CN109342694A - 一种定量分析农田氮排放的室内试验装置 - Google Patents

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恽雯斐
尤朝阳
徐海阳
郭欣悦
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Abstract

本发明公开了一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，用于定量分析农田氮经地表径流、渗漏淋洗和气态损失三个途径的排放量。主要包括植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、人工降雨器和气体收集装置。装置主体多数以PVC管及其配件构成。将植物培养单元用固定支架平稳放置，下方可收集渗漏液。植物培养单元与配件连接可在人工降雨过程中或结束后收集径流液样品。采集气体样品时，将植物培养单元上方取样空间通过塑料软管和气泡吸收管与气体采样泵连接，利用酸吸收法收集气体样品用于测定氨挥发量。在气体收集装置主体靠近下端处开孔，用针管抽取气体样品用于测定氧化亚氮释放量。

Description

一种定量分析农田氮排放的室内试验装置
技术领域
本发明涉及一种试验模型，尤其涉及一种农田氮排放的室内试验装置，用于收集并准确定量分析农田氮经地表径流、渗漏淋洗和气态损失三个途径的排放量。
背景技术
农田氮排放有三个途径，即地表径流、渗漏淋洗和气态损失(包括氨挥发和N2O释放)。无论是大田试验，还是室内小试，前人都设计了相应的试验模型来定量分析农田氮排放。大田试验所采用的地表径流试验装置主要有水泥井法和整理箱法，这些试验装置的优点是测定的径流液浓度较准确，不足之处在于不能通过控制地表径流的影响因素(如地面坡度、降雨强度和降雨历长)等来调整地表径流的强度和历长。大田试验所采用的渗漏淋洗试验装置主要有楔形渗漏收集系统、吸杯、多孔渗漏管-原状土壤渗漏采集器。尽管这些系统得到的结果更接近实际农田氮的渗漏淋洗状况，但存在工程量大、劳动强度大和重复性差等不足。对于氮的气态损失，常用的方法有静态箱法和基于傅里叶变换-中红外光生光谱技术的原位测定法。然而现有的田间气体损失试验装置不能兼顾“操作性强”和“模拟复杂情景”，急需改进。可见，基于大田试验的农田氮排放系统存在很大的局限性。除了大田试验外，前人也曾通过室内小试来分析农田氮的径流损失，这些小试装置能够调整地表径流的强度和持续时间，然而该系统不能用于研究降雨导致的地表径流。室内渗漏淋洗的试验装置则是在培养植物的盆钵中加入一定量的纯净水或用简易的人工降雨模拟器进行“降雨”。这两种方法的优点是操作简单且不需要复杂装置。但是，由于其人工降雨模拟器无法调节降雨强度和历长，因而难以模拟复杂的渗漏淋洗过程。由上述分析可知，现有的农田氮排放试验装置只能关注某一个或两个氮排放途径，因而不能准确地对农田氮排放进行定量分析。
不仅如此，分别利用上述传统实验模型测定农田氮经三个途径的排放特征会增加系统误差。比如利用传统静态箱法测定氨气和氧化亚氮，测定结果会偏低。原因是氨气和氧化亚氮都易溶于水，传统装置利用水封法密闭，容易导致氨气和氧化亚氮测定结果偏低。另外，在实际农田生态系统中，降雨产生的动能和水量，导致土壤溅蚀、地表径流和渗漏淋洗三个氮排放途径同时排放氮。这意味着，无论按什么样的顺序，分别分析三者的排放量再叠加的方式，都会使农田氮排放的实验结果偏大。
发明内容
本发明克服了现有试验装置只能关注农田氮一个或两个排放途径、系统误差大、装置配件间不能有机结合这三方面的不足，提供了一种新的定量分析农田氮排放的室内试验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，其特征在于由植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、气体收集装置组成和人工降雨器16；其中
植物培养单元由等径四通1、植物培养单元PVC管3、同心异径管4、清扫口6、纱布5和外堵2组成；植物培养单元PVC管3上端嵌套于等径四通1下端，下端嵌套于同心异径管4上端，同心异径管4下端与清扫口6连接，外堵2安装在等径四通1左右两端，纱布5固定于同心异径管4变径处内壁；
气体收集装置由两根塑胶软管7、止水夹8、堵头9、气体收集装置PVC管10、橡胶塞11、U型气泡吸收管13、气体采样泵14和塑料瓶15组成；气体收集装置PVC管10嵌套于等径四通1上端，堵头9嵌套于PVC管10另一端，两根塑胶软管7由堵头9孔内引出，一根的一端接于U型气泡吸收管13，另一根的一端置于塑料瓶15内，U型气泡吸收管13另一端连接气体采样泵14，止水夹8置于塑胶软管7上，橡胶塞11塞入气体收集装置PVC管10下端孔中；
渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架19和渗漏液收集器20组成；渗漏液收集装置固定支架19套于植物培养单元PVC管3外壁，正下方摆放渗漏液收集器20，渗漏液收集装置置于人工降雨器16正下方；
径流液收集装置由两个径流液收集器17和两个径流液收集装置固定支架18组成；径流液收集器17安放径流液收集装置固定支架18上，置于等径四通1左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器16正下方。
本发明还提了利用上述的的室内实验装置对农田氮排放进行收集的方法，其具体步骤如下：
植物培养单元组装步骤：先在同心异径管4变径出均匀涂抹胶水，将纱布5平铺于胶水上并按压固定；在同心异径管4下端内壁涂抹胶水后将清扫口6嵌套于下端；借助外力将植物培养单元PVC管3下端紧密插入同心异径管4上端，使二者无缝链接；植物培养单元PVC管3上端紧密插入等径四通1上端，外堵2安装于等径四通1左右两端。
气体收集装置组装步骤：在堵头9上开具两个直径与塑胶软管7外径相同的孔，并利用胶水将堵头9密封于气体收集装置PVC管10上端；将两根塑胶软管7插入孔中并用胶水固定，塑胶软管7上各放置一止水夹8；在气体收集装置PVC管10距靠近下端处开孔，孔径应与橡胶塞11直径一致；将橡胶塞11塞入孔中并用胶水固定。
气体收集步骤：NH3样品采集步骤：将组装好的气体收集装置中的气体收集装置PVC管10下端均匀涂抹凡士林后紧密嵌套于等径四通1上端，打开塑胶软管7上的止水夹8，一根塑胶软管7的一端与U型气泡吸收管13连接，另外一端置于塑料瓶15中以起到缓冲作用，气体采样泵14设置好参数后接于U型气泡吸收管13另一端，打开气体采样泵14即可采集整个实验装置中产生的NH3，U型气泡吸收管13中的稀硫酸即为NH3分析样品；NH3分析样品采集完毕后，将气体采样泵14、U型气泡吸收管13撤下，再关闭止水夹8(保证气体收集装置各个部分的气密性)同时计时，待达到收集时间时，用针管12插入橡胶塞11抽取装置内气体即为N2O分析样品；
渗漏液收集步骤：将气体收集装置PVC管10及连接在其上端所有配件取下后，将渗漏液收集装置固定支架19紧密套于植物培养单元PVC管3外壁，渗漏液收集装置固定支架19正下方放置渗漏液收集器20，整套装置置于人工降雨器16正下方；设置好人工降雨器16参数后，打开清扫口6下端堵头，流入渗漏液收集器20中的水样即为渗漏液分析样品；
径流液收集步骤：将径流液收集器17放于径流液收集装置固定支架上面18，调整其位置使得等径四通1两端流出样品可准确流入径流液收集器17中；设置好人工降雨器16参数后，打开等径四通1左右两端外堵2，雨滴冲刷土壤表层后随等径四通两端1流出，流入径流液收集器17中的水样即为径流液分析样品。
样品分析方法：NH3浓度采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法测量，N2O浓度利用气相色谱仪测量(Agilent7890)，渗漏液、径流液样品中各形态氮均采用国标法测量。
上述植物培养单元PVC管3的长度可根据实际需要更改，为了模拟实际农田渗漏现象，一般管段长度应大于30cm；为避免附壁效应的产生，植物培养单元PVC3管径应大于110mm；植物培养单元PVC管3与等径四通1、同心异径管4、清扫口6、外堵2等管配件应配套选用；气体收集装置PVC管10管径的选用应与植物培养单元PVC管3一致；气体收集装置PVC管10的长度应根据植物生长高度调整，高度应为植物生长高度的基础上加10cm。植物培养单元内填充物应与植物培养单元PVC管3上端齐平，以保证后期模拟人工降雨对于填充物表层的冲刷效果，此齐平过程需要一周左右的稳定期。
本实验装置中，植物培养单元整体为一圆柱形筒状结构；该植物培养单元可通过简单的固定以及组件连接方式，简易地收集渗漏液；同时能充分利用管配件优势模拟降雨对表层土壤的冲刷作用，还能满足部分农田作物需保有田面水层的生长环境；设计能够调节降雨强度的人工降雨器来模拟自然降雨；针对植物培养单元的大小设计气体采集装置，用于含氮气体的收集。
本发明能够分析农田氮三个排放途径的原理是：(1)施肥结束后，植物培养单元通过与气体采集装置的紧密结合，定期采集气体分析氮的气态损失，分析的农田生态系统氮通过气态损失这一途径的排放过程。(2)在人工降雨发生时，降入植物培养单元的雨滴对土壤表面产生击溅作用，模拟的是自然降雨对土壤的溅蚀过程，在此过程中氮随着表层土壤颗粒的溅蚀而发生位移。(3)随着降雨时间的延长，在雨水量足够大时，植物培养单元内部土壤会产生渗漏，模拟自然降雨导致的土壤淋洗，在此过程中移动性较强的氮形态随着渗漏液而排放。(4)同时土壤溶液中的溶解态和悬浮态的氮进入径流水，导致溶解态和悬浮态氮随着径流液而排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明是一种室内试验装置，一方面能够在降雨条件下同时收集渗漏液、径流液，用于分析农田氮经渗漏淋洗、地表径流这两大途径的排放特征；另一方面能够在非降雨条件下采集气态样品，用于分析农田氮经气态损失排放的特征。此试验装置的核心组件是充分挖掘管配件的优势以及利用不同管配件之间的巧妙连接方式，其作用是将植物培养单元、径流液收集装置和气体采集装置有机结合，且结合部位不漏气不漏液。与传统农田氮排放试验装置相比，该实验装置可降低试验的系统误差。能够在同一系统中研究农田内地表径流、渗漏淋洗和气态损失三个途径导致的氮排放，且系统误差小。
2、在气体收集装置需插入植物培养单元部分(气体收集装置下端)均匀地涂抹一层白凡士林，再将气体收集装置紧密插入植物培养单元时即可达到密封效果，不用采用传统的水封方式，可以避免因水封导致的氨气和氧化亚氮释放结果偏低的问题，进而降低系统误差。
3、植物培养单元直径可根据土壤粒径大小调整，以避免附壁效应的产生，目的是避免田面水层直接沿内壁下流进入渗漏液收集装置进而造成误差。
4、植物培养单元与径流液收集装置的连接利用PVC管及管配件本身具有的连接特点就可达到密闭效果，可保证二者连接处不漏液。
5、本发明中植物培养单元造价低且能够与试验单元分离，即能够保证试验能够设计多个因素和多个重复，降低了成本。室内试验要求试验装置占地面积小，因此本发明是在满足试验要求的前提下，将装置尺寸降低，减少了占地面积。
6、本发明在使用过程中，操作步骤简单，能够模拟不同降雨强度、不同土壤类型、不同作物品种、不同作物生长阶段、不同田面坡度和多种氮排放途径等复杂情景。
附图说明
图1是植物培养单元剖面图；
图2是植物培养单元俯视图；
图3是采样时装置剖面图；
其中，1-等径四通；2-外堵；3-植物培养单元PVC管；4-同心异径管；5-纱布；6-清扫口；7-塑胶软管；8-止水夹；9-堵头；10-气体收集装置PVC管；11-橡胶塞；12-针管；13-U型气泡吸收管；14-气体采样泵；15-塑料瓶；16-人工降雨器；17-径流液收集器；18-径流液收集装置固定支架；19-渗漏液收集装置固定支架；20-渗漏液收集器；
图4为两种水稻株系径流液及渗漏液中各形态氮损失量；其中a：径流液总氮损失量；b：渗漏液总氮损失量；c：径流液可溶性氮损失量；d：渗漏液可溶性氮损失量；e：径流液氨氮损失量；f：渗漏液氨氮损失量；
图5为两种水稻株处理下气态氮损失速率图；a：氨气挥发速率；b：氧化亚氮挥发速率。
具体实施方式
实例1
一种用于分析农田氮经三个途径排放特征的室内试验装置，主要包括植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、人工降雨器和气体收集装置。该装置主体多数以PVC管及其配件构成，利用现有的材料以精密的、巧妙的连接方式构成整套实验装置。
植物培养单元由等径四通1、植物培养单元PVC管3、同心异径管4、清扫口6、纱布5和外堵2组成。植物培养单元PVC管3上端嵌套于等径四通1下端，下端嵌套于同心异径管4上端，同心异径管4下端与清扫口6紧密连接，外堵2安装在等径四通1左右两端，纱布5固定于同心异径管4变径处内壁。
气体收集装置由塑胶软管7、止水夹8、堵头9、气体收集装置PVC管10、橡胶塞11、U型气泡吸收管13、气体采样泵14、塑料瓶15组成。气体收集装置PVC管10嵌套于等径四通1上端，塑胶软管7由堵头9孔内引出，一端接于U型气泡吸收管13，另一端置于塑料瓶15内，U型气泡吸收管13另一端连接气体采样泵14，止水夹8置于塑胶软管7上，橡胶塞11紧密塞入气体收集装置PVC管10下端孔中。
渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架19、渗漏液收集器20组成。渗漏液收集装置固定支架19套于植物培养单元PVC管3外壁，正下方摆放渗漏液收集器20，渗漏液收集装置置于人工降雨器16正下方。
径流液收集装置由径流液收集器17、径流液收集装置固定支架18组成。径流液收集器17安放径流液收集装置固定支架18上，置于等径四通1左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器16正下方。
现结合附图详细描述一种利用PVC管及其配件用于分析农田氮经三个途径排放特征的装置组装、采样、分析步骤。
步骤一：植物培养单元组装步骤：先在同心异径管4变径出均匀涂抹胶水，将纱布5平铺于胶水上并按压固定；在同心异径管4下端内壁涂抹胶水后将清扫口6嵌套于下端；借助外力将植物培养单元PVC管3下端紧密插入同心异径管4上端，使二者无缝链接；植物培养单元PVC管3上端紧密插入等径四通1上端，外堵2安装于等径四通1左右两端。
步骤二：气体收集装置组装步骤：在堵头9上开具两个直径与塑胶软管7外径相同的孔，并利用胶水将堵头9密封于气体收集装置PVC管10上端；将两根塑胶软管7插入孔中并用胶水固定，塑胶软管7上各放置一止水夹8；在气体收集装置PVC管10距靠近下端处开孔，孔径应与橡胶塞11直径一致；将橡胶塞11塞入孔中并用胶水固定。NH3样品采集步骤：在组装好的气体收集装置中的气体收集装置PVC管10下端均匀涂抹凡士林后紧密嵌套于等径四通1上端，打开塑胶软管7上的止水夹8，一根塑胶软管7的一端与U型气泡吸收管13连接，另外一端置于塑料瓶15中以起到缓冲作用，气体采样泵14设置好参数后接于U型气泡吸收管13另一端，打开气体采样泵14即可采集整个实验装置中产生的NH3，U型气泡吸收管13中的稀硫酸即为NH3分析样品；NH3分析样品采集完毕后，将气体采样泵14、U型气泡吸收管13撤下，再关闭止水夹8(保证气体收集装置各个部分的气密性)同时计时，待达到收集时间时，用针管12插入橡胶塞11抽取装置内气体即为N2O分析样品。
步骤三：渗漏液收集装置组装步骤：将气体收集装置PVC管10及连接在其上端所有配件取下后，将渗漏液收集装置固定支架19紧密套于植物培养单元PVC管3外壁，渗漏液收集装置固定支架19正下方放置渗漏液收集器20，整套装置置于人工降雨器16正下方。渗漏液样品采集步骤：设置好人工降雨器16参数后，打开清扫口6下端堵头，流入渗漏液收集器20中的水样即为渗漏液分析样品。
步骤四：径流液收集装置组装步骤：将径流液收集器17放于径流液收集装置固定支架上面18，调整其位置使得等径四通1两端流出样品可准确流入径流液收集器17中。径流液分析样品采集步骤：设置好人工降雨器16参数后，打开等径四通1左右两端外堵2，雨滴冲刷土壤表层后随等径四通两端1流出，流入径流液收集器17中的水样即为径流液分析样品。
步骤五：样品分析方法：NH3浓度采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法测量，N2O浓度利用气相色谱仪测量(Agilent7890)，渗漏液、径流液样品中各形态氮均采用国标法测量。
实例2
以水稻生态系统氮排放定量分析为例具体描述采用本发明室内装置分析农田氮三个途径排放特征的方法，此次实验以两种日本晴水稻株系(代号株系一、株系二)的氮排放特征为研究对象。本发明室内试验装置，包括径流测试部分、渗漏测试部分、气态损失测试部分以及各组件连接部分。
植物培养单元由110mm等径四通1、30cm长的植物培养单元110mmPVC管3、110*50同心异径管4、50mm清扫口6、120mm双层纱布5和110mm外堵2组成。植物培养单元110mmPVC管3上端嵌套于110mm等径四通1下端，下端嵌套于110*50同心异径管4 110mm口径端，110*50同心异径管4下端与50mm清扫口6紧密连接，110mm外堵2安装在110mm等径四通1左右两端，120mm双层纱布5固定于110*50同心异径管4变径处内壁。
气体收集装置由塑胶软管7(外径8.5mm)、止水夹8、110mm堵头9、长为50cm的气体收集装置110mmPVC管10、橡胶塞11(外径8mm)、U型气泡吸收管13、气体采样泵14、1.5L塑料瓶15组成。50cm气体收集装置110mmPVC管10嵌套于110mm等径四通1上端，塑胶软管7由110mm堵头9孔内引出，一端接于U型气泡吸收管13，另一端置于1.5L塑料瓶15内，U型气泡吸收管13另一端连接气体采样泵14，止水夹8置于塑胶软管7上，橡胶塞11紧密塞入气体收集装置110mmPVC管10下端孔中。
渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架19、渗漏液收集器20组成。渗漏液收集装置固定支架19套于植物培养单元PVC管3外壁，正下方摆放渗漏液收集器20，渗漏液收集装置置于人工降雨器16正下方。渗漏液收集装置固定支架19是铁架台，支架下部中空，用于放置渗漏液收集器20，渗漏液收集器20就是一个能放入支架下方中空位置的烧杯。
径流液收集装置由径流液收集器17、径流液收集装置固定支架18组成。径流液收集器17安放径流液收集装置固定支架18上，置于等径四通1左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器16正下方。径流液收集装置固定支架18为高度合适可平衡放置烧杯的椅子，径流液收集器17是大小合适的洁净烧杯。
实际实验过程中室内试验装置组装、采样步骤如下：
步骤一、植物培养单元装置组装：准备直径为120mm的双层圆形纱布5，将纱布平铺于110*50同心异径管4变径处，纱布5下方刷上胶水，用力按压纱布5使其固定于同心异径管4变径处内壁；再将110*50同心异径管4下端与50mm清扫口6紧密连接，连接处用胶水固定；最后利用锤子外力将30cm长的植物培养单元PVC管3一端紧密插入110*50同心异径管4上端，使得植物培养单元PVC管3与110*50同心异径管4上端无缝链接。
步骤二、在植物培养单元内填充植物培养基土：先用直径3-5mm的洗净的石英砂填满110*50同心异径管4变径处(约为0.8kg)，随后填充土沙混合物3kg(土沙质量比为4:6；土为过2mm筛的风干供试土壤)并加入适量的水(1000mL)使其保持湿润，此时土沙混合物上表面距植物培养单元110mmPVC管3上端还留有5cm，剩余的5cm体积用纯土(1kg)填充完毕，此次填充应分批完成，在每次加入纯土时都需适当压实土壤并再次加水，填土直至土壤上表面与植物培养单元110mmPVC管3上端完全齐平，特殊之处在于整个系统需要一个稳定过程(大约为一周)，稳定期间需要不断将土壤高度补充至于植物培养单元顶端平齐，直至土壤上表面不再下落则稳定完成，否则影响后期人工降雨对于土壤表层的冲刷作用，从而影响径流液的收集；
步骤三、在植物培养单元内培养水稻：水稻种子在28℃黑暗环境下催芽三天后，在土壤表层中心处用钢尺挖出一个大约1cm3的小坑，挑选已发芽的水稻种子分别放入不同处理的植物培养单元内，每个植物培养单元内播种6颗种子，种子放置完毕后用土覆盖住并检查土壤表层是否与植物培养单元110mmPVC管3上端齐平，若不齐平则需继续补充纯土使其齐平，将植物培养单元放置于光照培养内(28℃/24℃；12h/12h；光照强度为1级)，培养水稻一个月即达到本次试验采样分析阶段。
步骤四、田面水层的保持：在水稻生长至1个月后，将植物培养单元从光照培养箱内取出，此时为了更准确的贴合实际农田中水稻的生长状况，需模拟出保有田面水层的环境。因此需先将两个110mm外堵2安装在110mm等径四通1左右两端后，再将植物培养单元110mmPVC管3上端紧密插入110mm等径四通1下端，植物培养单元110mmPVC管3与110mm等径四通1连接处可紧密连接，保证不漏水。此时在四通内缓缓加入水，使四通内保持6cm的水层即可模拟农田中水稻的真实生长状况。
步骤五、气态损失测试部分：因农田中氮随气态而损失的部分多为NH3以及N2O，所以本次试验也以这两种气体为主要分析对象。整套气体收集装置需提前组装，步骤如下：在堵头9上开具两个直径为8.5mm(与塑胶软管7外径相同)的孔，利用胶水将堵头9密封于气体收集装置110mmPVC管10上端，将两根塑胶软管7插入孔中并用胶水固定，塑胶软管7上各放置一止水夹8；在气体收集装置PVC管10距下端5cm处开孔，孔径应与橡胶塞11(直径为8mm)一致，将橡胶塞11塞入孔中并用胶水固定，组装完毕即为整套气体收集装置。NH3采样步骤：在气体收集装置110mmPVC管10距下端3cm处外壁上均匀涂抹白凡士林后，将整套气体收集装置紧密插入等径四通1上端，打开塑胶软管7上的止水夹8，一根塑胶软管7的一端与U型气泡吸收管13(内装10mL0.005mol/L的稀硫酸以吸收NH3)连接，另外一端置于塑料瓶15中以起到缓冲作用，气体采样泵14设置好参数后(采样流量为1.0L/min，采样时间为1h)接于U型气泡吸收管13另一端，打开气体采样泵14即可采集整个实验装置中产生的NH3，U型气泡吸收管13中的稀硫酸即为NH3分析样品；N2O采样步骤：将气体采样泵14、U型气泡吸收管13撤下，再关闭止水夹8(保证气体收集装置各个部分的气密性)同时计时，待收集时间达到2h时，用针管12插入橡胶塞11抽取装置内气体即为N2O分析样品；
步骤六、地表径流、渗漏淋洗测试部分：步骤四结束后，取下整套气体收集装置，按试验设计调整人工降雨器16的降雨强度和历长，将植物培养单元固定在渗漏液收集装置固定支架19(铁架台)上，置于人工降雨器正下方，放置好径流液收集器17(烧杯)，渗漏液收集器后20(烧杯)，打开清扫口6以及外堵2，开启人工降雨器16，同时收集渗漏液和径流液，径流液收集器17(烧杯)，渗漏液收集器后20(烧杯)内水样即为分析样品。
步骤七、样品分析测量：NH3浓度采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法测量，N2O浓度利用气相色谱仪测量(Agilent7890)，渗漏液、径流液样品中各形态氮均采用国标法测量。
整个实验过程中，按上述步骤组装的室内实验模型未出现漏气、漏水的现象，且能顺利完成气体样品、渗漏液、径流液样品的采集工作，结果显示该实验模型能充分满足实验要求，同时可减少实验误差，使实验结果更准确。利用Origin2017对数据进行分析计算，用T检验判断两种水稻之间的差异是否明显。结果显示，各个指标在0.05水平下，两种水稻氮排放无显著差异。结果表明，若施肥前发生降雨，系统通过地表径流途径的氮损失量为4.94-5.07kg/ha；通过渗漏淋洗途径的氮损失量为3.99-4.14kg/ha；通过氨挥发途径的氮损失速率为311.93-344.89μgm-2h-1；通过N2O释放的氮损失速率为259.71-262.65μgm-2h-1；若施肥后发生降雨(太湖流域稻田传统管理模式中施肥量为300kg/ha)系统通过地表径流途径的氮损失量为18.34-19.23kg/ha；通过渗漏淋洗途径的氮损失量为31.96-32.16kg/ha；通过氨挥发途径的氮损失速率为667.33-667.61μgm-2h-1；通过N2O释放的氮损失速率为472.17-477.51μgm-2h-1。主要实验结果见图4及图5。

Claims (2)

1.一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，其特征在于由植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、气体收集装置组成和人工降雨器(16)；其中
植物培养单元由等径四通(1)、植物培养单元PVC管(3)、同心异径管(4)、清扫口(6)、纱布(5)和外堵(2)组成；植物培养单元PVC管(3)上端嵌套于等径四通(1)下端，下端嵌套于同心异径管(4)上端，同心异径管(4)下端与清扫口(6)连接，外堵(2)安装在等径四通(1)左右两端，纱布(5)固定于同心异径管(4)变径处内壁；
气体收集装置由两根塑胶软管(7)、止水夹(8)、堵头(9)、气体收集装置PVC管(10)、橡胶塞(11)、U型气泡吸收管(13)、气体采样泵(14)和塑料瓶(15)组成；气体收集装置PVC管(10)嵌套于等径四通(1)上端，堵头(9)嵌套于PVC管(10)另一端，两根塑胶软管(7)由堵头(9)孔内引出，一根的一端接于U型气泡吸收管(13)，另一根的一端置于塑料瓶(15)内，U型气泡吸收管(13)另一端连接气体采样泵(14)，止水夹(8)置于塑胶软管(7)上，橡胶塞(11)塞入气体收集装置PVC管(10)下端孔中；
渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架(19)和渗漏液收集器(20)组成；渗漏液收集装置固定支架(19)套于植物培养单元PVC管(3)外壁，正下方摆放渗漏液收集器(20)，渗漏液收集装置置于人工降雨器(16)正下方；
径流液收集装置由两个径流液收集器(17)和两个径流液收集装置固定支架(18)组成；径流液收集器(17)安放径流液收集装置固定支架(18)上，置于等径四通(1)左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器(16)正下方。
2.一种利用如权利要求1所述的的室内实验装置对农田氮排放进行收集的方法，其具体步骤如下：
气体收集步骤：NH3样品采集步骤：将组装好的气体收集装置中的气体收集装置PVC管(10)下端均匀涂抹凡士林后紧密嵌套于等径四通(1)上端，打开塑胶软管(7)上的止水夹(8)，一根塑胶软管(7)的一端与U型气泡吸收管(13)连接，另外一端置于塑料瓶(15)中以起到缓冲作用，气体采样泵(14)设置好参数后接于U型气泡吸收管(13)另一端，打开气体采样泵(14)即可采集整个实验装置中产生的NH3，U型气泡吸收管(13)中的稀硫酸即为NH3分析样品；NH3分析样品采集完毕后，将气体采样泵(14)、U型气泡吸收管(13)撤下，再关闭止水夹(8)同时计时，待达到收集时间时，用针管(12)插入橡胶塞(11)抽取装置内气体即为N2O分析样品；
渗漏液收集步骤：将气体收集装置PVC管(10)及连接在其上端所有配件取下后，将渗漏液收集装置固定支架(19)紧密套于植物培养单元PVC管(3)外壁，渗漏液收集装置固定支架(19)正下方放置渗漏液收集器(20)，整套装置置于人工降雨器(16)正下方；设置好人工降雨器(16)参数后，打开清扫口(6)下端堵头，流入渗漏液收集器(20)中的水样即为渗漏液分析样品；
径流液收集步骤：将径流液收集器(17)放于径流液收集装置固定支架上面(18)，调整其位置使得等径四通(1)两端流出样品可准确流入径流液收集器(17)中；设置好人工降雨器(16)参数后，打开等径四通(1)左右两端外堵(2)，雨滴冲刷土壤表层后随等径四通两端(1)流出，流入径流液收集器(17)中的水样即为径流液分析样品。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111308044A (zh) * 2019-10-25 2020-06-19 江西农业大学 一种研究油茶林土壤氧化亚氮排放的微区控制试验装置
CN113671115A (zh) * 2021-06-28 2021-11-19 河海大学 一种农田生态系统氮循环监测装置
CN116338112A (zh) * 2023-05-31 2023-06-27 东北农业大学 一种稻田甲烷排放检测控制装置和方法
CN117782706A (zh) * 2024-02-26 2024-03-29 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 一种用于坡地径流-土壤温室气体一体采集装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060254371A1 (en) * 2003-02-11 2006-11-16 Amnon Shiloni Apparatus and method for collecting soil solution samples
CN204389471U (zh) * 2015-01-27 2015-06-10 湖南省土壤肥料研究所 一种用于测定稻田钾素去向的样品收集装置
CN204495627U (zh) * 2015-04-17 2015-07-22 长江水利委员会长江科学院 农田土壤氨挥发原位监测装置
CN105044309A (zh) * 2015-08-06 2015-11-11 浙江大学 一种模块化拼接式渗漏模拟装置及其方法
CN206208608U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种根系温室气体采集及深层渗漏液收集装置
CN206208565U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种土壤采集及渗漏液收集装置
CN206671328U (zh) * 2016-12-28 2017-11-24 环境保护部南京环境科学研究所 一种原位土壤采集异位模拟土柱淋溶装置
CN207081728U (zh) * 2017-08-14 2018-03-09 福建省农业科学院土壤肥料研究所 一种土壤氮循环研究装置
CN209327342U (zh) * 2018-11-05 2019-08-30 南京工业大学 一种定量分析农田氮排放的室内试验装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060254371A1 (en) * 2003-02-11 2006-11-16 Amnon Shiloni Apparatus and method for collecting soil solution samples
CN204389471U (zh) * 2015-01-27 2015-06-10 湖南省土壤肥料研究所 一种用于测定稻田钾素去向的样品收集装置
CN204495627U (zh) * 2015-04-17 2015-07-22 长江水利委员会长江科学院 农田土壤氨挥发原位监测装置
CN105044309A (zh) * 2015-08-06 2015-11-11 浙江大学 一种模块化拼接式渗漏模拟装置及其方法
CN206208608U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种根系温室气体采集及深层渗漏液收集装置
CN206208565U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种土壤采集及渗漏液收集装置
CN206671328U (zh) * 2016-12-28 2017-11-24 环境保护部南京环境科学研究所 一种原位土壤采集异位模拟土柱淋溶装置
CN207081728U (zh) * 2017-08-14 2018-03-09 福建省农业科学院土壤肥料研究所 一种土壤氮循环研究装置
CN209327342U (zh) * 2018-11-05 2019-08-30 南京工业大学 一种定量分析农田氮排放的室内试验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
童华君 等: "准动态箱法测定农田NH_3挥发初探", 气候与环境研究, vol. 14, no. 04, pages 373 - 382 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111308044A (zh) * 2019-10-25 2020-06-19 江西农业大学 一种研究油茶林土壤氧化亚氮排放的微区控制试验装置
CN113671115A (zh) * 2021-06-28 2021-11-19 河海大学 一种农田生态系统氮循环监测装置
CN113671115B (zh) * 2021-06-28 2022-06-14 河海大学 一种农田生态系统氮循环监测装置
CN116338112A (zh) * 2023-05-31 2023-06-27 东北农业大学 一种稻田甲烷排放检测控制装置和方法
CN116338112B (zh) * 2023-05-31 2023-08-15 东北农业大学 一种稻田甲烷排放检测控制装置和方法
CN117782706A (zh) * 2024-02-26 2024-03-29 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 一种用于坡地径流-土壤温室气体一体采集装置

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