CN201196609Y - 自流式农田地下淋溶液收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自流式农田地下淋溶液收集装置，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。本实用新型装置包含淋溶盘，出水管，集液管，通气管，抽液管，采样瓶，缓冲瓶和真空泵；淋溶盘用于收集淋溶液；集液管通过出水管和淋溶盘的出水口相连，淋溶盘中的淋溶液能自动流入集液管；真空泵用于将集液管收集的淋溶液通过抽液管在缓冲瓶的缓冲下提取至采样瓶。相对于现有技术，本实用新型具有结构合理、制造简便、容易实施等特点，特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响。

Description

自流式农田地下淋溶液收集装置

技术领域

本实用新型涉及一种自流式农田地下淋溶液收集装置，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。该装置特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响。

背景技术

土壤中氮素淋失对地下水的污染不但是重要的农业问题，而且是威胁到人类健康和生存的重要问题。有研究表明，全世界施入土壤中的肥料约有30％～50％经土壤淋失而进入地下水(毕经伟，张佳宝，陈效民，等：“农田土壤中土壤水渗漏与硝态氮淋失的模拟研究”，《灌溉排水学报》，2003，22[6])。以往一般认为，土壤中的磷淋溶损失量极少，主要流失途径是地表径流和土壤侵蚀。但近年来，许多学者报道出农田土壤磷素以淋溶形式损失的量与以地表径流和土壤侵蚀形式损失的量相当或更大(吕家珑，Fortune S，BrookesPC：“土壤磷淋溶状况及其Olsen磷‘突变点’研究”，《农业环境科学学报》，2003，22[2])。农药残留问题已成为一个世界性问题。农药不仅残留在表层土壤中，还会淋溶到地下水中。即使非常小的一部分(所施用农药)淋溶脂地下水，都可能对地下水的安全构成威胁(唐浩，李振红：“对地下水域农药转化定量方法的评价”，《世界农药》，2002，24[5])。为了保护水资源和水生生态系统，世界各国都在寻求新的途径和方法，以监测、治理和解决环境问题。目前对土壤中氮、磷运移规律的研究方法主要有室内土柱模拟法、渗漏池法、田间土柱法、陶土吸力杯法和集水槽法。现有方法存在如下问题：

(1)室内土柱模拟法操作简便、快捷并容易控制，但不能准确地再现实际田间环境。

(2)渗漏池法克服了室内土柱模拟法的缺点，但是需要开挖巨大的壕沟已进行样品采集，施工量大，成本高。

(3)田间土柱法采样时需要外部施加一定的负压，才能将土壤中的水分吸入圆柱体的底部空间，然后抽入采样瓶。其主要缺点是外压改变了土壤水流场，无法准确测算田间实际淋溶液通量及土壤实际溶质的运移过程。

(4)陶土吸力杯法的主要问题是采样时只能采集某一点的土壤溶液，若了解整个土壤断面的溶液状况需插入多根采集器，导致成本大幅增加。

(5)集水槽法克服了陶土吸力杯法的缺点，但安装集水槽时需要开挖水槽上方土体，破坏了自然状态下的土壤水分运动状态。

因此，在目前国内外还没有确立土壤淋溶监测的标准方法的情况下，研究一种相对简便、经济、精确的自流式农田地下淋溶液收集装置将在土壤淋溶研究领域有广泛的发展前景。

实用新型内容

本实用新型克服了上述现有技术中存在的缺点，提供了一种能准确测算土壤淋溶液通量的自流式农田地下淋溶液收集装置，具有结构合理、制造简便、容易实施等特点。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置主要由淋溶盘，出水管，集液管，通气管，抽液管，采样瓶，缓冲瓶和真空泵组成。淋溶盘为一不透水容器，上部开口，用于收集淋溶液；淋溶盘下部设有出水口；淋溶盘可以具有规则的几何结构，比如是规则的无顶扁平长方体(无顶盒子)，可将出水口设置于盘底长边的中间位置；出水口通过螺母水嘴与出水管相连；出水管为一不透水的双通出水管，一端连接淋溶盘的出水口，另一端连接集液管的进水口，淋溶盘中的淋溶液能自动通过出水管流入集液管；集液管为一不透水管状容器，下部设有进水口，用于收集来自淋溶盘的淋溶液；上部开口，所述的开口带有可活动的管盖，所述的管盖上设有通气管和抽液管；集液管的高度能够保证其开口位于地面以上；通气管用于使集液管连通空气；抽液管用于从集液管中抽取淋溶液。

取样时，将采样瓶与抽液管相连，采样瓶通过真空泵抽吸形成一定的负压，集液管中的淋溶液在负压下流入采样瓶。

进一步，本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的淋溶盘部分设计特点是：淋溶盘形状为规则的无顶扁平长方体，由PVC压缩板焊接而成，保证各个焊接处密不漏水。淋溶盘盘底一长边的中间位置含有一个出水口、一个带有双层防松螺母的PVC螺口水嘴和一个出水管。出水口镶嵌在盘底边，并带有内螺纹，用于连接PVC螺口水嘴。水嘴的内壁最低点低于盘底平面为宜，以便于淋溶液顺畅流入集液管，不残留存液。PVC螺口水嘴为“L”形或“一”形，两端均带有螺口，其中一端与淋溶盘出水口相连，另一端连接带配套的双层防松螺母。淋溶盘通过防松螺母与出水管相连，出水管的外径与防松螺母内径配套，拧紧螺母后可确保出水管与淋溶盘连接紧密。淋溶盘通过出水管与集液管相连。

淋溶盘还可以含有滤布层和砂滤层，第一层滤布设在出水口处，第二层滤布设在盘口，两层滤布之间设置石英砂，石英砂的厚度为距淋溶盘盘口3mm左右为宜。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的集液管部分设计特点是：集液管系PVC管材，管底部内表面设计为圆锥或半圆锥型，但外底面设计为平底，利于水平放置，各个接口用PVC板焊接密封；管柱除连接出水管外整体闭合；管顶设置配套的紧密的活动管盖，管盖上设有通气管和抽液管。出水管通过橡胶塞与集液管相连，集液管的出水管入口低于淋溶盘出水口高度，以便淋溶液在自然状态的重力作用下顺利流入集液管。集液管还含有通气管和抽液管。通气管通过橡胶塞与集液管管盖相连，上端伸出管盖，弯头，口朝下，下端露出橡胶塞约5cm；抽液管通过橡胶塞与管盖相连，上端伸出管盖，并带有活动封口，下端削成楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底约5mm。集液管的直径、高度及埋深可根据具体情况进行调整，以管底低于淋溶盘出水口，管盖伸出地面，集液管进水口以下到集液管管底的容积以能容纳淋溶盘上方土壤单次最大淋溶量为宜。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的采样瓶设计特点是：采样瓶为磨口广口瓶，瓶塞为橡胶塞；瓶塞与广口瓶紧密相连，不漏气；采样瓶容积以能容纳淋溶盘上方土壤单次最大淋溶量为宜。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置，各接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的优化方案为：可在集液管的两侧或周围设置一个或多个淋溶盘，各淋溶盘的设计规格及安装相同，并设置在同一平面上。这种设计的特点在于可通过同时多点监测来减小因局部肥力差异造成的采样误差。

本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的有益效果是：

(1)本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置能够保证检测到在自然状态下的土壤淋溶状况。

(2)本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的淋溶盘为扁平规则无顶长方体，一方面淋溶盘便于从土壤剖面的侧向埋插安装，从而不但能避免对上方监测土壤的扰动，确保采集的样品的真实可靠性，还能减少安装时的工作量；另一方面淋溶盘的安装深度不受限制，因此能采集不同深度的土壤淋溶液，实现对土壤溶质淋溶情况更精确、更全面的监测。

(3)本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的淋溶盘中的淋溶液不需外压，在自然状态下流入集液管，能更真实地模拟田间土壤溶质淋溶状况过程，更准确地测算淋溶液通量及对地下水的影响。

(4)本实用新型自流式农田地下淋溶液收集装置的集液管，不但外形设计简单，安装、埋设便捷，而且还可以直观查看整套装置的使用运行情况。另外集液管还含有活动管盖，活动管盖一方面能防止雨水等外物进入集液管；另一方面还可以通过直接察看淋溶液多少来决定是否需要采样及采样频率。

附图说明

图1.本实用新型实施例装置结构简图；其中，

1—淋溶盘，2—集液管，3—出水管，4—通气管，5—抽液管，6—方砖底座，

7—活动管盖，8—采样瓶，9—缓冲瓶，10—真空泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实施例采集地面以下90cm处的土壤淋溶液。

如附图1所示，本实施例装置主要包括：淋溶盘、出水管、集液管、通气管，抽液管，采样瓶，缓冲瓶和真空泵。

淋溶盘为一规则的长方体，盘内有效容积为：40cm×50cm×5cm(盘底长×盘底宽×盘高)，盘壁PVC板厚6mm，盘底PVC板厚10mm；

淋溶盘出水口位于盘底一长边的中间位置，出水口直径为12mm；出水口带有内螺纹，用于连接L形PVC螺口水嘴，其两端均带有螺口；PVC螺口水嘴螺口外径12mm，它的双层防松螺母内径12mm；该螺口水嘴的另一端连接带配套的防松螺母；出水管通过该防松螺母与淋溶盘相连，出水管的外径与防松螺母内径配套，拧紧螺母后可确保导水管与淋溶盘连接紧密，出水管外径12mm，内径10mm。

集液管通过出水管与淋溶盘相连，高170cm，直径20cm。淋溶盘出水口至集液管进水口之间的高度约为60cm；

通气管外径12mm，内径10mm，长10cm；

抽液管外径12mm，内径10mm，长180cm。

各接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。

本实用新型实施例装置的使用步骤为：

(1)选择大田试验两个小区的中间位置，在地表划出用于安装淋溶盘的土壤剖面的水平占地范围，并开挖沟槽。挖掘一个长150cm、宽100m、深120m的土壤剖面，在每个剖面的两端各安装两套淋溶盘。在挖掘过程中要保证土壤剖面整齐不塌方，挖出的土壤分层(0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm......)堆放，以便能分层回填。

(2)在监测小区一面的纵剖面距地表95cm深处(确保淋溶盘上表面在地面下90cm深处)朝被监测土壤的水平方向挖深55cm，宽55cm，高5.5cm左右的方形洞，并尽量保证洞的上表面平整。

(3)将淋溶盘出水口和导水管连接紧密，然后在淋溶盘底覆盖两层100目尼龙纱网，并将尼龙纱网用硅胶或其他防水胶稍加固定后，再向盘内装满用清水洗净的粗砂，装粗砂量以距淋溶盘盘口2～3mm为宜，最后在粗砂表层覆盖一层100目尼龙纱网，并用取自90cm深处的土壤调制的粗泥浆铺在纱网上，将PVC盘放入挖好的水平方洞中，其外侧边距洞口约15-20cm。安装过程中应使泥浆尽量与洞的上平面紧密接触，以模拟原土壤基质势，最后将洞口回填压实。

(4)在水平洞口用粗厚泥浆封严洞口，并布置一略大于洞口的塑料布，只将连在淋溶盘的出水管露出，出水管另一端接集液管。剖面底部安装集液管处下垫一层方砖，水泥浇筑，以保障集液管的稳固性。集液管安放到水泥浇筑的方砖上后，分层回填土壤，逐层压实，并多次灌溉使土壤尽量恢复原状。回填的过程确保集液管管盖伸出地面。

(5)将抽液管和通气管通过橡胶塞与集液管的管盖相连。通气管上端伸出管盖，弯头，口朝下，下端露出橡胶塞约5cm；抽液管上端伸出管盖，并带有活动封口，下端削成楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底约5mm。

(6)采样时，打开抽液管活动封口，将抽液管与采样瓶连通，采样瓶通过真空泵抽吸下形成一定的负压，集液管中的淋溶液在负压下流入采样瓶。

Claims (8)

1.一种自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，其包含淋溶盘，出水管，集液管，通气管，抽液管，采样瓶，缓冲瓶和真空泵；

淋溶盘为一不透水容器，上部开口，用于收集淋溶液；淋溶盘底面设有出水口；

出水管为一不透水的双通导水管，一端连接淋溶盘的出水口，另一端连接集液管的进水口，淋溶盘中的淋溶液能自动通过出水管流入集液管；

集液管为一不透水管状容器，下部设有进水口，用于收集来自淋溶盘的淋溶液；上部开口，所述的开口带有可活动的管盖，所述的管盖上设有通气管和抽液管；通气管用于使集液管连通空气；集液管的高度能够保证其开口位于地面以上；

真空泵用于将集液管收集的淋溶液通过抽液管在缓冲瓶的缓冲下提取至采样瓶。

2.如权利要求1所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的淋溶盘下部出水口上方设有过滤层，所述过滤层自下而上分别是滤布层，石英砂层和滤布层。

3.如权利要求1所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的淋溶盘具有规则的几何形状。

4.如权利要求3所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的淋溶盘为规则的长方体。

5.如权利要求4所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的淋溶盘出水口设置于淋溶盘底面长边的中间位置。

6.如权利要求1所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的淋溶盘的出水口位于淋溶盘的最低处。

7.如权利要求1所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的集液管底部内表面形状为半圆锥或圆锥型；所述的集液管底部平面平行于水平面。

8.如权利要求1-7任一项所述的自流式农田地下淋溶液收集装置，其特征在于，所述的各连接处均用PVC胶水或其他防水胶密封固定。