專利名稱：農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，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。該裝置特別適用于監(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，可以同時(shí)同地監(jiān)測(cè)土壤淋溶和徑流狀況， 提高了準(zhǔn)確度，且采樣過程簡(jiǎn)單快捷。
背景技術(shù)：
水土流失、面源污染、農(nóng)林地養(yǎng)分流失、污染物和養(yǎng)分的壤中遷移是目前我國(guó)生態(tài)、 環(huán)境、農(nóng)林業(yè)所面臨的嚴(yán)峻問題，而徑流和淋溶是這些過程的引發(fā)者和主要載體。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])。 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。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)ortunes, 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，磷元素的淋失問題越來越被關(guān)注。農(nóng)藥殘留問題已成為一個(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(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)境問題。
目前對(duì)于徑流和淋溶的監(jiān)測(cè)大多分別進(jìn)行的，未能同時(shí)對(duì)同一地塊類型進(jìn)行同一的全 面的監(jiān)測(cè)， 一般采用的方法包括徑流，O流量計(jì)法；2)量水堰法；3)全集流法等。 淋溶，1)室內(nèi)土著模擬法；2)滲漏池法；3)田間土柱法；4)陶土吸力杯法等。以上方 法只是分別測(cè)定地表徑流或土壤淋溶，不能形成可靠的對(duì)比性和連續(xù)性。因此，在目前國(guó) 內(nèi)外還沒有確立土壤淋溶徑流相結(jié)合的監(jiān)測(cè)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)的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置將在土壤環(huán)境研究領(lǐng)域有廣闊的發(fā) 展前景。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型目的在于提供一種可以同時(shí)原位監(jiān)測(cè)田間土壤淋溶和徑流的裝置，且適于 水旱輪作制度地區(qū)的監(jiān)測(cè)。
該裝置包括徑流池，淋溶盤，出水管，采樣瓶，和徑流收集管；
徑流池包含至少一個(gè)豎直的土壤剖面，該土壤剖面上含有水平方向的與淋溶盤外形相 適應(yīng)但深度大于淋溶盤長(zhǎng)度的洞穴；
淋溶盤為一不透水容器，上部開口，用于收集淋溶液；淋溶盤下部設(shè)有出水口；淋溶 盤可以具有規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)，比如是規(guī)則的無頂扁平長(zhǎng)方體(無頂盒子)，可將出水口設(shè) 置于盤底長(zhǎng)邊的中間位置；出水口通過螺母水嘴與出水管相連；淋溶盤位于上述土壤剖面 的洞穴內(nèi)；
出水管為一不透水的雙通導(dǎo)水管， 一端連接淋溶盤的出水口，另一端連接釆樣瓶的進(jìn) 水口，淋溶盤中的淋溶液能自動(dòng)通過出水管流入采樣瓶；出水管上還可以配有夾子，這個(gè) 夾子能夠?qū)⒊鏊軍A住，停止淋溶液流向采樣瓶，方便取用或更換采樣瓶。
采樣瓶為一不透水容器，上設(shè)進(jìn)水口，用于收集來自淋溶盤的淋溶液；
徑流收集管為一"上"字形四通管，含有一個(gè)出水口和三個(gè)可以封閉的進(jìn)水口，所述三 個(gè)進(jìn)水口的高度不同；每個(gè)徑流池與至少一個(gè)所述徑流收集管的出水口連通。
本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置的淋溶盤部分設(shè)計(jì)特點(diǎn)是 淋溶盤形狀為規(guī)則的無頂扁平長(zhǎng)方體，由PVC壓縮板焊接而成。淋溶盤盤底一長(zhǎng)邊的中間 位置含有一個(gè)出水口、 一個(gè)帶有雙層防松螺母的PVC螺口水嘴和一個(gè)出水管。出水口鑲嵌 在盤底，并帶有內(nèi)螺紋，用于連接PVC螺口水嘴。出水口以高度安裝PVC水嘴后，水嘴 的內(nèi)壁最低點(diǎn)低于盤底平面為宜，以便于淋溶液順暢流入集液管，不殘留存液。PVC螺口 水嘴為L(zhǎng)形或直形，兩端均帶有螺口，其中一端與淋溶盤出水口相連，另一端連接帶配套 的雙層防松螺母。淋溶盤通過防松螺母與出水管相連，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連接緊密。淋溶盤通過出水管穿過徑流池墻體同采樣瓶 相連，在不用時(shí)出水管用夾子夾住。淋溶盤還含有濾布和砂濾層，第一層濾布設(shè)在出水口
處，第二層濾布設(shè)在盤口，兩層濾布之間設(shè)置石英砂，石英砂的厚度為距淋溶盤盤口 3mm
左右為宜。
本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置的"上"字型四通管部分設(shè)計(jì)
特點(diǎn)是由兩個(gè)三通管和五根直管組合成具有四個(gè)進(jìn)排水口的四通管，進(jìn)水口一的進(jìn)水高 度和田埂的排水高度一致，其管口一般在地平面以上6-10cm;進(jìn)水口二的進(jìn)水高度和地面 高度一致；當(dāng)田間有排水溝時(shí)，進(jìn)水口三的進(jìn)水高度與田間排水溝的排水高度一致，我國(guó) 南方地區(qū)一般溝深為15cm左右。所謂的進(jìn)水高度指的是能使進(jìn)水設(shè)備開始進(jìn)水的最低水 位高度(距離地面)，排水高度指的是能使排水設(shè)備開始排水的最低水位高度(距離地面)。 在具體使用時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)各進(jìn)水口的高度使之滿足使用需要。此四通管的創(chuàng)新 點(diǎn)是適應(yīng)于水旱輪作地區(qū)的原位監(jiān)測(cè)，而無需改變裝置。
本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置的徑流池部分設(shè)計(jì)特點(diǎn)是
在墻壁上刻劃記錄線，用于直接記錄讀取徑流量，準(zhǔn)確度根據(jù)具體需要而定。容積大于當(dāng) 地最大一次徑流量而定。
本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置的抽排池部分設(shè)計(jì)特點(diǎn)是
位于徑流池最外側(cè)， 一般較徑流池深20cm左右，地面以上高度與徑流池高度相同。抽排 池寬度與徑流池相同，長(zhǎng)度可短于徑流池，具體尺寸可根據(jù)實(shí)際情況而定。
本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置各接口均用PVC膠水或其 他防水膠密封固定，以防漏水、漏氣。


圖1.本實(shí)用新型實(shí)施例裝置示意圖； 圖2.為平原地區(qū)淋溶徑流收集示意圖； 圖3.為山地丘陵地區(qū)淋溶徑流收集示意圖； 圖4.徑流收集管示意圖 其中
l一淋溶盤；2—出水管；3—采樣瓶；4—防滲塑料布；5—墻體；6—臺(tái)階； 7—防水蓋子；8—出水口； 9—進(jìn)水口三；10—進(jìn)水口二； ll一進(jìn)水口一； 12—蓋子； A.徑流收集管； B.徑流池；C.小區(qū)；D.抽排池具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置 進(jìn)行詳細(xì)說明。 1、徑流池建設(shè) 1.1徑流池
1.1.1徑流池?cái)?shù)量與排列不論平原區(qū)還是山地丘陵區(qū)，每個(gè)小區(qū)均對(duì)應(yīng)一個(gè)徑流池， 用來收集小區(qū)徑流水(圖2、圖3)。為迅速排空徑流池內(nèi)的積水，便于清洗徑流池，平 原區(qū)或山地丘陵區(qū)稻田、壩地可在徑流池最外側(cè)加做一個(gè)抽排池(圖2)。山地丘陵區(qū)坡
耕地則無需抽排池，直接利用排水凹槽排水。
l丄2徑流池容積以能夠容納當(dāng)?shù)貑螆?chǎng)最大暴雨所產(chǎn)生的徑流量來確定徑流池的大
小。根據(jù)徑流小區(qū)的面積、單場(chǎng)暴雨量及其產(chǎn)流量來確定徑流池的大小。如小區(qū)面積30m2， 單場(chǎng)最大暴雨以80mm、產(chǎn)流量按50mm計(jì)(根據(jù)各地的產(chǎn)流系數(shù)確定)，池容積為 30x50+1000=1.5m3。徑流池的長(zhǎng)、寬、深可根據(jù)實(shí)際情況而定， 一般地表以下池深為 100~120cm，地表以上高度為20cm。徑流池長(zhǎng)度為小區(qū)長(zhǎng)度的一半，寬度一般為80~120cm。
l丄3徑流池結(jié)構(gòu)徑流池壁為磚、水泥墻體，池底用混凝土澆筑而成；池壁為單磚 或雙磚結(jié)構(gòu)，用水泥粉砌磚墻的內(nèi)、外壁，粉砌厚度為1.5cm。粉刷過程中必須做好防滲 處理，務(wù)必確保各個(gè)徑流池規(guī)格完全相同，不漏水、不滲水。
l丄4排水凹型槽用混凝土澆筑徑流池底時(shí)，沿徑流池串聯(lián)方向，在緊貼墻壁一側(cè) 做一條10cm寬、10cm深的凹型槽，在兩個(gè)徑流池之間的池壁對(duì)應(yīng)位置，埋設(shè)直徑為5cm PVC管，連通到抽排池。此凹型槽用來排空每一個(gè)徑流池的積水。正常情況下，PVC管兩 側(cè)用蓋旋緊；排水時(shí)擰開，使各個(gè)徑流池的積水排至抽排池，然后用抽水機(jī)排水。
l丄5標(biāo)桿尺為方便、準(zhǔn)確計(jì)量徑流水量，應(yīng)配備一個(gè)標(biāo)桿尺(最小刻度為mm)， 或者在一根PVC管(確保垂直、不打彎)上綁縛一個(gè)鋼巻尺，或在徑流池壁上標(biāo)記刻劃尺 度。徑流池底部面積與徑流水高度的乘積，再加上凹型槽部分的體積，即為徑流水量。根 據(jù)徑流量、徑流液中的氮、磷、農(nóng)藥的濃度，即可算出流失的氮、磷和農(nóng)藥量。
l丄6徑流池蓋徑流池表面應(yīng)鋪設(shè)硬質(zhì)、防雨遮蓋設(shè)施，既可防止雨水、灰塵落入， 也防止人和動(dòng)物不慎跌落。例如使用石棉水泥蓋板，防止雨水及雜物進(jìn)入徑流池。 1.2徑流收集管
徑流收集管是本實(shí)用新型的主要部分，其安裝位置的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到地表徑流監(jiān)
測(cè)試驗(yàn)的成敗。 一般來講，徑流收集管安裝在監(jiān)測(cè)小區(qū)與徑流池相連一邊、靠近小區(qū)中間 的位置(如圖2、圖3)。任何類型監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中，各個(gè)小區(qū)的徑流收集管高度必須保持一 致。
1.2.1水旱輪作監(jiān)測(cè)試驗(yàn)徑流收集管可由直徑為5cm的PVC管和兩個(gè)三通管連接而 成(圖4)。三個(gè)排水口均帶蓋子。自上而下的三個(gè)排水口分別用于收集水稻灌水期、曬 田期(或休閑期)和旱作生長(zhǎng)期(如小麥、油菜等)產(chǎn)生的徑流水。在某一時(shí)期，只用其 中一個(gè)排水口，其余兩個(gè)排水口務(wù)必用蓋子旋緊。
1.2.2水田監(jiān)測(cè)試驗(yàn)對(duì)于單季稻、雙季稻等全年只種水稻的地塊，只需將上述徑流 收集管的進(jìn)水口三封閉即可，進(jìn)水口一和進(jìn)水口二分別用于水稻生長(zhǎng)期、曬田期(或休閑 期)。在某一時(shí)期，只用其中一個(gè)進(jìn)水口，另一個(gè)進(jìn)水口務(wù)必用蓋子旋緊。
1.2.3旱地平原與坡耕地監(jiān)測(cè)試驗(yàn)對(duì)于沒有田間排水溝的旱地平原區(qū)和山地丘陵區(qū)來 講，只需將上述徑流收集管的進(jìn)水口一和進(jìn)水口三封閉即可，保證進(jìn)水口二的底壁內(nèi)表面 與地平面高度相同；對(duì)于田間有排水溝的地塊，只需將進(jìn)水口一和進(jìn)水口二封閉，保證進(jìn) 水口三底壁內(nèi)表面應(yīng)與溝底相平。我國(guó)南方田間一般挖有寬10cm、深15cm左右的排水溝， 則徑流收集管底壁內(nèi)表面應(yīng)在地表之下15cm處。 1.3抽排池
抽排池位于徑流池最外側(cè)， 一般較徑流池深20cm左右，在地表以下120~150cm，地 面以上高度與徑流池高度相同，為20cm。抽排池寬度與徑流池相同，長(zhǎng)度可短于徑流池， 具體尺寸可根據(jù)實(shí)際情況而定。
2、淋溶裝置建設(shè)
淋溶裝置按照下述步驟建設(shè)-
(1) 選擇大田的中央位置，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(zhǎng)150cm、寬100m、深150m的土壤剖面，在每個(gè)剖面的兩端安裝兩 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(cè)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90cm深 處)朝被監(jiān)測(cè)土壤的水平方向挖深50cm，寬55cm左右的方形洞，并力使洞的上表面平整。
(3) 將PVC螺口水嘴分別與淋溶盤出水口和出水管連接緊密，然后在淋溶盤內(nèi)出水口 處覆兩層100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)， 在洞口處，布置防側(cè)滲塑料布。
(4)在水平洞口用粗厚泥漿封嚴(yán)洞口，只將連在淋溶盤的出水管露出，出水管穿過 上述徑流池墻體，以備和采樣瓶相連。在分層填土?xí)r，應(yīng)逐層回填壓實(shí)，并多次灌溉使土 壤盡量恢復(fù)原狀。
權(quán)利要求1.一種農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于，包含徑流池，淋溶盤，出水管，采樣瓶，和徑流收集管；徑流池包含至少一個(gè)豎直的土壤剖面，該土壤剖面上含有水平方向的與淋溶盤外形相適應(yīng)但深度大于淋溶盤長(zhǎng)度的洞穴；淋溶盤為一不透水容器，上部開口，用于收集淋溶液；淋溶盤下部設(shè)有出水口；淋溶盤位于上述土壤剖面的洞穴內(nèi)；出水管為一不透水的雙通導(dǎo)水管，一端連接淋溶盤的出水口，另一端連接采樣瓶的進(jìn)水口，淋溶盤中的淋溶液能自動(dòng)通過出水管流入采樣瓶；采樣瓶為一不透水容器，上設(shè)進(jìn)水口，用于收集來自淋溶盤的淋溶液；徑流收集管為一“上”字形四通管，含有一個(gè)出水口和三個(gè)可以封閉的進(jìn)水口，所述三個(gè)進(jìn)水口的高度不同；每個(gè)徑流池與至少一個(gè)所述徑流收集管的出水口連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于， 所述的淋溶盤下部出水口上方設(shè)有過濾層，所述過濾層自下而上分別是濾布層，石英砂層 和濾布層。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征 在于，所述的淋溶盤的出水口位于淋溶盤的最低處。
4、 如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于， 所述的出水管配有夾子，所述的夾子能夠?qū)⒊鏊軍A住，停止淋溶液流向采樣瓶。
5、 如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于， 所述的徑流收集管的三個(gè)進(jìn)水口中的進(jìn)水口一的進(jìn)水高度和田埂的排水高度一致；進(jìn)水口 二的進(jìn)水高度和地面高度一致；進(jìn)水口三的進(jìn)水高度與田間排水溝的排水高度一致。
6、 如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于 徑流池底部設(shè)有排水凹槽，該排水凹槽連通徑流池外部。
7、 如權(quán)利要求6所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于 所述徑流池為多個(gè)，各個(gè)徑流池中的排水凹槽互相連接。
8、 如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于 所述徑流池含有水面高度刻度線。
9、 如權(quán)利要求6所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于 還包含至少一個(gè)抽排池，和所述排水凹槽的出水口相連接，用于收納所述徑流池排出的徑 流液。
10、如權(quán)利要求l所述的農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，其特征在于， 該裝置的各個(gè)環(huán)節(jié)均采用防水、防漏材料，各個(gè)連接環(huán)節(jié)均采用防水膠粘結(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種農(nóng)田地下淋溶和地表徑流原位監(jiān)測(cè)一體化裝置，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。本實(shí)用新型裝置包含徑流池，淋溶盤，出水管，采樣瓶，和徑流收集管；淋溶盤水平安裝于徑流池豎直土壤剖面的目標(biāo)深度，采樣瓶通過出水管和淋溶盤的出水口相連，收集淋溶液；徑流收集管為一“上”字形四通管，含有一個(gè)出水口和三個(gè)可以封閉的進(jìn)水口，三個(gè)進(jìn)水口的高度不同；每個(gè)徑流池與至少一個(gè)徑流收集管的出水口連通。本實(shí)用新型裝置特別適用于監(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，可以同時(shí)同地監(jiān)測(cè)土壤淋溶和徑流狀況，提高了準(zhǔn)確度，且采樣過程簡(jiǎn)單快捷。
文檔編號(hào)G01N1/10GK201196640SQ200820079568
公開日2009年2月18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)明者任天志, 何丙輝, 劉光榮, 劉宏斌, 強(qiáng) 左, 張?jiān)瀑F, 張繼宗, 李志宏, 紀(jì)雄輝, 范先鵬, 鄒國(guó)元 申請(qǐng)人: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;湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所;北京市農(nóng)林科學(xué)院;湖南省土壤肥料研究所;西南大學(xué);江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所