CN113311135B - 一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，系统分别为样品分层采集系统、分层淋溶系统以及分层抽滤系统；分层模拟淋溶系统可按照土壤剖面的特性和研究需求，设计不同深度的土壤反应器，并按照土层由浅至深依次排列，在全系统内形成完整的土壤剖面模拟淋溶土层；配套样品采集系统是根据土壤反应器的内径和深度制作的专用样品采集工具，按照试验要求的土层深度进行分段、整体采集土壤原状样品，并能够精确转移至分层模拟淋溶系统中，保持了本系统内土壤的原始状态，减少人为干扰因素对试验结果的不规律影响，实现样品采集、检测的规范化，提高研究人员间的研究结果横向比较可信度。

Description

一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法

技术领域

本发明属于土壤淋溶领域，具体涉及一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法。

背景技术

模拟淋溶方法适用于土壤中水分、养分迁移以及土壤物理性状、生物性状的研究，广泛应用于土壤学、肥料学、生态学等农业工程类相关学科。上世纪末本世纪初，国内土壤养分淋溶技术研究开始普及，该技术采用人工混凝土或土壤渗漏器等方式在研究土壤剖面的下方1~2m处采集淋溶水样。该技术由于设施投入成本较高，无法进行土壤分层淋溶研究且器具难以维护，所以逐渐为土柱模拟淋溶试验所替代。土柱模拟淋溶设备主要由亚克力板、有机玻璃等强度高、透光性好的材料制作而成，因研究需求，设置不同高度，但模拟淋溶系统未分层，土壤填充仍为传统人工填充，即采集耕层土壤风干破碎化后，装入土柱中进行试验。近年来，随着加工制造业技术发展和研究层次的深入，分层模拟淋溶装置逐渐替代原来的土柱装置，该装置采用分体式套筒结构，能够分层模拟不同土层的淋溶特性，但分层模拟淋溶装置仍未解决土壤样品人为扰动因素的影响。

农田土壤模拟淋溶是农业生态研究领域针对土壤养分迁移、流失的重要手段，然而现有的模拟淋溶系统存在明显的技术缺陷。其一，淋溶系统前期筹备过程中，将土壤样品按照一定的深度间隔进行分层采集，经干燥后顺序装入土壤淋溶反应器中，土壤样品采集深度不精确且被剧烈扰动，土壤的物理性状和化学性状已发生改变；其二，淋溶系统在土壤样品装填过程中，受人为干扰影响，土壤经水分饱和后会塌陷，系统中水分、养分的迁移特性与农田土壤差异巨大；其三，现有模拟淋溶系统规格差异较大，配套工具匮乏，系统操作标准化难度高。综合上述，现有的土壤模拟淋溶系统研究结果仅能对土壤中养分和水分的迁移进行纵向定性对比，不同来源的研究受系统规格、操作等因素影响，研究结果无法横向对比。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种实现样品采集、检测的规范化，提高研究人员间的研究结果横向比较可信度的原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法。

本发明的技术方案是：一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统，其特征在于：该系统包括样品分层采集系统、分层淋溶系统以及分层抽滤系统；

所述样品分层采集系统是与分层淋溶系统尺寸相配套的土壤样品分层采集工具，能够将土壤样品按照预先设定的深度，采集连续的原状土壤，并转移至分层淋溶系统中；样品分层采集系统由样品推动联杆、固定螺套和分体式样品室组成；固定螺套可套设在分体式样品室上，样品推动联杆反向依次插入固定螺套和分体式样品室内；

分层淋溶系统是淋溶研究的主体培养装置，可根据研究需求设置不同的高度和层数，该系统由四部分组成，即分层式土壤反应器、水样承接器、水样转移开关和水样储存器4；分层式土壤反应器设在水样承接器上侧，水样承接器上设有水样转移开关，水样转移开关下端连接有水样储存器；反应器底部设淋溶孔；

分层抽滤系统是开展土壤养分垂直方向迁移研究获取淋溶水样品的关键系统；该系统由四部分组成，即布氏抽滤漏斗、抽真空瓶、抽真空管、抽真空机4；布氏抽滤漏斗下侧安装有抽真空瓶，抽真空管插入抽真空瓶内并延伸至外部与抽真空机4连接；

具体地，所述分层式土壤反应器能够单向对接，并在凹槽内装有硅胶密封条，能够保证系统内部气密性，分层式土壤反应器底部设由直径为1.5mm圆形淋溶孔，用于水分平衡和抽滤操作。

具体地，所述分层淋溶系统内壁涂有凡士林，使得土壤样品与反应器内壁无空隙。

具体地，所述分层式土壤反应器从分层淋溶系统中分离取下，放置于布氏抽滤漏斗中，连接处用大口径洁净硅胶管进行密封。

具体地，所述分层式土壤反应器底部垫有60目以上的洁净尼龙网垫。

一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，在土壤样品分层采集过程中，首先将分体式样品室与固定螺套旋紧固定，将样品推动联杆反向推入其中，在选定的土壤样品采集区域水平放置该系统；按照样品采集深度要求将样品分层采集系统垂直推入土体，将该系统从土体中取出后，修整土壤断面；按照土层顺序，将样品室内的土壤移入分层淋溶系统；

步骤2，在土壤样品由采集系统转移至淋溶系统的过程中，为避免培养后期反应器与土壤间形成水分边际效应，须在其内壁涂抹凡士林，保证土壤样品与反应器内壁无空隙；其次，在反应器底部须垫有60目以上的洁净尼龙网垫，以避免抽滤过程中土壤通过淋溶孔损失，对试验结果造成影响；

在土壤样品按照土壤剖面顺序转移完成之后，应先进行水分饱和，操作顺序如下：首先将水样转移开关打开，使分层淋溶系统形成单向释压状态，在顶层的土壤反应器浇灌去离子水，在自然重力作用下，使系统中的土壤含水量充分饱和，待水样承接器中的林溶液澄澈无杂质后，方可设置不同的试验处理，开展相关研究工作；

步骤3，在抽滤获取水样时，须提前12小时进行土壤水分饱和，使土壤中水分保持相对充盈的状态；抽滤操作时，应按照处理要求，从下层土壤反应器开始依次向上进行抽滤。具体操作如下：先将各部分进行组装，并检查气密性；再将土壤反应器从分层淋溶系统中分离取下，放置于布氏漏斗中，连接处用大口径洁净硅胶管进行密封；开启抽真空机，抽滤5分钟后关闭电源；将水样由抽真空瓶转移到高精度量筒，确定并记录水样体积；留取水样并做好标记

具体地，所述步骤1中，在选定的土壤样品采集区域水平放置该系统后，用橡胶锤或其他动力设备以固定螺套为受力部件，再将样品分层采集系统垂直推入土体。

具体地，所述步骤1中，在土壤含水量较低或土壤处于松散状态条件下时，可采用样品推动联杆将样品室内的土壤推入分层淋溶系统；在土壤含水量较高或土壤紧实状态条件下时，应将固定螺套与分体式样品室分离，并将分体式样品室拆开，取出土壤样品移入分层淋溶系统。

具体地，所述步骤3中，每次抽滤操作结束后，需对布氏抽滤漏斗和抽真空瓶进行清洗，才能继续抽滤取样。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设计配套的样品分层采集系统，实现了不同深度原状土壤样品从自然环境下转移至培养实验器皿中，并针对不同状态的土壤设计了分体式样品室，并形成了相应的土壤样品转移方式，极大程度上减少了人为因素对土壤的扰动，在更为真实的环境下进行模拟淋溶研究。

2、本发明通过设计分层淋溶系统，实现了对不同土层淋溶强度的特性研究。该系统既可以研究土壤剖面整体的淋溶特性，也可以按照土层深度进行淋溶特性研究。通过该系统的使用，能够更为具体、细致地向研究人员展示土壤中的养分在垂直方向上的运移、迁移规律。

3、本发明通过设计分层抽滤系统，实现了高效的土壤水样品的采集。通过配套的布氏抽滤漏斗与土壤反应器，极大的提高了系统的气密性，并采用大口径硅胶管将两者进行固定，在进一步提高气密性的同时，简化了两者分离的操作流程，提高了抽滤效率。

附图说明

图1是样品分层采集系统的结构示意图；

图2是分层淋溶系统的结构示意图；

图3是分层抽滤系统的结构示意图。

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的部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统，该系统主要由三个子系统组成，分别为样品分层采集系统、分层淋溶系统以及分层抽滤系统。三个子系统密不可分，是实现不同土层土壤养分淋溶研究可靠性的基础；下面结合系统说明其使用方法及步骤：

样品分层采集系统是与分层淋溶系统尺寸相配套的土壤样品分层采集工具，能够将土壤样品按照一定的深度，采集连续的原状土壤，并转移至分层淋溶系统中，其构造如图1所示。该系统由三部分组成，即样品推动联杆A1、固定螺套A2和分体式样品室A3。在土壤样品分层采集过程中，首先将分体式样品室A3与固定螺套A2旋紧固定，将样品推动联杆A1反向推入其中，在选定的土壤样品采集区域水平放置该系统；用橡胶锤或其他动力设备以固定螺套A2为受力部件，按照样品采集深度要求将样品分层采集系统垂直推入土体，在用适当工具将该系统从土体中取出后，修整土壤断面；按照土层顺序，将样品室内的土壤移入分层淋溶系统。在土壤含水量较低或土壤处于松散状态条件下时，可采用样品推动联杆A1将样品室内的土壤推入分层淋溶系统；在土壤含水量较高或土壤紧实状态条件下时，应将固定螺套A2与分体式样品室A3分离，并将分体式样品室A3拆开，取出土壤样品移入分层淋溶系统。

分层淋溶系统是淋溶研究的主体培养装置，可按照研究需求，设置不同的高度和层数，其构造如图2所示。该系统由四部分组成，即分层式土壤反应器B1、水样承接器B2、水样转移开关B3和水样储存器B4。分层式土壤反应器B1能够单向对接，并在凹槽内装有硅胶密封条，能够保证系统内部气密性，反应器B1底部设由直径为1.5mm圆形淋溶孔，用于水分平衡和抽滤操作。在土壤样品由采集系统转移至淋溶系统的过程中，为避免培养后期反应器B1与土壤间形成水分边际效应，须在其内壁涂抹凡士林，保证土壤样品与反应器B1内壁无空隙；其次，在反应器B1底部须垫有60目以上的洁净尼龙网垫，以避免抽滤过程中土壤通过淋溶孔损失，对试验结果造成影响。

在土壤样品按照土壤剖面顺序转移完成之后，应先进行水分饱和，操作顺序如下：首先将水样转移开关B3打开，使分层淋溶系统形成单向释压状态，在顶层的土壤反应器B1浇灌去离子水，在自然重力作用下，使系统中的土壤含水量充分饱和，待水样承接器B2中的林溶液澄澈无杂质后，方可设置不同的试验处理，开展相关研究工作。

分层抽滤系统是开展土壤养分垂直方向迁移研究获取淋溶水样品的关键系统。该系统由四部分组成，即布氏抽滤漏斗、抽真空瓶C2、抽真空管C3、抽真空机C4。在抽滤获取水样时，须提前12小时进行土壤水分饱和，使土壤中水分保持相对充盈的状态。抽滤操作时，应按照处理要求，从下层土壤反应器B1开始依次向上进行抽滤。具体操作如下：先将各部分按照图3进行组装，并检查气密性；再将土壤反应器B1从分层淋溶系统中分离取下，放置于布氏漏斗中，连接处用大口径洁净硅胶管进行密封；开启抽真空机C4，抽滤5分钟后关闭电源；将水样由抽真空瓶C2转移到高精度量筒，确定并记录水样体积；留取水样并做好标记。每次抽滤操作结束后，需对布氏抽滤漏斗和抽真空瓶C2进行清洗，才能继续抽滤取样。

本发明为本淋溶模拟系统设计针对原状土壤剖面养分迁移、流失研究，该系统分为分层模拟淋溶系统和配套样品采集系统。分层模拟淋溶系统可按照土壤剖面的特性和研究需求，设计不同深度的土壤反应器，并按照土层由浅至深依次排列，在全系统内形成完整的土壤剖面模拟淋溶土层；配套样品采集系统是根据土壤反应器的内径和深度制作的专用样品采集工具，按照试验要求的土层深度进行分段、整体采集土壤原状样品，并能够精确转移至分层模拟淋溶系统中，保持了本系统内土壤的原始状态，减少人为干扰因素对试验结果的不规律影响，实现样品采集、检测的规范化，提高研究人员间的研究结果横向比较可信度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (4)

1.一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，其中：一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统，包括样品分层采集系统、分层淋溶系统以及分层抽滤系统；

所述样品分层采集系统是与分层淋溶系统尺寸相配套的土壤样品分层采集工具，能够将土壤样品按照预先设定的深度，采集连续的原状土壤，并转移至分层淋溶系统中；样品分层采集系统由样品推动联杆（A1）、固定螺套（A2）和分体式样品室（A3）组成；固定螺套（A2）可套设在分体式样品室（A3）上，样品推动联杆（A1）反向依次插入固定螺套（A2）和分体式样品室（A3）内；

分层淋溶系统是淋溶研究的主体培养装置，可根据研究需求设置不同的高度和层数，该系统由四部分组成，即分层式土壤反应器（B1）、水样承接器（B2）、水样转移开关（B3）和水样储存器（B4）；分层式土壤反应器（B1）设在水样承接器（B2）上侧，水样承接器（B2）上设有水样转移开关（B3），水样转移开关（B3）下端连接有水样储存器（B4）；反应器底部设淋溶孔；

分层抽滤系统是开展土壤养分垂直方向迁移研究获取淋溶水样品的关键系统；该系统由四部分组成，即布氏抽滤漏斗（C1）、抽真空瓶（C2）、抽真空管（C3）、抽真空机（C4）；布氏抽滤漏斗（C1）下侧安装有抽真空瓶（C2），抽真空管（C3）插入抽真空瓶（C2）内并延伸至外部与抽真空机（C4）连接；

所述分层式土壤反应器（B1）能够单向对接，并在凹槽内装有硅胶密封条，能够保证系统内部气密性，分层式土壤反应器（B1）底部设由直径为1.5mm圆形淋溶孔，用于水分平衡和抽滤操作；

所述分层淋溶系统内壁涂有凡士林，使得土壤样品与反应器内壁无空隙；

所述分层式土壤反应器（B1）从分层淋溶系统中分离取下，放置于布氏抽滤漏斗（C1）中，连接处用大口径洁净硅胶管进行密封；

所述分层式土壤反应器（B1）底部垫有60目以上的洁净尼龙网垫，

其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，在土壤样品分层采集过程中，首先将分体式样品室与固定螺套旋紧固定，将样品推动联杆反向推入其中，在选定的土壤样品采集区域水平放置该系统；按照样品采集深度要求将样品分层采集系统垂直推入土体，在用铁铲、锄头将该系统从土体中取出后，修整土壤断面；按照土层顺序，将样品室内的土壤移入分层淋溶系统；

步骤2，在土壤样品由采集系统转移至淋溶系统的过程中，为避免培养后期反应器与土壤间形成水分边际效应，须在其内壁涂抹凡士林，保证土壤样品与反应器内壁无空隙；其次，在反应器底部须垫有60目以上的洁净尼龙网垫，以避免抽滤过程中土壤通过淋溶孔损失，对试验结果造成影响；

在土壤样品按照土壤剖面顺序转移完成之后，应先进行水分饱和，操作顺序如下：首先将水样转移开关打开，使分层淋溶系统形成单向释压状态，在顶层的土壤反应器浇灌去离子水，在自然重力作用下，使系统中的土壤含水量充分饱和，待水样承接器中的林溶液澄澈无杂质后，方可设置不同的试验处理，开展相关研究工作；

步骤3，在抽滤获取水样时，须提前12小时进行土壤水分饱和，使土壤中水分保持相对充盈的状态；抽滤操作时，应按照处理要求，从下层土壤反应器开始依次向上进行抽滤；具体操作如下：先将各部分进行组装，并检查气密性；再将土壤反应器从分层淋溶系统中分离取下，放置于布氏漏斗中，连接处用大口径洁净硅胶管进行密封；开启抽真空机，抽滤5分钟后关闭电源；将水样由抽真空瓶转移到高精度量筒，确定并记录水样体积；留取水样并做好标记。

2.根据权利要求1所述的一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，其特征在于：所述步骤1中，在选定的土壤样品采集区域水平放置该系统后，用橡胶锤或其他动力设备以固定螺套为受力部件，再将样品分层采集系统垂直推入土体。

3.根据权利要求1所述的一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，其特征在于：所述步骤1中，在土壤处于松散状态条件下时，可采用样品推动联杆将样品室内的土壤推入分层淋溶系统；在土壤紧实状态条件下时，应将固定螺套与分体式样品室分离，并将分体式样品室拆开，取出土壤样品移入分层淋溶系统。

4.根据权利要求1所述的一种原状土壤分层采集转移模拟淋溶系统的使用方法，其特征在于：所述步骤3中，每次抽滤操作结束后，需对布氏抽滤漏斗和抽真空瓶进行清洗，才能继续抽滤取样。

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