土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法及所用取样装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，包括无盖的方形盒体（1），在方形盒体（1）的内腔由下往上设置相互平行的至少2块的分割片（2），所述分割片（2）与方形盒体（1）的内腔相吻合；分割片（2）平行于方形盒体（1）的底面；相邻的分割片（2）两两之间无缝隙的贴合，位于方形盒体（1）内腔最下方的分割片（2）与方形盒体（1）的底面无缝隙的贴合。本发明还同时提供了利用上述取样装置所进行的土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法。本发明适用于研究淹水土壤环境，易化了土-水界面垂直方向上毫米级微域土层的取样方法，实现了适用于土壤生物和生物化学性质测定的土壤毫米级微域的区分。
【专利说明】土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法及所用取样装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法及所用取样装置。
【背景技术】
[0002]自2008年Science上发表文章明确提出微生物是驱动地球表层生物地球化学循环的引擎、以及2010年Environment Science&Technology出版氧化-还原的生物地球化学过程的专刊之后，围绕淹水土壤中受土 -水界面氧化-还原反应调控下由微生物驱动的农药界面降解行为的研究成为近三年来国际土壤科学和环境科学交叉领域内的最新科学前沿。
[0003]淹水土壤在垂直方向上存在好氧-兼性厌氧-厌氧的氧化还原梯度微环境。这种氧化还原梯度的存在使土壤环境生物地球化学过程更加多样化(包括污染物的迁移转化)。目前研究主要以厘米或米为环境跨度研究土壤不同深度污染物的降解以及微生物群落结构的变化(Vryzas等，Chemosphere, 2012, 89:1330-1338),对毫米级微域土壤样品的采集在方法上则相对单一且有一定的局限性。
[0004]常规土壤剖面样品微尺度的采集多采用冷冻薄层切片法。这种方法首先通过将土样在液氮中速冻，再将冷冻土块置于冰冻切片样的样品台上，用可控的切片刀在_4°C的温度下将土块切成薄片(Noll 等，Environmental Microbiology, 2005, 7:382_395)。薄片的正确厚度需要通过土块的表面积和土壤容重来计算，并且液氮超低温冷冻方法可能导致土壤中微生物细胞的损害。冷冻速率的控制决定了微生物的存活率，必须控制一个适宜的冷冻与解冻速度提高微生物存活率，并且冷冻法对不同微生物的存活率存在极大的差异(Dumont 等，Applied and Environmental Microbiology2004, 70:268 ?272)。最终导致研究者在评价受试土壤微生物指标时产生偏颇。
[0005]上述方法由于其在具体操作上需要进行冰冻处理，会导致土壤的原有理化及生物学性状发生改变，如氧化-还原电位、微生物群落结构和多样性等，且切片实际厚度需要通过后期计算获得，因而无法对毫米级微域中土壤生物及生物化学性质在目标污染物胁迫下的响应变化进行追踪。由此，常规研究法在技术上的固有缺陷不利于开展目标污染物在氧化-还原状况梯度变化的环境微域中迁移转化细致研究，迫切需要对土壤剖面微域的现有取样方法进行创新。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供能实现区分土水界面垂直方向不同毫米级微域土层的取样装置及相应的取样方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，包括无盖的方形盒体，在方形盒体的内腔由下往上设置相互平行的至少2块的分割片，分割片与方形盒体的内腔相吻合；分割片平行于方形盒体的底面；相邻的分割片两两之间无缝隙的贴合，位于方形盒体内腔最下方的分割片与方形盒体的底面无缝隙的贴合。[0008]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的改进:分割片中设有贯通分割片整个厚度的通道。
[0009]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的进一步改进:分割片的材质为环氧树脂电路板。
[0010]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的进一步改进:方形盒体的材质为有机玻璃。
[0011]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的进一步改进:分割片的厚度为1- 15?1.25mm。
[0012]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的进一步改进:分割片的厚度为1.2mm。
[0013]作为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的进一步改进:每个分割片的通道由2个相互独立、且相互平行的小通道组成，被夹在2个小通道之间的局部的分割片能作为加强筋，从而起到保持分割片不易变型的作用。
[0014]本发明还同时提供了利用上述取样装置所进行的土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法，依次包括如下步骤:
[0015]先在方形盒体的内腔中由下至上放置分割片，然后在每个分割片的每个小通道中填充待测土壤并压实待测土壤，从而使每个分割片的每个小通道中均充满待测土壤；然后将整个取样装置放置于实际所需的环境中；至取样期，自上而下逐一取出每个分割片，每取出一个分割片，就利用采样刮刀沿着下一分割片的上表面刮取土壤。
[0016]本发明的垂直剖面毫米级微域土层的取样装置实际使用时，先在方形盒体内由下至上放置分割片，分割片的数量可根据实验需求而定，然后在分割片的通道内填充待测土壤；从而实现用于采集离土壤表面不同距离深度的土壤样品，这样就能实现土壤垂直剖面微域中不同毫米级土层的原位分离采集。设计如本发明所示的取样装置，能实现土 -水界面垂直方向上各目标土层间彼此物理分离的同时，又确保了土壤微生物及污染物等的层间迁移活动。至取样期那天，从上而下逐层取出分割片，用采样刀小心刮下附着在每层分割片上的土壤用于检测。
[0017]本发明的取样装置，极大降低了设备费用的投入，简化了样品处理过程并且避免了冰冻过程的影响。在针对目标污染物在土壤垂直剖面不同毫米级微域土层中的迁移转化规律的细致研究方面意义重大。
[0018]本发明的取样装置，适用于研究淹水土壤环境，解决了传统研究中垂直剖面新鲜土壤(特别是毫米级微域土壤)采集的技术难题，易化了土 -水界面垂直方向上毫米级微域土层的取样方法，实现了适用于土壤生物和生物化学性质测定的土壤毫米级微域的区分。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0020]图1为本发明的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置的立体状态示意图(方形盒体I局部被剖切);
[0021]图2是图1的俯视示意图；
[0022]图3是图1中的分割片2的结构示意图；[0023]图4是采样刮刀3的结构示意图；
[0024](A)为采样刮刀3的主视示意图；(B)为(A)的右视图；
[0025]图5是采样的模拟示意图(即本发明的实际使用状态示意图)；
[0026]图6是土壤剖面五氯酚的空间变化；
[0027]图7是土壤剖面二价铁的空间变化；
[0028]图6和图7中，代表3天，□代表120天。
【具体实施方式】
[0029]实施例1、图1、图2和图3结合给出了本发明所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，包括无盖的方形盒体I (即，方形盒体I的顶部呈敞开状态)，该方形盒体I由有机玻璃制成；方形盒体I的侧壁与底面为密封相连，从而确保方形盒体I的内腔不会产生渗漏等现象。
[0030]在方形盒体I的内腔由下往上设置相互平行的至少2块的分割片2 ;分割片2与方形盒体I的内腔相吻合，即，分割片2的横截面的尺寸等同于方形盒体I的内腔横截面的尺寸。每个分割片2均平行于方形盒体I的底面；上下相邻的分割片2两两之间无缝隙的贴合(即，位于上方的分割片2的下表面紧贴位于下方的分割片2的上表面)，位于方形盒体I内腔最下方的分割片2与方形盒体I的底面无缝隙的贴合。
[0031]每个分割片2的具体结构如下:
[0032]每个分割片2中设有贯通分割片2整个厚度的通道，该通道由2个相互独立、且相互平行的小通道21组成，被夹在2个小通道21之间的局部分割片2能作为加强筋22，从而起到保持分割片2不易变型的作用。
[0033]分割片2的材质为环氧树脂电路板，分割片2的厚度为1.2mm。备注说明:环氧树脂电路板具有化学稳定、质地坚硬且膨胀系数小的特性，因此能实现严格控制微域内各目标土层1.2mm的厚度大小。
[0034]实际使用时，先在方形盒体I的内腔中由下至上放置分割片2，分割片2的数量可根据实验需求而定，然后在每个分割片2的每个小通道21中填充待测土壤(即试验所用土壤)并压实待测土壤，从而使每个分割片2的每个小通道21中均充满待测土壤。然后将整个取样装置按照实际所需放置于特定环境内；至取样期，自上而下逐一取出每个分割片2，每取出一个分割片2，利用采样刮刀3 (采样刮刀3的结构如图4所示，操作方式如图5所示)沿着下一分割片2的上表面刮取土壤(即，利用采样刮刀3刮取高出下一分割片2的上表面的土壤)。
[0035]备注说明:每个分割片2取出时，该分割片2通道21中填充的土样是无法随同该分割片2被一同取出的；该分割片2通道21中填充的土样会仍然被留在下一层分割片2的上部。此是，我们需要用采样刮刀3沿着下一层分割片2的上表面刮下原来属于填充于上一层分割片2的通道21内的土样，因此，刮下的土层的厚度就是分割片的厚度；从而达到垂直剖面微域不同毫米级土层分离采集的目的。
[0036]实验1、采用实施例1所述的取样装置，用于研究揭示出五氯酚在淹水稻田土水界面降解行为的细致研究，发现在稻田土-水界面垂直方向上，由于氧化-还原状况存在梯度变异，可还原五氯酚的降解同时存在氧化降解和还原脱氯降解两种作用，且降解的时空变异特征与该界面中Fe(II)和Fe(III)含量的时空动态变化存在显著相关关系。这对淹水土壤(特别是水稻土)污染化学等土壤和环境科学交叉领域的纵深研究来说，本发明的垂直剖面毫米级微域土层的取样装置为相关研究领域提供技术支撑。
[0037]具体结果如图6和图7所示。
[0038]最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:包括无盖的方形盒体(1)，在方形盒体(I)的内腔由下往上设置相互平行的至少2块的分割片(2)，所述分割片(2)与方形盒体(I)的内腔相吻合；分割片(2)平行于方形盒体(I)的底面；相邻的分割片(2)两两之间无缝隙的贴合，位于方形盒体(I)内腔最下方的分割片(2)与方形盒体(I)的底面无缝隙的贴合。
2.根据权利要求1所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:所述每个分割片(2)中均设有贯通分割片(2)整个厚度的通道。
3.根据权利要求2所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:所述分割片(2)的材质为环氧树脂电路板。
4.根据权利要求3所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:所述方形盒体(I)的材质为有机玻璃。
5.根据权利要求4所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:所述分割片(2)的厚度为1.15?1.25mm。
6.根据权利要求5所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:所述分割片(2)的厚度为1.2mm。
7.根据权利要求2?6任一所述的土壤垂直剖面毫米级微域土层的取样装置，其特征是:每个分割片(2)的通道由2个相互独立、且相互平行的小通道(21)组成，被夹在2个小通道(21)之间的局部的分割片(2)能作为加强筋(22)，从而起到保持分割片(2)不易变型的作用。
8.利用如权利要求1?7任意一种取样装置所进行的土壤垂直剖面毫米级微域土层取样方法，其特征是依次包括如下步骤: 先在方形盒体(I)的内腔中由下至上放置分割片(2)，然后在每个分割片(2)的每个小通道(21)中填充待测土壤并压实待测土壤，从而使每个分割片(2)的每个小通道(21)中均充满待测土壤；然后将整个取样装置放置于实际所需的环境中；至取样期，自上而下逐一取出每个分割片(2)，每取出一个分割片(2)，就利用采样刮刀(3)沿着下一分割片(2)的上表面刮取土壤。
【文档编号】G01N1/04GK103604660SQ201310539152
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】徐建明, 何艳, 林加奖 申请人:浙江大学