CN210513856U - 一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置，该土柱淋洗装置，包括由上至下依次连通的进液装置、土柱淋洗装置和收集装置；所述土柱的内部由下至上依次设有若干层可拆卸的隔离层以及水平支架，土柱的一侧壁上开有与每层隔离层相对应的通孔，所述通孔均临近隔离层且位于隔离层的下方；所述收集装置包括用于收集每层隔离层流出的淋出液的毛细管和收集容器，所述毛细管的一端穿过通孔伸入至隔离层的下方，另一端与收集容器相连通。本实用新型装置通过隔离层将土柱分为若干层，并可随时通过收集装置收集每层隔离层流出的淋出液，分析每层淋出液和土壤的各项改良参数指标，综合各项指标参数确定不同深度土壤的最优改良措施。

Description

一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置

技术领域

本实用新型涉及土壤改良技术领域，尤其涉及一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置。

背景技术

盐碱土是指土壤中含可溶性盐过多的盐土和含代换性钠过多的碱土的统称，是一种在世界范围内分布广泛的障碍性土壤，其严重影响了农业和畜牧业的发展。盐碱土的土质板结，有机质含量少，土壤肥力低下，理化性状差，对作物有害的阴、阳离子多，作物不宜促苗。据估计，全球的盐碱土面积达到9.54亿hm²，占全球陆地面积的10％，并以每年100万～150万hm²的速度增长。我国盐碱地面积至今近1亿hm²，且主要分为滨海盐碱土和内陆苏打盐碱土。随着人口的不断增长和工业化、城镇化的快速发展，我国面临着耕地面积减少的压力，盐碱土作为潜在后备资源，具有巨大的开发潜力。

土壤改良是高效利用盐碱地资源的重要途径，现阶段的改良措施主要包括物理、化学和生物措施等。其中，物理改良措施包括暗管排盐、明沟排盐、秸秆隔层、微区改土、平整土地、抬高地形、覆膜+滴灌、客土法等。目前，国内最高效的措施是暗管排盐，根据“盐随水来，盐随水去”的规律，将淡水通过暗管灌溉进入一定深度的土层，使土壤中的盐分充分溶解，再从管道把溶解的盐分排走，调控地下水位，从而达到降低土壤含盐量的目的。

然而，上述的盐碱地改良措施在具体实施上，首先需要进行室内的小试试验，并且为了解决不同深度盐碱土壤积盐返盐至土壤耕作层的问题，也需要提前获取多种改良措施淋洗条件下，不同深度盐碱土壤及其淋出液的各项改良参数(盐基离子浓度、pH、电导率、含盐量等)，探究不同改良措施与各项改良参数之间的相关性，综合各项指标参数确定盐碱土壤不同深度最优的改良措施，从而为指导田间降低不同深度盐碱土壤盐基离子含量和盐分含量，减少土壤的盐碱害程度，改良盐碱土壤性质，改善生态环境提供了技术支持和理论依据。

因此，需要设计一个能够更加真实地模拟室外自然降雨进行土壤(尤其是盐碱土)改良的室内试验装置，以便更准确地获取相关数据，找到更适宜待改良土壤的改良措施。

实用新型内容

本实用新型提供了一种室内试验用土柱淋洗装置，该土柱淋洗装置不仅制作简单、成本低廉，而且能够在实验室内更有效地实时监控待改良土壤不同土层的淋洗效率，为田间土壤改良提供更为可靠的实验结果，缩短田间土壤改良时各项指标参数的摸索时间。

具体技术方案如下：

一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置，包括由上至下依次连通的进液装置、土柱淋洗装置和收集装置，所述土柱淋洗装置包括与所述进液装置连通的淋洗喷头和位于淋洗喷头下方的土柱；

所述土柱的内部由下至上依次设有若干层可拆卸的隔离层以及置于隔离层下方用于搁置隔离层的水平支架，土柱的一侧壁上开有与每层隔离层相对应的通孔，所述通孔均临近隔离层且位于隔离层的下方；

所述收集装置包括用于收集每层隔离层流出的淋出液的毛细管和收集容器，所述毛细管的一端穿过通孔伸入至隔离层的下方，另一端与收集容器相连通。

本实用新型的创新之处在于：通过隔离层将土柱分为若干层，并通过收集装置可随时收集每层隔离层流出的淋出液和每层的土壤样本，同时利用流量流速控制组件，确定不同改良措施的最佳淋洗用量，分析每层淋出液和土壤的各项改良参数指标，综合各项指标参数确定不同深度土壤的最优改良措施，从而为指导田间不同深度盐碱土壤的改良提供科学依据和技术支持。

作为优选，所述土柱淋洗装置包括顶部开口的壳体，所述壳体的底部设有用于放置土柱的底座，壳体的侧壁上设有用于分别固定进液装置、土柱淋洗装置和收集装置的支撑架，从而提高整个土柱淋洗装置的稳固性。

作为优选，所述进液装置包括依次连通的进液阀门、上导液管、储液容器和下导液管；所述上导液管的一端与进液阀门连通，另一端与储液箱的顶部连通；所述下导液管的一端与储液箱的底部连通，另一端与土柱淋洗装置连通。在上导液管22和下导液管24之间安装储液箱23可以起到缓冲作用，减缓从进液阀门处流入的淋洗液的流速，确保在后续喷淋过程中能够有效监控淋洗液的流速，获取最佳淋洗液流量和流速的数据。

作为优选，所述土柱淋洗装置还设有流量流速控制组件，所述流量流速控制组件设于进液装置和淋洗喷头之间，并通过导管与进液装置和淋洗喷头连通；可有效控制淋洗液的流速和流量。

作为优选，所述隔离层从上至下依次由滤纸垫层、石英砂垫层和不锈钢网层垛堞而成。采用滤纸垫层能确保淋洗液下落后不飞溅，且均匀分布于土壤表层并下渗。石英砂垫层作为反滤材料，在不同土层收集淋洗液，即发生排水时，起到保护土柱内土壤不被冲走的作用。圆形的不锈钢网材质耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀性介质，稳定性好，不易影响实验结果，且不锈钢结构稳定，保证石英砂垫层不会因装土或其他外力影响而渗入土层，破坏土壤结构。

作为优选，所述土柱的内部共设有四层隔离层，每层隔离层的间距为10～15cm；最上层的隔离层放置于所述土柱内填装的土壤表层上方，最下层的隔离层距离土柱底部4～7cm。

作为优选，所述壳体的内壁上设有用于固定收集容器的支撑架。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型装置通过隔离层将土柱分为若干层，并可随时通过收集装置收集每层隔离层流出的淋出液，分析每层淋出液和土壤的各项改良参数指标，综合各项指标参数确定不同深度土壤的最优改良措施。

(2)本实用新型装置具备制作简单、成本低廉、操作简易、结果可靠等一系列优点。

(3)本实用新型装置可利用流量流速控制组件，确定不同改良措施的淋洗液最佳用量，达到高效利用和节约淋洗液用量的效果。

附图说明

图1为本实用新型土柱淋洗装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述，以下列举的仅是本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围不仅限于此。

实施例1

如图1所述，本实用新型提供了一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置，该土柱淋洗装置包括顶部开口的壳体1以及设置于壳体内部的进液装置2、土柱淋洗装置3和收集装置4。壳体1的底部设有用于放置土柱的底座13，壳体的侧壁上设有用于分别固定进液装置、土柱淋洗装置和收集装置的支撑架。

进液装置2由依次连通的进液阀门21、上导液管22、储液箱23和下导液管24组成。其中，进液阀门21固定于壳体1的顶部，与外部的淋洗液的储液罐连通；上导液管22的一端与进液阀门21连通，另一端与储液箱23的顶部连通；下导液管24的一端与储液箱23的底部连通，另一端与土柱淋洗装置3连通。在上导液管22和下导液管24之间安装储液箱23可以起到缓冲作用，减缓从进液阀门处流入的淋洗液的流速，确保在后续喷淋过程中能够有效监控淋洗液的流速，获取最佳淋洗液流量和流速的数据。为了固定储液箱23，壳体1的两侧设有用于夹实和固定储液箱23的不锈钢支撑架11。

土柱淋洗装置3由流量流速控制组件31、淋洗喷头32和土柱33组成。其中，流量流速控制组件31与下导液管24连通，并通过TPE连接导管34与淋洗喷头32连接；为了固定流量流速控制组件31和淋洗喷头32，壳体1的两侧设有用于夹实和固定流量流速控制组件31和淋洗喷头32的不锈钢支撑架12。流量流速控制组件31的形状为长方体，背面设置太阳能板进行蓄电供电，内置小型传感器，可在正面液晶显示屏上显示总流量，设置可控制淋洗液流出的阀门开关按键，流速档位可分为50ml/h、100ml/h、150ml/h。淋洗喷头32和土柱33均为硬质PVC材质，硬质PVC具有耐化学腐蚀性、绝缘性、耐热性、稳定性等优点，可确保实验的稳定性和实验结果的可靠性。

土柱33位于淋洗喷头32的正下方，放置于壳体1底部的底座13上。土柱33是高度50cm、直径11cm的PVC土柱。土柱33的内部由下至上依次设有四层可拆卸的隔离层331以及用于搁置隔离层的三层水平支架332，每层隔离层均从上至下依次由滤纸垫层333、石英砂垫层334和不锈钢网层335垛堞而成。四层隔离层中最上层的隔离层设置在土柱33填装的土壤表层上方，确保从淋洗喷头喷入的淋洗液下落后不飞溅且均匀分布于土壤表层并下渗。其余每层隔离层的间距为10cm，最底层的隔离层与底座13的间距为6cm。水平支架332固定于土柱33的内壁上，用于支撑隔离层；滤纸垫层333、石英砂垫层334和不锈钢网层335均可拆卸的放置于水平支架332上，保持各层水平放置。

采用滤纸垫层能确保淋洗液下落后不飞溅，且均匀分布于土壤表层并下渗。石英砂垫层作为反滤材料，在不同土层收集淋洗液，即发生排水时，起到保护土柱内土壤不被冲走的作用。圆形的不锈钢网材质耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀性介质，稳定性好，不易影响实验结果，且不锈钢结构稳定，保证石英砂垫层不会因装土或其他外力影响而渗入土层，破坏土壤结构。石英砂垫层334包括石英砂颗粒和纱网袋，石英砂颗粒置于纱网袋内，纱网袋可控制石英砂的量，同时也有利于石英砂垫层的更换，稳定固定石英砂垫层。

土柱33的一侧壁上开有与每层隔离层相对应的通孔336，通孔336均临近隔离层331且位于隔离层331的下方。收集装置4由毛细管41和收集管42组成。其中，毛细管41的一端穿过通孔336伸入至隔离层331的下方，与隔离层331平行设置，用于收集隔离层下方流出的流出液；另一端与收集管42连通。毛细管41的管身上开有大量的毛细孔，可以有效收集到上一个隔离层流出的流出液。收集管42为长管筒状，一端与毛细管流通，另一端开口，并在开口处设有推拉的活塞杆。为固定收集管42，壳体1的侧壁和底部上设有用于夹实和固定收集管42的不锈钢支撑架14。可采用RHIZON MOM型专用Rhizon土壤溶液采样器作为收集装置，其前端为白色多孔亲水性滤膜，中间为1直径cm的无色透明延长管，末端为接头，可与注射器(收集管42)直接相连，将注射器内抽至真空后，即可抽取淋洗液，便于随时拆卸。

上述土柱淋洗装置的操作步骤如下：

(1)土柱淋洗装置的安装：

首先，将土柱放置于壳体的底座上，向土柱内填充不同土壤深度的待改良土壤，从土柱底部至顶部依次填充待改良土壤中30～40cm深度的土壤(土层IV)、20～30cm深度的土壤(土层III)、10～20cm深度的土壤(土层II)以及表层～10cm深度的土壤(土层I)，并在土层I的上方设置隔离层I，在土层I与土层II之间设置隔离层II，在土层II与土层III之间设置隔离层III，在土层III与土层IV之间设置隔离层IV，最终形成实验用的土柱。填充完毕后，在每个隔离层下方的通孔内分别插入RHIZON MOM型专用Rhizon土壤溶液采样器，土柱通孔外部用旋钮固定取样毛细管，再将收集管与毛细管外部末端接头通过旋钮连接固定，收集管保持排尽空气的状态。接着将淋洗喷头、流量流速控制组件、储液箱从下往上依次置于支撑架上，将下导液管分别与储液箱底部和淋洗喷头顶部旋钮连接，穿过流量流速控制组件并与流量流速控制组件内部元件衔接固定，保持流量流速控制组件阀门处于闭合状态。将上导液管分别与进水阀门出水口、储液箱的顶部相连，完成土柱淋洗装置的安装。

(2)实验调节：

打开进水阀门，在250ml的储液箱内注入250ml蒸馏水作为土壤湿润液体，打开流量流速控制组件的进液阀门，选择50ml/h流速档位，进行5小时的土壤润湿，保证土柱内土壤每一层都为湿润状态。

(3)盐碱土改良过程的土柱淋洗模拟实验：

在完成土壤润湿调节后，继续进行盐碱土改良的土柱淋洗模拟实验。首先，关闭流量流速控制组件的进液阀门，打开与储液箱相连的进水阀门，装填250ml改良药剂，打开流量流速控制组件的进液阀门。选择流量流速控制组件的一个流速档位，淋洗液通过淋洗喷头垂直喷洒，然后将收集管的活塞芯杆拉出来，保证收集管内部为真空状态，由于收集管内外大气压强不一致，需要利用木片固定活塞芯杆，防止其回弹，便可开展土柱淋洗模拟实验。

(4)土样采集：

在实验过程中或者实验结束阶段，可以自上而下拆卸收集装置，插入小型取土器，取出实验土样分析测试，同时关闭进水阀门和流量流速控制组件的开关阀门，保证土柱在没有进水的条件下获取土样。

Claims (7)

1.一种室内模拟试验用的土柱淋洗装置，包括由上至下依次连通的进液装置、土柱淋洗装置和收集装置，所述土柱淋洗装置包括与所述进液装置连通的淋洗喷头和位于淋洗喷头下方的土柱；其特征在于：

所述土柱的内部由下至上依次设有若干层可拆卸的隔离层以及置于隔离层下方用于搁置隔离层的水平支架，土柱的一侧壁上开有与每层隔离层相对应的通孔，所述通孔均临近隔离层且位于隔离层的下方；

所述收集装置包括用于收集每层隔离层流出的淋出液的毛细管和收集容器，所述毛细管的一端穿过通孔伸入至隔离层的下方，另一端与收集容器相连通。

2.如权利要求1所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述土柱淋洗装置包括顶部开口的壳体，所述壳体的底部设有用于放置土柱的底座，壳体的侧壁上设有用于分别固定进液装置、土柱淋洗装置和收集装置的支撑架。

3.如权利要求1所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述进液装置包括依次连通的进液阀门、上导液管、储液容器和下导液管；所述上导液管的一端与进液阀门连通，另一端与储液箱的顶部连通；所述下导液管的一端与储液箱的底部连通，另一端与土柱淋洗装置连通。

4.如权利要求1所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述土柱淋洗装置还设有流量流速控制组件，所述流量流速控制组件设于进液装置和淋洗喷头之间，并通过导管与进液装置和淋洗喷头连通。

5.如权利要求1所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述隔离层从上至下依次由滤纸垫层、石英砂垫层和不锈钢网层垛堞而成。

6.如权利要求5所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述土柱的内部共设有三层隔离层，每层隔离层的间距为10～15cm；在最上层的隔离层上方还设有用于匀布淋洗液的布水板。

7.如权利要求2所述的室内模拟试验用的土柱淋洗装置，其特征在于：所述壳体的内壁上设有用于固定收集容器的支撑架。

Images