農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置，下面由森農(nóng)農(nóng)業(yè)小編帶大家一起來了解一下。

背景技術(shù)

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，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)ortuneS，BrookesPC：“土壤磷淋溶狀況及其Olsen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)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。現(xiàn)有方法存在如下問題：

(1)室內(nèi)土柱模擬法操作簡(jiǎn)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(chǎng)，無法準(zhǔn)確測(cè)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成本高，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。

(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(guó)內(nèi)外還沒有確立土壤淋溶監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況下，研究一種相對(duì)、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置將在土壤淋溶研究領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種能準(zhǔn)確測(cè)算土壤淋溶液通量的自流式農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置，并使它具有結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便、容易實(shí)施等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置是主要由淋溶盤、出水管、采樣瓶等組成。

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；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。

進(jìn)一步，出水管和采樣瓶之間可設(shè)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(cè)滲影響監(jiān)測(cè)結(jié)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，層濾布設(shè)在出水口處，第二層濾布設(shè)在，兩層濾布之間設(shè)置石英砂，石英砂的厚度為距淋溶盤3mm左右為宜。

更進(jìn)一步，本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的淋溶盤部分的設(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，保證密不漏水。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。水嘴的內(nèi)壁點(diǎn)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(nèi)徑配套，擰緊螺母后可確保導(dǎo)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。

本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的墻體設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(cè)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(duì)面可同時(shí)布置另一個(gè)或多個(gè)該檢測(cè)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(tái)階，便于人們操作。

本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化方案為：可在室內(nèi)兩側(cè)設(shè)置多個(gè)淋溶盤，各淋溶盤的設(shè)計(jì)規(guī)格及安裝相同，并設(shè)置在同一平面上。這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于可通過同時(shí)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)來減小因局部肥力差異造成的采樣誤差，同時(shí)可以保證消除由于局部安裝過程中產(chǎn)生的誤差。

本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的采樣瓶設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：采樣瓶?jī)H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淋溶量為宜。

本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的各個(gè)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)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的有益效果是：

(1)本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的淋溶盤為扁平規(guī)則無頂長(zhǎng)方體，一方面淋溶盤便于從土壤剖面的側(cè)向埋插安裝，從而不但能避免對(duì)上方監(jiān)測(cè)土壤的擾動(dòng)，在洞口處布置一防側(cè)滲塑料布，確保采集的樣品的真實(shí)可靠性，還能減少安裝時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)土壤溶質(zhì)淋溶情況更、更全面的監(jiān)測(cè)。

(2)本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)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(shí)地模擬田間土壤溶質(zhì)淋溶過程，更準(zhǔn)確地測(cè)算淋溶液通量及對(duì)地下水的影響。

(3)本實(shí)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置，不但外形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝、埋設(shè)便捷，而且還可以直觀查看整套裝置的使用運(yùn)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。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例采集地面以下90cm處的土壤淋溶液。

本實(shí)施例農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置主要由淋溶盤、出水管和采樣瓶組成，其中：

淋溶盤為一規(guī)則的長(zhǎng)方體，盤內(nèi)有效容積為：40cm×50cm×5cm(盤底長(zhǎng)×盤底寬×盤高)，盤壁PVC板厚6mm，盤底PVC板厚10mm；

淋溶盤出水口位于盤底一長(zhǎng)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”形或“—”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(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，擰緊螺母后可確保出水管與淋溶盤連接緊密，出水管外徑12mm，內(nèi)徑10mm。

采樣瓶通過出水管與淋溶盤相連。采樣瓶容積以當(dāng)?shù)貑未瘟苋芤旱牧繛樾∠蕖Ａ苋鼙P出水口高于采樣瓶進(jìn)水口，之間的高度不低于10cm。

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)用新型農(nóng)田地下淋溶原位監(jiān)測(cè)裝置的使用步驟為：

(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(zhǎng)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(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2～3mm為宜，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(shì)，將洞口回填壓實(shí)。

(4)在水平洞口用粗厚泥漿封嚴(yán)洞口，用防側(cè)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。

(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(shí)，并多次灌溉使土壤盡量恢復(fù)原狀。

(6)在兩墻體間修砌臺(tái)階，便于人工操作。

(7)將采樣瓶同出水管相連。

(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。

濟(jì)南森農(nóng)農(nóng)業(yè)專注農(nóng)業(yè)科研產(chǎn)品試制，實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)，野外試驗(yàn)站建設(shè)。開發(fā)了用于面源污染防控的淋溶系列產(chǎn)品，土壤墑情系列產(chǎn)品，野外取土、取水裝置，小型蒸滲儀、農(nóng)業(yè)微環(huán)境氣象站等系列產(chǎn)品。公司暖通團(tuán)隊(duì)致力于食用菌環(huán)境栽培設(shè)施，及動(dòng)植物等環(huán)境建設(shè)提供整體解決方案。歡迎廣大新老客戶朋友咨詢交流。