CN201867406U - 一种土壤溶质实验调节系统 - Google Patents
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Abstract
一种土壤溶质实验调节系统，野外大田取原状土放入到实验室土柱内，并在原状土附近，设置一套SMS短信数据采集器，大田土壤内埋设至少三个的免维护土壤水势传感器PFmeter，传感器通过SDI-12信号线与短信数据采集器相连，采集器按试验需要设定采样时间间隔，采集器将采集到的数据通过GMS的SMS信道传送给实验室内的土柱控制系统的数据采集控制器。野外数据采集系统将大田土壤的分层水势，温度定时传送给实验室内，实验室内系统将依据大田的水势分布情况，调控制土柱，达到与野外一致。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤溶质运移实验装置，是一种采用实验的方法进行土壤中的水分、离子等物质进行循环、补充的调节系统。
背景技术
随着我国工农业生产的迅猛发展和社会人口的不断增长，越来越多的污染物不断向地下入渗，使周围土壤环境和地下水环境遭到严重破坏，直接导致在土壤环境系统中，物质和能量不断地由外界环境向土壤输入，又不断地从土壤向环境输出，因此，物质和能量的变化必然会导致土壤环境成分、结构和性质的改变。
同样，在天然条件下，以土壤为研究对象，溶质主要通过降雨、施肥、灌溉、地下水补给、植物残留物、植物固氮以及河流与湖泊侧渗等过程输入到土壤中，而土壤又通过生物吸收、大气挥发、地表径流与水土流失、农田排水以及与地下水的交换等过程向外部环境输出溶质。
根据上述土壤环境系统现状，结合质量平衡原理：“可溶性物质在土壤中迁移机制主要有对流(或称质流)及分子扩散和机械弥散，它们之间又相互联系。溶质的对流运移是指溶液中的溶质完全随着水流向前移动的溶质运动，对流运移可以发生在饱和土壤和非饱和土壤中，也可以在稳态水流或非稳态水流下发生，伴随着溶液运动产生的溶质对流通量”。可以看出，土壤内的溶质通过各种途径与环境间不断的进行交换，处于一种动态变化过程，并与其环境保持一种动态平衡。
土壤环境系统的上述特点强烈地影响着土壤物理和化学性质，并对土壤溶质的迁移转化特性有直接的影响。土壤溶质作为土壤环境系统中的重要组成部分，它的运移过程必然影响着土壤与环境间的物质与能量的交换过程，因此，土壤溶质运移规律研究引起了人们的高度重视，近年来，人们一直都在致力于土壤中溶质运移理论及模拟应用研究。
目前国内外研究人员对土壤溶质运移、转化主要过程的研究主要采用两种方法：一是室内物理模型试验，二是室外大田试验。
室内物理模型试验主要是利用有机玻璃或PVC土柱按照要求对原状土和扰动土进行试验，测定原状土柱的出流量中示踪物质的含量，比较原状土和扰动土柱含量的不同从而说明大孔隙对溶液迁移的作用，其缺点在于：对大孔隙在土壤内部的模拟及大孔隙流对水分及溶质在土壤中的运移及分布规律的影响和特点研究不足。
室外大田试验主要是利用渗滤装置(lysimeter)或坡地试验田，通过长时间的观测测定在降雨和施肥灌溉条件下出流水中的溶质浓度，从而比较分析大孔隙流对特定溶质的运移、吸附-解吸附以及降解规律的影响作用。
上述两种方法，可一定程度上揭示溶质在多孔介质中的运移机理，及时间、空间对溶质运移的影响。但由于这两种方法是孤立的，研究中无法考虑实验的同步性，不能很好的揭示土壤溶质运移的有些机理、机制、溶质运移理论，而目前，国内外也没有能够很好的把室内实验与大田实验相结合的土壤溶质观测系统，土壤溶质实验调节系统的提出不仅可以填补这个空白，而且也可以促进土壤溶质运移规律的深入研究。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种土壤溶质调节系统，达到实验室内模拟真实的土壤水分、溶质等状况，从而可以进行分析，得到更有利于真实突然状况的实验数据。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种土壤溶质实验调节系统，野外大田取原状土放入到实验室土柱内，并在原状土附近，设置一套SMS短信数据采集器，大田土壤内埋设至少三个的免维护土壤水势传感器PFmeter，传感器通过SDI-12信号线与短信数据采集器相连，采集器按试验需要设定采样时间间隔，采集器将采集到的数据通过GMS的SMS信道传送给实验室内的土柱控制系统的数据采集控制器。野外数据采集系统将大田土壤的分层水势，温度定时传送给实验室内，实验室内系统将依据大田的水势分布情况，调控制土柱，达到与野外一致。
实验系统采用一台可编程数据采集控制器，实时采集土柱内张力计的负压值，张力计外部装有负压传感器，每层的负压值都通过SDI-12总线传送到数据采集器，数据采集器同时获取短信数据接收器的数据，并根据的数据来开启土柱内对应的电磁阀，数据采集控制器启动负压泵对相应张力计的负压值进行控制达到与野外的数值一致。数据采集控制器还对水泵进行控制，水泵将根据数据采集控制器的控制开启或关闭，水泵将贮水瓶中的液体通过输送管注入到林洒器上，将液体注入到土柱内。
土柱内安装有土壤三参数传感器，土壤三参数可测量土壤的水分含量、电导率，温度，测量的信号经SDI-12总线24传送到数据采集控制器，用于记录溶质运移过程土壤内各参数的变化。
土柱底部安装有一个陶土板，通过数据采集控制器控制电磁阀开启和负压泵的开启将下渗溶液抽入到样品瓶中。
张力计内部插入一根塑料管到陶瓷头部分，通过负压保持，将抽取到的溶液存入到样品瓶中。
土柱底部为可拆的底板。所有电磁阀安装在一个连通器上。
贮水瓶内可以添加盐溶液或纯水，通过水泵和淋洒头加入到土柱内，淋洒的速度和时间可调节，水泵通过硅胶管进行溶液输送，耐腐蚀耐污染。
张力计内插入溶液提取导管到陶瓷头内，压力传感器不与溶液接触，避免污染。
该系统充分考虑了土壤的固液气三相要素，使用野外参比系统和实验室内控制系统结合。
对多孔介质地下水流及污染物运移方面有研究发挥作用。从实验室土封闭的环境扩大到野外大田的对应观应，克服了野外操作不方便，实验室环境单一的局面，确切的反映溶质运移环境的复杂性，极大推进溶质运移研究的应用。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述的土壤溶质实验调节系统的通信环节结构图；
图2是本实用新型实施例所述的土壤溶质实验调节系统的整体结构示意图。
图中：
1：电源、2：GSM天线、3：短信采集器、4：信号线、5：土壤水势传感器、6：短信接收器、7：可编程数据采集控制器、8：负压气泵、9：缓冲瓶、10：电磁阀连通管、11：电磁阀、12：采样瓶、13：抽取管、14：负压传感器、15：陶土板、16：底座、17：土柱、18：三参数传感器、19：陶土取样管、20：淋洒器、21：注水管、22：水泵、23：贮水瓶、24：信号总线、25：地平面
具体实施方式
如图1-2所示，本实用新型实施例所述的一种土壤溶质实验调节系统，野外大田取原状土放入到实验室土柱17内，并在原状土附近，设置一套SMS短信数据采集器3，大田土壤内埋设至少三个的免维护土壤水势传感器PFmeter 5，传感器通过SDI-12信号线4与短信数据采集器3相连，采集器按试验需要设定采样时间间隔，采集器将采集到的数据通过GMS的SMS信道传送给实验室内的土柱17控制系统的数据采集控制器7。野外数据采集系统将大田土壤的分层水势，温度定时传送给实验室内，实验室内系统将依据大田的水势分布情况，调控制土柱17，达到与野外一致。
实验系统采用一台可编程数据采集控制器7，实时采集土柱内张力计19的负压值，张力计19外部装有负压传感器14，每层的负压值都通过SDI-12总线24传送到数据采集器，数据采集器同时获取短信数据接收器6的数据，并根据6的数据来开启土柱内对应的电磁阀11，数据采集控制器7启动负压泵8对相应张力计的负压值进行控制达到与野外的数值一致。数据采集控制器7还对水泵22进行控制，水泵将根据数据采集控制器7的控制开启或关闭，水泵22将贮水瓶23中的液体通过输送管21注入到林洒器上，将液体注入到土柱17内。
土柱17内安装有土壤三参数传感器18，土壤三参数18可测量土壤的水分含量、电导率，温度，测量的信号经SDI-12总线24传送到数据采集控制器7，用于记录溶质运移过程土壤内各参数的变化。
土柱17底部安装有一个陶土板15，通过数据采集控制器7控制电磁阀11开启和负压泵的开启将下渗溶液抽入到样品瓶9中。
张力计19内部插入一根塑料管到陶瓷头部分，通过负压保持，将抽取到的溶液存入到样品瓶中。
土柱底部为可拆的底板16。所有电磁阀11安装在一个连通器10上。
贮水瓶内可以添加盐溶液或纯水，通过水泵和淋洒头加入到土柱内，淋洒的速度和时间可调节，水泵通过硅胶管进行溶液输送，耐腐蚀耐污染。
张力计内插入溶液提取导管到陶瓷头内，压力传感器不与溶液接触，避免污染。
该系统充分考虑了土壤的固液气三相要素，使用野外参比系统和实验室内控制系统结合，在多孔介质地下水流及污染物运移研究方面发挥作用。从实验室土封闭的环境扩大到野外大田的对应观应，克服了野外操作不方便，实验室环境单一的局面，确切的反映溶质运移环境的复杂性，极大推进溶质运移研究的应用。
Claims (7)
1.一种土壤溶质实验调节系统，野外大田取原状土放入到实验室土柱内，并在原状土附近，设置一套SMS短信数据采集器，大田土壤内埋设至少三个的免维护土壤水势传感器PFmeter，传感器通过SDI-12信号线与短信数据采集器相连，采集器按试验需要设定采样时间间隔，采集器将采集到的数据通过GMS的SMS信道传送给实验室内的土柱控制系统的数据采集控制器。
2.根据权利要求1所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，实验系统采用一台可编程数据采集控制器，张力计外部装有负压传感器，每层的负压值都通过SDI-12总线传送到数据采集器。
3.根据权利要求2所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，数据采集控制器控制水泵，水泵将根据数据采集控制器的控制开启或关闭，水泵将贮水瓶中的液体通过输送管注入到林洒器上，将液体注入到土柱内。
4.根据权利要求2所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，土柱内安装有土壤三参数传感器，土壤三参数可测量土壤的水分含量、电导率，温度，测量的信号经SDI-12总线（24）传送到数据采集控制器，用于记录溶质运移过程土壤内各参数的变化。
5.根据权利要求1所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，土柱底部安装有一个陶土板，通过数据采集控制器控制电磁阀开启和负压泵的开启将下渗溶液抽入到样品瓶中。
6.根据权利要求2所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，张力计内部插入一根塑料管到陶瓷头部分，通过负压保持，将抽取到的溶液存入到样品瓶中。
7.根据权利要求1所述的一种土壤溶质实验调节系统，其特征在于，土柱底部为可拆的底板。
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