CN102243146A - 多层储水式柱型土壤渗漏水收集器 - Google Patents
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Abstract
多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，由渗漏水收集器和渗漏水抽样装置组成，所述渗漏水收集器自上而下包括至少一个采样单元，采样单元的顶部设有一圈飞边，所述采样单元自上而下由集水层和储水层组成，集水层和储水层之间设有隔离过滤层，集水层外壁上设有孔，集水层内部设有填料，储水层内设有吸水导管，所述吸水导管与渗漏水抽样装置相连。作为一种操作使用简单的野外采样设备，使科研工作者能够根据需要一次性同时收集多层次不同深度的土壤渗漏水。提高了渗漏水采集的工作效率和安全性，节省了人力物力和财力，为科研人员和环境工作带来了便利。
Description
技术领域
本发明是一种稻田多层储水式柱型渗漏水收集器，主要应用于研究稻田土壤生态系统元素迁移规律以及农业面源污染减控时，多层次稻田土壤剖面渗漏水的一次性采集和储存功能，也可应用于浅水生态湿地土壤剖面多层次渗漏水的收集。
背景技术
稻田土壤是我国一类重要的农业土壤资源，面积约3.8亿亩，占全国耕地面积的25%。稻田生态系统是土壤生态系统的一个分支，也是农田生态系统的重要组成部分。受人为和自然因素的影响，稻田生态系统的营养元素和污染物进入该系统的土壤库中后，会直接或经过转化后随土壤重力水而下渗，不但是营养元素从稻田土壤生态系统中损失的一个重要途径，也是地下水污染的潜在来源。随着化肥的大量使用和灌溉条件的日益完善，营养元素流失已成为农业生产中普遍存在的问题，并且逐渐以面源污染的形式对农业环境构成威胁，这方面问题在作为我国水稻土主要分布地区的太湖流域表现尤其显著。过量的N、P营养元素并不能使作物产量进一步提高，反而造成肥料利用率低，引起河流和湖泊水质的富营养化，尤其是N素的淋失更是造成地下水污染的重要原因。在研究稻田土壤化肥运移流失过程中，对于土壤元素的运移分布动态以及N、P等在土壤中的淋失对环境污染负荷的研究中多采用收集土壤渗漏水来进行研究分析。因此，在研究稻田土壤元素迁移规律时，对土壤渗漏水进行收集和测定是一项重要的工作步骤，不但要保证收集到不同土壤层次的渗漏水，而且需要尽量高效简便地收集和保存，避免水样混合污染影响测定结果。目前，渗漏水的收集方法主要有槽形无张力渗漏水收集器、渗漏池收集、箱式渗漏水收集装置等，渗漏水的测定项目主要有渗漏出水量，pH、BOD、COD、TN、TP、氨态氮、硝态氮浓度等，对于渗漏水的采集质量有较高的要求。但现有的这些采样装置一般比较复杂，体积大，不能对不同土壤层次进行同时采样，且通过人工田间定点安装设备对田间自然土壤状态扰动很大，采集水样也很耗时费力，不能很好地满足当前该领域科研实验的采样需求。
发明内容
解决的技术问题：根据土壤物质迁移研究中渗漏水收集的特点和稻田土壤实际田间采样的需要，本发明提供一种多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，作为一种操作使用简单的野外采样设备，使科研工作者能够根据需要一次性同时收集多层次不同深度的土壤渗漏水。提高了渗漏水采集的工作效率和安全性，节省了人力物力和财力，为科研人员和环境工作带来了便利。
技术方案：
多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，由渗漏水收集器和渗漏水抽样装置组成，所述渗漏水收集器自上而下包括至少一个采样单元，采样单元的顶部设有一圈飞边，所述采样单元自上而下由集水层和储水层组成，集水层和储水层之间设有隔离过滤层，集水层外壁上设有孔，集水层内部设有填料，储水层内设有吸水导管，所述吸水导管与渗漏水抽样装置相连。
所述隔离过滤层由有洞隔板和置于隔板上的玻璃棉网组成。
所述采样单元由同轴设置的外管和内管构成，外管和内管间自上而下依次设有无洞隔板、玻璃棉网、有洞隔板和无洞隔板，各隔板与内、外管接触处密封，内管内设有吸水导管和通气导管，其中吸水导管口设于储水层底部，通气导管口位于储水层顶部。
所述填料为石英砂。
所述渗漏水抽样装置包括储样瓶和真空泵，储样瓶上设有吸水管和抽气管，所述抽气管与真空泵连接。
所述集水层外管壁孔为三角形镂空栅格，管壁内沿三角形边长1mm、外沿边长3mm。
所述飞边宽度0.5cm，厚度与采样单元壁相同。
有益效果：本发明与常规田间人工采样相比，有如下优点：
1、一次性收集多层次土壤渗漏水；
2、根据采样需要设定不同采样层次深度，土层剖面深度控制精确；
3、渗漏水收集多层次同时进行，收集效率高；
4、土壤渗漏水的原位采集，可以动态研究土壤养分元素迁移随时间的变化；
4、对稻田土壤自然发生层次状态影响小，采样精度高，实验误差小；
5、该收集装置的采集其部分所用材料为常规规格PVC管，取材容易，生产制作方便。
附图说明
图1为渗漏水采集器结构示意图。其中1.外管、2.内管、3. 飞边、4.集水层、5.隔离过滤层、6.储水层、7. 无洞隔板、8.通气导管口、9. 吸水导管口。
图2为渗漏水抽样装置结构示意图。其中10.吸水管、11.抽气管、12.储样瓶、13.真空泵。
具体实施方式
实施例1
多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，由渗漏水收集器和渗漏水抽样装置组成，关键部分渗漏水收集器由内径为9cm和1.5cm的聚乙烯管、隔板、石英砂、玻璃棉网、聚氯乙烯软管等特殊部件构成，每个土层渗漏水收集单元分为集水层、分隔过滤层和储水层，各部分结构示意图如图1所示。
1 渗漏水采集器
渗漏水采集器设计长度为125cm，用内径为9cm和1.5cm的PVC外管和内管套在一起，呈同心圆的关系组成。内外管之间用数个隔板相连接，根据实际土壤采样深度要求确定不同采样层次隔板的位置。整个水样采集器由多个采样单元组成，可根据实际需要设定不同采样单元的具体深度。一个土壤层次的采样单元分为集水层、隔离过滤层和储水层，由无洞隔板、有洞隔板、防侧漏处理层、吸水导管、石英砂填充层等组成。（1）集水层：集水层位于每个采样单元的上部，集水层外管壁设置用于透水的三角形镂空栅格，栅格形状为三角形，管壁内沿三角形边长1mm、外沿边长3mm；集水层内部填充粗石英砂，石英砂的粗度直径大于镂空三角形栅格的内边长；（2）分隔过滤层：集水层和储水层单元之间为分隔过滤层，用一层有洞隔板和玻璃棉网将上部收水层中的石英砂层与储水层分割开，以过滤掉所收集渗漏水中的较大杂质；（3）储水层：储水层位于分隔过滤层下部，用于储存收集的渗漏水；每个储水层设置两个吸水导管，一根位于储水层顶部用于通气，一根位于储水层底部用于取样，不取样时用夹子夹住管口；（3）内管：内管是每个储水层中引出的吸水导管的通道，所有吸水导管均经内管从水样采集桶的顶部引出，用以将各层次储存的渗漏水吸出储水层，并收集起来；内管与隔板之间紧密焊接起来，并进行防渗水处理；（4）外管：外管在每个集水层上部边缘设置一圈环状飞边，飞边宽度0.5cm，厚度与管壁相同，防止不同土层渗漏水在取样时混合；外管与隔板之间紧密焊接起来，并进行防渗水处理。整个渗漏水采集器的结构示意图见附图1。
2 渗漏水抽样装置
渗漏水抽样装置由引流管、吸水管、储样瓶、橡皮塞和便携真空抽气泵组成，利于负压抽气原理将收集在储水层中的渗漏水经由收集器顶部的吸水导管抽出，见示意图2。引流导管一端与吸水导管连接，并设置一个活塞以防倒吸，另一端通过橡皮塞插入储样底部。抽气导管一端与抽气手泵连接，另一端通与橡皮塞上的抽气孔洞连接，抽气导管开口在瓶口端附近，以防止将水样抽到气泵内。抽样的时候引流管活塞打开，多次拉动真空抽气泵在储样瓶中产生负压，则收集桶储水层中的水样会通过引流管进入储样瓶中。
实施例2
多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，由渗漏水收集器和渗漏水抽样装置组成，渗漏水收集器自上而下包括至少一个采样单元，采样单元的顶部设有一圈飞边3，所述采样单元自上而下由集水层4和储水层6组成，集水层和储水层之间设有隔离过滤层5，集水层外壁上设有孔，集水层内部设有填料，储水层内设有吸水导管，所述吸水导管与渗漏水抽样装置相连。所述隔离过滤层由有洞隔板和置于隔板上的玻璃棉网组成。所述采样单元由同轴设置的外管1和内管2构成，外管和内管间自上而下依次设有无洞隔板、玻璃棉网、有洞隔板和无洞隔板，各隔板与内、外管接触处密封，内管内设有吸水导管和通气导管，其中吸水导管口设于储水层底部，通气导管口位于储水层顶部。填料为石英砂。渗漏水抽样装置包括储样瓶和真空泵，储样瓶上设有吸水管和抽气管，所述抽气管与真空泵连接。集水层外管壁孔为三角形镂空栅格，管壁内沿三角形边长1mm、外沿边长3mm；飞边宽度0.5cm，厚度与采样单元壁相同。
实施例3
1 采样器的安装
本采样设备安装较为简便，选择好需要研究的稻田地块，先铁锨或土钻挖一个深1m、长1m、宽30cm的土坑，将采样器置入土坑中至预定深度，调整好不同深度收水层与土壤接触的位置。采样器方向与土壤表面垂直，再按土壤发生层次将土壤填回。为尽量使采集器与土壤紧密接触，不存在空隙，如土壤含水量较低，则在土壤回填过程中需向采样桶四周灌注泥浆，以保证收集效率和减少采样误差。
2 渗漏水收集
渗漏水样宜在种植一季作物后进行收集，以减少挖采样坑洞对土层结构的影响。采集渗漏水时，尽量使采样器与周围土壤紧密接触。收集渗漏水的速度，取决于采样地块土壤不同土层的水分状况。采样器安置后，将采样器顶部所有吸水管口用夹子夹紧，渗漏水将自动向桶内储水层集中。待一定时间水样收集满后，用抽液装置将储水层中收集的渗漏水抽取出来。采集到的渗漏水按所需的研究目的予以处理和保存。
3 水样保存
通过抽液器收集来的渗漏水可直接储存于样品瓶，或经过滤后存于样品瓶，然后置于4℃下保存，供试验分析使用。
Claims (7)
1.多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，由渗漏水收集器和渗漏水抽样装置组成，其特征在于所述渗漏水收集器自上而下包括至少一个采样单元，采样单元的顶部设有一圈飞边（3），所述采样单元自上而下由集水层（4）和储水层（6）组成，集水层和储水层之间设有隔离过滤层（5），集水层外壁上设有孔，集水层内部设有填料，储水层内设有吸水导管，所述吸水导管与渗漏水抽样装置相连。
2.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述隔离过滤层由有洞隔板和置于隔板上的玻璃棉网组成。
3.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述采样单元由同轴设置的外管（1）和内管（2）构成，外管和内管间自上而下依次设有无洞隔板、玻璃棉网、有洞隔板和无洞隔板，各隔板与内、外管接触处密封，内管内设有吸水导管和通气导管，其中吸水导管口设于储水层底部，通气导管口位于储水层顶部。
4.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述填料为石英砂。
5.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述渗漏水抽样装置包括储样瓶和真空泵，储样瓶上设有吸水管和抽气管，所述抽气管与真空泵连接。
6.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述集水层外管壁孔为三角形镂空栅格，管壁内沿三角形边长1mm、外沿边长3mm。
7.根据权利要求1所述的多层储水式柱型土壤渗漏水收集器，其特征在于所述飞边宽度0.5cm，厚度与采样单元壁相同。
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| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111116 |