技術領域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置，屬于環(huán)境科學、
土壤學和
植物營養(yǎng)學研究領域。該裝置特別適用于監(jiān)測氮、磷、
農藥等土壤溶質的淋溶對地下
水的影響，特別是在實現(xiàn)原位監(jiān)測的條件下，降低了
采樣的難度，使采樣過程簡單快捷。
背景技術
[0002] 土壤中氮素淋失對
地下水的污染不但是重要的農業(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)土壤淋失而進入地下水(畢經(jīng)偉，張佳寶，陳效民，等：“農田土壤中土壤水滲漏與硝態(tài)氮淋失的模擬研究”，《
灌溉排水學報》，2003，22[6])。以往一般認為，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，許多學者報道出農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或更大(呂家瓏，F(xiàn)ortune S，BrookesPC：“土壤磷淋溶狀況及其Olsen磷‘突變點’研究”，《農業(yè)環(huán)境科學學報》，2003，22[2])。根據(jù)聯(lián)合過糧農組織的估計，太湖地區(qū)農田磷流失量中，滲漏量占31％。因此，作為富營養(yǎng)化的關鍵養(yǎng)分因素，磷元素的淋失問題越來越被關注。農藥殘留問題已成為一個世界性問題。農藥不僅殘留在表層土壤中，還會淋溶到地下水中。即使非常小的一部分(所施用農藥)淋溶脂地下水，都可能對地下水的安全構成威脅(唐浩，李振紅：“對地下水域農藥轉化定量方法的評價”，《世界農藥》，2002，24[5])。為了保護水資源和水生
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、磷運移規(guī)律的研究方法主要有室內土柱模擬法、滲漏池法、田間土柱法、陶土吸
力杯法和
集水槽法。現(xiàn)有方法存在如下問題：
[0003] (1)室內土柱模擬法操作簡便、快捷并容易控制，但不能準確地再現(xiàn)實際田間環(huán)境。
[0004] (2)滲漏池法克服了室內土柱模擬法的缺點，但是需要開挖巨大的壕溝已進行樣品采集，施工量大，成本高。
[0005] (3)田間土柱法采樣時需要外部施加一定的
負壓，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。其主要缺點是外壓改變了土壤水流場，無法準確測算田間實際淋溶液通量及土壤實際溶質的運移過程。
[0006] (4)陶土吸力杯法的主要問題是成本高，采樣時只能采集某一點的土壤溶液，若了解整個土壤斷面的溶液狀況需插入多根采集器，導致成本大幅增加。
[0007] (5)集水槽法克服了陶土吸力杯法的缺點，但安裝集水槽時需要開挖水槽上方土體，破壞了自然狀態(tài)下的土壤水分運動狀態(tài)。
[0008] 因此，在目前國內外還沒有確立土壤淋溶監(jiān)測的標準方法的情況下，研究一種相對精確、簡便、經(jīng)濟的農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置將在土壤淋溶研究領域有廣闊的發(fā)展前景。
發(fā)明內容
[0009] 本發(fā)明的目的在于克服上述
現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種能準確測算土壤淋溶液通量的自流式農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置，并使它具有結構合理、制造簡便、容易實施等特點。
[0010] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置是主要由淋溶盤、出水管、采樣瓶等組成。
[0011] 淋溶盤為一不透水容器，上部開口，用于收集淋溶液；淋溶盤下部設有出水口；淋溶盤可以具有規(guī)則的幾何結構，比如是規(guī)則的無頂扁平長方體(無頂盒子)，可將出水口設置于盤底長邊的中間
位置；出水口通過
螺母水嘴與出水管相連；出水管為一不透水的雙通導水管，一端連接淋溶盤的出水口，另一端連接采樣瓶的進水口，淋溶盤中的淋溶液能自動通過出水管流入采樣瓶；采樣瓶為一不透水容器，上設進水口，用于收集來自淋溶盤的淋溶液。
[0012] 進一步，出水管和采樣瓶之間可設置一墻體以更好地模擬淋溶盤所在土層的自然狀態(tài)，防止淋溶液測滲影響監(jiān)測結果，出水管穿過墻體與采樣瓶相連。淋溶盤還含有
濾布和砂濾層，第一層濾布設在出水口處，第二層濾布設在盤口，兩層濾布之間設置
石英砂，石英砂的厚度為距淋溶盤盤口3mm左右為宜。
[0013] 更進一步，本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的淋溶盤部分的設計特點是：淋溶盤形狀為規(guī)則的無頂扁平長方體，由PVC壓縮板
焊接而成，保證密不漏水。淋溶盤盤底一長邊的中間位置含有一個出水口、一個帶有雙層
防松螺母的PVC螺口水嘴和一個出水管。出水口鑲嵌在盤底，并帶有內
螺紋，用于連接PVC螺口水嘴。水嘴的內壁最低點低于盤底平面為宜，以便于淋溶液順暢流入出水管，不殘留液體。PVC螺口水嘴為“L”形或“一”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徑配套，擰緊螺母后可確保導水管與淋溶盤連接緊密。淋溶盤通過出水管，穿過墻體與采樣瓶相連。
[0014] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的墻體設計特點是：在將淋溶盤安裝完畢后，在安裝淋溶盤的洞口外沿布置防側滲的塑料布，淋溶盤露出外沿距墻體一定距離(約50cm)，在回填土過程中分層回填，盡最大可能保持土壤自然狀態(tài)。然后砌
水泥墻防止水分漏出，將回填土與墻體親密
接觸。在墻體對面可同時布置另一個或多個該檢測裝置，砌墻過程相同，然后兩堵墻間形成具有一定空間的室，該室大小以容下一成人操作為宜，該室修砌臺階，便于人們操作。
[0015] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的優(yōu)化方案為：可在室內兩側設置多個淋溶盤，各淋溶盤的設計規(guī)格及安裝相同，并設置在同一平面上。這種設計的特點在于可通過同時多點監(jiān)測來減小因局部肥力差異造成的采樣誤差，同時可以保證消除由于局部安裝過程中產(chǎn)生的誤差。
[0016] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的采樣瓶設計特點是：采樣瓶僅需保證不漏氣即可，可以選擇成本較低、易操作的塑料桶，容積以能容納淋溶盤上方土壤一次最大淋溶量為宜。
[0017] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的各個
接口均用PVC膠水或其他防水膠密封固定，以防漏水、漏氣。
[0018] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的有益效果是：
[0019] (1)本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的淋溶盤為扁平規(guī)則無頂長方體，一方面淋溶盤便于從土壤剖面的側向埋插安裝，從而不但能避免對上方監(jiān)測土壤的擾動，在洞口處布置一防側滲塑料布，確保采集的樣品的真實可靠性，還能減少安裝時的工作量；另一方面淋溶盤的安裝深度不受限制，因此能采集不同深度的土壤淋溶液，實現(xiàn)對土壤溶質淋溶情況更精確、更全面的監(jiān)測。
[0020] (2)本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的淋溶盤中的淋溶液不需外壓，在自然狀態(tài)下流入采樣瓶中，能更真實地模擬田間土壤溶質淋溶過程，更準確地測算淋溶液通量及對地下水的影響。
[0021] (3)本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置，不但外形設計簡單，安裝、埋設便捷，而且還可以直觀查看整套裝置的使用運行情況。另一方面還可以通過直接察看淋溶液多少來決定采樣
頻率。
附圖說明
[0022] 圖1是本發(fā)明裝置
實施例的裝置示意圖；
[0023] 其中，
[0024] 1-淋溶盤；2-出水管；3-采樣瓶；4-防滲塑料布；
具體實施方式
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0027] 本實施例采集地面以下90cm處的土壤淋溶液。
[0028] 如附圖1所示，本實施例農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置主要由淋溶盤、出水管和采樣瓶組成，其中：
[0029] 淋溶盤為一規(guī)則的長方體，盤內有效容積為：40cm×50cm×5cm(盤底長×盤底寬×盤高)，盤壁PVC板厚6mm，盤底PVC板厚10mm；
[0030] 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徑配套，擰緊螺母后可確保出水管與淋溶盤連接緊密，出水管外徑12mm，內徑10mm。
[0031] 采樣瓶通過出水管與淋溶盤相連。采樣瓶容積以當?shù)貑未瘟苋芤旱淖畲罅繛樽钚∠?。淋溶盤出水口高于采樣瓶進水口，之間的高度不低于10cm。
[0032] 各接口均用PVC膠水或其他防水膠密封固定，以防漏水、漏氣。
[0033] 本發(fā)明農田地下淋溶原位監(jiān)測裝置的使用步驟為：
[0034] (1)選擇大田試驗兩個小區(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。挖掘一個長150cm、寬100m、深120m的土壤剖面，在每個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。
[0035] (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90cm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。
[0036] (3)將淋溶盤出水口和導水管連接緊密，然后在淋溶盤底
覆蓋兩層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，其外側邊距洞口約15-20cm。安裝過程中應使泥漿盡量與洞的上平面緊密接觸，以模擬原土壤基質勢，最后將洞口回填
壓實。
[0037] (4)在水平洞口用粗厚泥漿封嚴洞口，用防側滲塑料布豎直地鋪于洞口，只將連在淋溶盤的出水管露出，出水管另一端留出。
[0038] (5)砌防水水泥墻體，使出水管穿過墻體。分層回填土壤，逐
層壓實，并多次灌溉使土壤盡量恢復原狀。
[0039] (6)在兩墻體間修砌臺階，便于人工操作。
[0040] (7)將采樣瓶同出水管相連。
[0041] (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。
