專利名稱：自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，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。
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，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])。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)ortune S， 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])。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?，F(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)、精確的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置將在土壤淋溶研究領(lǐng)域有廣泛的發(fā)展前 景。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種能準(zhǔn)確測(cè)算土壤淋溶液通 量的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，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)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置主要由淋溶盤，出水管，集液管，通氣管， 抽液管，采樣瓶，緩沖瓶和真空泵組成。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出水管， 一端連接淋溶盤的出水口，另一端連接集液 管的進(jìn)水口，淋溶盤中的淋溶液能自動(dòng)通過出水管流入集液管；集液管為一不透水管狀容 器，下部設(shè)有進(jìn)水口，用于收集來自淋溶盤的淋溶液；上部開口，所述的開口帶有可活動(dòng) 的管蓋，所述的管蓋上設(shè)有通氣管和抽液管；集液管的高度能夠保證其開口位于地面以上； 通氣管用于使集液管連通空氣；抽液管用于從集液管中抽取淋溶液。
取樣時(shí)，將采樣瓶與抽液管相連，釆樣瓶通過真空泵抽吸形成一定的負(fù)壓，集液管中 的淋溶液在負(fù)壓下流入采樣瓶。
進(jìn)一步，本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集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，保證各個(gè)焊接處密不漏水。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。出水口鑲嵌在盤底邊，并帶有內(nèi)螺紋，用于連接PVC螺口水嘴。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" 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。淋溶盤通過出水管與集液管相連。
淋溶盤還可以含有濾布層和砂濾層，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)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的集液管部分設(shè)計(jì)特點(diǎn)是集液管系PVC
管材，管底部?jī)?nèi)表面設(shè)計(jì)為圓錐或半圓錐型，但外底面設(shè)計(jì)為平底，利于水平放置，各個(gè)
接口用PVC板焊接密封;管柱除連接出水管外整體閉合；管頂設(shè)置配套的緊密的活動(dòng)管蓋， 管蓋上設(shè)有通氣管和抽液管。出水管通過橡膠塞與集液管相連，集液管的出水管入口低于 淋溶盤出水口高度，以便淋溶液在自然狀態(tài)的重力作用下順利流入集液管。集液管還含有 通氣管和抽液管。通氣管通過橡膠塞與集液管管蓋相連，上端伸出管蓋，彎頭，口朝下， 下端露出橡膠塞約5cm;抽液管通過橡膠塞與管蓋相連，上端伸出管蓋，并帶有活動(dòng)封口， 下端削成楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底約5mm。集液管的直徑、高 度及埋深可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，以管底低于淋溶盤出水口，管蓋伸出地面，集液管進(jìn) 水口以下到集液管管底的容積以能容納淋溶盤上方土壤單次最大淋溶量為宜。
本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的采樣瓶設(shè)計(jì)特點(diǎn)是釆樣瓶為磨口廣口 瓶，瓶塞為橡膠塞；瓶塞與廣口瓶緊密相連，不漏氣；采樣瓶容積以能容納淋溶盤上方土 壤單次最大淋溶量為宜。
本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，各接口均用PVC膠水或其他防水膠密封 固定，以防漏水、漏氣。
本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的優(yōu)化方案為可在集液管的兩側(cè)或周圍 設(shè)置一個(gè)或多個(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。
本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的有益效果是
(1) 本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置能夠保證檢測(cè)到在自然狀態(tài)下的土 壤淋溶狀況。
(2) 本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集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)， 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)淋溶情況更精確、更全面的
(3) 本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的淋溶盤中的淋溶液不需外壓，在
自然狀態(tài)下流入集液管，能更真實(shí)地模擬田間土壤溶質(zhì)淋溶狀況過程，更準(zhǔn)確地測(cè)算淋溶 液通量及對(duì)地下水的影響。
(4)本實(shí)用新型自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置的集液管，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。另外集液管還含有活動(dòng)管 蓋，活動(dòng)管蓋一方面能防止雨水等外物進(jìn)入集液管；另一方面還可以通過直接察看淋溶液 多少來決定是否需要采樣及采樣頻率。


圖l.本實(shí)用新型實(shí)施例裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；其中， 1—淋溶盤，2—集液管，3—出水管，4—通氣管，5—抽液管，6—方磚底座， 7—活動(dòng)管蓋，8—采樣瓶，9—緩沖瓶，IO—真空泵。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。 本實(shí)施例采集地面以下90cm處的土壤淋溶液。
如附圖1所示，本實(shí)施例裝置主要包括淋溶盤、出水管、集液管、通氣管，抽液管， 采樣瓶，緩沖瓶和真空泵。
淋溶盤為一規(guī)則的長(zhǎng)方體，盤內(nèi)有效容積為40cmX50cmX5cm (盤底長(zhǎng)X盤底寬 X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12 mm;出水口帶有內(nèi)螺紋， 用于連接L形PVC螺口水嘴，其兩端均帶有螺口； PVC螺口水嘴螺口外徑12 mm，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，擰緊螺母后可確保導(dǎo)水管與淋 溶盤連接緊密，出水管外徑12mm，內(nèi)徑10mm。
集液管通過出水管與淋溶盤相連，高170cm，直徑20cm。淋溶盤出水口至集液管進(jìn) 水口之間的高度約為60 cm;
通氣管外徑12 mm，內(nèi)徑10 mm，長(zhǎng)10cm;
抽液管外徑12mm，內(nèi)徑10mm，長(zhǎng)180cm。
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)用新型實(shí)施例裝置的使用步驟為 (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，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)，最 后將洞口回填壓實(shí)。
(4) 在水平洞口用粗厚泥漿封嚴(yán)洞口，并布置一略大于洞口的塑料布，只將連在淋 溶盤的出水管露出，出水管另一端接集液管。剖面底部安裝集液管處下墊一層方磚，水泥 澆筑，以保障集液管的穩(wěn)固性。集液管安放到水泥澆筑的方磚上后，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?；靥畹倪^程確保集液管管蓋伸出地面。
(5) 將抽液管和通氣管通過橡膠塞與集液管的管蓋相連。通氣管上端伸出管蓋，彎 頭，口朝下，下端露出橡膠塞約5cm;抽液管上端伸出管蓋，并帶有活動(dòng)封口，下端削成 楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底約5mm。
(6) 采樣時(shí)，打開抽液管活動(dòng)封口，將抽液管與采樣瓶連通，采樣瓶通過真空泵抽 吸下形成一定的負(fù)壓，集液管中的淋溶液在負(fù)壓下流入釆樣瓶。
權(quán)利要求1.一種自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，其包含淋溶盤，出水管，集液管，通氣管，抽液管，采樣瓶，緩沖瓶和真空泵；淋溶盤為一不透水容器，上部開口，用于收集淋溶液；淋溶盤底面設(shè)有出水口；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，另一端連接集液管的進(jìn)水口，淋溶盤中的淋溶液能自動(dòng)通過出水管流入集液管；集液管為一不透水管狀容器，下部設(shè)有進(jìn)水口，用于收集來自淋溶盤的淋溶液；上部開口，所述的開口帶有可活動(dòng)的管蓋，所述的管蓋上設(shè)有通氣管和抽液管；通氣管用于使集液管連通空氣；集液管的高度能夠保證其開口位于地面以上；真空泵用于將集液管收集的淋溶液通過抽液管在緩沖瓶的緩沖下提取至采樣瓶。
2、 如權(quán)利要求1所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，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所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述的淋溶 盤具有規(guī)則的幾何形狀。
4、 如權(quán)利要求3所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述的淋溶 盤為規(guī)則的長(zhǎng)方體。
5、 如權(quán)利要求4所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述的淋溶 盤出水口設(shè)置于淋溶盤底面長(zhǎng)邊的中間位置。
6、 如權(quán)利要求1所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述的淋溶 盤的出水口位于淋溶盤的最低處。
7、 如權(quán)利要求1所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述的集液 管底部?jī)?nèi)表面形狀為半圓錐或圓錐型；所述的集液管底部平面平行于水平面。
8、 如權(quán)利要求l-7任一項(xiàng)所述的自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，其特征在于，所述 的各連接處均用PVC膠水或其他防水膠密封固定。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自流式農(nóng)田地下淋溶液收集裝置，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)用新型裝置包含淋溶盤，出水管，集液管，通氣管，抽液管，采樣瓶，緩沖瓶和真空泵；淋溶盤用于收集淋溶液；集液管通過出水管和淋溶盤的出水口相連，淋溶盤中的淋溶液能自動(dòng)流入集液管；真空泵用于將集液管收集的淋溶液通過抽液管在緩沖瓶的緩沖下提取至采樣瓶。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便、容易實(shí)施等特點(diǎn)，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。
文檔編號(hào)G01N1/14GK201196609SQ200820079569
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, 劉孟朝, 劉宏斌, 張?jiān)瀑F, 張繼宗, 李志宏, 王玉峰, 鄒國(guó)元, 馬忠明 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;北京市農(nóng)林科學(xué)院;河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所;甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所;黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所