CN112146937A - 一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，属于土壤溶液采样装置技术领域。包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶、导液管及采样探头，所述溶液收集瓶通过导液管连接采样探头，通过导气管连接负压装置，在导气管上靠近溶液收集瓶设置有单向逆止阀Ⅰ，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置，形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管间隔。本发明可以实现稻田土壤溶液精准、及时和批量采样，同时保证装置安装简单、结构简单、造价低、经久耐用、有保障。

Description

一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置
技术领域
本发明属于土壤溶液采样装置技术领域，特别是涉及一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置。
背景技术
土壤溶液指土壤间隙水及其中的溶质和溶解性气体。土壤溶液在评价养分有效性方面起着重要作用，被喻为“土体的血液循环”，其养分浓度比土体中有效养分浓度更能反应土壤养分的新动态。现有土壤溶液采集方法分：离心法、提取法、置换柱法、压滤法、测渗法、负压法等等。前4个方法属于破坏性采样，无法实现原位观测。测渗法，安装时对土壤的扰动较大，盐基离子在测渗漏计中容易积累，导致结果往往偏大，而负压法是利用负压原理对微型土壤溶液进行采样的：安装时对土壤的扰动较小，不易受吸附解析效应的影响，能快速响应土壤溶液浓度的变化，特别适合稻田土壤溶液的原位提取。
当前采用负压原理的采样设备，比较代表的有不同土层深度土壤溶液批量采样转置(申请号：200710011678.X)，一种不同土层深度土壤溶液自动采样器(申请号：201010586547.6)。其中发明专利申请200710011678.X提供了一种底部设有陶土头的渗漏管、集液瓶、缓冲瓶及负压装置的土壤溶液取样器，导液管的一端密封插接于渗漏管内，另一端插入到集液瓶；与负压装置相连同的缓冲瓶通过多路通气装置，与集液瓶相连通从而实现取样；但是也正是因为多路通气装置的使用，对整个设备管路气密性，提出了巨大的挑战，所述多路通气装置是双向通气，在任意一条管路出现漏气、集液瓶拧的不紧情况下，均会导致所有管路取样失败。同时该设备采用手动负压装置。在批量采样时，由于容积大，操作极为费力费时，且人为操作，难以保证每次抽气负压值的一致性。
发明专利申请201010586547.6在上述发明申请公开的不同土层深度土壤溶液批量采集装置(200710011678.X)的基础上，进一步研制了仪器控制室，在一定的程度上实现了野外无人看管采样，对土壤溶液的研究做出了贡献。但该申请设备需要大量布置横向陶土头，显著增大了土壤溶液取样装置的安装难度和土壤回填的复杂性、以及整个的生产成本。横向布置陶土头将大面积破坏原土壤物理化学性质，采集的土壤溶液代表性差。且每套设备需要配备一套仪器控制室，在实际试验过程中，往往因试验处理多、成本太高，而无法推广应用。
发明内容
针对上述存在的技术问题，提供一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，实现稻田土壤溶液精准、及时和批量采样，同时保证装置安装简单、结构简单、造价低、经久耐用、有保障。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶、导液管及采样探头，所述溶液收集瓶通过导液管连接采样探头，通过导气管连接负压装置，在导气管上靠近溶液收集瓶设置有单向逆止阀Ⅰ，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置，形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管间隔。
优选的，包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶、导液管及采样探头，所述溶液收集瓶瓶口设置一个管路，其上连接三通，三通的一路通过导液管连接采样探头，另一路通过导气管连接缓冲瓶，并在靠近溶液收集瓶瓶口的导气管上设置有单向逆止阀Ⅰ，各路采集装置的导气管通过缓冲瓶连接负压装置，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管间隔。
优选的，包括负压装置和多组如权利要求1或2所述的多路采集装置，所述多路采集装置的导气管上均连接有五通，多组的多路采集装置的五通串联连接在负压管路上，所述负压管路的一端设置单向逆止阀Ⅱ，另一端连接负压装置的定负压真空表，通过定负压真空表连接真空泵，实现多点多剖面采样。
优选的，所述多路采集装置的最底层采样探头为陶土头，其他各路采集装置的采样探头为陶土管。
优选的，所述陶土头为高温加压烧制而成的多孔，且带有圆弧底的管状结构，其孔径为1-1.5μm，管口外径小于主体外径。
优选的，所述陶土管为高温加压烧制而成的多孔管状结构，其孔径为1-1.5μm，两端管口外径小于主体外径。
优选的，所述采样探头为管状结构，底层采样探头的管口及上层各路采样探头的两端管口均为与渗漏管连接端配合结构，且在底层采样探头的管口及上层各路采样探头的两端管口均填充有塑形结构胶密封。
优选的，相邻所述采样探头的间隔均为10-20cm。
优选的，所述采样探头的长度均为10-20cm。
优选的，所述渗漏管为PVC管；所述导液管为PU气管。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用纵向串联陶土头或陶土管的方式布置采样探头。相邻采样探头之间通过渗漏管间隔，陶土头布置在整个采样设备的最低端，沿纵向间隔布置两个或以上陶土管，可实现对原位稻田0cm-20cm、20cm-40cm和40cm-60cm(或更多)土壤剖面溶液取样，本发明可以根据陶土管纵向布置数量调整观测深度，实现稻田土壤溶液精准、及时和批量采样，同时保证装置安装简单、结构简单、造价低、经久耐用、有保障。
2.本发明在溶液收集瓶上设置的导气管连接负压装置，其上靠近溶液收集瓶设置逆止阀，任何一个管路都只能单向流动(只出不能进)，这样即使出现某一条管路和集液瓶漏气的情况，也不会影响其他管路正常取样，显著提高了设备的可靠性。同时，每个逆止阀的采用都可降低1处密封点。同时，逆止阀安装后，无需设置管路开关和堵头，采样过程时，直接开泵抽负压，达到-50kPa即可拔泵，无需对多路通气管路进行任何堵塞和关闭工作。
3.本发明所述溶液收集瓶瓶口设置一个管路，其上连接三通，三通的一路通过导液管连接采样探头，另一路通过导气管连接缓冲瓶，并在靠近溶液收集瓶瓶口的导气管上设置有单向逆止阀Ⅰ，缓冲瓶的设置，使得在打气时，防止水进入负压装置的真空泵。
4.本发明直接将导液管的一端密封插接于陶土头和陶土管内，减少2/3密封点，进一步提高气密性。另外，陶土头和陶土管间都采用防水胶填筑密封，从三个层面提高整个装置的气密性和稳定性。
5.本发明根据用户采样深度要求，灵活增加陶土管的数量，实现不同土壤剖面深度采样，且简单易用。
6.本发明采用了安装有带真空表的便携式真空泵(负压高达-80kPa)，并结合逆止阀的特点，显著降低了人为误差和采样期间操作强度，保障整个采用过程简单实用、造价便宜、数据可重复性高。
7.本发明还可以通过设置负压装置和多组多路采集装置，所述多路采集装置的导气管上均连接有五通，多组的多路采集装置的五通串联连接在负压管路上，所述负压管路的一端设置单向逆止阀Ⅱ，另一端连接负压装置的定负压真空表，通过定负压真空表连接真空泵，实现多点多剖面采样。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2为图1中陶土管结构示意图。
图3为图1中陶土头结构示意图。
图4为本发明实施例2的结构示意图。
图5为本发明实施例3的结构示意图。
图中：1.陶土头，2.导液管，3.塑形结构胶，4.陶土管，5.渗漏管，6.溶液收集瓶，7.单向逆止阀Ⅰ，8.真空表，9.真空泵，10.导气管，11.三通，12.五通，13.缓冲瓶，14.单向逆止阀Ⅱ,15.负压管路,16.采样探头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：如图1所示，本发明一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶6、导液管2及采样探头，所述溶液收集瓶6通过导液管2连接采样探头，通过导气管10连接负压装置，在导气管10上靠近溶液收集瓶6设置有单向逆止阀Ⅰ7，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管5间隔。
具体的，本例设置三层溶液采集装置，采样探头为两个陶土管4和1个陶土头1，底层采样探头为陶土头1，安装在渗漏管5底部，渗漏管5上部间隔设置两个陶土管4，即渗漏管5和陶土管4间隔设置，在最上层陶土管4顶部连接渗漏管，所述陶土头1和陶土管4均呈纵向设置；在陶土头1和两个陶土管4均密封插接一个导液管2，所述导液管2另一端分别连接不同的溶液收集瓶6。
通过设置陶土管4的数量调整采样深度。本例所述渗漏管5采用四分PVC材质。所述导液管2为PU气管；所述负压装置为带真空表的便携式真空泵9，其最大负压值为80kPa，在连接真空泵9的管路上连接有定负压真空表8。通过靠近溶液收集瓶6的导气管10上连接逆止阀Ⅰ7，三路导气管10分别通过五通12连接负压管路15，负压管路15一端连接有单向逆止阀Ⅱ14，另一端连接定负压真空表8及真空泵9，实现负压装置单向可抽真空、拔泵或关泵后自行逆向密封。本例所述陶土头1和陶土管4的长度均为10cm。相邻所述陶土管4或陶土头1和陶土管4间设置的渗漏管5均为10cm。
如图2、图3所示，本例所述陶土头1为现有工艺高温加压烧制而成的多孔，且带有圆弧底的管状结构，其孔径为1-1.5μm，管口外径小于主体外径。所述陶土管4为现有工艺高温烧制而成的多孔管状结构，其孔径为1-1.5μm，两端管口外径小于主体外径。所述陶土管4两端管口、陶土头1管口均填充有塑形结构胶密封,提高气密性。所述陶土头和陶土管调整陶土密度高温烧制后形成的多孔材料，包含无数的非常小的空隙，孔径在1-1.5μm范围内。这样陶土管4和陶土头1在土壤遇水后，会在空隙处形成水膜，实现透水不透气。
本例所述的负压装置为带真空表8的便携式真空泵9，即使出现某一条管路和集液瓶漏气的情况，也不会影响其他管路正常取样，显著提高了设备的可靠性。显著降低了人为误差和采样期间操作强度，保障整个采用过程简单实用、造价便宜、数据可重复性高。
本发明的使用过程或工作原理：
探头安装步骤：
(1)根据采样深度要求，确定陶土头和陶土管的数量，以0～60cm为例，按照图1组装好整个设备，本例设置2个陶土管4。
(2)检查整个装置，在靠近溶液收集瓶的导气管上设置逆止阀7，在连接真空泵9的负压管路上加真空表8，确保12小时内，真空表读数变动不超过5kpa；
(3)采样前1个月，利用电动和手动土钻，在采样点钻取深55cm，孔径4cm左右的孔隙，将组装好的整支本发明采样探头插入孔隙中，加水回填，填土固定后，再次灌水确保装有陶土头1和陶土管4的整体探头和土壤充分接触。
本发明在采样时，只需将多路通气装置抽气总管路连接到有带真空表8的便携式真空泵上(如图1所示)，打开真空泵9，让真空表8读数达到-50Kpa即可。这样该观测点不同深度采样的电动抽负压工作完毕，可换至另观测点继续工作。约2小时后，图1中溶液收集瓶6可分别收集到原位稻田0cm-20cm、20cm-40cm和40cm-60cm土壤剖面溶液。
实施例2：如图4所示，本例与实施例1不同的是：本例所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶6、导液管2及采样探头，所述溶液收集瓶6瓶口设置一个管路，其上连接三通11，三通11的一路通过导液管2连接采样探头，另一路通过导气管10连接缓冲瓶13，并在靠近溶液收集瓶6瓶口的导气管10上设置有单向逆止阀Ⅰ7，各路采集装置的导气管10分别连接五通12，通过五通12连接缓冲瓶13，通过缓冲瓶13连接负压装置，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管5间隔。
本例中的采用探头16设置方式和实施例1不同的是，本例根据实际用户需求，设置三层溶液采集装置，采样探头为两个陶土管4和1个陶土头1，底层采样探头为陶土头1，安装在渗漏管5底部，渗漏管5上部间隔设置两个陶土管4，即渗漏管5和陶土管4间隔设置，在最上层陶土管4顶部连接渗漏管。本例所述陶土头1长度为20cm，陶土管4的长度均为20cm。相邻所述陶土管4或陶土头1和陶土管4间设置的渗漏管5均为10cm，顶部连接的渗漏管为40cm。其长度设置根据实际需求设定。
实施例3：如图5所示，本例与实施例1不同的是：本例适用于多点多剖面同时取样，本例采用三组多路采集装置组合，实现多点多剖面采样，每组多路采集装置均可以采用实施例1和实施例2的采用装置来实现，三组的多路采集装置均通过导气管10上连接的五通12串联连接在负压管路15上，所述负压管路15的一端设置单向逆止阀Ⅱ14，另一端连接负压装置的定负压真空表8。本例中采用探头16中所述陶土头1长度为10cm，陶土管4的长度均为10cm。相邻所述陶土管4或陶土头1和陶土管4间设置的渗漏管5均为10cm。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶、导液管及采样探头，所述溶液收集瓶通过导液管连接采样探头，通过导气管连接负压装置，在导气管上靠近溶液收集瓶设置有单向逆止阀Ⅰ，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置，形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管间隔。
2.一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：包括负压装置及多路采集装置，所述多路采集装置均包括溶液收集瓶、导液管及采样探头，所述溶液收集瓶瓶口设置一个管路，其上连接三通，三通的一路通过导液管连接采样探头，另一路通过导气管连接缓冲瓶，并在靠近溶液收集瓶瓶口的导气管上设置有单向逆止阀Ⅰ，各路采集装置的导气管通过缓冲瓶连接负压装置，所述多路采集装置的各路采样探头呈纵向间隔设置形成多层溶液采集装置，相邻采样探头间设置渗漏管间隔。
3.一种用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：包括负压装置和多组如权利要求1或2所述的多路采集装置，所述多路采集装置的导气管上均连接有五通，多组的多路采集装置的五通串联连接在负压管路上，所述负压管路的一端设置单向逆止阀Ⅱ，另一端连接负压装置的定负压真空表，通过定负压真空表连接真空泵，实现多点多剖面采样。
4.根据权利要求1-3任一项所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述多路采集装置的最底层采样探头为陶土头，其他各路采集装置的采样探头为陶土管。
5.根据权利要求4所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述陶土头为高温加压烧制而成的多孔，且带有圆弧底的管状结构，其孔径为1-1.5μm，管口外径小于主体外径。
6.根据权利要求4所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述陶土管为高温加压烧制而成的多孔管状结构，其孔径为1-1.5μm，两端管口外径小于主体外径。
7.根据权利要求1-3任一项所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述采样探头为管状结构，底层采样探头的管口及上层各路采样探头的两端管口均为与渗漏管连接端配合结构，且在底层采样探头的管口及上层各路采样探头的两端管口均填充有塑形结构胶密封。
8.根据权利要求1-3所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：相邻所述采样探头的间隔均为10-20cm。
9.根据权利要求1-3所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述采样探头的长度均为10-20cm。
10.根据权利要求1-3所述用于稻田土壤剖面多层溶液自动采集的装置，其特征在于：所述渗漏管为PVC管；所述导液管为PU气管。
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