CN103869050A - 用于冷泉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泉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，内套中设有泉眼导管，泉眼导管与水泵连接，内套侧壁设有冷泉水排水口；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25～55cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。本模拟实验装置结构简单，为模拟冷泉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。同时，可根据实际需求调节泉眼出水量和水温，能满足多种盆栽试验的需求，操作简单，实用性强。
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泉田土壤环境的模拟实验装置及其应用。
背景技术
山区冷泉田是一种分布较广的中低产田。主要是受地形限制，冷泉水上涌形成泉眼的一类低产田。冷泉水水源温度低（与正常灌溉水比较，可相差5～15℃），易对周边土壤产生淋洗，造成跑水、跑肥、跑土，严重的地方甚至还使其水稻部分根系直接浸泡在冷泉水中，造成苗僵株稀，分蘖减少，对水稻的生长发育和产量形成产生显著的影响。多年来，我国在冷泉田治理方面开展了大量的研究，形成了“三沟配套”、“暗管排水”、“泉眼引水导流”等多项行之有效的实用成果。
然而，由于冷泉田特有的成因条件，在排水基础上，开展冷泉田的养分活化、土壤耕层构建、障碍因子消解等方面的研究只能集中在大田试验原位开展，而无法进行小面积实验（如盆栽试验等），这就加大了研究工作的难度，也无法得到精确的研究数据；另外，由于时空性限制强，严重阻碍了冷泉田相关试验的开展，尤其是相对精细可控的盆栽试验的进行。因此，为了方便对冷泉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，提供一种用于冷泉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泉田土壤环境的模拟实验装置的应用。
本发明的技术方案为：一种用于冷泉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，内套中设有泉眼导管，泉眼导管与水泵连接，内套侧壁设有冷泉水排水口；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；内套侧壁设有多个冷泉水排水口，各冷泉水排水口分别设置排水管，各排水管外端伸出外套的侧壁，且各排水管上分别设有排水阀门。多个冷泉水排水口的设置，可较好地配合泉眼导管及水泵，使模拟器中的冷泉水水量保持恒定值，土壤环境更稳定。
所述模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有水浴进水口和水浴排水口，水浴空间内设有混匀器；混匀器由电机和风扇叶相连接组成，其作用主要是对冷却水进行搅拌，使水浴器内各处的冷却水保持一致的温度。
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。
泉眼导管为可伸缩导管。其伸缩长度可根据内套的高度进行调节。
所述水泵的入口管道上还设有水流量控制器。通过水流量控制器可控制水泵的进水量，从而控制泉眼导管涌入模拟器中的冷泉水流量。
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、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90～180cm，内套高度为30～60cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为190cm的正方形，外套高度为31～61cm；外套为塑料外套、铁制外套、钢制外套或铝制外套。
本发明所述用于冷泉田土壤环境的模拟实验装置，应用于土层厚度为25～55cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。
本用于冷泉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25～55cm的土层，调整泉眼导管的高度，并调整冷却水水温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，通过水泵及泉眼导管注入冷泉水，使土壤处于冷泉水中，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，从而模拟冷泉田的自然土壤环境；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：
本用于冷泉田土壤环境的模拟实验装置结构简单，为模拟冷泉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。同时，可根据实际需求调节泉眼出水量和水温，能满足多种盆栽试验的需求，操作简单，实用性强。
本用于冷泉田土壤环境的模拟实验装置可有效克服大田条件环境影响因素多、可控性差的不足，实现冷泉田的小面积实验，操作简单而方便。同时，也可解决时空的限制，实现在任意时段开展研究工作。
本用于冷泉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却水的水量及水温，操作简单，且模拟效果逼真，应用于冷泉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为本用于冷泉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泉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，内套中设有泉眼导管3，泉眼导管与水泵4连接，内套侧壁设有冷泉水排水口；内套外壁与外套内壁之间设置相互独立的隔热空间5和水浴空间6，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；内套侧壁设有多个冷泉水排水口，各冷泉水排水口分别设置排水管7，各排水管外端伸出外套的侧壁，且各排水管上分别设有排水阀门。多个冷泉水排水口的设置，可较好地配合泉眼导管及水泵，使模拟器中的冷泉水水量保持恒定值，土壤环境更稳定。
模拟器中，水浴空间处外套的外壁上设有水浴进水口8和水浴排水口9，水浴空间内设有混匀器10；混匀器由电机和风扇叶相连接组成，其作用主要是对冷却水进行搅拌，使水浴器内各处的冷却水保持一致的温度。
水浴空间处外套的外壁上设有减压阀11；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。
泉眼导管为可伸缩导管。其伸缩长度可根据内套的高度进行调节。
水泵的入口管道上还设有水流量控制器12。通过水流量控制器可控制水泵的进水量，从而控制泉眼导管涌入模拟器中的冷泉水流量。
冷凝系统包括压缩机13、冷凝器14、空气过滤器15、蒸发器16和底座17，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18。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、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120cm，内套高度为90cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为190cm的正方形，外套高度为51cm；外套为铁制外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为45cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。
本用于冷泉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，调整泉眼导管的高度，并调整冷却水水温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，通过水泵及泉眼导管注入冷泉水，使土壤处于冷泉水中，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，从而模拟冷泉田的自然土壤环境；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泉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90cm，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190cm的正方形，外套高度为31cm；外套为铝制外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为25cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。
实施例3
本实施例一种用于冷泉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180cm，内套高度为60cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为190cm的正方形，外套高度为61cm；外套为铝制外套。
上述模拟实验装置应用于土层厚度为55cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。
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.用于冷泉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，内套中设有泉眼导管，泉眼导管与水泵连接，内套侧壁设有冷泉水排水口；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所述用于冷泉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；内套侧壁设有多个冷泉水排水口，各冷泉水排水口分别设置排水管，各排水管外端伸出外套的侧壁，且各排水管上分别设有排水阀门。
3.根据权利要求1所述用于冷泉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水浴进水口和水浴排水口，水浴空间内设有混匀器；
水浴空间处外套的外壁上设有减压阀；
泉眼导管为可伸缩导管。
4.根据权利要求1所述用于冷泉田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述水泵的入口管道上还设有水流量控制器。
5.根据权利要求1所述用于冷泉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所述用于冷泉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所述用于冷泉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所述用于冷泉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、氨酯泡沫塑料或软木中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述用于冷泉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90～180cm，内套高度为30～60cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为190cm的正方形，外套高度为31～61cm；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任一项所述用于冷泉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25～55cm的冷泉田土壤环境盆栽试验。
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