本發(fā)明涉及顆粒物排放領域，尤其涉及一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，還涉及一種研究土壤顆粒物排放的方法，適用于模擬研究旱地耕作過程PM2.5、PM10排放的機制和排放量的估算。

背景技術：

大氣氣溶膠對區(qū)域霧霾和氣候變化的影響是當前的研究熱點，而土壤氣溶膠是大氣氣溶膠的主要成分之一，土壤氣溶膠在大氣顆粒物PM10中所占的質量濃度一般為5％-20％,在某些區(qū)域或者特定的氣候條件下可能會更高。

我國地域遼闊，耕地分布廣泛。在北方地區(qū)，由于氣候干燥、全年平均風速較大，土壤風蝕嚴重，而在南方地區(qū)，由于全年降雨較多，雨水的淋溶作用使得土壤中有機質下移，土壤表層風化嚴重。因此，土壤風蝕是土壤氣溶膠中顆粒物的重要來源。除了常年存在的土壤風蝕，農田耕地雖然只有短短的幾天到幾周，但是顆粒物的排放卻可能是風蝕的數倍，也是土壤氣溶膠的重要來源之一。研究不同地表土壤風蝕、農業(yè)耕作等與顆粒物排放之間的關系對大氣顆粒物研究具有重要意義。

技術實現要素：

提供一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，還提供了一種研究土壤顆粒物排放的方法。裝置結構簡單，控制靈活方便，可以同時模擬單一或多個因素影響下土壤顆粒物的排放。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，包括風機，還包括模擬裝置主體，模擬裝置主體一端為進風端，模擬裝置主體的進風端設置有導風板，模擬裝置主體的進風端通過導風管與風機連接，模擬裝置主體內的頂部設置有降雨管和光照管，模擬裝置主體內的底部設置有樣品槽，樣品槽內設置有攪拌器，樣品槽的底部設置有槽底漏水孔，模擬裝置主體的底部設置有濾水池，模擬裝置主體底部設置有與濾水池連通的底部漏水孔，濾水池上設置有排水管，模擬裝置主體的兩端的分別設置有上風向空氣顆粒物采樣器和下風向空氣顆粒物采樣器。

如上所述的導風板包括從上往下依次設置的若干個導風葉片，導風葉片與風向調節(jié)閥連接。

如上所述的降雨管與水泵連接。

一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，還包括分別與風機、水泵、光照管、攪拌器連接的控制箱。

如上所述的模擬裝置主體、風機、控制箱均設置在移動支架上。

如上所述的模擬裝置主體的側部設置有操作孔。

一種研究土壤顆粒物排放的方法，包括以下步驟：

步驟1、將樣品放置于樣品槽中，通過控制箱控制攪拌器攪拌速度為0～100r/min；

步驟2、通過控制箱控制導風板出風風速，導風板出風風速的范圍為0～3m/s，調節(jié)風向調節(jié)閥設定導風板的出風風向，出風風向與垂直方向的角度為0～180°；通過控制箱控制降雨管的降雨量和降雨時間；通過控制箱控制光照管光照強度和時間；

步驟3、待模擬裝置主體中風場穩(wěn)定，通過上風向空氣顆粒物采樣器和下風向空氣顆粒物采樣器采集顆粒物氣體；

步驟4、計算顆粒物排放量M。

如上所述的步驟4包括以下步驟：

步驟4.1、由下式確定排放系數EF_i：

式中:ω1-采樣前上風向空氣顆粒物采樣器中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω2-采樣后上風向空氣顆粒物采樣器中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω3-采樣前下風向空氣顆粒物采樣器中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω4-采樣后下風向空氣顆粒物采樣器中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；EF_i-排放系數；S-樣品槽的上表面面積；T-采樣時間。

步驟4.2、計算顆粒物排放量M：

將步驟4.1獲得的排放系數EF_i和實際耕地面積S₀的相乘獲得顆粒物排放量M。

本發(fā)明與現有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下：

1、可以同時模擬不同土壤類型、風速、翻耕強度、降雨強度、光照強度多個實驗因素影響下的農業(yè)用地顆粒物排放，與現有的只可以模擬單一實驗因素的裝置相比，適用范圍更加廣泛，模擬實驗更加符合實際；

2、通過控制箱集中控制的方式使得裝置操作更加簡單方便，尤其是與現有的通過測量模擬裝置主體中心濕度、壓力和溫度計算風速的方法相比，本發(fā)明通過控制箱調節(jié)風機風量，通過模擬裝置主體側部操作孔用風速儀測量風速的方法更加簡便。且方便確定模擬裝置主體中的風速廓線，避免了模擬裝置中壓力傳感器、溫度傳感器等設備對模擬裝置主體中風場的影響；

3、通過采集不同實驗因素影響下的顆粒物排放量，可以估算某個城市或者區(qū)域內由于農業(yè)活動引起的PM_2.5和PM₁₀的排放量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的正視圖；

圖2是本發(fā)明的左視圖；

圖3是本發(fā)明的后視圖；

圖4是本發(fā)明的俯視圖；

圖5是圖4中的A-A剖面圖；

圖6(a)是風速對土壤(粒徑≤2mm)排放PM₁₀、PM_2.5的影響；

圖6(b)是風速對土壤(粒徑≥2mm)排放PM₁₀、PM_2.5的影響。

圖中，1-風機；2-風向調節(jié)閥；3-下風向空氣顆粒物采樣器；4-上風向空氣顆粒物采樣器；5-控制箱；6-移動支架；7-連接風機法蘭盤；8-操作孔；9-排水管；10-水泵；11-導風板；12-降雨管；13-光照管；14-攪拌器；15-樣品槽；16-濾水池；17-導風管；18-模擬裝置主體；19-導風葉片。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的技術方案進一步詳細說明：

實施例1：

如圖1～5所示，一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，包括風機1，還包括模擬裝置主體18，模擬裝置主體18一端為進風端，模擬裝置主體18的進風端設置有導風板11，模擬裝置主體18的進風端通過導風管17與風機連接，模擬裝置主體18內的頂部設置有降雨管12和光照管13，模擬裝置主體18內的底部設置有樣品槽15，樣品槽15內設置有攪拌器14，樣品槽15的底部設置有槽底漏水孔，模擬裝置主體18的底部設置有濾水池16，模擬裝置主體18底部設置有與濾水池16連通的底部漏水孔，濾水池16上設置有排水管9，模擬裝置主體18的兩端的分別設置有上風向空氣顆粒物采樣器4和下風向空氣顆粒物采樣器3。

導風板11包括從上往下依次設置的若干個導風葉片19，導風葉片19與風向調節(jié)閥2連接。

降雨管12與水泵10連接。

一種研究土壤顆粒物排放的模擬裝置，還包括分別與風機1、水泵10、光照管13、攪拌器14連接的控制箱5。

模擬裝置主體18、風機1、控制箱5均設置在移動支架6上。

模擬裝置主體18的側部設置有操作孔8。

實施例2：

利用實施例1所述的研究土壤顆粒物排放的模擬裝置進行研究土壤顆粒物排放的方法，包括以下步驟：

步驟1、將樣品放置于樣品槽15中，經攪拌器14攪拌以模擬農業(yè)用地翻耕過程，攪拌器14攪拌速度可以通過控制箱5在0～100r/min范圍內連續(xù)調節(jié)，以模擬不同類型的翻耕活動。

步驟2、在確定攪拌速度后，通過控制箱5控制模擬裝置主體18的進風端的導風板11出風風速實現0～3m/s連續(xù)可調節(jié)。調節(jié)風向調節(jié)閥2可改變導風板11出風風向，實現出風風向與垂直方向0～180°連續(xù)調節(jié)；通過控制箱5控制降雨管12的降雨量，可實現不同強度的降雨，且可通過控制箱5設置降雨時間；通過控制箱5控制光照管13光照強度和時間。

步驟3、確定攪拌速度、導風板11出風風速、導風板11出風風向、降雨強度、降雨時間、光照強度和光照強度后，待模擬裝置主體18中風場穩(wěn)定，通過上風向空氣顆粒物采樣器4和下風向空氣顆粒物采樣器3采集翻耕前后含顆粒物氣體。

步驟4、計算顆粒物排放量。

如上所述的步驟4包含以下步驟：

步驟4.1、確定排放系數EF_i

排放系數EF_i為單位時間單位農田面積上顆粒物排放量，由下式確定：

式中:ω1-采樣前上風向空氣顆粒物采樣器4中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω2-采樣后上風向空氣顆粒物采樣器4中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω3-采樣前下風向空氣顆粒物采樣器3中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω4-采樣后下風向空氣顆粒物采樣器3中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；EF_i-排放系數；S-樣品槽的上表面面積；T-采樣時間。

步驟4.2、計算顆粒物排放量M：

排放系數EF_i和實際耕地面積S₀的乘積即為顆粒物排放量M。顆粒物排放量M通過下式確定：

M＝S₀×EF_i

式中：S₀—實際耕地面積；M—顆粒物排放量；EF_i—排放系數(當前試驗條件下)。

實施例3：

利用實施例1所述的研究土壤顆粒物排放的模擬裝置進行研究土壤顆粒物排放的方法，包括以下步驟：

步驟1、將樣品放置于樣品槽15中，經攪拌器14攪拌以模擬農業(yè)用地翻耕過程，攪拌器14攪拌速度為0r/min。

步驟2、通過控制箱5控制模擬裝置主體18的進風端的導風板11出風風速分別為0m/s、0.5m/s、1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s。調節(jié)風向調節(jié)閥2可改變導風板11出風風向，實現出風風向平行于樣品槽15；

通過控制箱5控制降雨管12的降雨量和降雨時間均為0；

通過控制箱5控制光照管13光照強度和時間均為0。

步驟3、待模擬裝置主體18中風場穩(wěn)定，通過上風向空氣顆粒物采樣器4和下風向空氣顆粒物采樣器3采集翻耕前后含顆粒物氣體。

步驟4、計算顆粒物排放量。

如上所述的步驟4包含以下步驟：

步驟4.1、確定排放系數EF_i

排放系數EF_i為單位時間單位農田面積上顆粒物排放量，由下式確定：

式中:ω1-采樣前上風向空氣顆粒物采樣器4中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω2-采樣后上風向空氣顆粒物采樣器4中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω3-采樣前下風向空氣顆粒物采樣器3中空白濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；ω4-采樣后下風向空氣顆粒物采樣器3中濾膜的質量，由十萬分之一天平稱量獲得；EF_i-排放系數；S-樣品槽的橫截面面積；T-采樣時間。

步驟4.2、計算顆粒物排放量M

排放系數EF_i和實際耕地面積S₀的乘積即為顆粒物排放量M。顆粒物排放量M通過下式確定：

M＝S₀×EF_i

式中：S₀—實際耕地面積；M—顆粒物排放量；EF_i—排放系數(當前試驗條件下)。

上風向空氣顆粒物采樣器4和下風向空氣顆粒物采樣器3為PM₁₀空氣顆粒物采樣器，既可以測量PM₁₀空氣顆粒物排放量，上風向空氣顆粒物采樣器4和下風向空氣顆粒物采樣器3為PM_2.5空氣顆粒物采樣器，既可以測量PM_2.5空氣顆粒物排放量。

本說明書中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。