筒內(nèi)側(cè)底部的環(huán)形匯水槽放置在低位。儲水槽優(yōu)選采用透明的塑料，如pvc，pmma或pc等材質(zhì)制成。

20、根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，所述軸座的下端設(shè)為能夠插入土壤中的不銹鋼長針；所述立桿的下端設(shè)為能夠插入土壤中的不銹鋼長針。為了使轉(zhuǎn)軸和刮板能夠相對平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動，所述軸座位于地面的高度達(dá)圓柱筒高度的1/2以上，且轉(zhuǎn)軸下端至少1/3的長度是組裝在所述軸座內(nèi)部的。

21、本發(fā)明提供一種測量地表小生境凝結(jié)水的方法，其采用上述任一實施例的便攜裝置進(jìn)行測量；在測量山地時，地表凝結(jié)水的測定面積依據(jù)以下公式進(jìn)行換算：

22、a＝bbxcosr

23、a為換算后的地表凝結(jié)水的測定面積(㎡)；b為凝結(jié)水收集罩實際覆蓋的面積(㎡)，r為坡度，單位為°；

24、在進(jìn)行區(qū)域地表凝結(jié)水量測算時，

25、區(qū)域地表凝結(jié)水量＝生境測量面積的凝結(jié)水量×該類型生境面積。

26、(三)有益效果

27、本發(fā)明提供的一種測量地表小生境凝結(jié)水的便攜裝置和方法，可實現(xiàn)對森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)地表小生境凝結(jié)水的測定，解決目前區(qū)域水資源植被承載力模型中缺少凝結(jié)水量指標(biāo)的問題，使水資源植被承載力模型更加客觀和準(zhǔn)確反應(yīng)該地區(qū)的水資源植被承載力，有利于更科學(xué)地開展林草植被恢復(fù)和重建工作。

28、所述裝置使用天然動力如風(fēng)力或太陽能等(優(yōu)選是風(fēng)力)來帶動刮板進(jìn)行凝結(jié)水的收集，不受動力電源的影響，野外作業(yè)應(yīng)用更加靈活，結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，野外工作便于攜帶。

29、所述裝置的凝結(jié)水收集罩底部所封閉的面積為凝結(jié)水采集面積，凝結(jié)水收集罩頂部采用圓錐蓋，在刮板進(jìn)行刮取收集水霧時能夠使凝結(jié)在凝結(jié)在頂部的水霧沿著刮板和圓錐蓋的內(nèi)壁流動到圓柱筒內(nèi)壁，沿圓柱筒內(nèi)壁滴落到凝結(jié)水收集罩底部的環(huán)形匯水槽中，而環(huán)形匯水槽的底面具有坡度，使匯集的凝結(jié)水最終進(jìn)入到儲水槽內(nèi)，以便進(jìn)行測量。若圓錐蓋換成平直的頂面，則刮板刮取水霧過程中會導(dǎo)致水滴直接落入到凝結(jié)水收集罩內(nèi)側(cè)的土壤或植被中，影響測量結(jié)果。

30、優(yōu)選地，在刮板的外側(cè)設(shè)有溝槽，溝槽沿著刮板的外側(cè)邊緣連續(xù)延伸，上端與圓錐蓋的內(nèi)壁頂部對齊，下端與圓柱筒內(nèi)側(cè)底部的環(huán)形匯水槽相對；溝槽的開口方向朝向凝結(jié)水收集罩的內(nèi)壁。通過這種結(jié)構(gòu)可以將凝結(jié)在凝結(jié)水收集罩的圓柱筒內(nèi)壁和圓錐蓋內(nèi)壁的水霧進(jìn)行收集匯流，減少凝結(jié)水落入到環(huán)形匯水槽的外部的幾率。