專利名稱：制備大型原狀土柱的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來研究土壤——植物系統(tǒng)中水分的淋失以及對(duì)地下水影響 的原裝土柱系統(tǒng)的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外研究土壤滲濾液的方法有三種， 一種是建立滲濾取樣系統(tǒng)，在土壤中直 接埋上溶液收集盤和真空取樣器，抽取土壤溶液。這種方法破壞土壤剖面，抽取滲 濾液的量要小于田間真實(shí)情況，并且要用較大的真空泵來抽取滲濾液，對(duì)設(shè)備要求 較高。第二種是建立回填土柱系統(tǒng)，按照不同的土壤層次，將土壤回填到圓形或者 方形容器中，并在底部鋪設(shè)滲濾層和安裝滲濾液接收裝置，接收滲濾液。此方法雖 然簡(jiǎn)單，但是土壤剖面完全遭到破壞，對(duì)水溶液在土壤中的運(yùn)移等情況田間模擬真 實(shí)性較差。第三種是建立原狀土柱系統(tǒng)，用外力將圓形或者方形容器直接嵌入土體 中，然后將土體取出在底部鋪設(shè)滲濾層接收滲濾液。原狀土柱系統(tǒng)能夠保證土壤的 最原始狀態(tài)，能更為有利的研究土壤中水分的運(yùn)移以及作物的吸收情況，但是建設(shè) 費(fèi)用較高，對(duì)材料的要求嚴(yán)格，多采用普通鋼，不銹鋼等材料，有的還釆用鈦合金。 且缺點(diǎn)較多，如利用普通鋼作材料容易生銹，不銹鋼上的重金屬對(duì)重金屬方面的研 究受到影響，鈦合金造價(jià)太高，大多數(shù)情況下沒有效方法阻止水分的邊緣流動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)狀，旨在提供一種建設(shè)費(fèi)用低、材料成本低、操作 簡(jiǎn)單、方便，能夠滿足農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)的各項(xiàng)需求的制備大型原狀土柱的方法及 其應(yīng)用。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)方式為，制備大型原狀土柱，在農(nóng)田中選取一塊經(jīng)過多年耕 種，土壤成熟的田地，將有切割邊1的PVC管2放在地表并站立，敲打PVC管2 頂部，使PVC管2均勻下降，每下降2cm后，用鐵鍬將土體與PVC管2管壁削 平，繼續(xù)敲打，直至將PVC管2下降到所需高度，在PVC管2下降的過程中，要 始終保持PVC管2與地面垂直。將加熱到60-70 'C的凡士林填充到土體和PVC管管壁間的縫隙中，凡士林冷卻 后與原狀土體6和PVC管2壁結(jié)合緊密，防止水分側(cè)滲，將土柱從PVC管底部切 斷，將原狀土柱底部削平，放入圓盤底座4中，圓盤底座中內(nèi)鋪設(shè)滲濾材料3，用PVC焊條5將原狀土柱與底座焊接在一起，圓盤底座底部有硅膠管7與滲濾液收集 桶8相連大型原狀土柱的應(yīng)用，將原狀土柱運(yùn)到開有門的試驗(yàn)場(chǎng)，將土壤12回填到土 柱周圍，中間有通道16，通道的兩側(cè)修有排水渠，從門口側(cè)開始2±0.2111處，每隔 98±5 cm修建混凝土底座13,每個(gè)底座上有一固定原狀土柱的凹槽，底座中間有與 通道相通的PVC彎管14，原狀土柱的圓盤底座4放到凹槽中，圓盤底座底部接頭 9接硅膠軟管7，硅膠軟管7通過PVC管14接通道16中的塑料桶8，塑料桶8收 集淋失液，在通道的頂端安裝電源盒18和用以測(cè)定大氣干溫沉降的降水降塵自動(dòng) 采樣器19，在原狀土柱上安裝用于測(cè)定地溫的曲管地溫表20。本發(fā)明建設(shè)費(fèi)用低、材料成本低、操作簡(jiǎn)單、方便，能夠滿足農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試 驗(yàn)的各項(xiàng)需求。


圖1是PVC管2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是制備成的原狀土柱結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是原狀土柱應(yīng)用的試驗(yàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是原狀土柱應(yīng)用的試驗(yàn)場(chǎng)俯視圖具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1， PVC管2內(nèi)徑610±2 mm,外徑630±2 mm的，截成高700±5 mm， 其下部的切割邊l高10士lmm，傾角a-75。土5。，切割邊，作為切割土壤之用。制備大型原狀土柱時(shí)，選取一塊經(jīng)過多年耕種，土壤成熟未經(jīng)擾動(dòng)過的田塊， 將PVC管2垂直放置在地表，圍繞PVC管2挖一寬90±2 cm,深120±5 cm的圓 坑，使PVC管2站立在大約直徑90±5 cm的土體上。然后將長(zhǎng)約l±0.1m米枕木橫 放在PVC管2上，用木槌敲擊枕木使PVC管2使之均勻下降，每下降2厘米，用 鐵鍬將原狀土柱6與PVC管2外邊緣削平，防止出現(xiàn)土壤脫落。然后用木槌繼續(xù) 敲擊，直至下降到約700mm，在PVC管2下降的過程中要始終保持與地面垂直。 在原狀土柱的制取過程中，在原狀土柱6和PVC管2內(nèi)壁之間會(huì)產(chǎn)生約2-5 mm寬 的縫隙，為防止試驗(yàn)中水分側(cè)滲，將加熱到60-70 'C、融點(diǎn)45'C的醫(yī)用凡士林用漏 斗填充到縫隙中，在填充的過程中不斷用木槌敲擊PVC管2外壁，以促使凡士林 完全填充到縫隙中，凡士林冷卻后將原狀土柱6與PVC管2內(nèi)壁結(jié)合緊密，防止 水分側(cè)滲。最后用長(zhǎng)寬各為80±2 cm，厚0.5 cm, —邊鋒利的鋼板，將土柱從底部 切斷，平移到長(zhǎng)寬各為60±1 cm，厚20ilmin的木板上，運(yùn)回試驗(yàn)場(chǎng)地。將運(yùn)到運(yùn)回試驗(yàn)場(chǎng)地的大型原狀土柱底部削平，放入圓盤底座4中，圓盤底座 中內(nèi)鋪滲濾材料3，將原狀土柱與底座焊接在一起。參照?qǐng)D2，原狀土柱底部滲漏系統(tǒng)由IO毫米厚的PVC板焊接而成，圓盤底座 4底座高50mm，外徑650士2mm,內(nèi)徑63ftt2mm，底座下圓盤直徑680士2 mm, 通過PVC焊條將PVC圓盤和PVC板焊接到一塊。在底座中間焊接一個(gè)直徑10毫 米鑲銅內(nèi)螺紋變接頭9,外接一個(gè)相同規(guī)格的銅閥門。在PVC底座4底部鋪上三層 200目的尼龍篩網(wǎng)，再平鋪上20mm厚、直徑為1 mm的石英砂，作為滲濾層，保 證滲濾液的順利流出。圓盤底座底部接有有滲濾液收集桶8和硅膠管7。參照?qǐng)D3、圖4,試驗(yàn)場(chǎng)地長(zhǎng)20i2m，寬6.5i0.5m,用高l士O.l m的鐵柵欄15 圍起來，開一個(gè)卯cm寬的門口 。在柵欄內(nèi)修建一個(gè)深120 cm，寬1.65 m，長(zhǎng)18 m 的通道16，并通過臺(tái)階17直通試驗(yàn)場(chǎng)底部。試驗(yàn)場(chǎng)地鐵柵欄的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以不影 響原狀土柱系統(tǒng)水肥氣熱變化為準(zhǔn)。通道兩側(cè)磚墻厚25cm,通道底部是30 cm厚 的混凝土，并在通道的兩側(cè)修有排水渠。在磚墻兩側(cè)，從門口側(cè)開始2±0.2加處， 每隔98±5 cm修建混凝土底座13,底座距地表70 cm。每個(gè)底座上有一個(gè)直徑68±5 cm，深2 cm的凹槽，用以固定原狀土柱，并且每個(gè)混凝土底座中間通過直徑10 厘米的PVC彎管14與通道相聯(lián)。原狀土柱安裝時(shí)，將圓盤底痤放在混凝土凹槽中，并在底座外接銅閥門上連接 一根長(zhǎng)1米長(zhǎng)的硅膠軟管7,通過PVC管14連接到通道16中的一個(gè)容積為25升 塑料桶8中，收集淋失液。然后將土壤12回填到原狀土柱周圍，壓實(shí)，使原狀土 柱內(nèi)外土壤盡可能一致。參照?qǐng)D4，在通道的頂端安裝電源盒18給降水降塵自動(dòng)采樣器19 (APS-2B， 武漢天虹智能儀表廠)提供電源，以測(cè)定大氣干溫沉降。在原狀土柱上安裝曲管地 溫表20 (WQG-16,上海華辰醫(yī)用儀表有限公司)，測(cè)定5 cm、 10 cm、 15cm和 20 cra處的地溫。最后，原狀土柱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)土柱內(nèi)外側(cè)均種植作物，并且種植密度及種類要一 致，以盡可能模擬田間真實(shí)狀況。
權(quán)利要求
1、制備大型原狀土柱的方法，其特征在于在農(nóng)田中選取一塊經(jīng)過多年耕種，土壤成熟的田地，將有切割邊(1)的PVC管(2)放在地表并站立，敲打PVC管(2)頂部，使PVC管(2)均勻下降，每下降2cm后，用鐵鍬將土體與PVC管管壁削平，繼續(xù)敲打，直至將PVC管下降到所需高度，在PVC管下降的過程中，要始終保持PVC筒與地面垂直，將加熱到60-70℃的凡士林填充到土體和PVC管管壁間的縫隙中，凡士林冷卻后將原狀土體(6)和PVC管(2)壁結(jié)合緊密，防止水分側(cè)滲，將土柱從PVC管底部切斷，將原狀土柱底部削平，放入圓盤底座(4)中，圓盤底座中內(nèi)鋪滲濾材料(3)，最后將原狀土柱與底座焊接在一起，圓盤底座底部安裝有連接收集桶(8)的硅膠管(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 內(nèi)徑610i2mm，外徑630i2mm的，高700i5mm，其下部的切割邊(1)高10±1 mm，傾角a-75。土5。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 垂直放在地表，圍繞PVC管(2)挖一寬90±2 cm，深120±5 era的圓坑，使PVC 管2站立在直徑90±5 cm的土體上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于將長(zhǎng)UO.lm 枕木橫放在PVC管(2)上，用木槌敲擊枕木使PVC管(2)均勻下降，每下降2 cm， 用鐵鍬將原狀土柱(6)與PVC管(2)外邊緣削平。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于圓盤底座(4) 底座高50mm,夕卜徑650i2mm，內(nèi)徑630i2mm，底座下圓盤直徑680土2mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于在PVC底座 (4)底部鋪上三層200目的尼龍篩網(wǎng)，再平鋪上20min厚、直徑為1 mm的石英砂，作為滲濾層。
7、 權(quán)利要求1所述的大型原狀土柱的應(yīng)用，其特征在于將制成的原狀土柱運(yùn) 到開有門的試驗(yàn)場(chǎng)，將土壤(12)回填到土柱周圍，中間有通道(16)，通道的兩 側(cè)修有排水渠，從門口側(cè)開始2士0.2 m處，每隔98±5 cm修建混凝土底座(13)， 每個(gè)底座上有一固定原狀土柱的凹槽，底座中間有與通道連通的PVC彎管(14)， 原狀土柱的圓盤底座(4)放到凹槽中，圓盤底座底部接頭(9)接硅膠軟管(7)，硅膠軟管(7)通過PVC管(14)接通道(16)中的塑料桶(8)，塑料桶(8)收 集淋失液，在通道的頂端安裝電源盒(18)和用以測(cè)定大氣干溫沉降的降水降塵自 動(dòng)采樣器(19)，在原狀土柱上安裝用于測(cè)定地溫的曲管地溫表(20)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型原狀土柱的應(yīng)用，其特征在于通道(16)深120cm， 寬1.65m，長(zhǎng)18m，通過臺(tái)階(17)直通試驗(yàn)場(chǎng)底部。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型原狀土柱的應(yīng)用，其特征在于每個(gè)底座上有一 個(gè)直徑69士2cm，深2cm的凹槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用PVC材料來建立大型原狀土柱系統(tǒng)的制備方法及應(yīng)用，發(fā)明的主要目的是用來研究土壤—植物系統(tǒng)中水分的淋失及水中溶質(zhì)對(duì)地下水的影響。將PVC管放在地表，然后敲擊PVC管使原狀土體進(jìn)入PVC管中，將原狀土體從PVC管底部切斷。運(yùn)回試驗(yàn)場(chǎng)地后將原狀土體及PVC管一同放入PVC底座中，底座底部鋪設(shè)滲濾材料及設(shè)置滲濾孔，并通過硅膠管與收集桶相連。試驗(yàn)場(chǎng)地中間有通道，通道兩側(cè)間隔放置原狀土柱，原狀土柱與地表平行，周圍回填土壤。最后在原狀土柱上種植作物，收集滲濾液，以研究土壤淋失液中溶質(zhì)的變化情況。本發(fā)明建設(shè)費(fèi)用低、材料成本低、操作簡(jiǎn)單、方便，能夠滿足農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)需求。
文檔編號(hào)G01N33/00GK101256182SQ20081004729
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者胡承孝, 趙長(zhǎng)盛, 魏 黃 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)