CN103869049B - 用于冷底田土壤环境的模拟实验装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置及其应用，其装置包括相连接的模拟器和冷凝系统，模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套外壁与外套内壁之间设置相互独立的隔热空间和水浴空间，隔热空间内设置隔热夹层，水浴空间与冷凝系统连接；应用于土层厚度为15～45cm的冷底田土壤环境盆栽试验。本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置结构简单，为模拟冷底田原位土壤环境提供了可靠的实验装置，便于盆栽试验的开展，降低了研究工作的难度，可有效克服大田条件下只能进行一季试验的不足，根据试验需求在水稻生长的任意时段开展研究工作，有效解决时间不可逆的限制，实现一年多次试验，也实现冷底田的小面积实验，操作简单而方便。
Description
技术领域
本发明涉及潜育型水稻土的土壤环境模拟技术领域，特别涉及一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置及其应用。
背景技术
冷底田是因长期浸水、土层糊烂与还原作用强烈而造成的一种低产田。其主要特征是土壤水分处于饱和状态，还原作用强、有毒物质多。我国约有346万hm2，占全国稻田面积的15.07％，占低产稻田面积的44.2％。主要分布在我国南方各省山区谷地、丘陵低洼地段，是南方稻区主要的低产稻田类型之一，稻谷产量每公顷一般不及稻田平均每公顷产量的二分之一。根据广东省第二次土壤普查资料(广东省土壤普查办公室编著，广东土壤，科学出版社，1993)可知，潜育型水稻土亚类分为7个土属，分别是：冷底田、乌泥底田、油格田、青泥格田、烂湴田、冷底田、渍水田。近年来，在冷底田土壤的生产潜力评估、土壤结构改良、消减铁硫毒害、养分活化、综合治理及配套技术集成等方面开展了大量的研究，取得了卓有成效的工作。
然而，由于冷底田特有的成因条件，绝大部分的研究工作只能集中在大田试验原位开展，才能真正了解、探索冷底田的综合治理与利用。少有的盆栽试验也早已与冷底田原来土壤环境相去甚远，很难模拟原位土壤的特定生境条件，严重制约了相关研究的开展，也无法得到精确的研究数据。因此，为了方便对冷底田土壤环境的进一步研究，开发其小型实验装置是必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，该装置结构简单，可便于盆栽试验的开展。
本发明的另一目的在于提供上述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置的应用。
本发明的技术方案为：一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，包括相连接的模拟器和冷凝系统，模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套外壁与外套内壁之间设置相互独立的隔热空间和水浴空间，隔热空间内设置隔热夹层，水浴空间与冷凝系统连接。
所述模拟器中，隔热空间设于水浴空间上方，水浴空间的顶面高于内套底面。
所述模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有进水口和排水口，水浴空间内设有搅拌器。搅拌器的作用主要是对水浴空间内的冷却水进行搅拌，使水浴空间内各处的冷却水保持一致的温度；
所述模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有减压阀。减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的，在水浴空间的外壁上设置减压阀，可保证水浴空间及冷凝系统的压力安全。
所述冷凝系统包括压缩机、冷凝器、空气过滤器、蒸发器和底座，压缩机、冷凝器、空气过滤器和蒸发器通过管道依次循环连接；蒸发器固定于水浴空间中，压缩机、冷凝器和空气过滤器分别固定于底座中。
所述空气过滤器与蒸发器之间的管道为毛细管。采用毛细管作为冷凝系统中的节流部件，主要起节流和降压作用。
所述蒸发器与压缩机连接的管道中，位于水浴空间中的管道上设有温度传感器。通过温度传感器实时检测水浴空间中冷却水的温度，从而调节冷凝系统，可更好地调节冷却水的温度，使模拟器中土壤环境更接近于自然的土壤环境。
所述隔热夹层为石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或软木中的一种或多种。
所述模拟器中，内套为中空的不锈钢圆柱体结构，内套直径为90～150cm，内套高度为15～45cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为160cm的正方形，外套高度为16～46cm，且外套高度大于内套高度；外套为塑料外套、铁制外套、钢制外套或铝制外套。
本发明所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，应用于土层厚度为15～45cm的冷底田土壤环境盆栽试验。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置使用时，先装配好模拟实验装置并调试至正常工作状态，然后根据试验需求，装入厚度为15～45cm的土层，调整冷却水水温(一般为10～30℃)和水流量至试验需求，便可开展相关盆栽试验。其原理是：在模拟器中装入土壤，通过水浴空间中的冷却水产生冷却效果，通过隔热夹层保持土壤的温度，并通过冷凝系统对水浴空间中的冷却水温度进行调节，从而模拟冷底田的自然土壤环境；其中，冷凝系统中压缩机、冷凝器、空气过滤器和蒸发器组成循环回路，压缩机的压缩空气先送至冷凝器，经过冷凝器降温后，先由过滤器进行过滤，再送至蒸发器与冷浸水进行热交换，从而使冷浸水降温，经过热交换后的较高温空气重新送回压缩机循环利用。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置结构简单，为模拟冷底田原位土壤环境提供了可靠的实验装置，便于盆栽试验的开展，有效降低了研究工作的难度，也可得到较精确的研究数据。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置可有效克服大田条件下只能进行一季试验的不足，可根据试验需求在水稻生长的任意时段开展研究工作，有效解决时间不可逆的限制，实现一年多次试验，也实现冷底田的小面积实验，操作简单而方便。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置中，通过设置冷凝系统，可根据实际需求调节冷凝水的水量及水温，操作简单，且模拟效果逼真，应用于冷底田土壤环境的研究后，可得到较接近于实际土壤环境的研究数据。
附图说明
图1为本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置的原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，包括相连接的模拟器和冷凝系统，如图1所示，模拟器包括内套1和外套2，内套设于外套中，内套外壁与外套内壁之间设置相互独立的隔热空间3和水浴空间4，隔热空间内设置隔热夹层，水浴空间与冷凝系统连接。
模拟器中，隔热空间设于水浴空间上方，水浴空间的顶面高于内套底面。
模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有进水口5和排水口6，水浴空间内设有搅拌器7。搅拌器的作用主要是对水浴空间内的冷却水进行搅拌，使水浴空间内各处的冷却水保持一致的温度；
模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有减压阀8。减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的，在水浴空间的外壁上设置减压阀，可保证水浴空间及冷凝系统的压力安全。
冷凝系统包括压缩机9、冷凝器10、空气过滤器11、蒸发器12和底座13，压缩机、冷凝器、空气过滤器和蒸发器通过管道依次循环连接；蒸发器固定于水浴空间中，压缩机、冷凝器和空气过滤器分别固定于底座中。
空气过滤器与蒸发器之间的管道为毛细管。采用毛细管作为冷凝系统中的节流部件，主要起节流和降压作用。
蒸发器与压缩机连接的管道中，位于水浴空间中的管道上设有温度传感器14。通过温度传感器实时检测水浴空间中冷却水的温度，从而调节冷凝系统，可更好地调节冷却水的温度，使模拟器中土壤环境更接近于自然的土壤环境。
隔热夹层为石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或软木中的一种或多种。
模拟器中，内套为中空的不锈钢圆柱体结构，内套直径为90cm，内套高度为15cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为160cm的正方形，外套高度为16cm；外套为塑料外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为15cm的冷底田土壤环境盆栽试验。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置使用时，先装配好模拟实验装置并调试至正常工作状态，然后根据试验需求，装入厚度为15cm的土层，调整冷却水水温为10℃和水流量至试验需求，模拟冷底田低温对早稻生长发育的影响，开展相关盆栽试验。
其原理是：在模拟器中装入土壤，通过水浴空间中的冷却水产生冷却效果，通过隔热夹层保持土壤的温度，并通过冷凝系统对水浴空间中的冷却水温度进行调节，从而模拟冷底田的自然土壤环境；其中，冷凝系统中压缩机、冷凝器、空气过滤器和蒸发器组成循环回路，压缩机的压缩空气先送至冷凝器，经过冷凝器降温后，先由过滤器进行过滤，再送至蒸发器与冷浸水进行热交换，从而使冷浸水降温，经过热交换后的较高温空气重新送回压缩机循环利用。
实施例2
本实施例一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，与实施例1相比较，其不同之处在于，模拟器中，内套为中空的不锈钢圆柱体结构，内套直径为120cm，内套高度为30cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为160cm的正方形，外套高度为36cm；外套为铁制外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为30cm的冷底田土壤环境盆栽试验。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置使用时，先装配好模拟实验装置并调试至正常工作状态，然后根据试验需求，装入厚度为30cm的土层，调整冷却水水温为15℃和水流量至试验需求，模拟冷底田低温对早稻分蘖的影响，开展相关盆栽试验。
实施例3
本实施例一种用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，与实施例1相比较，其不同之处在于，模拟器中，内套为中空的不锈钢圆柱体结构，内套直径为150cm，内套高度为45cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为160cm的正方形，外套高度为46cm；外套为铁制外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为45cm的冷底田土壤环境盆栽试验。
本用于冷底田土壤环境的模拟实验装置使用时，先装配好模拟实验装置并调试至正常工作状态，然后根据试验需求，装入厚度为45cm的土层，在水稻秧苗5叶一针时移栽，水浴起始温度从10℃开始，每隔10天增加5℃，直至水浴温度保持在30℃，模拟冷底田低温对早稻生长发育及土壤有效养分变化特征的影响，开展相关盆栽试验。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，包括相连接的模拟器和冷凝系统，模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套外壁与外套内壁之间设置相互独立的隔热空间和水浴空间，隔热空间内设置隔热夹层，水浴空间与冷凝系统连接。
2.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟器中，隔热空间设于水浴空间上方，水浴空间的顶面高于内套底面。
3.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有进水口和排水口，水浴空间内设有搅拌器。
4.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有减压阀。
5.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述冷凝系统包括压缩机、冷凝器、空气过滤器、蒸发器和底座，压缩机、冷凝器、空气过滤器和蒸发器通过管道依次循环连接；蒸发器固定于水浴空间中，压缩机、冷凝器和空气过滤器分别固定于底座中。
6.根据权利要求5所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述空气过滤器与蒸发器之间的管道为毛细管。
7.根据权利要求5所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述蒸发器与压缩机连接的管道中，位于水浴空间中的管道上设有温度传感器。
8.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述隔热夹层为石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或软木中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟器中，内套为中空的不锈钢圆柱体结构，内套直径为90～150cm，内套高度为15～45cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为160cm的正方形，外套高度为16～46cm，且外套高度大于内套高度；外套为塑料外套、铁制外套、钢制外套或铝制外套。
10.根据权利要求1～9任一项所述用于冷底田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置应用于土层厚度为15～45cm的冷底田土壤环境盆栽试验。
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