專利名稱：自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，屬于環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和植物營 養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng)域。本方法特別適用于監(jiān)測氮、磷、農(nóng)藥等土壤溶質(zhì)的淋溶對地下水的影響。
背景技術(shù)：
土壤中氮素淋失對地下水的污染不但是重要的農(nóng)業(yè)問題，而且是威脅到人類健康和生 存的重要問題。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，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])。農(nóng)藥殘留問題己成為一個(gè)世界性問題。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，都可能對地下水的安全構(gòu) 成威脅(唐浩，李振紅"對地下水域農(nóng)藥轉(zhuǎn)化定量方法的評價(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)，世界各國都在尋求新的途徑和方法，以監(jiān)測、 治理和解決環(huán)境問題。目前對土壤中氮、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?，F(xiàn)有方法存在如下問題(1) 室內(nèi)土柱模擬法操作簡便、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，無法準(zhǔn)確測算田間 實(shí)際淋溶液通量及土壤實(shí)際溶質(zhì)的運(yùn)移過程。(4) 陶土吸力杯法的主要問題是采樣時(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。3(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，在目前國內(nèi)外還沒有確立土壤淋溶監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況下，研究一種相對簡 便、經(jīng)濟(jì)、精確的土壤淋溶液收集方法將在土壤淋溶研究領(lǐng)域有廣口的發(fā)展前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種能準(zhǔn)確測算土壤淋溶液通量的 自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法。本發(fā)明自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法包含如下步驟a) 在土壤表面開挖溝槽，獲得一豎直方向的土壤剖面，這個(gè)溝槽的大小應(yīng)當(dāng)能夠保證操作人員在在里面可以自由操作；挖出的土壤按其深度分層堆放，以便能分層回填；b) 在上述土壤剖面的目標(biāo)深度開挖一水平方向的洞穴，洞穴的上表面應(yīng)當(dāng)保證平整， 洞穴的大小應(yīng)以略大于下述淋溶盤為準(zhǔn)；C)設(shè)置淋溶盤用于收集淋溶液；設(shè)置集液管以收集淋溶盤的淋溶液，集液管位于步 驟a)所述的溝槽中，其上部露出地面，其下方可以設(shè)置一層用水泥澆筑的方磚，以便集液 管可以豎直固定放置；淋溶盤和集液管之間通過出水管連接；淋溶盤中的淋溶液能夠自動(dòng) 流入集液管；在集液管的上部的蓋子上設(shè)置通氣管和抽液管，通氣管用于使集液管連通空 氣，抽液管用于從集液管中抽取淋溶液。d) 在淋溶盤中放入用步驟b)所述目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿，在此之前還可 以在淋溶盤底面依次覆蓋濾布層，石英砂層和濾布層，以防止淋溶盤中的土壤、雜質(zhì)進(jìn)入 出水管，發(fā)生堵塞；然后將淋溶盤插入所述的洞穴，所述的泥漿和所述的洞穴上表面應(yīng)當(dāng) 貼緊；使用相應(yīng)深度土層的土壤封填所述的洞穴。e) 分層回填挖開的土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量恢復(fù)原狀。f) 通過抽液管抽取集液管中的淋溶液。進(jìn)一步，在上述豎直方向的土壤剖面上可以開挖多個(gè)水平方向的洞穴，在每個(gè)洞穴中 均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤和出水管，集液管可以單獨(dú)設(shè)置也可以共用，這些洞穴的上表面可以 在同一水平面上，以平行檢測相同深度的土壤淋溶液，也可以在在不同的水平面上，以同 時(shí)檢測不同土壤深度的土壤淋溶液。更進(jìn)一步，為了提高效率，步驟a)所述的溝槽可以是規(guī)則的長方體結(jié)構(gòu)，從而得到四個(gè)豎直方向的土壤剖面，在每個(gè)土壤剖面上均可以開挖上述水平方向的洞穴，在每個(gè)洞穴 中均設(shè)置單獨(dú)的淋溶盤和出水管。本發(fā)明自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法能夠保證監(jiān)測到自然狀態(tài)下的原狀土壤淋 溶狀況。和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢可以概括為準(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，基本上對土壤擾動(dòng)很小， 數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確可靠，是進(jìn)行長期定位監(jiān)測的優(yōu)先選擇；其次，便于根據(jù)管中的水量多少進(jìn) 行取樣，對取樣的時(shí)間有比較容易確定，對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，取樣過程簡單、快捷。


圖l.本發(fā)明實(shí)施例裝置結(jié)構(gòu)簡圖；其中，l一淋溶盤，2—集液管，3—出水管，4一通氣管，5—抽液管，6—方磚底座， 7—活動(dòng)封口， 8—采樣瓶，9一緩沖瓶，10—真空泵。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 本實(shí)施例采集地面以下卯cm處的土壤淋溶液。如附圖1所示，本實(shí)施例方法所使用的裝置主要包括淋溶盤、集液管、出水管、通氣管，抽液管，采樣瓶，緩沖瓶和真空泵。淋溶盤為一規(guī)則的長方體，盤內(nèi)有效容積為40cmX50cmX5cm (盤底長X盤底寬 X盤高)，盤壁PVC板厚6mm，盤底PVC板厚10 mm;淋溶盤出水口位于盤底一長邊的中間位置，出水口直徑為12mm;出水口帶有內(nèi)螺紋， 用于連接L形PVC螺口水嘴，其兩端均帶有螺口； PVC螺口水嘴螺口外徑12 mm，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；出水管通過該防 松螺母與淋溶盤相連，出水管的外徑與防松螺母內(nèi)徑配套，擰緊螺母后可確保導(dǎo)水管與淋 溶盤連接緊密，出水管外徑12mm，內(nèi)徑10mm。集液管通過出水管與淋溶盤相連，高170cm，直徑20cm。淋溶盤出水口至集液管進(jìn) 水口之間的高度約為60 cm;通氣管外徑12 mm，內(nèi)徑10 mm，長10cm; 抽液管外徑12 mm，內(nèi)徑10 mm，長180cm。 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)施例方法的步驟為-(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的土壤剖面的 水平占地范圍，并開挖溝槽。挖掘一個(gè)長150cm、寬100m、深120m的土壤剖面，在每個(gè) 剖面的兩端各安裝兩套淋溶盤。在挖掘過程中要保證土壤剖面整齊不塌方，挖出的土壤分 層(0-20cm、 20-40cm、 40-60cm、 60-80cm......)堆放，以便能分層回填。(2) 在監(jiān)測小區(qū)一面的縱剖面距地表95cm深處(確保淋溶盤上表面在地面下卯cm 深處)朝被監(jiān)測土壤的水平方向挖深55cm，寬55cm，高5.5cm左右的方形洞，并盡量保 證洞的上表面平整。(3) 將淋溶盤出水口和導(dǎo)水管連接緊密，然后在淋溶盤底覆蓋兩層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，再向盤內(nèi)裝滿用清水洗凈的粗砂，裝粗砂 量以距淋溶盤盤口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盤放入挖好的水平方洞中，其外側(cè)邊距洞口 約15-20cm。安裝過程中應(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，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，并布置一略大于洞口的塑料布，只將連在淋 溶盤的出水管露出，出水管另一端接集液管。剖面底部安裝集液管處下墊一層方磚，水泥 澆筑，以保障集液管的穩(wěn)固性。集液管安放到水泥澆筑的方磚上后，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?；靥畹倪^程確保集液管管蓋伸出地面。(5) 將抽液管和通氣管通過橡膠塞與集液管的管蓋相連。通氣管上端伸出管蓋，彎 頭，口朝下，下端露出橡膠塞約5cm;抽液管上端伸出管蓋，并帶有活動(dòng)封口，下端削成 楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底約5mm。(6) 采樣時(shí)，打開抽液管活動(dòng)封口，將抽液管與采樣瓶連通，采樣瓶通過真空泵抽 吸下形成一定的負(fù)壓，集液管中的淋溶液在負(fù)壓下流入采樣瓶。權(quán)利要求
1.一種自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，包含如下步驟a)在土壤表面開挖溝槽，獲得一豎直方向的土壤剖面；挖出的土壤按其深度分層堆放；b)在上述土壤剖面的目標(biāo)深度開挖一水平方向的洞穴，該洞穴的上表面平整，洞穴容積略大于下述淋溶盤；c)設(shè)置淋溶盤用于收集淋溶液；設(shè)置集液管以收集淋溶盤的淋溶液，集液管位于步驟a)所述的溝槽中，其上部露出地面；淋溶盤和集液管之間通過出水管連接；淋溶盤中的淋溶液能夠自動(dòng)流入集液管；在集液管的上部的蓋子上設(shè)置通氣管和抽液管；d)在淋溶盤中放入用步驟b)所述目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿，并將淋溶盤插入所述的洞穴，所述的泥漿和所述的洞穴上表面貼緊；使用相應(yīng)深度土層的土壤封填所述的洞穴；e)分層回填挖開的土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量恢復(fù)原狀；f)通過抽液管抽取集液管中的淋溶液。
2. 如權(quán)利要求1所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，步驟d)所述的在淋溶盤中放入用步驟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底面按照先后順序覆蓋濾布層，石英砂層和濾布層，以防止淋溶盤中的土壤、 雜質(zhì)進(jìn)入出水管，發(fā)生堵塞。
3. 如權(quán)利要求1所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，步驟c)所述的設(shè)置集液管之前在安放集液管處設(shè)置一層方磚，并用水泥澆筑，集液管設(shè)置于其上。
4. 如權(quán)利要求1所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，在所述的豎直方向的土壤剖面上開挖多個(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 盤和出水管。
5. 如權(quán)利要求1所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，步驟a)所 述的溝槽為規(guī)則的長方體結(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 面上均開挖一個(gè)或多個(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)的淋溶盤和出水管。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，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。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，所述 的多個(gè)水平方向的洞穴的上表面處于不同的水平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自然狀態(tài)下的土壤淋溶液收集方法，屬于環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng)域。本發(fā)明方法主要包含如下步驟獲得豎直方向的土壤剖面，挖出的土壤按深度分層堆放；在上述土壤剖面上的目標(biāo)深度上開挖水平方向的洞穴，洞穴的上表面應(yīng)當(dāng)保證平整；在洞穴中插入淋溶盤，淋溶盤中放入目標(biāo)深度的土層的土壤調(diào)制的泥漿；分層回填挖開的土壤，逐層壓實(shí)，并多次灌溉使回填的土壤盡量恢復(fù)原狀。本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)在自然狀態(tài)下對土壤淋溶液的收集和監(jiān)測，特別適用于監(jiān)測氮、磷、農(nóng)藥等土壤溶質(zhì)的淋溶對地下水的影響。
文檔編號(hào)G01N33/24GK101261201SQ20081010267
公開日2008年9月10日 申請日期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), 劉孟朝, 劉宏斌, 劉寶存, 強(qiáng) 左, 張?jiān)瀑F, 李志宏, 王玉峰, 鄒國元, 馬忠明 申請人:北京市農(nóng)林科學(xué)院;中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所;黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所;甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所;河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所