CN110031918A - 一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，属于森林水文试验技术领域，包括根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；在不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；所述每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶中的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。采用本发明的方法能够分层测定乔木植被不同冠层位置的穿透雨量，精确量化乔木植被不同冠层结构对穿透雨量的影响。
Description
技术领域
本发明属于森林水文试验技术领域，尤其涉及一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法。
背景技术
植被冠层是森林生态***调节大气降水再分配和水分在林内分布特征的第一个作用层，其对降雨的截留与分配过程影响着土壤水分的收支、地表径流的形成及河川径流的调节等诸多水文过程；穿透雨的空间分布决定了土壤水分的空间分布，进而影响水分入渗、地表径流、植被的根系分布及土壤侵蚀等众多水文过程。
现有技术中，对穿透雨的测定方法为：(1)在林分林冠下和林冠空隙布设雨量筒；(2)采用不同的穿透雨收集器在地面上方林冠层下方收集穿透雨。然而，相关研究表明植被不同冠层结构导致林下穿透雨出现较大差异(佘冬立等,黄土坡面不同植被冠层降雨截留模型模拟效果及适用性评价.《农业工程学报》2012.28(16):115-12)。对穿透雨的测定在林分林冠下和林冠空隙布设雨量筒或雨量槽进行穿透雨的观测(成向荣等,黄土高原农牧交错带人工乔灌木林冠截留.《生态学杂志》2009,28(7):1213-1217；尹准生等,黄土高原半干旱区油松人工林冠层截留降雨模拟与分析.《中国水土保持科学》2015,13(3):45-50)。而现有技术难以测定不同冠层位置穿透雨的大小，不能够具体量化植被冠层结构特征对穿透雨的影响程度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，采用本发明的方法能够分层测定乔木植被不同冠层位置的穿透雨量，精确量化乔木植被不同冠层结构对穿透雨量的影响。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，包括以下步骤：
1)根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；所述n≥2；
2)在步骤1)的不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；
所述3≤N≤12；
每两个方向的夹角为360°除以N；
每个方向上的雨量筒的数量x＝r/d，其中r为该方向测量的冠幅半径，d为雨量筒的直径，若r/d所得的余数＞0.5，x＝x+1，否则x＝x；
3)所述每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶中的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。
优选的，所述雨量筒的放置框架包括：以镀锌圆形钢作为立柱支撑，以方钢为水平横梁，在水平横梁上向同一水平面的N个方向设置延伸支架。
优选的，所述立柱的直径为5～20cm。
优选的，所述水平横梁的宽度为2～6cm。
优选的，所述水平横梁高度为2～4cm。
优选的，所述延伸支架的材质、宽度、高度与水平横梁的材质、宽度、高度相同。
优选的，所述连接管为PVC管。
优选的，所述步骤1)冠层厚度的测定方法包括：用尺子垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，测定3次的平均值为冠层厚度。
本发明提供了一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，包括以下步骤：1)根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；所述n≥2；2)在步骤1)的不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；所述3≤N≤12；每两个方向的夹角为360°除以N；每个方向上的雨量筒的数量x＝r/d，其中r为该方向测量的冠幅半径，d为雨量筒的直径，若r/d所得的余数＞0.5，x＝x+1，否则x＝x；3)所述每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶中的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。本发明通过在不同冠层位置放置雨量筒和放置方式，能够分层测定乔木植被不同冠层位置的穿透雨量，精确量化乔木植被不同冠层结构对穿透雨量的影响。
附图说明
图1为本发明中测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨的试验装置的结构示意图，其中1-立柱、2-横梁、3-雨量筒、4-雨量筒的延伸支架、5-雨量筒放置架、6-连接管、7-集雨瓶、8-基座、9-乔木植被；
图2为本发明中乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的测试实验流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，包括以下步骤：1)根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；所述n≥2；2)在步骤1)的不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；所述3≤N≤12；每两个方向的夹角为360°除以N；每个方向上的雨量筒的数量x＝r/d，其中r为该方向测量的冠幅半径，d为雨量筒的直径，若r/d所得的余数＞0.5，x＝x+1，否则x＝x；3)所述每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。
本发明根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；所述n≥2。
在本发明中，所述冠层厚度的测定方法优选包括：用尺子垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，测定3次的平均值为冠层厚度。本发明优选从乔木植被的冠层顶端到冠层最低端依次划分为第1层、第2层、……、第n层。
本发明在不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；所述3≤N≤12；每两个方向的夹角为360°除以N；每个方向上的雨量筒的数量x＝r/d，其中r为该方向测量的冠幅半径，d为雨量筒的直径，若r/d所得的余数＞0.5，x＝x+1，否则x＝x。
在本发明中，所述雨量筒的放置框架优选包括：以镀锌圆形钢作为立柱支撑，以方钢为水平横梁，在水平横梁上向同一水平面的N个方向设置延伸支架。
本发明对所述雨量筒的材质和尺寸大小没有特殊限定，采用常规即可。在本发明中，所述雨量筒的直径优选为20cm，所述雨量筒的高优选为20cm。在本发明中，所述雨量筒的下方设置出水口，出水口的圆径分别优选为3cm和2.5cm，出水口与连接管的一端连接。在本发明中，所述雨量筒优选为铁皮桶，所述雨量筒放置于雨量筒的延伸支架上焊接的雨量筒放置架上。
在本发明中，所述立柱的直径优选为5～20cm，更优选为8～15cm，最优选为10～12cm。在本发明中，所述立柱的数量优选为两根，两根立柱以乔木植被的树干为中心对称设置，所述两根立柱的高度高于或平齐于乔木植被的树梢顶端。在本发明中，所述立柱的底部通过混凝土固定于地面下。
在本发明中，所述水平横梁的宽度优选为2～6cm，所述水平横梁的高度优选为2～4cm。在本发明中，所述横梁在乔木植被的冠层内竖向均布。在本发明中，所述横梁的一端与立柱连接，另外一端与另外一个立柱连接。在本发明中，所述横梁的数量与划分的冠层数相同。
本发明优选在水平横梁上向同一水平面的N个方向设置延伸支架，所述延伸支架的材质、宽度、高度与水平横梁的材质、宽度、高度相同。本发明在延伸支架上放置雨量筒。在本发明中，所述每根横梁上的多根雨量筒的延伸支架的一端在所述横梁的中部汇聚，另一端则向不同方向延伸，且多根雨量筒的延伸支架以汇聚点为中心周向均布。
在本发明中，所述横梁与延伸支架优选通过焊接进行固定。
在本发明中，所述雨量筒的延伸支架在横梁上的汇聚处设置有一个雨量筒，其它雨量筒在每根雨量筒的延伸支架上由外到内均匀分布。
本发明在每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶中的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。
在本发明中，所述连接管优选为PVC管，本发明对PVC管的材质和直径尺寸等没有特殊限定，与所述雨量筒的出水口的直径匹配即可。
本发明对所述集雨瓶的材质和规格没有特殊限定，采用常规即可。在本发明中，所述集雨瓶的材质优选为透明塑料，本发明通过在集雨瓶的底部设置基座进行固定。在本发明中，所述连接管的一端通过雨量筒的出水口连通雨量筒，另一端伸入集雨瓶内与集雨瓶连通，实现收集雨量的目的。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在林地任意选取1株刺槐乔木为试验株。
测定试验株S-1的基本特征：a.植株高度：采用植株高度测定尺测定试验株的植株高度，测定植株高度为11.9m；b.胸径：植株胸径尺在距离地面1.3m的位置测定树干胸径，测定树干胸径为15.3cm；c.冠层厚度：用钢尺垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，每一棵树测定3次，然后求平均值，冠层厚度H为5.7m；d.冠幅大小：根据树冠形状，在地面的水平投影上取一点，经树干横截面圆心投影取与之相对的另一点，测两点间的距离D，重复进行3次，分别测得D1(4.6m)、D2(5.0m)、D3(5.2m)，根据D＝(D1+D2+D3)/3计算得到冠幅大小为4.93m。
植株冠层层次的划分：根据测定的冠幅厚度，均匀的将冠层划分为3个层次，从上到下依次为第1层、第2层、第3层。
采用镀锌圆型钢作为框架立柱，立柱高度根据树高确定，与树梢顶端齐平或略高于树梢顶端，圆型钢直径为15cm，地下部分用混凝土固定，埋深根据立柱高度确定；根据划分的冠层层次及高度，在立柱不同高度固定水平横梁，水平横梁长度根据树冠冠幅大小确定，宽度为6cm，高度为4cm；以植株树干为中心，在水平横梁上向3个方向沿伸雨量筒支撑架5，支撑架的沿伸长度根据不同方向的冠幅大小确定，其沿伸长度为冠幅大小除以2，等于2.46m，材料与水平横梁材料相同；雨量筒放置方式为以树干为中心放置1个雨量筒，其余分别向3个方向(各沿伸方向的夹角为360°/3，即120°)从外到内均匀放置雨量筒，雨量筒每个方向放置数量根据该方向冠幅半径和雨量筒直径确定，如雨量筒直径为d＝0.2m，该方向冠幅半径为r＝2.46m，则该方向放置雨量筒数量x＝r/d＝2.46/0.2＝12.3，取x＝12，故每个方向放置12个雨量筒；雨量筒为自制铁皮雨量筒，规格为高20cm，直径20cm，下方设置出水口，出水口的圆径分别为3cm、2.5cm；出水口连接PVC管6，PVC管直径为2.5cm；PVC管下方连接到地面集雨瓶，集雨瓶为透明塑料瓶，用量筒测定每个集雨瓶所收集到的雨量既为一场降雨过程中该位置的穿透雨量。
根据试验数据分析(见表1)，第一层穿透雨量占总降雨量的95％，第二层穿透雨量占总雨量百分比为85％，而第三层的穿透雨量占总降雨量的75％。
表1植株-1穿透降雨占比
实施例2
在林地任意选取1株刺槐乔木为试验株。
测定试验株S-2的基本特征：a.植株高度：采用植株高度测定尺测定试验株的植株高度，测定植株高度为10.5m；b.胸径：采用胸径尺在植株距离地面1.3m的位置测定树干胸径，测定树干胸径为12.0cm；c.冠层厚度：用钢尺垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，每一棵树测定3次，然后求平均值，冠层厚度H为4.5m；d.冠幅大小：根据树冠形状，在地面的水平投影上取一点，经树干横截面圆心投影取与之相对的另一点，测两点间的距离D，重复进行3次，分别测得D1(4.0m)、D2(3.8m)、D3(3.7m)，根据D＝(D1+D2+D3)/3计算得到冠幅大小为3.83m。
植株冠层层次的划分：根据测定的冠层厚度，将冠层等间距划分为3个层次，间距为h＝H/3＝4.5/3＝1.5m,从上到下依次为第1层、第2层、第3层。
采用镀锌圆型钢作为框架立柱，立柱高度根据树高确定，与树梢顶端齐平或略高于树梢顶端，圆型钢直径为15cm，地下部分用混凝土固定，埋深根据立柱高度确定；根据划分的冠层层次及高度，在立柱不同高度固定水平横梁，水平横梁长度根据树冠冠幅大小确定，宽度为6cm，高度为4cm；以植株树干为中心，在水平横梁上向3个方向沿伸雨量筒支撑架5，支撑架的沿伸长度根据不同方向的冠幅大小确定，其沿伸长度为冠幅大小除以2，等于1.91m，材料与水平横梁材料相同；雨量筒放置方式为以树干为中心放置1个雨量筒，其余分别向3个方向(沿伸方向的夹角为360°/3，即120°)从外到内均匀放置雨量筒，雨量筒每个方向放置数量根据该方向冠幅半径和雨量筒直径确定，如雨量筒直径为d＝0.2m，该方向冠幅半径为r＝1.91m，则该方向放置雨量筒数量x＝r/d＝1.91/0.2＝9.55，取x＝10，故在每个方向放置10个雨量筒；雨量筒为自制铁皮雨量筒，规格为高20cm，直径20cm，下方设置出水口，出水口的圆径分别为3cm、2.5cm；出水口连接PVC管6，PVC管直径为2.5cm；PVC管下方连接到地面集雨瓶，集雨瓶为透明塑料瓶，用量筒测定每个集雨瓶所收集到的雨量既为一场降雨过程中该位置的穿透雨量。
根据试验数据分析(见表2)，第一层穿透雨量占总降雨量的81％，第二层穿透雨量占总雨量百分比为78％，而第三层的穿透雨量占总降雨量的72％。
表2植株-2穿透雨占比
实施例3
在林地任意选取1株刺槐乔木为试验株。
测定试验株S-3的基本特征：a.植株高度：采用植株高度测定尺测定试验株的植株高度，测定植株高度为9.6m；b.胸径：采用胸径尺在植株距离地面1.3m的位置测定树干胸径，测定树干胸径为10.2cm；c.冠层厚度：用钢尺垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，每一棵树测定3次，然后求平均值，冠层厚度H为4.2m；d.冠幅大小：根据树冠形状，在地面的水平投影上取一点，经树干横截面圆心投影取与之相对的另一点，测两点间的距离D，重复进行3次，分别测得D1(3.4m)、D2(3.3m)、D3(3.6m)，根据D＝(D1+D2+D3)/3计算得到冠幅大小为3.43m。
植株冠层层次的划分：根据测定的冠层厚度，将冠层等间距划分为3个层次，间距为h＝H/3＝4.2/3＝1.4m,从上到下依次为第1层、第2层、第3层。
采用镀锌圆型钢作为框架立柱，立柱高度根据树高确定，与树梢顶端齐平或略高于树梢顶端，圆型钢直径为15cm，地下部分用混凝土固定，埋深根据立柱高度确定；根据划分的冠层层次及高度，在立柱不同高度固定水平横梁，水平横梁长度根据树冠冠幅大小确定，宽度为6cm，高度为4cm；以植株树干为中心，在水平横梁上向3个方向沿伸雨量筒支撑架5，支撑架的沿伸长度根据不同方向的冠幅大小确定，其沿伸长度为冠幅大小除以2，等于1.72m，材料与水平横梁材料相同；雨量筒放置方式为以树干为中心放置1个雨量筒，其余分别向3个方向(各沿伸方向的夹角为360°/3，即120°)从外到内均匀放置雨量筒，雨量筒每个方向放置数量根据该方向冠幅半径和雨量筒直径确定，如雨量筒直径为d＝0.2m，该方向冠幅半径为r＝1.72m，则该方向放置雨量筒数量x＝r/d＝1.72/0.2＝8.6，取x＝9，故在每个方向放置9个雨量筒；雨量筒为自制铁皮雨量筒，规格为高20cm，直径20cm，下方设置出水口，出水口的圆径分别为3cm、2.5cm；出水口连接PVC管6，PVC管直径为2.5cm；PVC管下方连接到地面集雨瓶，集雨瓶为透明塑料瓶，用量筒测定每个集雨瓶所收集到的雨量既为一场降雨过程中该位置的穿透雨量。
根据试验数据分析(见表3)，第一层穿透雨量占总降雨量的94％，第二层穿透雨量占总雨量百分比为92％，而第三层的穿透雨量占总降雨量的85％。
表3植株-3穿透雨占比
现有技术中对穿透雨的测定在林分林冠下和林冠空隙布设雨量筒或雨量槽进行穿透雨的观测，本发明在植被不同冠层位置放置雨量筒，准确测定不同冠层结构的穿透雨量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种测定乔木植被不同冠层位置穿透降雨量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据乔木植被的冠层厚度，将乔木植被的冠层等间距划分为n个层次；所述n≥2；
2)在步骤1)的不同层次放置雨量筒，所述雨量筒的放置方式包括：以乔木植被的树干为中心放置1个雨量筒，再分别向同一水平面的N个方向从外到内等间距放置雨量筒；
所述3≤N≤12；
每两个方向的夹角为360°除以N；
每个方向上的雨量筒的数量x＝r/d，其中r为该方向测量的冠幅半径，d为雨量筒的直径，若r/d所得的余数＞0.5，x＝x+1，否则x＝x；
3)所述每个雨量筒的下方通过连接管连接到地面集雨瓶，收集同一层次的雨量筒对应的地面集雨瓶中的雨量，得到的雨量为该冠层该位置的穿透降雨量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雨量筒的放置框架包括：以镀锌圆形钢作为立柱支撑，以方钢为水平横梁，在水平横梁上向同一水平面的N个方向设置延伸支架。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述立柱的直径为5～20cm。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平横梁的宽度为2～6cm。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述水平横梁高度为2～4cm。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述延伸支架的材质、宽度、高度与水平横梁的材质、宽度、高度相同。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接管为PVC管。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)冠层厚度的测定方法包括：用尺子垂直树冠，从树冠外部插进树冠内部至无叶区边缘，测定3次的平均值为冠层厚度。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110986891A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 西北农林科技大学 | 一种利用无人机准确快速测量树木冠幅的*** |
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2019
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