專(zhuān)利名稱(chēng)：土壤淋溶原位檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤淋溶原位檢測(cè)方法，屬于環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng) 域。該方法特別適用于監(jiān)測(cè)氮、磷、農(nóng)藥等土壤溶質(zhì)的淋溶對(duì)地下水的影響，特別是在實(shí) 現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)的條件下，降低了采樣的難度，使采樣過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。
背景技術(shù)：
土壤中氮素淋失對(duì)地下水的污染不但是重要的農(nóng)業(yè)問(wèn)題，而且是威脅到人類(lèi)健康和生 存的重要問(wèn)題。有研究表明，全世界施入土壤中的肥料約有30% 50%經(jīng)土壤淋失而進(jìn)入地下水(畢經(jīng)偉，張佳寶，陳效民，等"農(nóng)田土壤中土壤水滲漏與硝態(tài)氮淋失的模擬研究"，《灌溉排水學(xué)報(bào)》，2003， 22[6])。以往一般認(rèn)為，土壤中的磷淋溶損失量極少， 主要流失途徑是地表徑流和土壤侵蝕。但近年來(lái)，許多學(xué)者報(bào)道出農(nóng)田土壤磷素以淋溶形 式損失的量與以地表徑流和土壤侵蝕形式損失的量相當(dāng)或更大(呂家瓏，F(xiàn)ortune S， Brookes PC: "土壤磷淋溶狀況及其01sen磷'突變點(diǎn)'研究"，《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》，2003， 22[2])。根據(jù)聯(lián)合過(guò)糧農(nóng)組織的估計(jì)，太湖地區(qū)農(nóng)田磷流失量中，滲漏量占31%。因此， 作為富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵養(yǎng)分因素，磷元素的淋失問(wèn)題越來(lái)越被關(guān)注。農(nóng)藥殘留問(wèn)題已成為一 個(gè)世界性問(wèn)題。農(nóng)藥不僅殘留在表層土壤中，還會(huì)淋溶到地下水中。即使非常小的一部分 (所施用農(nóng)藥)淋溶脂地下水，都可能對(duì)地下水的安全構(gòu)成威脅(唐浩，李振紅"對(duì)地 下水域農(nóng)藥轉(zhuǎn)化定量方法的評(píng)價(jià)"，《世界農(nóng)藥》，2002， 24[5])。為了保護(hù)水資源和水 生生態(tài)系統(tǒng)，世界各國(guó)都在尋求新的途徑和方法，以監(jiān)測(cè)、治理和解決環(huán)境問(wèn)題。目前對(duì) 土壤中氮、磷運(yùn)移規(guī)律的研究方法主要有室內(nèi)土柱模擬法、滲漏池法、田間土柱法、陶土 吸力杯法和集水槽法。現(xiàn)有方法存在如下問(wèn)題(1) 室內(nèi)土柱模擬法操作簡(jiǎn)便、快捷并容易控制，但不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)實(shí)際田間環(huán)境。(2) 滲漏池法克服了室內(nèi)土柱模擬法的缺點(diǎn)，但是需要開(kāi)挖巨大的壕溝已進(jìn)行樣品 采集，施工量大，成本高。(3) 田間土柱法采樣時(shí)需要外部施加一定的負(fù)壓，才能將土壤中的水分吸入圓柱體 的底部空間，然后抽入采樣瓶。其主要缺點(diǎn)是外壓改變了土壤水流場(chǎng)，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)算田間實(shí)際淋溶液通量及土壤實(shí)際溶質(zhì)的運(yùn)移過(guò)程。(4) 陶土吸力杯法的主要問(wèn)題是成本高，采樣時(shí)只能采集某一點(diǎn)的土壤溶液，若了 解整個(gè)土壤斷面的溶液狀況需插入多根采集器，導(dǎo)致成本大幅增加。(5) 集水槽法克服了陶土吸力杯法的缺點(diǎn)，但安裝集水槽時(shí)需要開(kāi)挖水槽上方土體， 破壞了自然狀態(tài)下的土壤水分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，在目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有確立土壤淋溶監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況下，研究一種相對(duì)精 確、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的土壤淋溶原位檢測(cè)方法將在土壤淋溶研究領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種能準(zhǔn)確測(cè)算土壤淋溶液 通量的自流式田間土壤淋溶原位檢測(cè)方法。 ' 本發(fā)明土壤淋溶原位檢測(cè)方法包含如下步驟a) 在土壤表面開(kāi)挖溝槽，獲得豎直方向的土壤剖面，挖出的土壤按其深度分層堆放， 以便能分層回填；b) 在上述土壤剖面上的目標(biāo)深度上開(kāi)挖水平方向的洞穴，該洞穴的上表面平整，洞 穴容積略大于下述淋溶盤(pán)；C)設(shè)置淋溶盤(pán)用于收集淋溶液；設(shè)置采樣瓶以存放淋溶盤(pán)收集的淋溶液，采樣瓶位 于步驟a)所述的溝槽中的空曠區(qū)域；淋溶盤(pán)和釆樣瓶之間通過(guò)出水管連接；淋溶盤(pán)中的淋 溶液能夠自動(dòng)流入采樣瓶；d) 在淋溶盤(pán)中放入用步驟b)所述的目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿，在此之前可 在淋溶盤(pán)底面依次覆蓋濾布層，石英砂層和濾布層；然后將淋溶盤(pán)插入所述的洞穴，所述 的泥漿和所述的洞穴的上表面緊密接觸；e) 使用相應(yīng)深度的土層的土壤封填所述的洞穴；并可在所述的洞穴處用防側(cè)滲塑料 布豎直地鋪于洞口，并用目標(biāo)深度的土層的土壤密封，使出水管穿過(guò)該塑料布。f) 沿步驟a)所述的豎直方向的土壤剖面砌豎直方向的防水墻體，使出水管穿過(guò)墻體； 同時(shí)分層回填墻體和淋溶盤(pán)之間被挖開(kāi)的土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量 恢復(fù)原狀。進(jìn)一步，為了提高檢測(cè)效率，可在上述豎直方向的土壤剖面上開(kāi)挖多個(gè)所述的水平方 向的洞穴，在每個(gè)洞穴中均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤(pán)，出水管和采樣瓶；這些洞穴的上表面可以處于同一水平面上，以平行檢測(cè)同一土壤深度的淋溶情況；也可以處于不同的水平面上， 以同時(shí)檢測(cè)不同深度土層的淋溶情況。更進(jìn)一步，步驟a)開(kāi)挖的溝槽可以是規(guī)則的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，從而得到四個(gè)豎直方向的土 壤剖面，在每個(gè)土壤剖面上均可開(kāi)挖水平方向的洞穴，在每個(gè)洞穴中均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤(pán)， 出水管和采樣瓶。同樣，這些洞穴的上表面可以處于同一水平面上，以平行檢測(cè)不同方向 的同一深度土層的淋溶情況；也可以處于不同的水平面上，以同時(shí)檢測(cè)不同方向不同深度 土層的淋溶情況。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法能夠保證監(jiān)測(cè)到自然狀態(tài)下的原狀土壤淋溶狀況。其主 要特點(diǎn)可概括為準(zhǔn)確性、可視性和便捷性。首先，能夠保證是在自然狀態(tài)下的原狀土壤 進(jìn)行的淋溶狀況，基本上對(duì)土壤擾動(dòng)很小，數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確可靠，是進(jìn)行長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)的優(yōu) 先選擇；其次，便于根據(jù)管中的水量多少進(jìn)行取樣，對(duì)取樣的時(shí)間有比較容易確定，對(duì)土 壤的灌水量可以比較直觀的進(jìn)行控制；再次，是在保證數(shù)據(jù)可靠性的前提下，取樣過(guò)程簡(jiǎn) 單、快捷。


圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例的裝置示意圖； 其中，1—淋溶盤(pán)；2—出水管；3—采樣瓶；4一防滲塑料布； 5—墻體；6—臺(tái)階；7—防水蓋子具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本實(shí)施例釆集地面以下90cm處的土壤淋溶液。如附圖1所示，本實(shí)施例所使用的裝置主要由淋溶盤(pán)、出水管和采樣瓶組成，其中-淋溶盤(pán)為一規(guī)則的長(zhǎng)方體，盤(pán)內(nèi)有效容積為40cmX50cmX5cm (盤(pán)底長(zhǎng)X盤(pán)底寬 X盤(pán)高)，盤(pán)壁PVC板厚6mm,盤(pán)底PVC板厚10mm;淋溶盤(pán)出水口位于盤(pán)底一長(zhǎng)邊的中間位置，出水口直徑為12 mm;出水口帶有內(nèi)螺紋, 用于連接"L"形或"一"形的PVC螺口水嘴，其兩端均帶有螺口； PVC螺口水嘴螺口外 徑12mm，它的雙層防松螺母內(nèi)徑12mm;該螺口水嘴的另一端連接帶配套的防松螺母；6出水管通過(guò)該防松螺母與淋溶盤(pán)相連，出水管的外徑與防松螺母內(nèi)徑配套，擰緊螺母后可 確保出水管與淋溶盤(pán)連接緊密，出水管外徑12mm，內(nèi)徑10mm。采樣瓶通過(guò)出水管與淋溶盤(pán)相連。采樣瓶容積以當(dāng)?shù)貑未瘟苋芤旱淖畲罅繛樽钚∠蕖?淋溶盤(pán)出水口高于采樣瓶進(jìn)水口，之間的高度不低于10cm。各接口均用PVC膠水或其他防水膠密封固定，以防漏水、漏氣。本實(shí)施例的主要步驟為(1) 選擇大田試驗(yàn)兩個(gè)小區(qū)的中間位置，在地表劃出用于安裝淋溶盤(pán)的土壤剖面的 水平占地范圍，并開(kāi)挖溝槽。挖掘一個(gè)長(zhǎng)150cm、寬100m、深120m的土壤剖面，以獲得 兩個(gè)豎直方向的土壤剖面，所謂豎直，指的是該剖面盡量垂直于水平面。在挖掘過(guò)程中要 保證土壤剖面整齊不塌方，挖出的土壤按其深度分層(比如0-20cm、 20-40cm、 40-60cm、 60-80cm等)堆放，以便能分層回填。(2) 在靠近監(jiān)測(cè)小區(qū)一面的土壤剖面上距地表95cm深處(確保淋溶盤(pán)上表面在地面 下90cm深處)朝被監(jiān)測(cè)土壤的水平方向挖深55cm，寬55cm，高5.5cm左右的長(zhǎng)方體洞， 并盡量保證洞的上表面平整。(3) 將淋溶盤(pán)出水口和出水管連接緊密，然后在淋溶盤(pán)底覆蓋兩層IOO目尼龍紗網(wǎng)， 并將尼龍紗網(wǎng)用硅膠或其他防水膠稍加固定后，再向盤(pán)內(nèi)裝滿用清水洗凈的粗砂，裝粗砂 量以距淋溶盤(pán)盤(pán)口 2 3mm為宜，最后在粗砂表層覆蓋一層100目尼龍紗網(wǎng)，并用取自90cm 深處的土壤調(diào)制的粗泥漿鋪在紗網(wǎng)上，將PVC盤(pán)放入挖好的水平方洞中，其外側(cè)邊距洞口 約15-20cm。安裝過(guò)程中應(yīng)使泥漿盡量與洞的上平面緊密接觸，以模擬原土壤基質(zhì)勢(shì)，最 后將洞口回填壓實(shí)。(4) 在水平洞口用粗厚泥漿封嚴(yán)洞口，用防側(cè)滲塑料布豎直地鋪于洞口，只將連在 淋溶盤(pán)的出水管露出，出水管另一端留出。(5) 砌防水水泥墻體，使出水管穿過(guò)墻體。分層回填土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉 使土壤盡量恢復(fù)原狀。(6) 在兩墻體間修砌臺(tái)階，便于人工操作。(7) 將采樣瓶同出水管相連。(8) 將兩墻體形成的室上方，蓋一防水蓋子，防止由于降水而將其灌水。
權(quán)利要求
1.一種土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，包含如下步驟a)在土壤表面開(kāi)挖溝槽，獲得豎直方向的土壤剖面，挖出的土壤按其深度分層堆放；b)在上述土壤剖面上的目標(biāo)深度上開(kāi)挖水平方向的洞穴，該洞穴的上表面平整，洞穴容積略大于下述淋溶盤(pán)；c)設(shè)置淋溶盤(pán)用于收集淋溶液；設(shè)置采樣瓶以存放淋溶盤(pán)收集的淋溶液，采樣瓶位于步驟a)所述的溝槽中的空曠區(qū)域；淋溶盤(pán)和采樣瓶之間通過(guò)出水管連接；淋溶盤(pán)中的淋溶液能夠自動(dòng)流入采樣瓶；d)在淋溶盤(pán)中放入用步驟b)所述的目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿，并將淋溶盤(pán)插入所述的洞穴，所述的泥漿和所述的洞穴的上表面緊密接觸；e)使用相應(yīng)深度的土層的土壤封填所述的洞穴；f)沿步驟a)所述的豎直方向的土壤剖面砌豎直方向的防水墻體，使出水管穿過(guò)墻體；同時(shí)分層回填墻體和淋溶盤(pán)之間被挖開(kāi)的土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量恢復(fù)原狀。
2. 如權(quán)利要求1所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，步驟d)所述的在淋溶盤(pán)中 放入用步驟b)所述的目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿之前還包含在淋溶盤(pán)底面順序覆 蓋濾布層，石英砂層和濾布層。
3. 如權(quán)利要求1所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，步驟e)和步驟f)之間還包 含步驟g):在所述的洞穴處用防側(cè)滲塑料布豎直地鋪于洞口，并用目標(biāo)深度的土層的土壤密 封，使出水管穿過(guò)該塑料布。
4. 如權(quán)利要求1所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，在所述的豎直方向的土壤 剖面上開(kāi)挖多個(gè)所述的水平方向的洞穴，在每個(gè)洞穴中均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤(pán)，出水管和采 樣瓶。
5. 如權(quán)利要求4所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，所述的多個(gè)水平方向的洞 穴的上表面均在同一水平面上。
6. 如權(quán)利要求1所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，步驟a)所述的溝槽為規(guī)則 的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，從而得到四個(gè)所述的豎直方向的土壤剖面，在每個(gè)土壤剖面上均開(kāi)挖所述 的水平方向的洞穴，在每個(gè)洞穴中均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤(pán)，出水管和釆樣瓶。
7. 如權(quán)利要求6所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，所述的多個(gè)水平方向的洞穴的上表面均在同一水平面上。
8.如權(quán)利要求6所述的土壤淋溶原位檢測(cè)方法，其特征在于，所述的多個(gè)水平方向的洞 穴的上表面位于不同的水平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種土壤淋溶原位檢測(cè)方法，屬于環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng)域。本發(fā)明方法包含如下步驟獲得豎直方向的土壤剖面并在其上的目標(biāo)深度上開(kāi)挖水平方向的洞穴；在該洞穴中設(shè)置水平方向的淋溶盤(pán)用于收集淋溶液，淋溶盤(pán)中的淋溶液能夠自動(dòng)通過(guò)出水管流入采樣瓶；用相應(yīng)深度的土層的土壤封填洞穴；沿步驟豎直方向的土壤剖面砌豎直方向的防水墻體，使出水管穿過(guò)墻體；同時(shí)分層回填土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量恢復(fù)原狀。本發(fā)明方法特別適用于監(jiān)測(cè)氮、磷、農(nóng)藥等土壤溶質(zhì)的淋溶對(duì)地下水的影響，特別是在實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)的條件下，降低了采樣的難度，使采樣過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。
文檔編號(hào)G01N33/24GK101261262SQ20081010267
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者斌 習(xí), 何丙輝, 劉光榮, 劉宏斌, 劉寶存, 強(qiáng) 左, 李志宏, 杜連鳳, 紀(jì)雄輝, 范先鵬, 鄒國(guó)元 申請(qǐng)人:北京市農(nóng)林科學(xué)院;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所;西南大學(xué);湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所;江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所;湖南省土壤肥料研究所