CN110501476A - 一种旱作农田氮磷迁移转化的试验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旱作农田氮磷迁移转化试验方法及装置，所述装置包括接头、排水管、缓冲取样装置、样品装置、至少一个土壤溶液取样装置以及控制系统，所述接头和排水管用于引出径流和统计径流流量，所述缓冲取样装置用于取出水质样品；所述土壤溶液取样装置的数量可以自行设置，用于送入土壤指定位置提取土壤溶液，样品装置用于整体存放整个试验周期内的样品瓶，可以在实验室、野外原始土地、试验小区多种环境中，实现长周期、多点同时自动取样监控以代替试验人员的人工取样，可以在一次灌溉和降水中采集多种数据，然后建模得到氮磷迁移转化规律。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境技术领域，具体涉及一种旱作农田氮磷迁移转化的试验方法及装置。
背景技术
我国农业发展迅速,农田化肥的施用量高,通过降雨产生地表径流和地下迁移的作用,造成了大量农田养分的流失,致使水体富营养化和污染严重。众多研究表明,农业面源污染已经成为水体富营养化的一个重要因素。从全球范围来看,30％-50％的地球表面已受到面源污染的影响。在美国面源污染的污染量已经占总污染量的2/3,而农业活动对面源污染的贡献程度为75％左右。在我国进入地表水体的污染物中,46％的沉积物、47％的总磷、52％的总氮都是来自于农业面源污染。农业面源污染来源主要包括水土流失、化肥和农药的施用、畜禽粪便等,其形成的影响因素包括降水土地利用方式、化肥和农药的施用等。而来自农业的面源污染中,农业径流的污染和淋溶入地下水最为普遍。农业径流中的泥沙、有机物质以及氮磷养分是地表水水质恶化的主要原因。水土流失和农业径流氮磷流失量控制,已经成为洞庭湖农业面源污染控制的重要工作。因此研究农业面源污染的控制技术以及拦截方式与途径,减少农业面源污染物对洞庭湖水环境的影响,可为农业和经济快速发展和生态文明建设提供科学依据。
在农业生产过程中,对土壤中植物和微生物的生长起到至关重要的营养元素是氮素,我国氮肥施用过量且利用率过低,大量流失到农田之外,因此土壤施肥管理的正确与合理性是保证作物产量和防治环境污染的重要环节。土壤中的氮素在微生物的作用下可以转化成多种形态,而且转化过程迅速。硝态氮是植物吸收利用氮素的主要形态,但是由于硝态氮不易被土体吸附,迁移能力较强如果氮肥施用过量,其向深层的淋失的风险就会加大,对地下水体及环境造成污染,对人类健康形成潜在威胁；随着含化肥和有机肥应用的不断增加,农业系统的磷素输入大于输出,土壤磷素的意义已经超出农学意义,其环境学意义也变得更为重要,尤其是在种植和养殖业较为发达的地区,由于长期过量施用磷化肥和有机磷肥,导致农田土壤耕层处于富磷状态,土壤磷通过地表径流、土壤侵蚀、淋洗等途径加速向水体迁移的速度,引发受纳水体的磷富营养化。
当前，由于野外现场环境的特殊性和复杂性，对于氮磷迁移的观测和实验具有明显的限制，常见的实验方法依旧是模拟土柱法和建立试验小区法，其中，模拟土柱法由于过于理想化仅能得出基本的实验结论，很难用于具体指导某个区域内的实际情况；试验小区的实验中，跨度长、环境艰苦，需要实验人员实时进行数据的采集、保存，消耗大量人力物力，而自动化的大型监测站成本又过高，且不宜移动。中国发明CN 201310705855.X公开了一种土壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法，对收集的土壤中流测量单位面积径流深值、氮磷浓度数据；将测量的单位面积径流深值进行归一化处理，并将单位面积径流深值换算成土壤中流迁移通量；根据设定的计算条件参数初值、土壤中流的单位面积径流深值和氮磷浓度数据计算土壤中流氮磷迁移通量，并进行循环计算处理，本发明从根本上解决了现有方法自动测量功能少、不能实现土壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，能够实时快速准确获得测量结果，既适用于室内测量，也适用于野外测量，且不受地形限制，具有广泛的推广和应用价值；然而非法命中虽然提到可以自动循环测量氮磷含量，但由于氮磷形态不一，仅能实现对单一形态的测定，而且仅有一个测试端，无法实现同一过程的多点监控，无法有效的进行长周期、多点检测。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种旱作农田氮磷迁移转化的试验方法及装置，可以在实验室、野外原始土地、试验小区多种环境中，实现长周期、多点同时自动取样监控以代替试验人员的人工取样，可以在一次灌溉和降水中采集多种数据。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种旱作农田氮磷迁移转化试验方法，首先，对于旱作农田，在大部分时间内土壤含水量较低，所在区域的降水量也不多，基本的氮磷迁移转化都在降雨/灌溉中随着水流发生，所以一般为人工灌溉性试验小区或自然降雨农田两种环境进行模拟；
在降雨/灌溉过程前，将待测农田/试验小区根据土质进行垂直分层，获取不同层次土壤中氮磷的种类和含量，分别为第一层{NA01}、{PA01}；第二层{NA02}、{PA02}……，一般可分为3层，0-20cm，20-40cm，40-60cm；
在降雨/灌溉期间及之后，设定周期X，周期可以为1h、2h等，在第t个周期内，测定径流量M，根据垂直分层获取同一径向长度上的不同层次的样品水，分别测定其氮、磷的种类和含量分别为第一层{NAt1}、{PAt1}；第二层{NAt2}、{PAt2}……，径向分层可以依据整个实验对象的尺寸一般可以分为3-5个；
在第t周期内，获取待测农田/试验小区的径流出口处的流量M，收集径流的样品水质，测定其氮、磷的种类和含量，分别为{NMt}、{PMt}；
固定垂直深度，将待测农田/试验小区根据土质进行径向分段，在t周期内，获取不同层次的样品水，分别测定其氮、磷的种类和含量，分别为第一段{NBt1}、{PBt1}，第二段{NBt2}、{PBt2}……；
对于原始数据的处理方法如下：
(1)根据每一周期的径流量M和径流水的N含量{NMt}，计算N径流流失负荷，多个数据可组成径流量和氮流失量的模型；
(2)选定径流量M最大的周期中，在径向分层中，利用第一段{NBt1}、第二段{NBt2}……和初始{NB01}、{NB02}……的数据对比，模拟出径向流失模型；在垂直分层中，利用第一层{NAt1}、第二层{NAt2}……和初始{NA01}、{NA02}……的数据对比，模拟出淋溶流失模型；
(3)利用初始{NA01}、{NA02}……求得平均土壤氮含量{N平均}，利用不同周期的径流样品水中{NMt}/{N平均}可得不同周期的氮流失比，以周期为横坐标作图可得整个降雨/灌溉期的氮流失曲线；
所述对于磷的数据处理与氮的相同。
优选地，由于氮磷在土壤中并不以单一形态存在，而不同形态的氮磷又具有不同的迁移特征所以需要对氮磷的测定指标进行细化，所述氮的测定指标有总氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、颗粒氮；所述磷的测定指标有总磷、磷酸盐、水溶性磷、颗粒磷。
一种旱作农田氮磷迁移转化实验方法的实验装置，包括接头、排水管、缓冲取样装置、样品装置、至少一个土壤溶液取样装置以及控制系统，所述接头用于将农田/试验小区径流排水口与所述排水管相接，在径流量较大的情况下，可以预先进行分水，以保证进入实验装置的径流量在可测量范围内；所述排水管为标准制式的圆形管道，其上设有流量计，用于测定流经排水管的周期性流量，所述流量计具有记忆和查询功能；
所述缓冲取样装置包括缓冲罐和取样件，所述缓冲罐的底部设有排水口和排水阀，所述排水口外接排水管道；所述取样件设置在排水管道的侧面，所述取样件包括取样器、取样瓶、漏斗，所述取样瓶通过管道连接到漏斗且所述管道上具有电泵；
所述样品装置包括外壳、样品盘、旋转轴、底座、电机，所述外壳顶端设有活动的挡板，所述底座安装在外壳的内部空腔中，所述样品盘通过旋转轴安装在底座上，所述底座内部设有齿轮组，所述齿轮组的动力端为电机，其输出端为旋转轴，所述齿轮组包括多个主从齿轮和换向齿轮可以将电机的驱动力转换为旋转力带动旋转轴运动，从而带动样品盘旋转，以便于收集不同的水质样品；
所述样品盘为一大型圆盘，从内向外设有n圈样品孔421，n不小于取样器321和土壤溶液取样装置的数量之和；任一圈的样品孔设置多个且数量相同，每一圈中的样品孔相对于圆心的间隔角度相同，保证当电机每次启动，带动样品盘旋转固定角度，使得不同的样品孔在特定的位置上进行更迭；所述样品孔内部放置有样品瓶，样品盘旋转后，不同的样品瓶可以收集不同的水质样品；
所述土壤溶液取样装置为现有技术中的负压取样装置，也可采用其他可以达到相同技术效果的取样装置，包括取样端、输送管、存样室、气泵，所述取样端包括取样头和气室，所述存样室一端连接气泵，另一端通过密封管路连接到取样端，所述存样室的顶端还设有液面感应计，所述存样室的底部设有垂直的出口管，所述出口管上设有微量截止阀；
所述漏斗、出口管的出口对应在不同圈样品孔的正上方保证其中的样品溶液可以流入不同的样品瓶中；
所述控制系统与流量计、排水阀、取样器、电泵、电机、气泵、微量截止阀通讯连接；包括径流取样控制模块和土壤溶液取样模块；
所述径流取样控制模块用于在预设的周期内，记录流入缓冲罐的径流流量以及从径流中取样至取样瓶以备检测；具体控制过程为：利用流量计记录流经排水管的水流流量，并在周期节点上利用排水阀进行排水，启动取样器进行取样并注入取样瓶中，取样结束后，启动电机使未使用过的样品瓶位于漏斗正下方，利用电泵将样品注入样品瓶；同时，如在同一周期内，流量计达到预设值，则启动排水阀进行紧急排水；
所述土壤溶液取样模块用于在预设的周期内，通过土壤溶液取样装置进行特定土壤溶液的取样，以备检测；具体控制过程为，启动气泵使得存样室和输送管保持负压状态，使土壤溶液通过取样端通过输送管被收集到存样室中，在周期节点或者特定液面高度，后者的条件是防止土壤湿度过大时，收集溶液所需要时间较短的状况，在该状况下，一旦达到特定高度即可启动电机使未使用过的样品瓶位于出口管正下方，开启微量截止阀注入样品瓶。
更优选地，所述采样器器321主要通过电动推杆进行自动控制，无需手动进行；所述取样器包括管道接口、取样出口、取样腔、驱动杆、压缩弹簧、电推杆；所述取样出口设置在取样腔的后部侧面且管道接口设置在正前端，所述驱动杆的前端形状刚好对应管道接口。
更优选地，所述样品孔为一圆柱形空腔，其内部设有固定垫，所述固定垫与样品孔的孔壁通过弹簧连接，所述固定垫和弹簧的设置是为了避免样品瓶的晃动。
更优选地，所述取样头设有多孔亲水性滤膜和加固件，直径为2-4mm，平均孔径为0.10-
1.20μm，在该尺寸下比较易于埋设，不会影响周边作物，同时孔径比较利于水分吸收。
更优选地，所述旋转轴的内部套接立柱，所述立柱不随旋转轴进行旋转，所述立柱贯穿样品盘且穿出部分设有一可折叠的盖体，所述盖体位于漏斗、出口管和样品瓶之间，且在漏斗、出口管对应位置开有贯通孔，设置盖体后，可以增加样品瓶的密闭性，防止意外溅射导致样品污染。
更优选地，所述电泵为蠕动泵，空载不会损坏同时计量精准，且可以运动具有一定颗粒物的液体；所述电机为步进电机或伺服电机，能够保证每次转动都在额定角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)利用多层次的样品盘和伺服/步进电机，实现不同样品瓶的更迭，保证了多次采样中的分瓶存放；(2)利用自动控制的电推杆作为取样器的驱动力，实现了径流水质的自动取样；(3)疏水材料的运用，可以防止上一样品溶液的过度残留对整体样品的影响；(4)负压式土壤溶液取样装纸，可以方便的取到任意深度、位置的样品本发明可完全帮助本专业的技术人员实现自动采样，可以在无人看管的情况下自动工作，节约了大量的人力物力，且装置中的监测端数量可以随意组合，整体装置移动方便，非常适合野外探测
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明样品装置的结构示意图；
图3为本发明取样器的结构示意图；
图4为本发明样品孔的结构示意图。
图中，1-接头、2-排水管、21-流量计、3-缓冲取样装置、31-缓冲罐、311-排水口、312-排水阀、313-排水管道、32-取样件、321-取样器、管道接口3211、取样出口3212、3213-驱动杆3214-取样腔、3215-压缩弹簧、3216-电推杆、322-取样瓶、323-漏斗、324-电泵、4-样品装置41-外壳、411-盖体、42-样品盘、421-样品孔、4211-固定垫、4212-弹簧422-样品瓶、43-旋转轴、44-底座、441-齿轮组、45-电机、46-立柱、47-盖体、5-土壤溶液取样装置、51-取样端、511-取样头、5111-滤膜、加固件5112、512-气室、52-输送管、53-存样室、531-出口管、533-液面感应计、54-气泵、532-微量截止阀。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
一种旱作农田氮磷迁移转化的实验方法的实验装置，包括接头1、排水管2、缓冲取样装置3、样品装置4、三个土壤溶液取样装置5以及控制系统；
所述接头1用于将农田/试验小区径流排水口与所述排水管2相接，将试验区域土壤的整体径流水引入试验装置；
所述排水管2为标准制式的圆形管道其上设有流量计21，用于测定流经排水管2的周期性流量，所述流量计21具有记忆和查询功能；
所述缓冲取样装置3包括缓冲罐31和取样件32，所述缓冲罐31的底部设有排水口311和排水阀312，所述排水口311外接排水管道313；所述取样件32设置在排水管道313的侧面，所述取样件32包括取样器321、取样瓶322、漏斗323，所述取样瓶322通过管道连接到漏斗323且所述管道上具有电泵324，所述电泵324为蠕动泵；所述取样器321主要通过电动推杆进行自动控制，以便于自动控制，所述取样器321包括管道接口3211、取样出口3212、取样腔3214、驱动杆3213、压缩弹簧3215、电推杆3216，所述取样出口3212设置在取样腔3214的后部侧面且管道接口3211设置在正前端，所述驱动杆3213的前端形状刚好对应管道接口3211，即在驱动杆3213置于前位时整个装置实现密封状态，置于后位时液体通过管道结构3211进入取样腔3214然后通过取样出口3212流出。
所述样品装置4包括外壳41、样品盘42、旋转轴43、底座44、电机45，所述外壳41顶端设有活动的挡板411，所述底座44安装在外壳41的内部空腔中，所述样品盘42通过旋转轴43安装在底座44上，所述底座44内部设有齿轮组441，所述齿轮组441包括多个主从齿轮和换向齿轮，所述齿轮组441的动力端为可精准控制转动角度的伺服电机45，其输出端为旋转轴43，所述旋转轴43的内部套接立柱46，所述立柱46不随旋转轴进行旋转，所述立柱46贯穿样品盘42且穿出部分设有一可折叠的盖体47，所述盖体47位于漏斗323、出口管531和样品瓶422之间，且在漏斗323、出口管531对应位置开有贯通孔，设置盖体47后，可以增加样品瓶422的密闭性，防止意外溅射导致样品污染；所述样品盘42为一大型圆盘，从内向外设有n圈样品孔421，n不小于取样器321和土壤溶液取样装置5的数量之和；任一圈的样品孔421设置多个且数量相同，每一圈中的样品孔421相对于圆心的间隔角度相同，保证当电机45每次启动，带动样品盘42旋转固定角度，使得不同的样品孔421在特定的位置上进行更迭；所述样品孔421为一圆柱形空腔且内部放置有样品瓶422，其内部设有固定垫4211，所述固定垫4211与样品孔421的孔壁通过弹簧4212连接，所述固定垫4211和弹簧4212的设置是为了避免样品瓶422的晃动。
所述土壤溶液取样装置5包括取样端51、输送管52、存样室53、气泵54，所述取样端51包括取样头511和气室512，所述取样头511设有多孔亲水性滤膜5111和加固件5112，直径为2-4mm，平均孔径为0.10-1.20μm，在该尺寸下比较易于埋设，不会影响周边作物，同时孔径比较利于水分吸收；所述存样室53一端连接气泵54，另一端通过密封管路连接到取样端51，所述存样室53的顶端还设有液面感应计532，所述存样室53的底部设有垂直的出口管531，所述出口管531上设有微量截止阀532；
所述漏斗323、出口管531的出口对应在不同圈样品孔421的正上方；所述取样器321、漏斗323、出口管532内表面采用疏水材料或设疏水涂层，不会附着液体，防止两次取样的样本污染。
所述控制系统与流量计21、排水阀312、取样器321、电泵324、电机45、气泵54、微量截止阀532通讯连接；包括径流取样控制模块和土壤溶液取样模块；
所述径流取样控制模块用于在预设的周期内，记录流入缓冲罐31的径流流量以及从径流中取样至取样瓶322以备检测；具体控制过程为：利用流量计21记录流经排水管2的水流流量，并在周期节点上，利用排水阀312进行排水，启动取样器321进行取样并注入取样瓶322中，取样结束后，启动电机45使未使用过的样品瓶422位于漏斗正下方，利用电泵324将样品注入样品瓶422；同时，如在同一周期内，流量计21达到预设值，则启动排水阀312进行紧急排水；
所述土壤溶液取样模块用于在预设的周期内，通过土壤溶液取样装置5进行特定土壤溶液的取样，以备检测；具体控制过程为，启动气泵54使得存样室53和输送管52保持负压状态，使土壤溶液通过取样端51通过输送管52被收集到存样室53中，在周期节点或者特定液面高度，后者的条件是防止土壤湿度过大时，收集溶液所需要时间较短的状况，启动电机45使未使用过的样品瓶422位于出口管531正下方，开启微量截止阀53注入样品瓶422。
具体测试方法
本实施例主要研究单一灌溉时间段内氮磷迁移转化规律；
本次研究的研究区域为旱地高产棉区，构建长6m、宽4m的试验小区进行氮磷迁移转化测试对土壤进行垂直分区，共分为三个层次：0-15cm，15-30cm，30-45cm，原始土壤理化性质和氮磷含量如表1所示；对土壤进行径向分区，共分为3段，0-2m，2-4m，4-6m，净流口设置在6m处的一端；具体实验过程：所采用的试验装置共包含三个土壤溶液采集装置5,利用两个试验小区分别对垂直淋溶过程、径向壤中流过程进行迁移转化实验；对于试验区一，将三个土壤溶液采集装置5分别设置在试验区土层垂直深度的10cm、25cm、40cm处，进行人工灌溉试验，3小时灌溉量2.4m3，收集测量值进行研究；对于试验区二，固定三个土壤溶液采集装置5分别设置在试验区表面，径向分别设置在小区的2cm、4cm、6cm处，3小时灌溉量2.4m3，灌溉过程以1小时为周期收集，灌溉结束后以3小时为周期测量值进行研究；布置好实验装置后，设定程序控制样品盘和采样装置进行自动工作，在结束后取出样品瓶进行测定。
所述氮的测定指标有总氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、颗粒氮；总氮是指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量，测定方法为过硫酸钾氧化；铵态氮是指游离氨或离子氨形态存在的氨，测定方法为纳氏试剂法；硝态氮是指各种形态含氮化合物中最稳定的氮化合物，测量方法为酚二磺酸分光光度法；水中亚硝酸盐是氮循环的中间产物，测定方法为重氮-偶联反应；所述磷的测定指标有总磷、磷酸盐、水溶性磷、颗粒磷，所述总磷的磷酸盐采用钼锑抗分光光度法测定，水溶性磷,是指溶解在土壤溶液中的无机磷和少量与可溶性低相对分子质量有机化合物结合的磷，通常用钼蓝法测定；颗粒磷采用化学试剂提取法测定。
按照如实施例1的测试方法经过样品分析后得到原始数据，由于数据过多，不一一列举，以总磷总氮为例，收集到原始数据如表1-4，根据表1，可计算预估整体试验小区的总氮、总磷含量；根据表2，可计算径流比、径流模数，同时计算出径流中的总氮、总磷流量和比例；根据表3，可建立模型模拟径向流失的氮磷迁移模型；根据表4，可建立模型模拟淋溶流失的氮磷迁移模型；同时，利用多种不同氮磷形态的数据，得到氮磷变化的模型。
表1原始土层土壤性质
| 土层 | 0-20(cm) | 20-40(cm) | 40-60(cm) |
| 总氮(g/Kg) | 1.20 | 0.63 | 0.42 |
| 总磷(g/Kg) | 0.01 | 0.01 | 0.01 |
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 2.651 | 2.857 | 3.254 |
表2时间尺度下径流量和径流水质性质
| 时间 | 径流量(m<sup>3</sup>) | 总氮(mg/L) | 总磷(mg/L) |
| 1h | 4.52 | 1.58 | 0.14 |
| 2h | 5.36 | 2.21 | 0.17 |
| 3h | 7.69 | 2.05 | 0.18 |
| 4h | 3.65 | 1.62 | 0.13 |
表3时间尺度下土壤溶液横向流失数据
表4时间尺度下土壤溶液纵向(淋溶)流失模型数据
Claims (8)
1.一种旱作农田氮磷迁移转化试验方法，其特征在于：在降雨/灌溉过程前，将待测农田/试验小区根据土质进行垂直分层，获取不同层次土壤中氮、磷的种类和含量，分别为第一层{NA01}、{PA01}；第二层{NA02}、{PA02}……
在降雨/灌溉期间及之后，设定周期X，在第t个周期内，测定径流量M，根据垂直分层获取同一径向长度上的不同层次的样品水，分别测定其氮、磷的种类和含量，分别为第一层{NAt1}、{PAt1}；第二层{NAt2}、{PAt2}……；
在第t周期内，获取待测农田/试验小区的径流出口处的流量M，收集径流的样品水质，测定其氮、磷的种类和含量，分别为{NMt}、{PMt}；
固定垂直深度，将待测农田/试验小区根据土质进行径向分段，在第t周期内，获取不同层次的样品水，分别测定其氮、磷的种类和含量，分别为第一段{NBt1}、{PBt1}，第二段{NBt2}、{PBt2}……；
对于原始数据的处理方法如下：
(1)根据每一周期的径流量M和径流水的N含量{NMt}，计算N径流流失负荷，多个数据可组成径流量和氮流失量的模型；
(2)选定径流量M最大的周期中，在径向分层中，利用第一段{NBt1}、第二段{NBt2}……和初始{NB01}、{NB02}……的数据对比，模拟出径向流失模型；在垂直分层中，利用第一层{NAt1}、第二层{NAt2}……和初始{NA01}、{NA02}……的数据对比，模拟出淋溶流失模型；
(3)利用初始{NA01}、{NA02}……求得平均土壤氮含量{N平均}，利用不同周期的径流样品水中{NMt}/{N平均}可得不同周期的氮流失比，以周期为横坐标作图可得整个降雨/灌溉期的氮流失曲线；
所述对于磷的数据处理与氮的相同。
2.根据权利要求1所述的一种旱作农田氮磷迁移转化试验方法，其特征在于：所述氮的测定指标有总氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、颗粒氮；所述磷的测定指标有总磷、磷酸盐、水溶性磷、颗粒磷。
3.一种如权利要求1所述的旱作农田氮磷迁移转化实验方法的实验装置，其特征在于：包括接头(1)、排水管(2)、缓冲取样装置(3)、样品装置(4)、至少一个土壤溶液取样装置(5)以及控制系统，所述接头(1)用于将农田/试验小区径流排水口与所述排水管(2)相接，所述排水管(2)为标准制式的圆形管道，其上设有流量计(21)；
所述缓冲取样装置(3)包括缓冲罐(31)和取样件(32)，所述缓冲罐(31)的底部设有排水口(311)和排水阀(312)，所述排水口(311)外接排水管道(313)；所述取样件(32)设置在排水管道(313)的侧面，所述取样件(32)包括取样器(321)、取样瓶(322)、漏斗(323)，所述取样瓶(322)通过管道连接到漏斗(323)且所述管道上具有电泵(324)；
所述样品装置(4)包括外壳(41)、样品盘(42)、旋转轴(43)、底座(44)、电机(45)，所述外壳(41)顶端设有活动的挡板(411)，所述底座(44)安装在外壳(41)的内部空腔中，所述样品盘(42)通过旋转轴(43)安装在底座(44)上，所述底座(44)内部设有齿轮组(441)，所述齿轮组(441)的动力端为电机(45)，其输出端为旋转轴(43)；
所述样品盘(42)为一大型圆盘，从内向外设有n圈样品孔(421)，n不小于取样器(321)和土壤溶液取样装置(5)的数量之和；任一圈的样品孔(421)设置多个且数量相同，每一圈中的样品孔(421)相对于圆心的间隔角度相同，所述样品孔(421)内部放置有样品瓶(422)；
所述土壤溶液取样装置(5)包括取样端(51)、输送管(52)、存样室(53)、气泵(54)，所述取样端(51)包括取样头(511)和气室(512)，所述存样室(53)一端连接气泵(54)，另一端通过密封管路连接到取样端(51)，所述存样室(53)的顶端还设有液面感应计(532)，所述存样室(53)的底部设有垂直的出口管(531)，所述出口管(531)上设有微量截止阀(532)；
所述漏斗(323)、出口管(531)的出口对应在不同圈样品孔(421)的正上方；
所述控制系统与流量计(21)、排水阀(312)、取样器(321)、电泵(324)、电机(45)、气泵(54)、微量截止阀(532)通讯连接；包括径流取样控制模块和土壤溶液取样模块；
所述径流取样控制模块用于在预设的周期内，记录流入缓冲罐(31)的径流流量以及从径流中取样至取样瓶(322)以备检测；
所述土壤溶液取样模块用于在预设的周期内，听过土壤溶液取样装置(5)进行特定土壤溶液的取样，以备检测。
4.根据权利要求3所述的旱作农田氮磷迁移转化的实验装置，其特征在于：所述取样器(321)包括管道接口(3211)、取样出口(3212)、取样腔(3214)、驱动杆(3213)、压缩弹簧(3215)、电推杆(3216)；所述取样出口(3212)设置在取样腔(3214)的后部侧面且管道接口(3211)设置在正前端，所述驱动杆(3213)的前端形状刚好对应管道接口(3211)。
5.根据权利要求3所述的旱作农田氮磷迁移转化的实验装置，其特征在于：所述样品孔(421)为一圆柱形空腔，其内部设有固定垫(4211)，所述固定垫(4211)与样品孔(421)的孔壁通过弹簧(4212)连接。
6.根据权利要求3所述的旱作农田氮磷迁移转化的试验装置，其特征在于：所述取样头(511)设有多孔亲水性滤膜(5111)和加固件(5112)，直径为2-4mm，平均孔径为0.10-1.20μm。
7.根据权利要求3所述的旱作农田氮磷迁移转化的试验装置，其特征在于：所述旋转轴(43)的内部套接立柱(46)，所述立柱(46)不随旋转轴(43)进行旋转，所述立柱(46)贯穿样品盘(42)且穿出部分设有一可折叠的盖体(47)，所述盖体(47)位于漏斗(323)、出口管(531)和样品瓶(422)之间，且在漏斗(323)、出口管(531)对应位置开有贯通孔。
8.根据权利要求3所述的旱作农田氮磷迁移转化的试验装置，其特征在于：所述电泵(324)为蠕动泵，所述电机(45)为步进电机或伺服电机。
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