[发明专利]一种地表陆地生态系统火干扰对地下水影响的模拟装置和方法

说明书

本发明提供一种地表陆地生态系统火干扰对地下水影响的模拟装置和方法：采用土钻法采集旱成土之壤土样品若干，将获取的原状土柱分为表层土和中层土；表层土经实验室模拟火干扰后，与中层土一起按照原状土柱之顺序重新装入淋溶柱；以配制的模拟雨水为淋溶液，采用连续降流式进水方式进行淋溶，定性和定量考察土壤淋溶水样的精细组分。本发明利用实验室小型淋溶装置模拟地表陆地生态系统火干扰对地下水，特别是潜水的影响，精准度较高、操作简便、成本低廉、可控性好、环境风险低、适用范围广、针对性强，有助于从全新角度评估火干扰后地下水的综合生态效应。

技术领域

本发明涉及污染环境生态学领域，尤其涉及一种地表陆地生态系统火干扰对地下水(潜水)影响的模拟装置和方法。

背景技术

火干扰是地表陆地生态系统最主要的干扰之一，据不完全统计，仅就陆地生态系统中的森林生态系统而言，全球每年的森林过火面积就达5.3×10⁸～5.5×10⁸km²。近些年，大规模的陆地生态系统火灾事故频发，比如中国大兴安岭(2017年)、美国科罗拉多(2017年)、美国俄克拉荷马(2017年)、加拿大麦克默里堡(2016年)、西班牙帕尔玛(2013年)等重大火灾。这些火灾将大量绿地植被短时间内化为灰烬，破坏了陆地生态系统的原生结构和正常功能，严重影响了陆地生态系统内部的物质循环和能量流动。

随着科学研究的不断深入，一个新的现实问题凸显出来，即地表陆地生态系统火干扰能够深入影响地下水生态系统。地表陆地生态系统遭受火干扰后，土壤圈将变得相对脆弱，火干扰的热作用又使得土壤孔径结构更加丰富，同时大部分植被被破坏并形成植物残体(部分完全形成炭化植被，即生物炭)；这些植物残体和土壤表层土富含(溶解性)有机质和矿质元素，当发生降雨或降雪融化的情况时，其组分将释放进入临近土壤圈界面，并通过地表径流、土壤下渗、地下径流等方式完成迁移转化，最终汇集于地下水(潜水)系统。而作为重要的饮用水源，地下水(潜水)中的有机组分(有机碳、有机氮等)将在水体消毒(氯消毒、臭氧消毒等)过程扮演重要角色，或充当前驱体，或充当媒介，导致水体消毒过程产生大量有毒、有害的次生污染物小分子碎片并降低消毒效果，这些有机小分子碎片是很难彻底从水体清除的。因此，深入剖析地表陆地生态系统火干扰对地下水(潜水)的影响变得尤为重要。

然而，如何定性定量监测并评价地表陆地生态系统火干扰对地下水(潜水)的影响，一直没有得到很好地解决。这一方面源于经火干扰的陆地生态系统多为森林生态系统、草原生态系统等，这类生态系统地质状况、植被覆盖状况、水热条件等较为复杂，监测难度较大；另一方面也因为这类地区地下水(潜水)层埋藏较深，地下水采样和直接分析过程难度较大。鉴于此，如果能够实现模拟地下水(潜水)的地表化监测，即在实验室条件下实现此过程，进而评估地表陆地生态系统火干扰对地下水(潜水)的潜在影响，将有助于地下水(潜水)分析、监测、评估、开发、利用、保育等工作的全面推进，也有助于深度评估地表陆地生态系统火干扰对全球生态系统的综合效应。目前，国内外的相关研究很少，可查找到的资料不多，例如，中国专利CN204705636U，这也成为本发明的突破点和切入点。

发明内容

针对直接监测地表陆地生态系统火干扰对地下水(潜水)影响难度极大，本发明的目的在于提供一种地表陆地生态系统火干扰对地下水影响的模拟装置和方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：