專利名稱：一種模擬大田土壤溶質運移系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大田土壤溶質運移系統，特別是涉及一種用于研究田間灌溉條件下溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況的模擬系統。
背景技術：
隨著水資源短缺形勢的日趨嚴峻，農業(yè)上再生水、微成水等非常規(guī)水的使用越來越廣泛。但在實際農業(yè)生產上，由于灌溉現場缺乏連續(xù)觀測數據，很難通過調查反映和定量田間長期灌溉導致的土壤環(huán)境風險。如何科學地利用非常規(guī)水灌溉，確保農田灌溉用水的需求和土壤環(huán)境的安全已成為農田灌溉主要的研究方向。目前一般采用大田試驗或室內土柱模擬農田灌溉下土壤溶質運移系統，以得到溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況，根據試驗情況得出最優(yōu)的灌溉方案后運用到實際農田灌溉中去。兩種傳統的試驗方法存在的缺點描述以下。田間試驗存在如下缺點(I)只能研究自然條件下某種人工措施(如鹽堿地改良) 引起的綜合土壤溶質動態(tài)變化規(guī)律，而不能研究單一因素的影響；(2)田間土壤質地和本底值的不均一性，需布設足夠的試驗點和多次重復試驗，試驗工作量大；(3)試驗周期即為作物生長周期，不能在短期時間內研究長期的累積影響。室內土柱存在的缺點(I) 土柱直徑較小(國內土柱直徑一般小于50cm)，邊界效應的影響降低了土柱模擬的精度；(2)室內蒸發(fā)量小，土柱中水分下滲完全依靠重力，而土壤溶質隨水分一起下滲，即溶質完全依靠重力勢向下遷移，這與實際田間情況不相符。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何提供一種模擬大田土壤溶質運移系統，以研究田間灌溉條件下溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況，縮短試驗周期，提高試驗精度，同時可減少邊界效應。( 二 )技術方案為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種模擬大田土壤溶質運移系統，包括土槽、 供水系統、取樣系統、數據采集系統和淋洗液收集系統；所述土槽的內壁和底部設有防水層，所述土槽的內部填入土壤；所述供水系統位于所述土槽的外部，對土槽供水；所述取樣系統安裝在所述土槽的側壁上，對土槽中土壤所含的溶液進行取樣；所述數據采集系統安裝在所述土槽的側壁上，用于定時監(jiān)測土槽中不同深度土壤的含水量；所述淋洗液收集系統位于所述土槽的底部，用于收集土槽淋洗液。其中，所述土槽的底部具有一斜坡，所述底部上依次設有反濾層和透水布，所述透水層位于所述反濾層的上方，所述反濾層由石英砂制成。
其中，所述供水系統包括水箱，所述水箱通過供水管對土槽從上往下供水，所述水箱與供水管的連接處設有出水閥。其中，所述取樣系統包括土壤溶液提取器、真空泵、取樣瓶和開設在土槽側壁上的取樣口，所述土壤溶液提取器穿過所述取樣口提取土壤中的溶液，并通過取樣管將提取的溶液收集到取樣瓶中，所述真空泵與所述取樣管相連。其中，所述取樣口具有多個，分別位于土槽側壁的不同高度。其中，所述數據采集系統包括土壤水分傳感器、數據采集器和開設在土槽側壁上的測樣口，所述土壤水分傳感器穿過所述測樣口對土壤進行檢測，并通過數據信號電纜將檢測信號發(fā)送到數據采集器。其中，所述測樣口具有多個，分別位于土槽側壁的不同高度。其中，所述淋洗液收集系統包括集水管和淋洗液承接器，所述集水管設在所述土槽的底部，所述集水管朝向土槽內部的管壁上開有多個集水孔，所述集水管與設置在土槽外部的淋洗液承接器連接。其中，還包括蒸發(fā)系統，所述蒸發(fā)系統設在土槽的上方。其中，所述蒸發(fā)系統包括第一支架、風扇、配電箱、控制器、第二支架以及安裝在第二支架上的紅外線燈，所述第一支架架設在所述土槽的上方，所述風扇吊掛在所述第一支架上，所述第二支架固定在第一支架上且位于所述風扇的下方；所述風扇和紅外線燈分別通過電線與所述配電箱連接，所述配電箱通過信號電纜與控制器連接。(三)有益效果上述技術方案提供的一種模擬大田土壤溶質運移系統，采用土槽進行填充土壤， 并同時采用取樣系統、數據采集系統和淋洗液收集系統，可對溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況進行一一監(jiān)測，縮短了試驗周期，減少了邊界效應，提高了試驗精度；進一步地，采用蒸發(fā)系統，解決了室內蒸發(fā)量小，與田間情況不符的問題。


圖I是本發(fā)明模擬大田土壤溶質運移系統的平面結構示意圖；圖2是本發(fā)明模擬大田土壤溶質運移系統的立體結構示意圖。其中，I、土槽；1-1、斜坡；1-2、反濾層；1-3、透水布；2-1、水箱；2-2、供水管；2_3、 出水閥；3-1、取樣口 ；3-2、土壤溶液提取器；3-3、真空泵；3-4、取樣瓶；3_5、取樣管；4_1、 測樣口 ；4-2、土壤水分傳感器；4-3、數據采集器；4-4、數據信號電纜；5-1、第一支架；5_2、 風扇；5-3、第二支架；5-4、紅外線燈；5-5、配電箱；5-6、控制器；6_1、集水管；6_2、淋洗液承接器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I和圖2所示，本發(fā)明一種模擬大田土壤溶質運移系統，包括土槽I、供水系統、取樣系統、數據采集系統和淋洗液收集系統；土槽I的內壁和底部設有防水層，在土槽I 的內部填入土壤；供水系統位于土槽I的外部，對土槽I進行從上往下地供水；取樣系統安裝在土槽I的側壁上，用于對土槽I中土壤所含的溶液進行取樣；數據采集系統安裝在土槽 I的側壁上，用于定時監(jiān)測土槽I中不同深度土壤的含水量；淋洗液收集系統位于土槽I的底部，用于收集土槽I的淋洗液。土槽I可采用采用粘土砌成，并在其四個側壁涂抹水泥，該土槽I的尺寸可為長度I. 2m，寬度I. 2m，高度I. 5m，該土槽I的內壁和底部分別采用防水膠涂覆而形成防水層， 土槽I的底部為具有5%坡度的斜坡1-1，該底部上依次設有反濾層1-2和透水布1-3，透水布1-3位于反濾層1-2的上方，反濾層1-2由石英砂制成，反濾層的作用是防止?jié)B濾液攜帶土壤流出土槽I。在反濾層1-2和透水布1-3鋪設完成后，以田間實際土壤的容重在土槽I 的內部填入土壤。供水系統包括水箱2-1，該水箱2-1通過供水管2-2對土槽I從上往下供水，該水箱2-1的一側為透明設置，在其透明處標有體積刻度，水箱2-1與供水管2-2的連接處設有出水閥2-3。在水箱2-1中注入再生水，打開出水閥2-3，水箱2-1中的再生水將經供水管
2-2流入土槽I中，當達到每次的灌水量后關閉該出水閥2-3即可停止水箱2-1對土槽I的灌水。取樣系統包括土壤溶液提取器3-2、真空泵3-3、取樣瓶3_4和開設在土槽側壁上的取樣口 3-1，該取樣口 3-1具有多個，分別位于土槽I側壁上的不同高度，如圖2，取樣口
3-1分成兩豎排列，圖中未標出真空泵3-3和取樣瓶3-4。土壤溶液提取器3-2穿過取樣口
3-1提取土壤中的溶液，并通過取樣管3-5將提取的溶液收集到取樣瓶3-4中，真空泵3-4 與取樣管3-5連接，如圖I所示。通過真空泵3-4使土壤溶液提取器3-2中的負壓增加至
O.06MPa O. 08MPa，使得土壤溶液經取樣管流至取樣瓶3-4中，之后，可根據試驗需要對溶液樣本進行化學分析，以便記錄溶質在土壤中的轉化情況。數據采集系統包括土壤水分傳感器4-2、數據采集器4-3和開設在土槽側壁上的測樣口 4-1，該測樣口 4-1開設在位于取樣口 3-1的另一側壁上，該測樣口 4-1具有多個，分別位于土槽I的側壁上的不同高度，可形成一豎排列，如圖2中所示。土壤水分傳感器4-2 穿過測樣口 4-1對土壤進行檢測，并通過數據信號電纜4-4將檢測信號發(fā)送到數據采集器
4-3。該數據采集系統可定時讀取和記錄傳感器的數據，以便觀察和記錄溶質在土壤中的遷移情況。淋洗液收集系統包括集水管6-1和淋洗液承接器6-2，集水管6-1設在土槽I的底部，位于坡度1-1上，且依次覆蓋有反濾層1-2和透水布1-3，該集水管6-1朝向土槽內部的管壁上開有多個集水孔，集水管6-1與設置在土槽外部的淋洗液承接器6-2連接。該淋洗液收集系統的作用是測定每次灌水后至下一次灌水前淋洗液的體積，以便記錄溶質在土壤中的淋溶情況，同時可取該淋洗液承接器6-2中水樣進行化學分析，以定量計算灌溉前后試驗土體溶質平衡。如圖2，該模擬大田土壤溶質運移系統還包括蒸發(fā)系統，蒸發(fā)系統設在土壤的上方，用于蒸發(fā)土槽中土壤所含的水分。該蒸發(fā)系統包括第一支架5-1、風扇5-2、配電箱5-5、 控制器5-6、第二支架5-3以及安裝在第二支架5-3上的紅外線燈5-4，其中，第一支架5_1 架設在土槽I的上方，風扇5-2吊掛在第一支架5-1上，第二支架5-3固定在第一支架5-1 上，位于風扇5-2的下方；風扇5-2和紅外線燈5-4分別通過電線與配電箱5-5連接，配電箱5-5通過信號電纜與控制器5-6連接。為了確保光線均勻照射到土壤表面，可設置多排第二支架5-3，每排第二支架5-3上設有多個紅外線燈5-4。以上技術方案所提供的一種模擬大田土壤溶質運移系統的工作過程為先將所需研究區(qū)的田間土壤經風干、篩分后，以田間實際土壤容重填入土槽I中，填裝土壤前土槽I 底部已設有IOcm厚的反濾層1-2、透水布1-3和集水管6_1 ;待土壤裝填完成后，再向水箱 2-1中灌入再生水，打開出水閥2-3，水流經供水管流入土槽I中，當達到每次灌水量后關閉出水閥2-3 ;通過土壤水分傳感器4-2檢測含水量，檢測信號經數據信號電纜4-4連接到數據采集器4-3，就可獲取土壤水分入滲過程中各層土壤的含水量；在灌水后第2天啟動蒸發(fā)系統，該蒸發(fā)系統每天控制達一定蒸發(fā)量后停止工作，通過蒸發(fā)系統蒸發(fā)后土壤表層含水量為土壤田間持水量的65%時，利用真空泵3-3使土壤溶液提取器3-2中負壓增加來提取土壤溶液；同時土槽底部滲流液經集水管6-1流入淋洗液承接器6-2，測定每次灌水后至下一次灌水前淋洗液的體積，并取水樣進行化學分析。待土壤溶液提取結束后，進行下一次灌水重復以上步驟。對于劣質水、降雨、施肥等處理對土壤的影響等相關試驗均可參照上述試驗步驟進行。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，包括土槽、供水系統、取樣系統、數據采集系統和淋洗液收集系統；所述土槽的內壁和底部設有防水層，所述土槽的內部填入土壤；所述供水系統位于所述土槽的外部，對土槽供水；所述取樣系統安裝在所述土槽的側壁上，對土槽中土壤所含的溶液進行取樣；所述數據采集系統安裝在所述土槽的側壁上，用于定時監(jiān)測土槽中不同深度土壤的含水量;所述淋洗液收集系統位于所述土槽的底部，用于收集土槽淋洗液。
2.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述土槽的底部具有一斜坡，所述底部上依次設有反濾層和透水布，所述透水層位于所述反濾層的上方，所述反濾層由石英砂制成。
3.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述供水系統包括水箱，所述水箱通過供水管對土槽從上往下供水，所述水箱與供水管的連接處設有出水閥。
4.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述取樣系統包括土壤溶液提取器、真空泵、取樣瓶和開設在土槽側壁上的取樣口，所述土壤溶液提取器穿過所述取樣口提取土壤中的溶液，并通過取樣管將提取的溶液收集到取樣瓶中，所述真空泵與所述取樣管相連。
5.如權利要求4所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述取樣口具有多個，分別位于土槽側壁的不同高度。
6.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述數據采集系統包括土壤水分傳感器、數據采集器和開設在土槽側壁上的測樣口，所述土壤水分傳感器穿過所述測樣口對土壤進行檢測，并通過數據信號電纜將檢測信號發(fā)送到數據采集器。
7.如權利要求6所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述測樣口具有多個，分別位于土槽側壁的不同高度。
8.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述淋洗液收集系統包括集水管和淋洗液承接器，所述集水管設在所述土槽的底部，所述集水管朝向土槽內部的管壁上開有多個集水孔，所述集水管與設置在土槽外部的淋洗液承接器連接。
9.如權利要求I所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，還包括蒸發(fā)系統，所述蒸發(fā)系統設在土槽的上方。
10.如權利要求9所述的模擬大田土壤溶質運移系統，其特征在于，所述蒸發(fā)系統包括第一支架、風扇、配電箱、控制器、第二支架以及安裝在第二支架上的紅外線燈，所述第一支架架設在所述土槽的上方，所述風扇吊掛在所述第一支架上，所述第二支架固定在第一支架上且位于所述風扇的下方；所述風扇和紅外線燈分別通過電線與所述配電箱連接，所述配電箱通過信號電纜與控制器連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大田土壤溶質運移系統，公開了一種用于研究田間灌溉條件下溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況的模擬系統，該系統包括土槽、供水系統、取樣系統、數據采集系統和淋洗液收集系統，所述土槽的內壁和底部設有防水層，所述土槽的內部填入土壤；所述供水系統用于對土槽供水；所述取樣系統用于對土槽中土壤所含的溶液進行取樣；所述數據采集系統用于定時監(jiān)測土槽中不同深度土壤的含水量；所述淋洗液收集系統用于收集土槽底部的淋洗液。本發(fā)明可對田間灌溉條件下溶質在土壤中的淋溶、遷移和轉化情況進行一一監(jiān)測，縮短了試驗周期，減少了邊界效應，提高了試驗精度；進一步，采用蒸發(fā)系統，解決了室內蒸發(fā)量小，與田間情況不符的問題。
文檔編號G01N33/24GK102608291SQ20121005969
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權日2012年3月8日
發(fā)明者任樹梅, 楊培嶺, 程闖勝, 薛彥東, 鄒其會, 鄒添 申請人:中國農業(yè)大學