一种实验室土壤溶质运移模拟方法

文档序号:5880584阅读:222来源:国知局
专利名称:一种实验室土壤溶质运移模拟方法
技术领域
本发明涉及一种实验室土壤溶质运移模拟方法。
背景技术
随着土壤和水体污染的日益严重,土壤溶质运移过程与转化规律,特别是污染物 的运移与转化机理研究成为土壤学和环境科学的研究热点与难点,与此相关的土壤溶质运 移技术推动了土壤物理学、环境科学和农业灌溉学的发展。传统方法土柱下方设有自由渗漏的孔,土壤水饱和后,开始向下渗漏,下渗完全依 靠土壤水的重力势。传统方法进行溶质运移实验,进度非常缓慢,实验室内和野外差异大, 无法考虑蒸发量影响,试验精度差。为了解决这种弊端,有研究者提出在土柱的中央垂直埋 设一个沙柱来实现溶质的快速下渗来控制实验进度,但溶质完全靠重力势向下迁移,且有 很大的不均一性,实验结果不准确。传统的土柱只能做土壤饱和水溶质运移试验,靠自由水摆脱土壤的束缚开始迁 移,大部分溶质也依靠水分子携带运移。因此,传统方法导致类似实验结果不科学,且实验 周期长,不利于实验室模拟研究。传统的土柱下方装入一层砂子让自由水下渗,当达到田持后,水分无法继续下渗, 其上表面在室内无法达到较强的蒸发,导致土柱内的水分含量和土壤的张力维持在一个值 附近。研究证明,土壤溶质是随水分子一起迁移的,在饱和含水的土柱里,其溶质仅靠重力 缓慢迁移,这是和自然界不相符的。以上方法都是基于土壤饱和含水量的情况下进行的,实际野外大田的水势往往都 是蒸发多于降雨,如不进行控制,实验则不能真实反映自然界的运行规律。实验的真实性及 准确性无法验证。

发明内容
本发明目的在于,提供一种实验室土壤溶质运移模拟方法,该方法所涉及装置为 土柱固定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支 头、缓冲瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土 柱和土壤三参数传感器组成,该方法通过控制土柱内土壤水势的变化,促使土壤溶质迁移, 从而实现土壤溶质迁移过程快速观测,为土壤溶质运移模型建立提供了参数优化手段,缩 短了试验周期,提高了试验精度,研究结果更科学可靠,是进行土壤水的流动性、能量平衡、 土壤污染物迁移等实验研究的试验校准工具。本发明所述的一种实验室土壤溶质运移模拟方法,该方法通过控制土柱内土壤水 势的变化,促使土壤溶质迁移,从而实现土壤溶质迁移过程快速观测,所涉及装置为土柱固 定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲 瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和土 壤三参数传感器组成,具体操作按下列步骤进行
a、从野外大田目标地取土样装入到透明PVC 土柱(16)中,土柱(16)的底部为陶 土板(4)和渗透膜( 粘合成的底盘,将取土样装入到土柱(16)中,使土柱(16)中的土壤 与底盘上的渗透膜( 充分接触,紧密结合在一起,土柱(16)中的土壤装填好后,开始淋洒 注水,使土柱(16)内的土壤达到饱和含水;b、启动可调负压泵(11),对底盘进行抽气,当负压克服陶土板⑷和渗透膜(5)的 气孔张力后,土壤中的水和其他溶质流入到溢流槽O),经过万向快插接头C3)和溢流管进 入到采样瓶(7)中,土柱中的溶质从上而下开始迁移,以达到平衡;C、可调负压泵(11)产生的负压经过缓冲瓶(10)和分支头(9),分配到每个溶液取 样瓶(14),取样瓶(14)内的负压通过土壤溶液取样器(1 对土柱(16)中土壤溶液抽取, 抽取到的溶液保留在采样瓶(14)中;d、土柱(16)中插入的传感器(17)的信号经信号电缆(13)连接到数据采集控制 器(12),数据采集控制器(1 根据传感器(17)的数据对可调负压泵(11)的工作状态进行 调节,实现分阶段自动水势控制和溶液抽取。步骤d中的传感器(17)为土壤水分传感器、电导率传感器和基质势传感器。所述方法中涉及的装置各部件的设置为土柱(16)镶嵌在土柱固定环⑴中,在 土柱固定环⑴的底部设有溢流槽O)、万向快插接头⑶和万向调节脚(6),万向快插接 头C3)通过溢流管与采样瓶(7)连接,采样瓶(7)通过抽气管(8)与分支头(9)连接;土 柱(16)的底部为陶土板(4)和渗透膜( 粘合成的底盘,底盘下方有一个抽气孔,在土柱 (16)的一侧固定若干个均等排列的土壤溶液取样器(15),另一侧固定若干个均等排列的 传感器(17),样品瓶(14)分别通过溢流管与取样器(15)和分支头(9)连接连接,缓冲瓶
(10)分别与分支头(9)和可调负压泵(11)连接,数据采集控制器(1 一端与可调负压泵
(11)连接,另一端通过信号电缆(13)与传感器(17)连接。本发明所述的一种实验室土壤溶质运移模拟方法,从野外大田目标地取土样装入 到土柱中,土柱的底部是一个陶土板和渗透膜粘合成的底盘,土柱中的土壤与底盘上的渗 透膜充分接触,紧密结合在一起。土柱中的土壤装填好后,开始淋洒注水,使土柱内的土壤 达到饱和含水,通过调节负压泵,对底盘抽气,当负压克服陶土板和渗透膜的气孔张力后, 土壤水分就会被抽出,通过调节负压泵压力,可实现底盘向外抽水能力的控制,土柱中的溶 质开始迁移,并达到平衡状态,通过调控土柱内的土壤水势值变化,实现非饱和条件下土壤 溶质运移的准确分析,达到试验可控性和提高试验的进度。土柱采用透明的PVC圆管制成, 它与土壤接触有很大的磨擦系数,除了可以观测内部土壤,还能有效地降低土壤中的水分 沿内壁向下流动。土柱管壁上开有传感器插入孔和溶液取样孔,孔外侧有一个内螺纹的基座,插入 传感器或溶液取样器后,通过螺纹和密封圈锁紧以防漏水。传感器可以是土壤水分传感器, 电导率传感器,基质势传感器,传感器输出信号连接到数据采集控制器上,数据采集控制器 可以定时的读取和记录传感器的数据;当垂直方向上的传感器数据趋于一致或达到一致 时,数据采集控制器认为土壤水势达到平衡,控制负压泵,对每个溶液取样器进行抽取,抽 取到的溶液流入到采样瓶中。数据采集器可以按实验要求,通过控制负压泵,对土柱内的水 势进行分阶段控制。


图1为本发明结构示意图
具体实施例方式实施例以下结合附图进一步描述。本发明所述的一种实验室土壤溶质运移模拟方法,该方法所涉及的装置为土柱固 定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲 瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和土 壤三参数传感器组成,土柱16镶嵌在土柱固定环1中,在土柱固定环1的底部设有溢流槽 2、万向快插接头3和万向调节脚6,万向快插接头3通过溢流管与采样瓶7连接,采样瓶7 通过抽气管8与分支头9连接;土柱16的底部为陶土板4和渗透膜5粘合成的底盘,底盘 下方有一个抽气孔,在土柱16的一侧固定若干个均等排列的土壤溶液取样器15,另一侧固 定若干个均等排列的传感器17,样品瓶14分别通过溢流管与取样器15和分支头9连接连 接,缓冲瓶(10)分别与分支头9和可调负压泵11连接,数据采集控制器12—端与可调负 压泵11连接,另一端通过信号电缆13与传感器17连接。使用时,具体操作按下列步骤进 行从野外大田目标地取土样装入到透明PVC 土柱16中,土柱16的底部为陶土板4 和渗透膜5粘合成的底盘,将取土样装入到土柱16中,使土柱16中的土壤与底盘上的渗透 膜5充分接触,紧密结合在一起,土柱16中的土壤装填好后,开始淋洒注水,使土柱16内的 土壤达到饱和含水;启动可调负压泵11,对底盘进行抽气,当负压克服陶土板4和渗透膜5的气孔张力 后,土壤中的水和其他溶质流入到溢流槽2,经过万向快插接头3和溢流管进入到采样瓶7 中,土柱中的溶质从上而下开始迁移,以达到平衡;可调负压泵11产生的负压经过缓冲瓶10和分支头9,分配到每个溶液取样瓶14, 取样瓶14内的负压通过土壤溶液取样器15对土柱16中土壤溶液抽取,抽取到的溶液保留 在采样瓶14中;土柱16中插入的传感器17为土壤水分传感器、电导率传感器和基质势传感器,传 感器17的信号经信号电缆13连接到数据采集控制器12,数据采集控制器12根据传感器 17的数据对可调负压泵11的工作状态进行调节,实现分阶段自动水势控制和溶液抽取。
权利要求
1.一种实验室土壤溶质运移模拟方法,其特征在于该方法通过控制土柱内土壤水势 的变化,促使土壤溶质迁移,从而实现土壤溶质迁移过程快速观测,所涉及装置为土柱固定 环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲 瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和土 壤三参数传感器组成,具体操作按下列步骤进行a、从野外大田目标地取土样装入到透明PVC土柱(16)中,土柱(16)的底部为陶土板 (4)和渗透膜( 粘合成的底盘,将取土样装入到土柱(16)中,使土柱(16)中的土壤与底 盘上的渗透膜( 充分接触,紧密结合在一起,土柱(16)中的土壤装填好后,开始淋洒注 水,使土柱(16)内的土壤达到饱和含水;b、启动可调负压泵(11),对底盘进行抽气,当负压克服陶土板(4)和渗透膜( 的气孔 张力后,土壤中的水和其他溶质流入到溢流槽O),经过万向快插接头⑶和溢流管进入到 采样瓶(7)中,土柱中的溶质从上而下开始迁移,以达到平衡;c、可调负压泵(11)产生的负压经过缓冲瓶(10)和分支头(9),分配到每个溶液取样 瓶(14),取样瓶(14)内的负压通过土壤溶液取样器(1 对土柱(16)中土壤溶液抽取,抽 取到的溶液保留在采样瓶(14)中;d、土柱(16)中插入的传感器(17)的信号经信号电缆(1 连接到数据采集控制器 (12),数据采集控制器(1 根据传感器(17)的数据对可调负压泵(11)的工作状态进行调 节,实现分阶段自动水势控制和溶液抽取。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤d中的传感器(17)为土壤水分传感 器、电导率传感器和基质势传感器。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于该方法中涉及的装置各部件的设置为土 柱(16)镶嵌在土柱固定环(1)中,在土柱固定环(1)的底部设有溢流槽O)、万向快插接头 (3)和万向调节脚(6),万向快插接头C3)通过溢流管与采样瓶(7)连接,采样瓶(7)通过抽 气管⑶与分支头(9)连接;土柱(16)的底部为陶土板⑷和渗透膜(5)粘合成的底盘, 底盘下方有一个抽气孔,在土柱(16)的一侧固定若干个均等排列的土壤溶液取样器(15), 另一侧固定若干个均等排列的传感器(17),样品瓶(14)分别通过溢流管与取样器(15)和 分支头(9)连接连接,缓冲瓶(10)分别与分支头(9)和可调负压泵(11)连接,数据采集控 制器(1 一端与可调负压泵(11)连接,另一端通过信号电缆(1 与传感器(17)连接。
全文摘要
本发明涉及一种实验室土壤溶质运移模拟方法,该方法所涉及装置为土柱固定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC土柱和土壤三参数传感器组成,该方法通过控制土柱内土壤水势的变化,促使土壤溶质迁移,从而实现土壤溶质迁移过程快速观测,为土壤溶质运移模型建立提供了参数优化手段,缩短了试验周期,提高了试验精度,研究结果更科学可靠,是进行土壤水的流动性、能量平衡、土壤污染物迁移等实验研究的试验校准工具。
文档编号G01N33/24GK102062773SQ20101053330
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者张楠楠, 李新, 盛钰, 赵成义 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所, 北京时域通科技有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1