專利名稱：一種無外加動力原位自動控制沼澤濕地水位的裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于沼澤濕地溫室氣體研究領域，特別涉及一種用于無外加動力模擬研究原位條件下沼澤濕地溫室氣體在不同水位梯度上的釋放速率的裝置。
背景技術：
沼澤濕地由于其獨特的水文條件、巨大的生產力和有機質儲量，使其成為一種重要的陸地生態系統類型。沼澤濕地溫室氣體釋放被認為是影響全球變化的一類重要因素， 而被環境和生態學界廣泛關注。水位條件是影響沼澤濕地溫室氣體釋放的重要因素。水位變化通過改變濕地土壤的氣體通透性，進而對土壤剖面氧化還原電位分布具有決定性的影響，并最終影響著濕地土壤微生物活性，從而改變濕地土壤有機質的好氧/厭氧分解速率和作為有機質分解產物的溫室氣體的釋放速率。模擬水位變化是濕地溫室氣體釋放研究中的一種重要手段。以往模擬水位變化對濕地土壤溫室氣體釋放影響的研究普遍采用室內土柱培養和原位模擬的方法。室內培養方法，操作方便，易于控制培養系統的反應條件，但存在室內培養條件與野外真實環境條件差距較大的局限性。原位模擬方法，由于其培養系統的環境條件與野外真實環境條件近似，此類方法已受到越來越多研究者的重視。目前已報道的原位模擬方法分為兩類，一類是在較大地域范圍內選擇不同的自然水位梯度布設實驗裝置。此類方法雖然對自然環境的擾動相對較小，但其最大的不足在于，自然水位梯度下沼澤濕地植被和土壤基質條件往往有很大的變化，因此，此類方法無法剔除其他因素對水位變化的協同影響。另一類是在較小范圍內選擇同一水位帶進行人為控制水位。此類方法剔除了植被和土壤基質等其他因素的影響， 但在實驗控制上均采用了外加動力系統，要求配置電機、泵等驅動設備，不僅裝置復雜，而且需要配備專門管理人員，大大增加了研究投入的人力、物力和費用。因此，結構簡單、易于操作、費用低廉、無外加動力的易于實現的原位自動控制沼澤濕地水位的裝置對于濕地溫室氣體研究工作具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種無外加動力原位自動控制沼澤濕地水位的裝置，在本裝置將水位控制系統下端插入黏土層，利用沼澤濕地黏土層的不易透水性能，可實現水位控制系統系統中的水位維持在預期設定的恒定水平，從而達到沼澤濕地原位自動控制的目的。一種無外加動力原位自動控制沼澤濕地水位的裝置，該裝置包括低水位控制管、 余水收集箱、高水位控制管、供水瓶、供水箱、導管、控水閥、濾網和支架；低水位控制管兩端開口，低水位控制管下端插入沼澤濕地的黏土層，低水位控制管的上端露出沼澤濕地地表淹水層，低水位控制管管壁一側預期低水位所在位置處開一小孔，導管的一端穿過該小孔伸入到低水位控制管內，導管伸入低水位控制管管壁的一端裝有濾網，導管上安裝有控水閥，導管的另一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內；余水收集箱為密封箱，余水收集箱頂部位置低于低水位控制管中的預期低水位；余水收集箱裝有導氣管和抽水管；導氣管一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，另一端出露于地表淹水層；抽水管一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，抽水管伸入導余水收集箱內的一端位于余水收集箱底部，另一端出露于地表淹水層；高水位控制管兩端開口，高水位控制管下端插入沼澤濕地的黏土層，高水位控制管的上端露出沼澤濕地地表淹水層，高水位控制管管壁一側預期高水位所在位置處開一小孔，高水位控制管管壁另一側預期低水位所在位置處也開一小孔，有兩跟導管的一端分別穿過高水位控制管管壁上的兩個小孔伸入到高水位控制管內， 且這兩跟導管伸入高水位控制管管壁的一端裝有濾網，兩跟導管上安裝有控水閥，其中，插入高水位控制管管壁預期高水位小孔的導管另一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，插入高水位控制管管壁預期低水位小孔的導管另一端穿過供水瓶一側的底部橡膠塞伸入到供水瓶內；供水瓶位于支架上，供水瓶底部橡膠塞高于預期高水位；供水瓶瓶口裝有瓶口橡膠塞，導管的一端穿過瓶口橡膠塞伸入到供水瓶內，導管伸入供水瓶內的一端位于供水瓶底部，導管上裝有控水閥，導管的另一端穿過供水箱一側底部伸入到供水箱內；供水箱位于支架上，供水箱底部高于供水瓶底部橡膠塞，供水箱的頂部開有注水口。本發明裝置利用沼澤濕地黏土層的不易透水性能，通過供水箱的持續供水和余水收集箱的余水收集，實現高水位和低水位控制管中的水位維持在預期設定水平，從而達到無外力條件下沼澤濕地水位原位自動控制的目的。該裝置可在野外小地域范圍內模擬濕地水位變化，能夠剔除其他因素的影響，模擬環境接近于野外真實環境，同時大大節省了人力、物力和研究費用，且結構簡單、易于操作、費用低廉。
圖1為本發明的結構示意圖。附圖中部件編號為1為低水位控制管，2為預期低水位，3、12和14為濾網，4、9、 15和19為導管，5、10、16和21為控水閥，6為導氣管，7為抽水管，8為余水收集箱，11為高水位控制管，13為預期高水位，17為底部橡膠塞，18為供水瓶，20為瓶口橡膠塞，22和25為支架，23為供水箱，24為注水口，26為地表淹水層，27為泥炭層，28為黏土層。
具體實施例方式本發明具體實施時，事先在沼澤濕地野外試驗現場選擇處于同一淹水層的同一類植被區，用不銹鋼刀切出與低水位控制管1和高水位控制管11內徑相同的切痕，切痕穿透泥炭層27，并深入黏土層觀。將低水位控制管1和高水位控制管11沿切痕插入土壤，直至其下端深入黏土層觀以下20cm。低水位控制管1和高水位控制管11上端出露于地表淹水層26。根據所要實現的預期低水位2，在低水位控制管1壁一側預期低水位2所在位置處開一小孔，將導管4 一端穿過該小孔伸入到低水位控制管1內，導管4位于低水位控制管 1的一端裝有濾網3，導管4上裝有控水閥。導管4的另一端穿過余水收集箱8的頂部伸入到余水收集箱8內。為了最大限度地收集到來自低水位控制管1的余水，導管4位于余水收集箱8內的長度為2cm即可。為了使低水位控制管1內的余水能夠在重力作用下自動流入余水收集箱8，將余水收集箱8下部插入黏土層觀內，上部位于泥炭層27內，保持余水收集箱8的位置低于預期低水位2。為了使余水收集箱8內外氣壓一致，保持余水收集通暢，在余水收集箱8頂部安裝導氣管6。導氣管6 —端穿過余水收集箱8頂部伸入到余水收集箱8內，導氣管6位于余水收集箱8內的長度為2cm即可，另一端出露于地表淹水層26。為了定期抽出余水收集箱8內的積水，以防止余水收集箱8內的積水抽出其容積，導致余水回流，在余水收集箱8頂部安裝抽水管7。抽水管7 —端穿過余水收集箱8頂部伸入到余水收集箱8內，抽水管7伸入導余水收集箱8內的一端位于余水收集箱8底部，另一端出露于地表淹水層26。高水位控制管11管壁一側預期高水位13所在位置處開一小孔，將導管9的一端穿過該小孔伸入到高水位控制管11內，導管9伸入高水位控制管11管壁的一端裝有濾網12，導管9上安裝有控水閥10，導管9的另一端穿過余水收集箱8頂部伸入到余水收集箱8內。高水位控制管11管壁另一側預期低水位所在位置處開一小孔，導管15的一端穿過該小孔伸入到高水位控制管11內，導管15伸入高水位控制管11管壁的一端裝有濾網 14，導管15上安裝有控水閥16，導管15的另一端穿過供水瓶18 —側的底部橡膠塞17伸入到供水瓶18內。供水瓶18放在支架22上，為了保障通暢供水，供水瓶18底部橡膠塞17 應高于預期高水位13。供水瓶18瓶口裝有瓶口橡膠塞20，導管19的一端穿過瓶口橡膠塞 20伸入到供水瓶18內，導管19伸入供水瓶18內的一端位于供水瓶18底部，導管19上裝有控水閥21，導管19的另一端穿過供水箱23 —側底部伸入到供水箱23內。供水箱23放在支架25上，為了保障通暢供水，供水箱23底部高于供水瓶18底部橡膠塞17，供水箱23 的頂部開有注水口 24，以用于定期往供水箱23內注水。
完成上述各部件連接以后，將低水位控制管1、余水收集箱8、高水位控制管11、供水瓶18和供水箱23與導管4、9、15和19的連接處均做密封處理，同時余水收集箱8與導氣管6和抽水管7的連接處也做同樣的密封處理。
當采用本發明裝置進行濕地水位自動控制時，事先往供水箱23內注滿水，塞緊供水瓶18的底部橡膠塞17，往供水瓶18中注滿水，塞緊瓶口橡膠塞20。然后，打開導管4、9、 15和19上的控水閥5、10、16和21，本裝置開始自動運行。運行過程中只要定期通過注水口 M往供水箱23內加水，并通過抽水管7抽掉余水收集箱8內的水，即可實現對低水位控制管1和高水位控制管11內的水位進行自動控制。
權利要求
1. 一種無外加動力原位自動控制沼澤濕地水位的裝置，其特征是該裝置包括低水位控制管、余水收集箱、高水位控制管、供水瓶、供水箱、導管、控水閥、濾網和支架；低水位控制管兩端開口，低水位控制管下端插入沼澤濕地的黏土層，低水位控制管的上端露出沼澤濕地地表淹水層，低水位控制管管壁一側預期低水位所在位置處開一小孔，導管的一端穿過該小孔伸入到低水位控制管內，導管伸入低水位控制管管壁的一端裝有濾網，導管上安裝有控水閥，導管的另一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內；余水收集箱為密封箱，余水收集箱頂部位置低于低水位控制管中的預期低水位；余水收集箱裝有導氣管和抽水管；導氣管一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，另一端出露于地表淹水層； 抽水管一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，抽水管伸入導余水收集箱內的一端位于余水收集箱底部，另一端出露于地表淹水層；高水位控制管兩端開口，高水位控制管下端插入沼澤濕地的黏土層，高水位控制管的上端露出沼澤濕地地表淹水層，高水位控制管管壁一側預期高水位所在位置處開一小孔，高水位控制管管壁另一側預期低水位所在位置處也開一小孔，有兩跟導管的一端分別穿過高水位控制管管壁上的兩個小孔伸入到高水位控制管內，且這兩跟導管伸入高水位控制管管壁的一端裝有濾網，兩跟導管上安裝有控水閥，其中，插入高水位控制管管壁預期高水位小孔的導管另一端穿過余水收集箱頂部伸入到余水收集箱內，插入高水位控制管管壁預期低水位小孔的導管另一端穿過供水瓶一側的底部橡膠塞伸入到供水瓶內；供水瓶位于支架上，供水瓶底部橡膠塞高于預期高水位；供水瓶瓶口裝有瓶口橡膠塞，導管的一端穿過瓶口橡膠塞伸入到供水瓶內，導管伸入供水瓶內的一端位于供水瓶底部，導管上裝有控水閥，導管的另一端穿過供水箱一側底部伸入到供水箱內；供水箱位于支架上，供水箱底部高于供水瓶底部橡膠塞，供水箱的頂部開有注水
全文摘要
一種無外加動力原位自動控制沼澤濕地水位的裝置，包括低水位控制管、余水收集箱、高水位控制管、供水瓶、供水箱、導管、控水閥、濾網和支架；高水位控制通過供水箱和供水瓶往高水位控制管內持續自動供水實現，低水位控制通過低水位控制管內的水在重力作用下自動流入余水收集箱實現。本發明可在野外小地域范圍內無外加動力條件下原位自動控制沼澤濕地水位，克服了室內模擬環境與真實環境差距大的不足，同時又剔除了其他因素對實驗結果的干擾，裝置結構簡單、操作方便，可大大節省投入研究的人力、物力和費用。
文檔編號G05D9/02GK102541097SQ201110435880
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者侯永俠, 宋雪英, 李玉雙, 楊繼松, 胡曉鈞, 陳紅亮 申請人:沈陽大學