一种多孔纤维材料埋设对产流水质影响的机理识别方法与流程

1.本发明属于农业环保技术领域，尤其涉及一种多孔纤维材料埋设对产流水质影响的机理识别方法。


背景技术：

2.农业面源污染已成为我国重要环保问题，源于化肥和农药滥用是导致河流湖泊富营养化等污染的主要原因。现有技术控制农田氮磷流失主要依靠减少化肥投入及增大利用效率等方面，但与农作物增产的目标存在相斥的方案使得控制农田面源污染效果和推广进程较差。
3.目前关于多孔纤维材料(岩棉)的应用集中在无土栽培领域，将其作物生长基质来促进作物对于营养液的吸收，但很少有人将岩棉的研究应用在改善农田地表产流水质上来，岩棉以自身所具有的高孔隙性、吸水性、稳定性等特性能够增强土壤最大持水能力，增大入渗并减小地表产流，而水体是氮磷运移的载体，减小地表径流就意味这减小氮磷流失风险，进而改善河流湖泊水质。然而截至到目前，多孔纤维材料改善产流水质的机理并未完全弄清。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种多孔纤维材料埋设对产流水质影响的机理识别方法，通过埋设不同体积和不同布局多孔纤维材料，识别多孔纤维材料对于产流水质的影响机理，为减小农田面源污染和河湖富营养化的目标做出探索。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
6.本方案提供一种多孔纤维材料埋设对产流水质影响的机理识别方法，包括以下步骤：
7.s1、将实验小区分为未埋设多孔纤维材料的空白对照组以及按梯度设置多孔纤维材料埋设体积的实验组，并确定各实验小区的规格、内容以及多孔纤维材料的布设方式；
8.s2、在作物种植过程中，根据当地种植经验在播种前进行施肥，同时在返青期进行追肥；
9.s3、基于当地多年平均降雨量及灌溉水量，结合作物不同生长期的需水规律，分别设定降雨时长、降雨次数、降雨强度和降雨总量进行降雨产流实验；
10.s4、设置第一时间间隔，并按第一时间间隔记录降雨产流实验开始后单位时间内的产流总量，并根据所述产流总量计算得到某一时刻的产流流量，绘制产流流量过程曲线；
11.s5、设置第二时间间隔，在降雨产流实验开始后按第二时间间隔取实验小区出口断面的产流水体，测量产流水体的氮磷浓度以及绘制氮磷浓度变化曲线，并通过产流流量过程曲线和氮磷浓度变化曲线对实验小区产流过程中各时段氮磷流失量进行累加，得到氮磷累计流失量；
12.s6、计算空白对照组和实验组产流水体中氮磷浓度的均值和变差系数，并根据所
述均值和变差系数对产流水体中氮磷浓度及氮磷累计流失量进行检验，判断多孔纤维材料对于产流水质是否有影响；
13.s7、根据判断结果，通过空白对照组和实验组之间产流水体中氮磷浓度和氮磷累计流失量的相对差异值确定多孔纤维材料用量对于产流水质的影响，并通过实验组不同布局之间的氮磷浓度和氮磷产流累计流失量相对差异值确定多孔纤维材料布局对于氮磷浓度和氮磷产流累计流失量的影响，量化多孔纤维材料对产流过程中水质的影响程度大小，完成多孔纤维材料埋设对产流水质影响机理的识别。
14.本发明的有益效果是：本发明通过埋设不同体积和不同布局多孔纤维材料，识别多孔纤维材料对于产流水质的影响机理，为减小农田面源污染和河湖富营养化做出探索，通过对比分析在不同体积和布局的多孔纤维材料下土体单元产流水质的变化曲线，计算多孔纤维材料埋设下产流水体氮磷浓度和累计流失量的相对差异值，定量化识别多孔纤维材料埋设对产流水质的影响机理。本发明探寻多孔材料对于产流水质的影响机理，并给出详细的计算方法，为减小农田地表产流所导致的面源污染提供思路。
15.进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：
16.s101、设所述实验小区为8个，其包括2个未埋设多孔纤维材料的空白对照组以及6个按梯度设置多孔纤维材料埋设体积的实验组，其中，所述6个实验组分为3组多孔纤维材料体积埋设方式，且每两组实验组之间多孔纤维材料埋设体积相同但埋设布局方式不同；
17.s102、在埋设等体积多孔纤维材料的两个实验小区之间设置a和b两种布局方式，将等体积的多孔纤维材料均分为m和n块，并将两个实验小区之间的埋块长边分别设置为东西方向和南北方向，即编号为2、3、4的实验小区设置为南北向，多孔材料埋设体积依次为v1、2v1、3v1，设为a布局，编号为6、7、8的实验小区设置为东西向，多孔材料埋设体积依次为v1、2v1、3v1，设为b布局，1号和5号实验小区为空白对照组；
18.s103、设多孔纤维材料埋块的中心位置高度与实验小区有效深度内的中心位置高度相等，并均匀埋设于实验小区的同等深度；
19.s104、在各实验小区边缘位置布置隔离板进行分隔，在实验小区边缘位置设置防风帷幕挡风，根据当地地形情况在实验小区内设置一定的倾斜角度，在实验小区坡脚处设置出口断面，并在出口断面外设置三角堰以测量流量及取水样。
20.上述进一步方案的有益效果是：本发明通过设计实验小区的各个组成部分，最大限度地减小环境因素的因素，并确定多孔材料的埋设和布局方案，为接下来的实验进行做铺垫。
21.再进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：
22.s301、通过当地实验站获取历年降雨数据，计算得到作物生长期间的多年平均降雨量，并根据多年平均降雨量得到整个作物生长期间的降雨总量；
23.s302、根据所述降雨总量，结合多年平均月降雨分布规律以及作物不同生长期的需水规律设置降雨实验，将灌溉水量按天数均分，在需水强度低的作物生长期按多年平均降雨量与平均灌溉水量之和进行人工降雨补水，以供植物正常生长，在需水强度高的作物生长期进行降雨产流实验，以验证多孔纤维材料对于产流水质的影响，且整个作物生长期内的人工降雨量为多年平均降雨量与灌溉水量之和，得到不同生长期的单次降雨量以及降雨次数；
24.s303、根据当地土壤类型及获取的历年降雨数据，确定降雨强度以及降雨时长，并根据单次降雨量、灌溉水量、降雨强度以及降雨次数进行降雨产流实验，其中，所述单次降雨量为作物不同生长期的设计降雨量，其包括：需水强度低的作物生长期人工降雨量低，仅供正常生长；需水强度高的作物生长期人工降雨量高，进行降雨产流实验。
25.上述进一步方案的有益效果是：本发明根据设计降雨量，契合作物生长期内降雨规律，最大限度地模拟当地环境下的作物生长条件，进而确定在作物生长过程中，多孔材料埋设对产流水质的影响。
26.再进一步地，所述步骤s4包括以下步骤：
27.s401、设置第一时间间隔，针对降雨产流实验开始后，利用实验小区出口断面的三角堰测量单位时间内的产流总量；
28.s402、根据所述单位时间内的产流总量，计算得到不同实验小区、不同降雨场次和不同时间段的产流流量，并绘制产流流量过程曲线。
29.上述进一步方案的有益效果是：根据设定的实验，确定的时间间隔进行产流流量测定以及水样氮磷监测，可以看出多孔材料对于不同生长期、不同时间段的产流流量影响，判断多孔材料对于产流流量的影响，为后续氮磷相关计算提供支持。
30.再进一步地，所述步骤s402中产流流量的表达式如下：
[0031][0032]
其中，q
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流流量，单位为cm3/s，w
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的单位时间内产流总量，单位为cm3，t
ijk
在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段时取得w
ijk
体积水量所用的时间，单位为s，i表示实验小区编码，取值为1
‑
8，其中1号和5号实验小区为空白实验组，多孔材料埋设用量为0，2
‑
4实验小区为a布局，多孔纤维材料埋设用量依次为v1、2v1和3v1，6
‑
8实验小区为b布局，多孔纤维材料埋设用量依次为0、v1、2v1和3v1，j表示第j次人工降雨场次，取值为1
‑
g，k表示第k个时间段，取值为1
‑
n，g表示人工降雨总次数，n表示总的时间段。
[0033]
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过计算得出i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流流量，判断不同埋设条件下的多孔材料对产流流量的影响，为后续氮磷浓度及累计流失量的计算做铺垫。
[0034]
再进一步地，所述步骤s5包括以下步骤：
[0035]
s501、设置第二时间间隔，针对降雨产流实验开始后，在测量产流流量的同时按第二时间间隔从实验小区出口断面的三角堰上取200ml的产流水样，并保持样品温度；
[0036]
s502、测量产流水样的氮磷浓度，并绘制氮磷浓度曲线；
[0037]
s503、根据所述产流流量曲线和氮磷浓度变化曲线，通过产流流量过程曲线和氮磷浓度变化曲线对实验小区产流过程中各时段氮磷流失量进行累加，得到对应实验小区、对应降雨场次和对应时间段内的氮磷累计流失量。
[0038]
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过以上设计，以确定多孔材料对于不同时间产流水体中氮磷浓度的影响，以及根据上述流量数据计算出累计流失量，确定多孔材料对于不同生长期的单次降雨0
‑
tk时间段内氮磷累计流失量的变化，确定不同实验小区氮磷流失量随时间的变化特征。
[0039]
再进一步地，所述步骤s503中氮磷累计流失量的表达式如下：
[0040][0041][0042]
其中，wn
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第t(k
‑
1)至tk时间段内的总氮累计流失量，单位为mg，t表示产流流量测定或水样采集的时间间隔，单位为s,k表示第k个时间段，取值为1
‑
n,tk表示从产流开始第0分钟至第tk分钟期间的时长，单位为min，wp
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第t(k
‑
1)至tk时间段内的总磷累计流失量，单位为mg，q
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流流量，单位为cm3/s，q
ij(k
‑
1)
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流流量，p
ij(k
‑
1)
表示第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流水样总磷浓度，单位为mg/l，p
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流水样总磷浓度，单位为mg/l，n
ij(k
‑
1)
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流水样总氮浓度，n
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流水样总氮浓度，单位为mg/l。
[0043]
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过以上设计计算得出第i个实验小区、第j场降雨在产流开始后第0秒至tk秒时间段内的总氮累计流失量，通过绘图可以看出在多孔材料的埋设体积和布局差异下，降雨产流期间不同实验小区、不同生长期氮磷累计流失量随时间变化的特征。
[0044]
再进一步地，所述步骤s6中氮磷浓度均值的表达式如下：
[0045][0046][0047]
其中，表示第i个实验小区、第j场降雨的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i个实验小区、第j场降雨的总磷平均浓度，单位为mg/l；
[0048]
所述氮磷浓度变异系数的表达式如下：
[0049][0050]
[0051]
其中，c
v
(n
ij
)表示第i个实验小区、第j场降雨下总氮平均浓度的变差系数，c
v
(p
ij
)表示第i个实验小区、第j场降雨下总磷平均浓度的变差系数。
[0052]
上述进一步方案的有益效果是：通过氮磷浓度的均值判断多孔材料对于产流过程中水体氮磷浓度的影响，通过氮磷浓度的变异系数则是进一步说明在这个过程中水体氮磷浓度随时间变化过程中的离散程度。
[0053]
再进一步地，所述步骤s7中多孔纤维材料用量对于产流水质的影响包括：不同多孔材料用量对产流水体中氮磷浓度的影响以及不同多孔材料用量对产流实验中氮磷累计流失量的影响；
[0054]
所述不同多孔材料用量对产流水体中氮磷浓度的影响的计算表达式如下：
[0055][0056][0057]
所述不同多孔材料用量对产流实验中氮磷累计流失量的影响的计算表达式如下：
[0058][0059][0060]
其中，表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体氮浓度的影响大小，即实验组和空白对照组产流水体总氮浓度的相对差异值，单位为mg/l，表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体磷浓度的影响大小，即实验组和空白对照组产流水体总磷浓度的相对差异值，单位为mg/l，δwn
i
表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体氮累计流失量的影响大小，即实验组和空白对照组产流水体总氮的累积流失量的相对差异值，单位为mg，δwp
i
表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体磷累计流失量的影响大小，即实验组和空白对照组产流水体总磷的累积流失量的相对差异值，单位为mg，i表示实验小区编号，此处i取值为2、3、4，表示第i号实验小区在第j场降雨中的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平
均浓度，单位为mg/l，表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，wn
ij
表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
(i 4)j
表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
1j
表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
5j
表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wp
ij
表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
(i 4)j
表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
1j
表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
5j
表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg。
[0061]
上述进一步方案的有益效果是：通过实验组和对照组氮磷浓度的相对差异值来判断多孔材料对于产流水体中氮磷浓度的影响，而通过氮磷流失总量的相对差异值来判断产流水体中氮磷累计流失量的影响，进而确定多孔材料埋设用量对于产流水质的影响机理。
[0062]
再进一步地，所述步骤s7中实验组不同布局之间的氮磷浓度和产流累计流失量相对差异值的表达式如下：
[0063][0064][0065][0066][0067]
其中，δn表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体氮浓度的影响大小，即a布局和b布局之间的相对差异值，单位为mg/l，δp表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体磷浓度的影响大小，即a布局和b布局之间的相对差异值，mg/l，δwn表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体氮累计流失量的影响大小，即a布局和b布局之间的相对差异值，mg，δwp表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体磷累计流失量的影响大小，即a布局和b布局之间的相对差异值，单位为mg，i表示埋设多孔纤维材料的实验小区变化，取值为2、3、4。
[0068]
上述进一步方案的有益效果是：通过实验组之间a和b布局下氮磷浓度的相对差异值来判断多孔材料对于产流水体中氮磷浓度的影响，而通过氮磷流失总量的相对差异值来判断产流水体中氮磷累计流失量的影响，进而确定多孔材料布局对于产流水质的影响机理，最终通过多孔材料埋设用量和布局确定其对于产流水质的影响机理。
附图说明
[0069]
图1为本发明的方法流程图。
[0070]
图2为本实例中设置的多孔材料埋设示意图。
具体实施方式
[0071]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发
明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0072]
实施例
[0073]
如图1所示，本发明提供了一种多孔纤维材料埋设对产流水质影响的机理识别方法，其实现方法如下：
[0074]
s1、将实验小区分为未埋设多孔纤维材料的空白对照组以及按梯度设置多孔纤维材料埋设体积的实验组，并确定各实验小区的规格、内容以及多孔纤维材料的布设方式，其实现方法如下：
[0075]
s101、设所述实验小区为8个，其包括2个未埋设多孔纤维材料的空白对照组以及6个按梯度设置多孔纤维材料埋设体积的实验组，其中，所述6个实验组分为3组多孔纤维材料体积埋设方式，且每两组实验组之间多孔纤维材料埋设体积相同但埋设布局方式不同；
[0076]
s102、在埋设等体积多孔纤维材料的两个实验小区之间设置a和b两种布局方式，将等体积的多孔纤维材料均分为m和n块，并将两个实验小区之间的埋块长边分别设置为东西方向和南北方向，即编号为2、3、4的实验小区设置为南北向，多孔材料埋设体积依次为v1、2v1、3v1，设为a布局，编号为6、7、8的实验小区设置为东西向，多孔材料埋设体积依次为v1、2v1、3v1，设为b布局，1号和5号实验小区为空白对照组，如图2所示，图2中，编号为2.3.4的实验小区设置为南北向，多孔纤维材料埋设用量为1.08、2.16、3.24m3，设为a布局，编号为6.7.8的实验小区设置为东西向，多孔纤维材料埋设用量为1.08、2.16、3.24m3，设为b布局。
[0077]
本实施例中，如实验小区的尺寸为3.8*5.3m，有效深度为1m，设置多孔纤维材料埋设水平为0m3、1.08m3、2.16m3、3.24m3。
[0078]
本实施例中，在实验地块具有代表性的地方利用环刀取出原状土壤样品，然后通过室内环刀法得到当地土壤和多孔材料的最大吸水率分别为a1和a2，测量实验小区内部土壤最大吸水率为a1，并测定多孔材料饱和吸水率为a2，以提高土壤最大持水能力5％、10％、15％为目标，结合实验小区的尺寸和有效深度，计算得出单位面积上每埋设v1体积的多孔纤维材料可以使土壤最大持水能力提高k，以提高土壤最大持水能力为目标，从而确定各实验小区材料埋设体积分别为0、v1、2v1、3v1。
[0079]
本实施例中，如实验小区的尺寸为3.8*5.3m，有效深度为1m，以提高土壤最大理论持水能力5％、10％和15％为目标，设置多孔纤维材料埋设水平为0m3、1.08m3、2.16m3、3.24m3。
[0080]
s103、设所述实验小区为8个，其包括2个未埋设多孔纤维材料的空白对照组以及6个按梯度设置多孔纤维材料埋设体积的实验组，其中，所述6个实验组分为3组多孔纤维材料体积埋设方式，且每两组实验组之间多孔纤维材料埋设体积相同但埋设布局方式不同；
[0081]
本实施例中，实验小区为8个，包括2个空白对照组和6个实验组，空白实验组未埋设材料，另外6个实验组分为3组材料体积埋设水平将实验小区编号为1
‑
8，1和5号实验小区为空白对照组，其余均为埋设不同体积和布局多孔纤维材料的实验组。
[0082]
本实施例中，以多孔纤维材料体积和布局方式为控制因子设置正交试验，多孔纤维材料体积设置3个水平，布局方式设置2个水平，设置6个埋设材料的实验组，同时设置2个
空白对照组，空白实验组未埋设材料，另外6个实验组分为3组材料体积埋设水平，每两组实验组之间材料体积埋设相同但具体布置方向和尺寸存在差异，然后将多孔纤维材料均匀地埋设于实验小区中。
[0083]
s104、在埋设等体积多孔纤维材料的两个实验小区之间设置a和b两种布局方式，将等体积的多孔纤维材料均分为m和n块，并将两个实验小区之间的埋块长边分别设置为东西方向和南北方向，即编号为2.3.4的实验小区设置为东西向，设为a布局，编号为6.7.8的实验小区设置为南北向，设为b布局；
[0084]
本实施例中，在6个埋设有多孔纤维材料的实验组内，埋设等体积材料的两个实验小区之间，设置两种布局方式，每两组实验组之间材料体积埋设相同但具体布置方向存在差异，等体积且不同布局方式的两个实验小区之间的埋块长边分别设置为东西向和南北向。将等体积的多孔纤维材料均分为m和n块，即各实验小区的埋块尺寸按式计算：
[0085]
v
i
＝m
i
×
a
i
×
b
i
×
h
[0086]
v
q
＝m
q
×
a
q
×
b
q
×
h
[0087]
其中，i表示2
‑
4号实验小区编号，取值为2.3.4；表示6
‑
8号实验小区编号，取值为6、7、8；v
i
和v
q
表示i、q实验小区埋块总体积，取值为v1、2v1、3v1，m3；m
i
和m
q
表示i、q实验小区埋块块数，块；a
i
和a
q
表示i、q实验小区长边长度，m；b
i
和b
q
表示i、q实验小区短边长度，m，h表示埋块高度，取值为0.5m。
[0088]
s105、设多孔纤维材料埋块的中心位置高度与实验小区有效深度内的中心位置高度相等，并均匀埋设于实验小区的同等深度；
[0089]
s106、在各实验小区边缘位置布置隔离板进行分隔，在实验小区边缘位置设置防风帷幕挡风，根据当地地形情况在实验小区内设置一定的倾斜角度，在实验小区坡脚处设置出口断面，并在出口断面外设置三角堰以测量流量及取水样。
[0090]
本实施例中，如实验小区尺寸为3.8*5.3m，经过计算得出材料埋设体积分别为0、1.08m3、2.16m3、3.24m3三种水平，2、3、4、6、7、8号实验小区的埋块数*长*宽的分别为8*0.45*0.75m、10*0.45*1.2m、6*0.45*3m、6*0.45*1m、8*0.45*1.5m、4*0.45*4.5m，高均为40cm,埋设在土壤30
‑
70cm的空间上。在6个埋设有多孔纤维材料的实验组内，埋设等体积材料的两个实验小区之间，设置两种布局方式。本实验中，多孔材料埋设的具体布置见附图2，将(2.3.4)和(6.7.8)的长边分别设置为南北向和东西向，均匀地埋设于实验小区内。在所有小区边缘位置设置2mm厚和1m深的隔离钢板，实验小区坡度设置为3
°
，同时在小区边缘设置3.8m宽*3m高的聚乙烯塑料布充当防风帷幕，在实验小区坡脚处设置出口断面，并在出口断面设置三角堰，以便测量流量及取水样。
[0091]
s2、在作物种植过程中，根据当地种植经验在播种前进行施肥，同时在返青期进行追肥；
[0092]
本实施例中，在作物生长过程中，依据当地种植施肥经验，在播种前按每亩地15kg施加尿素和每亩地50kg施加复合肥，并在返青期进行追肥，追肥标准为每亩地施加5kg尿素，经过面积换算后将对应质量的化肥均匀的撒在每个实验小区内部，同时每次施肥过后马上进行灌溉或降雨实验，使化肥充分渗入土壤。
[0093]
s3、基于当地多年平均降雨量及当地农业部门建议的灌溉水量，结合作物不同生长期的需水规律，分别设定降雨时长、降雨次数(根据不同生长期需水规律设计)、降雨强度
和降雨总量进行降雨产流实验，其实现方法如下：
[0094]
s301、通过当地实验站获取历年降雨数据，计算得到作物生长期间的多年平均降雨量，并根据多年平均降雨量得到整个作物生长期间的降雨总量；
[0095]
本实施例中，通过当地实验站获取历年降雨数据，计算得出作物生长期间(10月
‑
次年6月)的多年平均降雨量，然后查询当地省份农业部门发布的作物建议灌溉水量，得出在整个作物生长期间总降雨量。
[0096]
s302、根据所述降雨总量，结合多年平均月降雨分布规律以及作物不同生长期的需水规律设置降雨实验，将灌溉水量按天数均分，在需水强度低的作物生长期按多年平均降雨量与平均灌溉水量之和进行人工降雨补水，以供植物正常生长，在需水强度高的作物生长期进行降雨产流实验，以验证多孔纤维材料对于产流水质的影响，且整个作物生长期内的人工降雨量为多年平均降雨量与灌溉水量之和，得到不同生长期的单次降雨量以及降雨次数；
[0097]
本实施例中，结合多年平均月降雨分布规律以及作物不同生长期需水规律，拔节期之前按多年平均降雨量灌溉保证作物正常生长，然后在拔节期及之后设计5次典型降雨实验，计算得出典型降雨实验单次降雨量为w。
[0098]
s303、根据当地土壤类型及获取的历年降雨数据，确定降雨强度以及降雨时长，并根据单次降雨量、灌溉水量、降雨强度以及降雨次数进行降雨产流实验，其中，所述单次降雨量为作物不同生长期的设计降雨量，其包括：需水强度低的作物生长期人工降雨量低，仅供正常生长；需水强度高的作物生长期人工降雨量高，进行降雨产流实验。
[0099]
本实施例中，根据作物各生长期需水规律来设置典型降雨实验，越冬期之前按当地年平均降雨量保证作物正常生长，然后分别在作物不同生长期和裸土下进行人工降雨实验。结合当地土壤入渗特性及地表产流要求，每个实验小区内进行降雨实验时的降雨强度均设置为p，降雨强度参照当地暴雨级别，降雨总量均设置为w，分别在作物的不同生育期下进行降雨产流实验，整个作物生长期间人工降雨量等于当地多年平均降雨量与灌溉水量之和。
[0100]
本实施例中，结合淮北平原五道沟实验站实验数据，自1986
‑
2014年间(当年10月
‑
次年6月)平均降雨量为466.1mm，加之安徽省灌溉量为50mm，将人工降雨量设计为516.1mm，同时根据实验站所测得的冬小麦不同生长期需水规律，在越冬期前仅按照多年平均降雨量进行正常灌溉，在冬小麦的拔节期、孕穗期、扬花期和灌浆期进行降雨产流实验，每次降雨量为100mm，同时设置降雨强度为50mm/h,对应当地降雨强度等级的暴雨级别。同时在冬小麦收割后进行同等条件下的降雨实验进行对比。
[0101]
s4、设置第一时间间隔，并按第一时间间隔记录降雨产流实验开始后单位时间内的产流总量，并根据所述产流总量计算得到某一时刻的产流流量，绘制产流流量过程曲线，其实现方法如下：
[0102]
s401、设置第一时间间隔，针对降雨产流实验开始后，利用实验小区出口断面的三角堰测量单位时间内的产流总量；
[0103]
s402、根据所述单位时间内的产流总量，计算得到不同实验小区、不同降雨场次和不同时间段的产流流量，并绘制产流流量过程曲线。
[0104]
本实施例中，进行降雨实验时，自产流开始后，设定固定间隔时间t，利用实验小区
出口断面的三角堰测量单位时间内的产流水量，然后计算不同实验小区、不同降雨场次和不同时间段的产流流量，并绘制流量过程曲线。产流流量计算公式如下：
[0105][0106]
其中，q
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流流量，单位为cm3/s，w
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的单位时间内产流总量，单位为cm3，t
ijk
在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段时取得w
ijk
体积水量所用的时间，单位为s，i表示实验小区编码，取值为1
‑
8，其中1
‑
4实验小区为a布局，多孔纤维材料埋设用量依次为0、v1、2v1和3v1，5
‑
8实验小区为b布局，多孔纤维材料埋设用量依次为0、v1、2v1和3v1，j表示第j次人工降雨，取值为1
‑
g，代表该次降雨实验对应的场数，k表示第k个时间段，取值为1
‑
n，g表示人工降雨总次数，n表示总的时间段。
[0107]
本实施例中，每次进行降雨实验时，需保证在无风或微风条件下进行，同时使用并固定防风帷幕进行挡风。自产流实验开始后，设定固定间隔时间5分钟，利用实验小区出口断面的三角堰使用容器采集水体，并记录各实验小区和降雨场次的单位时间内采集到的产流水体质量，所有的产流水体密度均取1g/ml，然后将产流水体的质量换算成产流水体体积w
ijk
，然后计算不同实验小区、不同降雨场次和不同时间段的产流流量，并绘制流量过程曲线。
[0108]
s5、设置第二时间间隔，在降雨产流实验开始后按第二时间间隔取实验小区出口断面的产流水体，测量产流水体的氮磷浓度以及绘制氮磷浓度变化曲线，并通过产流流量过程曲线和氮磷浓度变化曲线对实验小区产流过程中各时段氮磷流失量进行累加，得到氮磷累计流失量，其实现方法如下：
[0109]
s501、设置第二时间间隔，针对降雨产流实验开始后，在测量产流流量的同时按第二时间间隔从实验小区出口断面的三角堰上取200ml的产流水样，并保持样品温度；
[0110]
s502、测量产流水样的氮磷浓度，并绘制氮磷浓度曲线；
[0111]
本实施例中，降雨实验开始后，设定时间间隔为t，通过实验小区出口断面的三角堰取200ml的水样，保温然后送至实验室，分别通过碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和钼酸铵分光光度法分别测量水体氮磷浓度，并绘制氮磷浓度变化曲线。
[0112]
s503、根据所述产流流量曲线和氮磷浓度变化曲线，通过产流流量过程曲线和氮磷浓度变化曲线对实验小区产流过程中各时段氮磷流失量进行累加，得到对应实验小区、对应降雨场次和对应时间段内的氮磷累计流失量：氮磷累计流失量计算公式如下：
[0113][0114][0115]
其中，wn
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第t(k
‑
1)至tk时间段内的总氮累计流失量，单位为mg，t表示产流流量测定或水样采集的时间间隔，单位为s,k表示第k个时间段，取值为1
‑
n,tk表示从产流开始第0分钟至第tk分钟期间的时长，单位为min，wp
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第t(k
‑
1)至tk时间段内的总磷累计流失量，单位为mg，q
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流流量，单位为cm3/s，q
ij(k
‑
1)
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流流量，p
ij(k
‑
1)
表示第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流水样总磷浓度，单位为mg/l，p
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流水样总磷浓度，单位为mg/l，n
ij(k
‑
1)
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k
‑
1个时间段的产流水样总氮浓度，n
ijk
表示在第i个实验小区、第j场降雨和第k个时间段的产流水样总氮浓度，单位为mg/l。
[0116]
本实施例中，设定第二时间间隔为t，自产流实验开始后，在测定产流流量的同时从实验小区出口断面的三角堰上取出200ml的产流水样，保持样品温度，然后送到实验室测量水体氮磷浓度，并绘制氮磷浓度变化曲线。根据产流流量曲线和相应氮磷浓度变化曲线，计算得出对应实验小区、对应场次和对应时间段的氮磷累计流失量。
[0117]
s6、计算空白对照组和实验组产流水体中氮磷浓度的均值和变差系数，并根据所述均值和变差系数对产流水体中氮磷浓度及氮磷累计流失量进行检验，判断多孔纤维材料对于产流水质是否有影响；
[0118]
本实施例中，根据产流流量变化曲线和氮磷浓度变化曲线，对实验小区产流过程中的各时段氮磷流失量进行累加，绘制出氮磷累计流失量变化曲线，计算得出对照组和实验组产流水体氮磷浓度的均值和变差系数，然后使用f检验对氮磷浓度和氮磷累计流失量进行显著性检验，根据对照组和实验组之间氮磷浓度变化的均值和变差系数，以及氮磷浓度变化和累计流失量的显著性检验结果判断多孔纤维材料用量和布局对于产流水质是否有影响。
[0119][0120][0121]
其中，表示第i个实验小区、第j场降雨的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i个实验小区、第j场降雨的总磷平均浓度，单位为mg/l；
[0122]
所述氮磷浓度变异系数的表达式如下：
[0123][0124][0125]
其中，c
v
(n
ij
)表示第i个实验小区、第j场降雨下总氮平均浓度的变差系数，c
v
(p
ij
)表示第i个实验小区、第j场降雨下总磷平均浓度的变差系数。
[0126]
s7、根据判断结果，通过空白对照组和实验组之间产流水体中氮磷浓度和氮磷累计流失量的相对差异值确定多孔纤维材料用量对于产流水质的影响，并通过实验组不同布局之间的氮磷浓度和产流累计流失量相对差异值确定多孔纤维材料布局对于氮磷浓度和产流累计流失量的影响，量化多孔纤维材料对产流过程中水质的影响程度大小，完成多孔纤维材料埋设对产流水质影响机理的识别。
[0127]
本实施例中，通过对照组和实验组之间的氮磷浓度和累计流失量相对差异值确定多孔纤维材料用量对于产流水质的影响程度大小，通过(2
‑
4)和(6
‑
8)实验组不同布局之间的氮磷浓度和累计流失量相对差异值确定多孔纤维材料布局对于氮磷浓度和累计流失量的影响，进而明确多孔纤维材料布设对产流水质的影响。
[0128]
本实施例中，所述步骤s7中空白对照组和实验组之间产流水体中氮磷浓度和氮磷累计流失量的相对差异的表达式如下：
[0129][0130][0131][0132][0133]
其中，表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体氮浓度的影响大小，单位为mg/l，表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体磷浓度的影响大小，单位为mg/l，δwn
i
表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体氮累计流失量的影响大小，单位为mg，δwp
i
表示在不同的多孔纤维材料用量对产流水体磷累计流失量的影响大小，i表示实验小区编号，此处i取值为2、3、4，表示第i号实验小区在第j场降雨中的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮平均浓度，单位为mg/l，表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，表示示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平均浓度，单位为mg/l，表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷平
均浓度，单位为mg/l，wn
ij
表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
(i 4)j
表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
1j
表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wn
5j
表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总氮流失量，单位为mg，wp
ij
表示第i号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
(i 4)j
表示第i 4号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
1j
表示第1号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg，wp
5j
表示第5号实验小区在第j场降雨中的产流水体总磷流失量，单位为mg。
[0134]
本实施例中，所述步骤s7中实验组不同布局之间的氮磷浓度和产流累计流失量相对差异值的表达式如下：
[0135][0136][0137][0138][0139]
其中，δn表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体氮浓度的影响大小，即a布局(2、3、4号实验小区)和b布局(6、7、8号实验小区)之间的相对差异值，单位为mg/l，δp表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体磷浓度的影响大小，即a布局(2、3、4号实验小区)和b布局(6、7、8号实验小区)之间的相对差异值，mg/l，δwn表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体氮累计流失量的影响大小，即a布局(2、3、4号实验小区)和b布局(6、7、8号实验小区)之间的相对差异值，mg，δwp表示在不同的多孔纤维材料布局对产流水体磷累计流失量的影响大小，即a布局(2、3、4号实验小区)和b布局(6、7、8号实验小区)之间的相对差异值，单位为mg，i表示埋设多孔纤维材料的实验小区变化，取值为2、3、4。