CN103869051A - 用于冷浸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浸田土壤环境的模拟实验装置及其应用，其装置包括模拟器、水浴器和冷却水冷凝系统，模拟器设于水浴器内，水浴器与冷却水冷凝系统连接；模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套与外套之间设有隔热夹层，内套中设有冷却水渗滤层；模拟器上设有冷却水入口和冷却水出口；应用于土层厚度为15～55cm的冷浸田土壤环境盆栽试验。本用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置结构简单，为模拟冷浸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，可有效克服大田条件环境影响因素多、野外条件差的不足，实现冷浸田的小面积实验，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浸田土壤环境的模拟实验装置及其应用。
背景技术
冷浸田一般分布在地形地势低洼的山谷和丘陵谷底的垌边、坑边和常年有地下水涌出处，是潜育型水稻土亚类土属，面积分布较广。由于长期受冷水浸渍，排水、耕作较困难，土壤常处于还原状态，土温较低，土壤熟化程度低，水稻常年亩产500公斤以下的占总面积的82.3%，属低产水稻土。多年来，我国在冷浸田治理方面开展了大量的研究工作，形成了“开沟排水”、“起垄栽培”、“前促后攻施肥法”等多项行之有效的实用成果。
然而，由于冷浸田特有的成因条件，在排水基础上，开展冷浸田的土壤耕层构建、养分活化、障碍因子消解、高产栽培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，也严重制约了冷浸田相关试验的开展。因此，为了方便对冷浸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，提供一种用于冷浸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浸田土壤环境的模拟实验装置的应用。
本发明的技术方案为：一种用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，包括模拟器、水浴器和冷浸水冷凝系统，模拟器设于水浴器内，水浴器与冷浸水冷凝系统连接；模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套与外套之间设有隔热夹层，内套中设有冷浸水渗滤层；模拟器上设有冷浸水入口和冷浸水出口。
所述冷浸水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；蒸发器固定于水浴器中，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；采用毛细管作为冷浸水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，位于水浴器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器中冷却水的温度，从而调节冷浸水冷凝系统，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环境。
所述蒸发器有两个，两个蒸发器串联设置，一个设于模拟器下方与水浴器底面之间的空间内，另一个设于模拟器外侧壁与水浴器内侧壁之间的空间内。可使水浴器内冷却水的水温更均匀。
所述冷浸水渗滤层包括粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网，粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网由上至下依次设置。其中，粗滤层起初级过滤的作用；滤纸膜贴紧于筛网表面，海绵层设于滤纸膜上，配合起到进一步过滤的作用。
所述粗滤层是主要由蛭石、沙粒和活性炭组成的混合层，粗滤层中蛭石、沙粒和活性炭的质量比为2:5:3。
所述粗滤层的厚度为3～6cm，海绵层的厚度为4～8cm；
筛网为不锈钢钢丝筛网。
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，内套为中空的圆柱体结构，内套直径为60～120cm，内套高度为20～60cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为130cm的正方形，外套高度为16～61cm；
冷浸水入口和冷浸水出口分别设于内套侧壁上，冷浸水入口位于冷浸水渗滤层上方，冷浸水出口位于冷浸水渗滤层下方；
水浴器的侧壁上设有水浴进水口和水浴出水口，水浴器内设有混匀器；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；
水浴器的侧壁上还设有减压阀，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，在水浴器上设置减压阀，可保证水浴器及冷浸水冷凝系统的压力安全。
本发明所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，应用于土层厚度为15～55cm的冷浸田土壤环境盆栽试验。
本用于冷浸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15～55cm的土层，调整冷浸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，通过水浴器中的冷却水产生冷浸效果，并通过冷浸水冷凝系统对水浴器中的冷却水温度进行调节，从而模拟冷浸田的自然土壤环境；其中，冷浸水冷凝系统中压缩机、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，再送至蒸发器与冷却水进行热交换，从而使冷却水降温，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：
本用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置结构简单，为模拟冷浸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。
本用于冷浸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、野外条件差的不足，实现冷浸田的小面积实验，操作简单而方便。
本用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置中，通过设置水浴器及冷浸水冷凝系统，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，应用于冷浸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为本用于冷浸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浸田土壤环境的模拟实验装置，如图1所示，包括模拟器1、水浴器2和冷浸水冷凝系统，模拟器设于水浴器内，水浴器与冷浸水冷凝系统连接；模拟器1包括内套1-1和外套1-2，内套设于外套中，内套与外套之间设有隔热夹层，内套中设有冷浸水渗滤层3；模拟器上设有冷浸水入口4和冷浸水出口5。
冷浸水冷凝系统包括压缩机6、冷凝器7、空气过滤器8、蒸发器9和底座10，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；蒸发器固定于水浴器中，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；采用毛细管作为冷浸水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，位于水浴器中的管道上设有温度传感器11。通过温度传感器实时检测水浴器中冷却水的温度，从而调节冷浸水冷凝系统，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环境。
蒸发器有两个，两个蒸发器串联设置，一个设于模拟器下方与水浴器底面之间的空间内，另一个设于模拟器外侧壁与水浴器内侧壁之间的空间内。可使水浴器内冷却水的水温更均匀。
冷浸水渗滤层包括粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网，粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网由上至下依次设置。其中，粗滤层起初级过滤的作用；滤纸膜贴紧于筛网表面，海绵层设于滤纸膜上，配合起到进一步过滤的作用。
粗滤层是主要由蛭石、沙粒和活性炭组成的混合层，粗滤层中蛭石、沙粒和活性炭的质量比为2:5:3。
粗滤层的厚度为6cm，海绵层的厚度为8cm；
筛网为不锈钢钢丝筛网。
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，内套为中空的圆柱体结构，内套直径为120cm，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130cm的正方形，外套高度为61cm；
冷浸水入口和冷浸水出口分别设于内套侧壁上，冷浸水入口位于冷浸水渗滤层上方，冷浸水出口位于冷浸水渗滤层下方；
水浴器的侧壁上设有水浴进水口12和水浴出水口13，水浴器内设有混匀器14；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；
水浴器的侧壁上还设有减压阀15，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，在水浴器上设置减压阀，可保证水浴器及冷浸水冷凝系统的压力安全。
本用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，应用于土层厚度为15～55cm的冷浸田土壤环境盆栽试验。
本用于冷浸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55cm的土层，调整冷浸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，通过水浴器中的冷却水产生冷浸效果，并通过冷浸水冷凝系统对水浴器中的冷却水温度进行调节，从而模拟冷浸田的自然土壤环境；其中，冷浸水冷凝系统中压缩机、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，再送至蒸发器与冷却水进行热交换，从而使冷却水降温，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浸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，冷浸水渗滤层中，粗滤层的厚度为5cm，海绵层的厚度为6cm；模拟器中，内套为中空的圆柱体结构，内套直径为90cm，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130cm的正方形，外套高度为46cm。
本用于冷浸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40cm的土层，调整冷浸水水温和水流量至试验需求，便可开展相关盆栽试验。
实施例3
本实施例一种用于冷浸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，冷浸水渗滤层中，粗滤层的厚度为3cm，海绵层的厚度为4cm；模拟器中，内套为中空的圆柱体结构，内套直径为60cm，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130cm的正方形，外套高度为16cm。
本用于冷浸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，调整冷浸水水温和水流量至试验需求，便可开展相关盆栽试验。
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.用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，包括模拟器、水浴器和冷却水冷凝系统，模拟器设于水浴器内，水浴器与冷却水冷凝系统连接；模拟器包括内套和外套，内套设于外套中，内套与外套之间设有隔热夹层，内套中设有冷却水渗滤层；模拟器上设有冷却水入口和冷却水出口。
2.根据权利要求1所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述冷却水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；蒸发器固定于水浴器中，压缩机、冷凝器和空气过滤器分别固定于底座中。
3.根据权利要求2所述用于冷浸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；
蒸发器与压缩机连接的管道中，位于水浴器中的管道上设有温度传感器。
4.根据权利要求2所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述蒸发器有两个，两个蒸发器串联设置，一个设于模拟器下方与水浴器底面之间的空间内，另一个设于模拟器外侧壁与水浴器内侧壁之间的空间内。
5.根据权利要求1所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述冷却水渗滤层包括粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网，粗滤层、海绵层、滤纸膜和筛网由上至下依次设置。
6.根据权利要求5所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述粗滤层是主要由蛭石、沙粒和活性炭组成的混合层，粗滤层中蛭石、沙粒和活性炭的质量比为2:5:3。
7.根据权利要求5所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述粗滤层的厚度为3～6cm，海绵层的厚度为4～8cm；
筛网为不锈钢钢丝筛网。
8.根据权利要求1所述用于冷浸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所述用于冷浸田土壤环境的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟器中，内套为中空的圆柱体结构，内套直径为60～120cm，内套高度为20～60cm；
外套为中空的长方体结构，外套底部是边长为130cm的正方形，外套高度为16～61cm；
冷却水入口和冷却水出口分别设于内套侧壁上，冷却水入口位于冷却水渗滤层上方，冷却水出口位于冷却水渗滤层下方；
水浴器的侧壁上设有水浴进水口和水浴出水口，水浴器内设有混匀器；
水浴器的侧壁上还设有减压阀。
10.根据权利要求1～9任一项所述用于冷浸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15～55cm的冷浸田土壤环境盆栽试验。
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