农田地下淋溶原位监测装置

摘要

本发明公开了一种农田地下淋溶原位监测装置，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。本发明装置包含淋溶盘，出水管和采样瓶。淋溶盘为一不透水容器，上部开口，用于收集淋溶液；淋溶盘下部设有出水口；出水管为一不透水的双通导水管，一端连接淋溶盘的出水口，另一端连接采样瓶的进水口，淋溶盘中的淋溶液能自动通过出水管流入采样瓶；采样瓶为一不透水容器，上设进水口，用于收集来自淋溶盘的淋溶液。本发明装置特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响，特别是在实现原位监测的条件下，降低了采样的难度，使采样过程简单快捷。

权利要求

1.一种农田地下淋溶原位监测装置，其包含淋溶盘，出水管和采样瓶，其中：淋溶盘为一不透水容器，上部开口，用于收集淋溶液；淋溶盘下部设有出水口；

出水管为一不透水的双通导水管，一端连接淋溶盘的出水口，另一端连接采样瓶的进水口，淋溶盘中的淋溶液能自动通过出水管流入采样瓶；

采样瓶为一不透水容器，上设进水口，用于收集来自淋溶盘的淋溶液。

所述的淋溶盘下部出水口上方设有过滤层，所述过滤层自下而上分别是滤布层，石英砂层和滤布层。

其特征在于，所述的淋溶盘和采样瓶之间设有一竖直墙体，出水管穿过该墙体，墙体上沿略高于地面。

2.如权利要求1所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的淋溶盘和墙体之间设有一竖直的防侧渗塑料布。

3.如权利要求1所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的淋溶盘具有规则的几何形状。

4.如权利要求3所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的淋溶盘为规则的长方体。

5.如权利要求4所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的淋溶盘出水口设置于淋溶盘底长边的中间位置。

6.如权利要求1所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的淋溶盘的出水口位于淋溶盘的最低处。

7.如权利要求1-6任一项所述的农田地下淋溶原位监测装置，其特征在于，所述的各连接处均用PVC胶水或其他防水胶密封固定。

说明书

农田地下淋溶原位监测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种农田地下淋溶原位监测装置，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。该装置特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响，特别是在实现原位监测的条件下，降低了采样的难度，使采样过程简单快捷。

背景技术

[0002] 土壤中氮素淋失对地下水的污染不但是重要的农业问题，而且是威胁到人类健康和生存的重要问题。有研究表明，全世界施入土壤中的肥料约有30％～50％经土壤淋失而进入地下水(毕经伟，张佳宝，陈效民，等：“农田土壤中土壤水渗漏与硝态氮淋失的模拟研究”，《灌溉排水学报》，2003，22[6])。以往一般认为，土壤中的磷淋溶损失量极少，主要流失途径是地表径流和土壤侵蚀。但近年来，许多学者报道出农田土壤磷素以淋溶形式损失的量与以地表径流和土壤侵蚀形式损失的量相当或更大(吕家珑，Fortune S，BrookesPC：“土壤磷淋溶状况及其Olsen磷‘突变点’研究”，《农业环境科学学报》，2003，22[2])。根据联合过粮农组织的估计，太湖地区农田磷流失量中，渗漏量占31％。因此，作为富营养化的关键养分因素，磷元素的淋失问题越来越被关注。农药残留问题已成为一个世界性问题。农药不仅残留在表层土壤中，还会淋溶到地下水中。即使非常小的一部分(所施用农药)淋溶脂地下水，都可能对地下水的安全构成威胁(唐浩，李振红：“对地下水域农药转化定量方法的评价”，《世界农药》，2002，24[5])。为了保护水资源和水生生态系统，世界各国都在寻求新的途径和方法，以监测、治理和解决环境问题。目前对土壤中氮、磷运移规律的研究方法主要有室内土柱模拟法、渗漏池法、田间土柱法、陶土吸力杯法和集水槽法。现有方法存在如下问题：

[0003] (1)室内土柱模拟法操作简便、快捷并容易控制，但不能准确地再现实际田间环境。

[0004] (2)渗漏池法克服了室内土柱模拟法的缺点，但是需要开挖巨大的壕沟已进行样品采集，施工量大，成本高。

[0005] (3)田间土柱法采样时需要外部施加一定的负压，才能将土壤中的水分吸入圆柱体的底部空间，然后抽入采样瓶。其主要缺点是外压改变了土壤水流场，无法准确测算田间实际淋溶液通量及土壤实际溶质的运移过程。

[0006] (4)陶土吸力杯法的主要问题是成本高，采样时只能采集某一点的土壤溶液，若了解整个土壤断面的溶液状况需插入多根采集器，导致成本大幅增加。

[0007] (5)集水槽法克服了陶土吸力杯法的缺点，但安装集水槽时需要开挖水槽上方土体，破坏了自然状态下的土壤水分运动状态。

[0008] 因此，在目前国内外还没有确立土壤淋溶监测的标准方法的情况下，研究一种相对精确、简便、经济的农田地下淋溶原位监测装置将在土壤淋溶研究领域有广阔的发展前景。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种能准确测算土壤淋溶液通量的自流式农田地下淋溶原位监测装置，并使它具有结构合理、制造简便、容易实施等特点。

[0010] 本发明农田地下淋溶原位监测装置是主要由淋溶盘、出水管、采样瓶等组成。

[0011] 淋溶盘为一不透水容器，上部开口，用于收集淋溶液；淋溶盘下部设有出水口；淋溶盘可以具有规则的几何结构，比如是规则的无顶扁平长方体(无顶盒子)，可将出水口设置于盘底长边的中间位置；出水口通过螺母水嘴与出水管相连；出水管为一不透水的双通导水管，一端连接淋溶盘的出水口，另一端连接采样瓶的进水口，淋溶盘中的淋溶液能自动通过出水管流入采样瓶；采样瓶为一不透水容器，上设进水口，用于收集来自淋溶盘的淋溶液。

[0012] 进一步，出水管和采样瓶之间可设置一墙体以更好地模拟淋溶盘所在土层的自然状态，防止淋溶液测渗影响监测结果，出水管穿过墙体与采样瓶相连。淋溶盘还含有滤布和砂滤层，第一层滤布设在出水口处，第二层滤布设在盘口，两层滤布之间设置石英砂，石英砂的厚度为距淋溶盘盘口3mm左右为宜。

[0013] 更进一步，本发明农田地下淋溶原位监测装置的淋溶盘部分的设计特点是：淋溶盘形状为规则的无顶扁平长方体，由PVC压缩板焊接而成，保证密不漏水。淋溶盘盘底一长边的中间位置含有一个出水口、一个带有双层防松螺母的PVC螺口水嘴和一个出水管。出水口镶嵌在盘底，并带有内螺纹，用于连接PVC螺口水嘴。水嘴的内壁最低点低于盘底平面为宜，以便于淋溶液顺畅流入出水管，不残留液体。PVC螺口水嘴为“L”形或“一”形，两端均带有螺口，其中一端与淋溶盘出水口相连，另一端连接带配套的防松螺母。淋溶盘通过防松螺母与出水管相连，出水管的外径与防松螺母内径配套，拧紧螺母后可确保导水管与淋溶盘连接紧密。淋溶盘通过出水管，穿过墙体与采样瓶相连。

[0014] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的墙体设计特点是：在将淋溶盘安装完毕后，在安装淋溶盘的洞口外沿布置防侧渗的塑料布，淋溶盘露出外沿距墙体一定距离(约50cm)，在回填土过程中分层回填，尽最大可能保持土壤自然状态。然后砌水泥墙防止水分漏出，将回填土与墙体亲密接触。在墙体对面可同时布置另一个或多个该检测装置，砌墙过程相同，然后两堵墙间形成具有一定空间的室，该室大小以容下一成人操作为宜，该室修砌台阶，便于人们操作。

[0015] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的优化方案为：可在室内两侧设置多个淋溶盘，各淋溶盘的设计规格及安装相同，并设置在同一平面上。这种设计的特点在于可通过同时多点监测来减小因局部肥力差异造成的采样误差，同时可以保证消除由于局部安装过程中产生的误差。

[0016] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的采样瓶设计特点是：采样瓶仅需保证不漏气即可，可以选择成本较低、易操作的塑料桶，容积以能容纳淋溶盘上方土壤一次最大淋溶量为宜。

[0017] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的各个接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。

[0018] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的有益效果是：

[0019] (1)本发明农田地下淋溶原位监测装置的淋溶盘为扁平规则无顶长方体，一方面淋溶盘便于从土壤剖面的侧向埋插安装，从而不但能避免对上方监测土壤的扰动，在洞口处布置一防侧渗塑料布，确保采集的样品的真实可靠性，还能减少安装时的工作量；另一方面淋溶盘的安装深度不受限制，因此能采集不同深度的土壤淋溶液，实现对土壤溶质淋溶情况更精确、更全面的监测。

[0020] (2)本发明农田地下淋溶原位监测装置的淋溶盘中的淋溶液不需外压，在自然状态下流入采样瓶中，能更真实地模拟田间土壤溶质淋溶过程，更准确地测算淋溶液通量及对地下水的影响。

[0021] (3)本发明农田地下淋溶原位监测装置，不但外形设计简单，安装、埋设便捷，而且还可以直观查看整套装置的使用运行情况。另一方面还可以通过直接察看淋溶液多少来决定采样频率。

附图说明

[0022] 图1是本发明装置实施例的装置示意图；

[0023] 其中，

[0024] 1-淋溶盘；2-出水管；3-采样瓶；4-防渗塑料布；

[0025] 5-墙体；6-台阶；7-防水盖子

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0027] 本实施例采集地面以下90cm处的土壤淋溶液。

[0028] 如附图1所示，本实施例农田地下淋溶原位监测装置主要由淋溶盘、出水管和采样瓶组成，其中：

[0029] 淋溶盘为一规则的长方体，盘内有效容积为：40cm×50cm×5cm(盘底长×盘底宽×盘高)，盘壁PVC板厚6mm，盘底PVC板厚10mm；

[0030] 淋溶盘出水口位于盘底一长边的中间位置，出水口直径为12mm；出水口带有内螺纹，用于连接“L”形或“一”形的PVC螺口水嘴，其两端均带有螺口；PVC螺口水嘴螺口外径12mm，它的双层防松螺母内径12mm；该螺口水嘴的另一端连接带配套的防松螺母；出水管通过该防松螺母与淋溶盘相连，出水管的外径与防松螺母内径配套，拧紧螺母后可确保出水管与淋溶盘连接紧密，出水管外径12mm，内径10mm。

[0031] 采样瓶通过出水管与淋溶盘相连。采样瓶容积以当地单次淋溶液的最大量为最小限。淋溶盘出水口高于采样瓶进水口，之间的高度不低于10cm。

[0032] 各接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。

[0033] 本发明农田地下淋溶原位监测装置的使用步骤为：

[0034] (1)选择大田试验两个小区的中间位置，在地表划出用于安装淋溶盘的土壤剖面的水平占地范围，并开挖沟槽。挖掘一个长150cm、宽100m、深120m的土壤剖面，在每个剖面的两端各安装两套淋溶盘。在挖掘过程中要保证土壤剖面整齐不塌方，挖出的土壤分层(0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm……)堆放，以便能分层回填。

[0035] (2)在监测小区一面的纵剖面距地表95cm深处(确保淋溶盘上表面在地面下90cm深处)朝被监测土壤的水平方向挖深55cm，宽55cm，高5.5cm左右的方形洞，并尽量保证洞的上表面平整。

[0036] (3)将淋溶盘出水口和导水管连接紧密，然后在淋溶盘底覆盖两层100目尼龙纱网，并将尼龙纱网用硅胶或其他防水胶稍加固定后，再向盘内装满用清水洗净的粗砂，装粗砂量以距淋溶盘盘口2～3mm为宜，最后在粗砂表层覆盖一层100目尼龙纱网，并用取自90cm深处的土壤调制的粗泥浆铺在纱网上，将PVC盘放入挖好的水平方洞中，其外侧边距洞口约15-20cm。安装过程中应使泥浆尽量与洞的上平面紧密接触，以模拟原土壤基质势，最后将洞口回填压实。

[0037] (4)在水平洞口用粗厚泥浆封严洞口，用防侧渗塑料布竖直地铺于洞口，只将连在淋溶盘的出水管露出，出水管另一端留出。

[0038] (5)砌防水水泥墙体，使出水管穿过墙体。分层回填土壤，逐层压实，并多次灌溉使土壤尽量恢复原状。

[0039] (6)在两墙体间修砌台阶，便于人工操作。

[0040] (7)将采样瓶同出水管相连。

[0041] (8)将两墙体形成的室上方，盖一防水盖子，防止由于降水而将其灌水。