CN108267562B - 一种土壤稳定性同位素标记装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种土壤同位素标记装置及方法，涉及土壤同位素标记技术领域。此装置包括：提取器、土壤填埋器、溶液分配器、恒流泵以及储液器；提取器用于打取完整的土柱；土壤填埋器用于接收提取器打取的土柱，其两侧具有不同深度的孔；溶液分配器通过多根塑料管与土壤填埋器的不同深度的孔相连；恒流泵与溶液分配器相连，恒流泵正转进行泵液作业，恒流泵反转进行吸液作业；储液器用于储存标记溶液，且储液器与恒流泵相连，以便于在泵液作业时为土壤填埋器提供标记溶液。此装置可均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，方便提取土壤溶液。
Description
技术领域
本发明涉及土壤同位素标记技术领域，具体而言，涉及一种土壤稳定性同位素标记装置及方法。
背景技术
稳定性同位素示踪技术可以准确追踪某些特定元素，如碳(C)、氮(N)、磷(P)等，从土壤中迁移至农作物并在农作物各个部位及器官中的分布、累积情况，为研究这些元素在土壤—作物系统中的迁移转运规律提供准确、可靠的支撑数据。目前该技术已经成为国际上一种权威性研究手段。
由于稳定性同位素价格昂贵，在经济上很难支撑实现大面积使用，因此在实际应用过程中往往采用土柱淋溶标记法。常规土柱标记方法通常从地表向下挖孔埋入一段厚壁聚乙烯塑料管(约20-30cm)，在将挖出的土壤回填至塑料管中，同时在地表露出地面一段塑料管，用于添加标记物溶液。该方法在埋设土柱过程中不可避免的破坏了原土壤自身的层次结构，而且土柱底部为开放式与深层土壤联接，造成实际添加的水溶性同位素标记物向深层土壤渗漏，超过土壤耕层深度造成标记物损失，实际利用率不高。采用将同位素标记液加入塑料管中进行自然下渗的过程中，表层土壤吸附量较多而深层土壤则吸附量较少，存在不同深度土层间含量差异较显著的问题，而且使用该简易装置不能实现采集深层土壤溶液的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤同位素标记方法，此土壤同位素标记方法不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
本发明的目的在于提供一种土壤同位素标记装置，此土壤同位素标记装置不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
本发明是这样实现的：
一种土壤稳定性同位素标记方法，包括：
采用提取器在取样点取样；
将提取器内的土柱从顶部装入土壤填埋器中，并将土壤填埋器通过底座旋紧固定；
将多根塑料管插入土壤填埋器两侧间隔设置的多个不同深度的小孔中，且使得塑料管的插入深度为3～4cm；
将土壤填埋器插入取样点内；
将多根塑料管与分配器连接，并将分配器的总管连接于恒流泵上，且将恒流泵通过输送管道与用于存放标记溶液的储液器连通；
启动恒流泵加注标记溶液；
加注完毕后，根据试验要求，选择对应深度的塑料管，并打开恒流泵并使恒流泵反转，从对应深度吸取土壤溶液。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，将提取器垂直放于取样点上方，采用人工按压法或铁锤将提取器打入土壤中20～22cm，握住提取器上方把手反复按照顺时针或逆时针方向转动提取器，取样完毕后，将土柱提取器以垂直方向提起，取出完整的土柱。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，塑料管的直径为0.1～0.3cm，且塑料管上均匹配设置于一个止水夹。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，塑料管的个数为8根。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，采用直径为8～10cm，长30～35cm的厚壁不锈钢钢管，下缘开刃，上缘距离顶部5～10cm两侧各焊接一个长10～15cm，直径2～3cm的圆柱形把手。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，厚壁不锈钢钢管的壁厚为0.2～0.4cm。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，提取器通过以下方法制备得到：
采用直径8～10cm，长30～35cm的厚壁聚乙烯塑料管，从厚壁聚乙烯塑料管的下缘开始在0～4cm的长度范围内，在外表面制作螺丝扣，同时采用相同材质制作内侧具有螺纹的底座，使厚壁聚乙烯塑料管与底座可以紧密结合在一起。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，还包括从厚壁聚乙烯塑料管的下缘开始以厘米为单位分化刻度，分别在距离下缘两侧5cm、10cm、15cm、18cm开直径为0.1～0.3cm孔。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，厚壁聚乙烯塑料管的壁厚为0.2～0.4cm。
一种土壤稳定性同位素标记装置，包括：
提取器，提取器用于在取样点打取完整的土柱；
土壤填埋器，用于接收提取器打取的土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，土壤填埋器两侧设置有多个不同深度的孔；
溶液分配器，溶液分配器通过多根塑料管与土壤填埋器的不同深度的孔相连；
恒流泵，恒流泵通过总管与溶液分配器相连，恒流泵正转进行泵液作业，恒流泵反转进行吸液作业；
储液器，储液器用于储存标记溶液，且储液器通过输送管道与恒流泵相连，以便于在泵业作业时为土壤填埋器提供标记溶液。
上述方案的有益效果：
本发明提供了一种土壤稳定性同位素标记装置及方法。提供的土壤稳定性同位素标记装置包括提取器、土壤填埋器、溶液分配器、恒流泵以及储液器。其中，提取器用于在取样点打取完整的土柱，土壤填埋器用于接收提取器打取的土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，这样设置可有效地防止标记液向深层土壤渗漏，溶液分配器用于均匀的分配标记液，从而使得标记液较为均匀的分布于不同土层中，恒流泵用于进行泵液或者吸液作业，继而可有效地方便标记溶液的分布以及土壤溶液的提取。
综上所述，此土壤同位素标记装置不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
提供的土壤稳定性同位素标记方法首先在取样点取样，然后将取样后的土柱放入土壤填埋器中进行试验，同时通过不同深度的设置的塑料管对土壤填埋器中的样本进行供液，最后采用恒流泵反转提取土壤液。这样设计不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例提供的土壤同位素标记装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的提取器结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的土壤同位素标记方法的流程示意图。
图标：100-土壤稳定性同位素标记装置；101-提取器；103-土壤填埋器；105-溶液分配器；107-恒流泵；109-孔；111-塑料管；113-储液器；115-总管；117-输送管道；119-筒体；121-把手；123-底座；125-止水夹。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图1为实施例提供的土壤同位素标记装置的结构示意图。请参阅图1，在本实施例中，土壤稳定性同位素标记装置100包括提取器101、土壤填埋器103、溶液分配器105、恒流泵107以及储液器113。其中，提取器101用于在取样点打取完整的土柱，土壤填埋器103用于接收提取器101打取的土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，这样设置可有效地防止标记液向深层土壤渗漏，溶液分配器105用于均匀的分配标记液，从而使得标记液较为均匀的分布于不同土层中，恒流泵107用于进行泵液或者吸液作业，继而可有效地方便标记溶液的分布以及土壤溶液的提取。
图2为本实施例提供的提取器101的结构示意图。请参阅图2，在本实施例中，提取器101包括筒体119以及设置于筒体119两侧的把手121。筒体119为直径为8～10cm，长30～35cm的厚壁不锈钢钢管。厚壁不锈钢钢管的壁厚为0.2～0.4cm。把手121为长10～15cm，直径2～3cm的圆柱形把手121。当然，在本发明的其他实施例中，把手121的个数还可以根据需求进行选择，并不仅限于两个。同时，把手121与筒体119的尺寸还可以根据需求进行选择，本发明不再赘述。
具体地，塑料管111的直径为0.1～0.3cm，且塑料管111上均匹配设置于一个止水夹125。止水夹125的设置使得在提取另一个深度的土壤溶液时，其他土壤深度对应的塑料管111被关闭，塑料管111的个数为8根。当然，在本发明的其他实施例中，塑料管111的个数还可以根据需求进行调整与改进，例如还可以调整为6个、10个等，本发明不做限定。
具体地，在本实施例中，土壤填埋器103还包括与土壤填埋器103的主体通过螺纹连接的底座123，底座123高0～4cm，厚度为0～2mm。土壤填埋器103为直径8～10cm，长30～35cm的厚壁聚乙烯塑料管111，且厚壁聚乙烯塑料管111的下缘开始以厘米为单位分化刻度，分别在距离下缘两侧5cm、10cm、15cm、18cm开设有直径为0.1～0.3cm孔109。这样设置可有效地防止标记液向深层土壤渗漏，当然，在本发明的其他实施例中，土壤填埋器103的尺寸还可以根据需求进行选择，本实施例不做限定。
图3为本实施例提供的土壤稳定性同位素标记方法的流程示意图。请参阅图3，本实施例还提供了一种土壤稳定性同位素标记方法，包括：
S1：采用提取器101在取样点取样；
其中，还需要说明的是，采用提取器101在取样点取样的步骤，具体包括：将提取器101垂直放于取样点上方，采用人工按压法或铁锤将提取器101打入土壤中20～22cm，握住提取器101上方把手121反复按照顺时针或逆时针方向转动提取器101，取样完毕后，将土柱提取器101以垂直方向提起，取出完整的土柱。
并且，提取器101通过以下方法制备得到：采用直径为8～10cm，长30～35cm的厚壁不锈钢钢管，下缘开刃，上缘距离顶部5～10cm两侧各焊接一个长10～15cm，直径2～3cm的圆柱形把手121。
S2：将提取器101内的土柱从顶部装入土壤填埋器103中，并将土壤填埋器103通过底座123旋紧固定；
S3：将多根塑料管111插入土壤填埋器103两侧间隔设置的多个不同深度的小孔109中，且使得塑料管111的插入深度为3～4cm；
S4：将土壤填埋器103插入取样点内；
S5：将多根塑料管111与分配器连接，并将分配器的总管115连接于恒流泵107上，且将恒流泵107通过输送管道117与用于存放标记溶液的储液器113连通；
S6：启动恒流泵107加注标记溶液；
S7：加注完毕后，根据试验要求，选择对应深度的塑料管111，并打开恒流泵107并使恒流泵107反转，从对应深度吸取土壤溶液。这样设置可有效地防止标记液向深层土壤渗漏，溶液分配器105用于均匀的分配标记液，从而使得标记液较为均匀的分布于不同土层中，恒流泵107用于进行泵液或者吸液作业，继而可有效地方便标记溶液的分布以及土壤溶液的提取。
本发明的实施例提供的土壤稳定性同位素标记装置100及系统的工作原理及有益效果为：
当进行供液作业时：
首先，采用提取器101在取样点取样；将提取器101内的土柱从顶部装入土壤填埋器103中，并将土壤填埋器103通过底座123旋紧固定；将多根塑料管111插入土壤填埋器103两侧间隔设置的多个不同深度的小孔109中，且使得塑料管111的插入深度为3～4cm；将土壤填埋器103插入取样点内；
其次，将多根塑料管111与分配器连接，并将分配器的总管115连接于恒流泵107上，且将恒流泵107通过输送管道117与用于存放标记溶液的储液器113连通；启动恒流泵107加注标记溶液。
当进行吸液作业时，根据试验要求，选择对应深度的塑料管111，并打开恒流泵107并使恒流泵107反转，从对应深度吸取土壤溶液。
有益效果为：提供的土壤稳定性同位素标记装置100包括提取器101、土壤填埋器103、溶液分配器105、恒流泵107以及储液器113。其中，提取器101用于在取样点打取完整的土柱，土壤填埋器103用于接收提取器101打取的土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，这样设置可有效地防止标记液向深层土壤渗漏，溶液分配器105用于均匀的分配标记液，从而使得标记液较为均匀的分布于不同土层中，恒流泵107用于进行泵液或者吸液作业，继而可有效地方便标记溶液的分布以及土壤溶液的提取。
综上所述，此土壤稳定性同位素标记装置100不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
提供的土壤稳定性同位素标记方法首先在取样点取样，然后将取样后的土柱放入土壤填埋器103中进行试验，同时通过不同深度的设置的塑料管111对土壤填埋器103中的样本进行供液，最后采用恒流泵107反转提取土壤液。这样设计不仅可以均匀的向土壤中加注标记液，使标记液较为均匀的分布于不同土层中，防止标记液向深层土壤渗漏，而且可保持土壤固有的自然层级结构不受破坏，并可以方便提取土壤溶液。具有使用方便、造价低廉的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于，包括：
采用提取器在取样点取样；
将所述提取器内的土柱从顶部装入土壤填埋器中，并将所述土壤填埋器通过底座旋紧固定；
将多根塑料管插入所述土壤填埋器两侧间隔设置的多个不同深度的小孔中，且使得所述塑料管的插入深度为3～4cm；
将所述土壤填埋器插入所述取样点内；
将多根所述塑料管与分配器连接，并将所述分配器的总管连接于恒流泵上，且将所述恒流泵通过输送管道与用于存放标记溶液的储液器连通；
所述塑料管的直径为0.1～0.3cm，且所述塑料管上均匹配设置于一个止水夹；
启动所述恒流泵加注标记溶液；
加注完毕后，根据试验要求，选择对应深度的所述塑料管，并打开恒流泵并使恒流泵反转，从所述对应深度吸取土壤溶液；
其中，采用所述提取器在所述取样点取样的步骤，具体包括：将所述提取器垂直放于所述取样点上方，采用人工按压法或铁锤将所述提取器打入土壤中20～22cm，握住所述提取器上方把手反复按照顺时针或逆时针方向转动所述提取器，取样完毕后，将土柱提取器以垂直方向提起，取出完整的土柱；
土壤稳定性同位素标记装置包括提取器、土壤填埋器、溶液分配器、恒流泵以及储液器；提取器用于在取样点打取完整的土柱，土壤填埋器用于接收提取器打取的土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，溶液分配器用于均匀的分配标记液，恒流泵用于进行泵液或者吸液作业；
提取器包括筒体以及设置于筒体两侧的把手，筒体为直径为8～10cm，长30～35cm的厚壁不锈钢钢管；厚壁不锈钢钢管的壁厚为0.2～0.4cm；把手为长10～15cm，直径2～3cm的圆柱形把手，把手的个数根据需求进行选择，并不仅限于两个；
所述土壤填埋器还包括与土壤填埋器的主体通过螺纹连接的底座。
2.根据权利要求1所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于：
所述塑料管的个数为8根。
3.根据权利要求1所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于，所述提取器通过以下方法制备得到：
采用直径为8～10cm，长30～35cm的厚壁不锈钢钢管，下缘开刃，上缘距离顶部5～10cm两侧各焊接一个长10～15cm，直径2～3cm的圆柱形把手。
4.根据权利要求3所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于：
所述厚壁不锈钢钢管的壁厚为0.2～0.4cm。
5.根据权利要求1所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于，所述提取器通过以下方法制备得到：
采用直径8～10cm，长30～35cm的厚壁聚乙烯塑料管，从所述厚壁聚乙烯塑料管的下缘开始在0～4cm的长度范围内，在外表面制作螺丝扣，同时采用相同材质制作内侧具有螺纹的底座，使所述厚壁聚乙烯塑料管与所述底座可以紧密结合在一起。
6.根据权利要求5所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于，还包括从所述厚壁聚乙烯塑料管的下缘开始以厘米为单位分化刻度，分别在距离下缘两侧5cm、10cm、15cm、18cm开设有直径为0.1～0.3cm孔。
7.根据权利要求6所述的土壤稳定性同位素标记方法，其特征在于：
所述厚壁聚乙烯塑料管的壁厚为0.2～0.4cm。
8.一种土壤稳定性同位素标记装置，其特征在于，包括：
提取器，所述提取器用于在取样点打取完整的土柱；
土壤填埋器，用于接收所述提取器打取的所述土柱，并在埋入地下后用于进行土壤原位标记试验，所述土壤填埋器两侧设置有多个不同深度的孔；
溶液分配器，所述溶液分配器通过多根塑料管与所述土壤填埋器的不同深度的孔相连；
恒流泵，所述恒流泵通过总管与所述溶液分配器相连，所述恒流泵正转进行泵液作业，所述恒流泵反转进行吸液作业；
储液器，所述储液器用于储存标记溶液，且所述储液器通过输送管道与所述恒流泵相连，以便于在所述泵液作业时为所述土壤填埋器提供所述标记溶液；
土壤填埋器还包括与土壤填埋器的主体通过螺纹连接的底座。
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