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    創新文化

    充分發揮平臺優勢,挖掘模擬降雨實驗中的硬核科研成果

    發布時間:2020-12-28

    沈發興/文、沈發興、聶小飛/圖


    江西水土保持生態科技園人工模擬降雨大廳建成投入使用以來,觀摩人員問最多的問題就是“為什么要開展模擬降雨實驗”、“如何開展模擬降雨實驗”、“模擬降雨實驗成果有何實際用途”,本文結合水土保持科普教育實踐及參與相關科研課題的研究,談談對開展人工模擬降雨實驗的經歷和體會。

    ——為什么要開展模擬降雨實驗?

    根據江西省水土保持公報(2019)數據:全省輕度及以上水力侵蝕面積24151.18平方公里,占全省土地總面積的14.47%。水力侵蝕為我省引發水土流失主要外營力,為彌補完全依賴天然降雨來觀測侵蝕的發生與發展過程的受限制較大、試驗周期長、數據積累緩慢、并且很難對土壤侵蝕發生發展的全過程進行動態監測的不足,利用現代化的試驗研究手段,開展模擬降雨實驗,可以縮短研究周期,加速水土保持工作的進展。

    ——如何開展降雨實驗?

    開展模擬降雨,要心細如發,把握好分秒,讀數準確?!皦毫?8Kpa,粗調開度67,細調開度50,小、中噴頭組合,雨強60mm/h,降雨時長1.5h”,在使用190個雨量筒、持續3天率定工作后,完成目標雨強的最佳參數被輸入控制系統,通過控制、供水、降雨、顯示四個系統協作運行,模擬降雨實驗開始了。左手秒表右手鉛筆,地表徑流、壤中流由點成線時,掐著秒鐘取過程樣的工作也就開始了,接樣、量筒讀數、測流速……及時發現并記錄實驗過程中出現的拐點并做好相關記錄。

    開展戶外模擬降雨實驗,要占“天時”,要起早摸黑。你見過凌晨三點的科技園嗎?到過江西水土保持生態科技園的人很多,但想必見過它凌晨三點模樣的不多。為了避免太陽上山后氣溫上升不均引發的起風環境,對戶外模擬降雨實驗造成干擾,鬧鐘設置凌晨兩點半,三點前到達實驗場地,挑燈夜戰,是戶外降雨實驗時候的“常規動作”,往往完成當次降雨實驗后,太陽才冉冉升起。

    戶外模擬降雨實驗之摸黑前行和挑燈夜戰

    開展模擬降雨實驗,是個體力活。光膀子有辱斯文?在近四十攝氏度的高溫,無風的空間里,揮舞鐵鍬篩土,填入實驗土槽并夯實成原狀土體的容重,根據不同實驗方案布置土槽措施(如種植植物、鋪設礫石等)這是室內模擬降雨前實驗土槽的準備工作。一系列的動作下來,泥巴裹滿褲腿,汗水濕透了一背,衣服根本就穿不住了,那就放下“文化人”的斯文與矜持,干脆光著膀子甩開胳膊加油干吧。

    甩開膀子加油干和實驗土槽的準備

    開展模擬降雨實驗,是一個持之以恒、累并快樂的事情。白天的事情做完了,為了盡快騰出烘箱以供下輪樣品周轉,為了保證數據不缺不遺失,也為了及時發現白天實驗過程中的異常情況,以便為下場實驗優化做鋪墊,只得熬夜烘干入庫樣品,登記并錄入數據??傉f年輕人不怕累,但白加黑模式久了眼皮難免也打架??傉f年輕人要穩重,但看到好數據和漂亮的曲線,也難免會跳會笑,看到參差不齊雜亂無章的數據,也會沮喪會流淚。

    ——模擬降雨實驗成果可助力解決哪些生產實際問題?

    圍繞如何破解科研與科技服務“兩張皮”問題,團隊以“基礎性研究”為“應用性研究”提供理論指導和數據支撐為出發點,近年來,利用科技園模擬降雨裝置開展的國家自然科學基金課題研究有:“秸稈覆蓋對紅壤坡耕地壤中流的影響及侵蝕響應”、“壤中流驅動下紅壤坡耕地可溶性有機碳的遷移機制”、“長歷時降雨下紅壤坡耕地產流機制及侵蝕響應”、“氧化鐵對紅壤濺蝕的影響及微觀機制”、“紅壤區農地坡面構型對土壤水文過程及氮流失影響”、“崩崗崩積體微地貌形態演變與侵蝕產沙響應”、“旱澇急轉期紅壤坡地水土流失響應機制研究”……取得了一些卓有成效的成果,如, 在Journal of Environmental Management、Journal of Hydrology、Soil & Tillage Research、Journal of Soils and Sediments、Soil and Water Research、plos one

    等期刊上發表相關研究成果;如,“一種可收集過程樣的濺蝕盤”等系列專利的授予;如,省科技進步一等獎等多項獎勵的獲取。


    “秸稈覆蓋對紅壤坡耕地壤中流的影響及侵蝕響應”項目實驗現場

    “長歷時降雨下紅壤坡耕地產流機制及侵蝕響應”項目戶外降雨實驗

    “氧化鐵對紅壤濺蝕的影響及微觀機制”項目實驗現場

    “紅壤區農地坡面構型對土壤水文過程及氮流失影響”項目模擬降雨實驗土槽


    通過室內(結合室外)模擬降雨實驗有助于解決我省下述生產實踐問題:1)可計算出各種雨型(特別是極端降雨條件)所產生的徑流量和沖刷量,為南方紅壤區坡改梯等水土保持工程措施優化設計提供計算依據;2)可計算出不同情況的林、草地保持水土的效益,為水土保持生物措施設計以及制定水保生物措施標準化提供依據;3)進一步查明產沙的起因、產沙的方式、產沙的坡位及產沙的物質來源,測算水土保持耕作措施的控沙效益,便于指導我省23.5萬公頃坡耕地的生產;4)可確定不同地部位,土壤侵蝕的特點和土壤侵蝕強度,為水土保持各項措施合理配置提供依據;5)為制定和實施崩崗治理等措施提供定量數據支持;6)對土壤侵蝕過程及土壤肥力下降問題作出定量評價。

    系列模擬降雨實驗研究工作的開展和成果的發表,體現了省水保院科技工作者在學術視野和理論前沿方面的了解和把握,跟上了時代發展的需求。對這些硬核科技成果的挖掘,使技術服務與科學研究有機結合,讓更多的科技成果直接轉化成技術服務的新手段,實現協同提升,將有力地促進江西省水土保持事業的發展。



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