专利名称：制备大型原状土柱的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来研究土壤——植物系统中水分的淋失以及对地下水影响 的原装土柱系统的制备方法及应用。
背景技术：
国内外研究土壤渗滤液的方法有三种， 一种是建立渗滤取样系统，在土壤中直 接埋上溶液收集盘和真空取样器，抽取土壤溶液。这种方法破坏土壤剖面，抽取渗 滤液的量要小于田间真实情况，并且要用较大的真空泵来抽取渗滤液，对设备要求 较高。第二种是建立回填土柱系统，按照不同的土壤层次，将土壤回填到圆形或者 方形容器中，并在底部铺设渗滤层和安装渗滤液接收装置，接收渗滤液。此方法虽 然简单，但是土壤剖面完全遭到破坏，对水溶液在土壤中的运移等情况田间模拟真 实性较差。第三种是建立原状土柱系统，用外力将圆形或者方形容器直接嵌入土体 中，然后将土体取出在底部铺设渗滤层接收渗滤液。原状土柱系统能够保证土壤的 最原始状态，能更为有利的研究土壤中水分的运移以及作物的吸收情况，但是建设 费用较高，对材料的要求严格，多采用普通钢，不锈钢等材料，有的还釆用钛合金。 且缺点较多，如利用普通钢作材料容易生锈，不锈钢上的重金属对重金属方面的研 究受到影响，钛合金造价太高，大多数情况下没有效方法阻止水分的边缘流动。发明内容本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种建设费用低、材料成本低、操作 简单、方便，能够满足农业生态系统试验的各项需求的制备大型原状土柱的方法及 其应用。本发明目的的实现方式为，制备大型原状土柱，在农田中选取一块经过多年耕 种，土壤成熟的田地，将有切割边1的PVC管2放在地表并站立，敲打PVC管2 顶部，使PVC管2均匀下降，每下降2cm后，用铁锹将土体与PVC管2管壁削 平，继续敲打，直至将PVC管2下降到所需高度，在PVC管2下降的过程中，要 始终保持PVC管2与地面垂直。将加热到60-70 'C的凡士林填充到土体和PVC管管壁间的缝隙中，凡士林冷却 后与原状土体6和PVC管2壁结合紧密，防止水分侧渗，将土柱从PVC管底部切 断，将原状土柱底部削平，放入圆盘底座4中，圆盘底座中内铺设渗滤材料3，用PVC焊条5将原状土柱与底座焊接在一起，圆盘底座底部有硅胶管7与渗滤液收集 桶8相连大型原状土柱的应用，将原状土柱运到开有门的试验场，将土壤12回填到土 柱周围，中间有通道16，通道的两侧修有排水渠，从门口侧开始2±0.2111处，每隔 98±5 cm修建混凝土底座13,每个底座上有一固定原状土柱的凹槽，底座中间有与 通道相通的PVC弯管14，原状土柱的圆盘底座4放到凹槽中，圆盘底座底部接头 9接硅胶软管7，硅胶软管7通过PVC管14接通道16中的塑料桶8，塑料桶8收 集淋失液，在通道的顶端安装电源盒18和用以测定大气干温沉降的降水降尘自动 采样器19，在原状土柱上安装用于测定地温的曲管地温表20。本发明建设费用低、材料成本低、操作简单、方便，能够满足农业生态系统试 验的各项需求。
图1是PVC管2的结构示意图； 图2是制备成的原状土柱结构示意图； 图3是原状土柱应用的试验场结构示意图 图4是原状土柱应用的试验场俯视图具体实施方式
参照图1， PVC管2内径610±2 mm,外径630±2 mm的，截成高700±5 mm， 其下部的切割边l高10士lmm，倾角a-75。土5。，切割边，作为切割土壤之用。制备大型原状土柱时，选取一块经过多年耕种，土壤成熟未经扰动过的田块， 将PVC管2垂直放置在地表，围绕PVC管2挖一宽90±2 cm,深120±5 cm的圆 坑，使PVC管2站立在大约直径90±5 cm的土体上。然后将长约l±0.1m米枕木横 放在PVC管2上，用木槌敲击枕木使PVC管2使之均匀下降，每下降2厘米，用 铁锹将原状土柱6与PVC管2外边缘削平，防止出现土壤脱落。然后用木槌继续 敲击，直至下降到约700mm，在PVC管2下降的过程中要始终保持与地面垂直。 在原状土柱的制取过程中，在原状土柱6和PVC管2内壁之间会产生约2-5 mm宽 的缝隙，为防止试验中水分侧渗，将加热到60-70 'C、融点45'C的医用凡士林用漏 斗填充到缝隙中，在填充的过程中不断用木槌敲击PVC管2外壁，以促使凡士林 完全填充到缝隙中，凡士林冷却后将原状土柱6与PVC管2内壁结合紧密，防止 水分侧渗。最后用长宽各为80±2 cm，厚0.5 cm, —边锋利的钢板，将土柱从底部 切断，平移到长宽各为60±1 cm，厚20ilmin的木板上，运回试验场地。将运到运回试验场地的大型原状土柱底部削平，放入圆盘底座4中，圆盘底座 中内铺渗滤材料3，将原状土柱与底座焊接在一起。参照图2，原状土柱底部渗漏系统由IO毫米厚的PVC板焊接而成，圆盘底座 4底座高50mm，外径650士2mm,内径63ftt2mm，底座下圆盘直径680士2 mm, 通过PVC焊条将PVC圆盘和PVC板焊接到一块。在底座中间焊接一个直径10毫 米镶铜内螺纹变接头9,外接一个相同规格的铜阀门。在PVC底座4底部铺上三层 200目的尼龙筛网，再平铺上20mm厚、直径为1 mm的石英砂，作为渗滤层，保 证渗滤液的顺利流出。圆盘底座底部接有有渗滤液收集桶8和硅胶管7。参照图3、图4,试验场地长20i2m，宽6.5i0.5m,用高l士O.l m的铁栅栏15 围起来，开一个卯cm宽的门口 。在栅栏内修建一个深120 cm，宽1.65 m，长18 m 的通道16，并通过台阶17直通试验场底部。试验场地铁栅栏的建设标准应以不影 响原状土柱系统水肥气热变化为准。通道两侧砖墙厚25cm,通道底部是30 cm厚 的混凝土，并在通道的两侧修有排水渠。在砖墙两侧，从门口侧开始2±0.2加处， 每隔98±5 cm修建混凝土底座13,底座距地表70 cm。每个底座上有一个直径68±5 cm，深2 cm的凹槽，用以固定原状土柱，并且每个混凝土底座中间通过直径10 厘米的PVC弯管14与通道相联。原状土柱安装时，将圆盘底痤放在混凝土凹槽中，并在底座外接铜阀门上连接 一根长1米长的硅胶软管7,通过PVC管14连接到通道16中的一个容积为25升 塑料桶8中，收集淋失液。然后将土壤12回填到原状土柱周围，压实，使原状土 柱内外土壤尽可能一致。参照图4，在通道的顶端安装电源盒18给降水降尘自动采样器19 (APS-2B， 武汉天虹智能仪表厂)提供电源，以测定大气干温沉降。在原状土柱上安装曲管地 温表20 (WQG-16,上海华辰医用仪表有限公司)，测定5 cm、 10 cm、 15cm和 20 cra处的地温。最后，原状土柱系统运行时土柱内外侧均种植作物，并且种植密度及种类要一 致，以尽可能模拟田间真实状况。
权利要求
1、制备大型原状土柱的方法，其特征在于在农田中选取一块经过多年耕种，土壤成熟的田地，将有切割边(1)的PVC管(2)放在地表并站立，敲打PVC管(2)顶部，使PVC管(2)均匀下降，每下降2cm后，用铁锹将土体与PVC管管壁削平，继续敲打，直至将PVC管下降到所需高度，在PVC管下降的过程中，要始终保持PVC筒与地面垂直，将加热到60-70℃的凡士林填充到土体和PVC管管壁间的缝隙中，凡士林冷却后将原状土体(6)和PVC管(2)壁结合紧密，防止水分侧渗，将土柱从PVC管底部切断，将原状土柱底部削平，放入圆盘底座(4)中，圆盘底座中内铺渗滤材料(3)，最后将原状土柱与底座焊接在一起，圆盘底座底部安装有连接收集桶(8)的硅胶管(7)。
2、 根据权利要求1所述的制备大型原状土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 内径610i2mm，外径630i2mm的，高700i5mm，其下部的切割边(1)高10±1 mm，倾角a-75。土5。。
3、 根据权利要求1所述的制备大型原状土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 垂直放在地表，围绕PVC管(2)挖一宽90±2 cm，深120±5 era的圆坑，使PVC 管2站立在直径90±5 cm的土体上。
4、 根据权利要求1所述的制备大型原状土柱的方法，其特征在于将长UO.lm 枕木横放在PVC管(2)上，用木槌敲击枕木使PVC管(2)均匀下降，每下降2 cm， 用铁锹将原状土柱(6)与PVC管(2)外边缘削平。
5、 根据权利要求1所述的制备大型原状土柱的方法，其特征在于圆盘底座(4) 底座高50mm,夕卜径650i2mm，内径630i2mm，底座下圆盘直径680土2mm。
6、 根据权利要求1所述的制备大型原状土柱的方法，其特征在于在PVC底座 (4)底部铺上三层200目的尼龙筛网，再平铺上20min厚、直径为1 mm的石英砂，作为渗滤层。
7、 权利要求1所述的大型原状土柱的应用，其特征在于将制成的原状土柱运 到开有门的试验场，将土壤(12)回填到土柱周围，中间有通道(16)，通道的两 侧修有排水渠，从门口侧开始2士0.2 m处，每隔98±5 cm修建混凝土底座(13)， 每个底座上有一固定原状土柱的凹槽，底座中间有与通道连通的PVC弯管(14)， 原状土柱的圆盘底座(4)放到凹槽中，圆盘底座底部接头(9)接硅胶软管(7)，硅胶软管(7)通过PVC管(14)接通道(16)中的塑料桶(8)，塑料桶(8)收 集淋失液，在通道的顶端安装电源盒(18)和用以测定大气干温沉降的降水降尘自 动采样器(19)，在原状土柱上安装用于测定地温的曲管地温表(20)。
8、 根据权利要求7所述的大型原状土柱的应用，其特征在于通道(16)深120cm， 宽1.65m，长18m，通过台阶(17)直通试验场底部。
9、 根据权利要求7所述的大型原状土柱的应用，其特征在于每个底座上有一 个直径69士2cm，深2cm的凹槽。
全文摘要
本发明涉及一种利用PVC材料来建立大型原状土柱系统的制备方法及应用，发明的主要目的是用来研究土壤—植物系统中水分的淋失及水中溶质对地下水的影响。将PVC管放在地表，然后敲击PVC管使原状土体进入PVC管中，将原状土体从PVC管底部切断。运回试验场地后将原状土体及PVC管一同放入PVC底座中，底座底部铺设渗滤材料及设置渗滤孔，并通过硅胶管与收集桶相连。试验场地中间有通道，通道两侧间隔放置原状土柱，原状土柱与地表平行，周围回填土壤。最后在原状土柱上种植作物，收集渗滤液，以研究土壤淋失液中溶质的变化情况。本发明建设费用低、材料成本低、操作简单、方便，能够满足农业生态系统试验需求。
文档编号G01N33/00GK101256182SQ20081004729
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者胡承孝, 赵长盛, 魏 黄 申请人:华中农业大学