研究土壤营养元素迁移与转化动力学特征的模拟实验装置的制作方法

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种研究土壤营养元素迁移与转化动力学特征的模拟实验装置。

背景技术：

营养元素随着水分在土壤中的迁移作用是指营养元素在水-土颗粒之间吸附、解吸甚至重新分配的一种综合的行为过程；而营养元素转化作用是指营养元素不同形态之间转化。在雨雪天气或灌溉的条件下，土壤中的营养元素难免会在水体和土壤之间发生迁移转化，或垂向迁移转化或水平迁移转化，如此土壤中的营养元素便会通过迁移转化进入地下水或者地表水中，从而造成水体污染。因此研究淋溶条件下土壤-水体中营养元素迁移转化特征很有必要。由于田间实验收集滤液以及不同深度土样的困难性，因此研究土壤营养元素的迁移特征大多采用室内模拟实验，然而当前实验室使用的土柱模拟装置仅仅考虑了垂直方向上土壤营养元素的迁移转化规律，对于水平方向上的迁移转化规律少有研究，因而导致对土壤营养元素迁移特征研究得不够全面。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种研究土壤营养元素迁移与转化动力学特征的模拟实验装置。

技术方案：本发明包括容器，所述的容器内铺设有土壤层和石英砂层，容器顶部设有布水口，底部铺设有无磷滤纸，下方连接有接收瓶，所述的容器壁上设有土壤取样口和淋滤液取样口，所述的接收瓶表面密封有封口膜。

所述的容器包括垂直向容器和水平向容器。

所述垂直向容器内的土壤层和石英砂层交叉设置，其中，土壤层侧壁设有土壤取样口，石英砂层侧壁设有淋滤液取样口，以便于不分割装置即可采集不同土层内的土壤及淋滤液样品。

所述水平向容器首末端高度差为1.5米，水平向容器内填有土壤，土壤层下方铺设石英砂层，用于不同水平位置所取水样的初级过滤，其中，土壤层内设有至少五处土壤取样口，石英砂层侧壁设有至少五处淋滤液取样口，以便于不分割装置即可采集不同位置内的土壤及淋滤液样品。

所述的无磷滤纸上方还铺设有石英砂层，用于对土柱淋溶的水样进行初步过滤。

所述的容器底部设有出水口，出水口插有橡胶管，橡胶管上设有阀门，底部伸入接收瓶内，接收瓶瓶口处用封口膜密封，以减少水样蒸发。

所述的容器采用pvc管制成，其底部固定有支架，装置主体与支架之间是可拆卸的，便于装填土柱和重复使用。

所述的布水口采用网筛状，模拟淋溶时水下落对土壤表层的冲击力较小，减少水分淋溶对土柱表层的扰动。

所述的土壤取样口处设有橡皮活塞，取样时取下活塞即可。

所述的淋滤液取样口处设有阀门，可以控制出水速度和时间，同时还便于出水不畅时使用抽滤装置。

有益效果：本发明可以单独考虑水平和垂直方向上土壤中营养元素的迁移转化特征，能够做到系统的分析不同季节和含水条件下土壤剖面营养元素迁移和转化规律，可以得出土壤营养元素的迁移转化动力学特征；便于通过出水口处的阀门控制淋滤液，淋溶液接收瓶通过橡胶管与出水口之间无缝连接，可以保证淋溶液不被蒸发，有利于实验的正常进行。

附图说明

图1为本发明的水平土柱装置示意图；

图2为本发明的垂直土柱装置示意图；

图3为本实施例中土壤ph随时间的变化曲线；

图4为本实施例中土壤toc含量随时间的变化曲线；

图5为本实施例中土壤tn随时间的变化曲线；

图6为本实施例中土壤tp随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图2所示，本发明包括水平土柱装置和垂直土柱装置，每种装置均包括布水口1、土壤取样口2、淋滤液取样口3、石英砂层4、无磷滤纸5、封口膜6、接收瓶7和支架8。

如图1所示为水平土柱装置，包括水平向容器，该容器由pvc管制成，采用空心圆柱形结构，直径为20cm，壁厚0.5cm，长10m，采用水平向布设时，容器与水平面之间存在一定的角度，其首末端高度差为1.5米。水平向容器内装有土壤，土壤层下方铺设有2cm的石英砂层4，用于不同水平位置所取水样的初级过滤。容器上部设有布水口1，布水口1是网筛状的，模拟淋溶时，水下落对土壤表层的冲击力较小，从而减少水分淋溶对土柱表层的扰动。容器壁上设有五个土壤取样口2，土壤取样口2沿容器的中轴线间隔2米均匀分布，土壤取样口2处设有橡皮活塞，取样时取下活塞即可。土壤取样口2的正下方对应设有五个淋滤液取样口3，以便于不分割装置即可采集不同水平位置的土壤及淋滤液样品。开设淋滤液取样口3的管壁内侧铺设一层2cm厚的石英砂层4，用于不同水平位置所取水样的初级过滤。容器底部设有出水口，出水口处依次铺有5cm厚的石英砂层以及四层无磷滤纸5，用于对土柱淋溶的水样进行初步过滤，出水口处插有橡胶管，橡胶管上设有阀门，底部伸入接收瓶7内，接收瓶7的瓶口处用封口膜6密封，以减少水样蒸发。淋滤液取样口3处同样采用橡胶管，橡胶管上设有阀门。容器下方通过支架8固定，装置主体与支架8之间是可拆卸的，便于装填土柱和重复使用。出水口处和淋滤液取样口3处的阀门可以控制出水速度和时间，可以手动控制土壤中淋滤液的淋出，当淋滤液取样口3出水不畅时也可直接使用抽滤装置进行抽滤。

如图2所示为垂直土柱装置，包括垂直向容器，该容器由pvc管制成，采用空心圆柱形结构，直径为20cm，壁厚0.5cm，高150cm。垂直向容器内的土壤层和石英砂层4交叉设置，分别设有三层土壤层和三层石英砂层4，每层土壤层下方均铺设有2cm的石英砂层4，用于不同土层所取水样的初级过滤。容器上部设有布水口1，布水口1是网筛状的，模拟淋溶时，水下落对土壤表层的冲击力较小，从而减少水分淋溶对土柱表层的扰动。每层土壤层均设有一处土壤取样口2，土壤取样口2沿容器的中轴线间隔40cm分布，土壤取样口2处设有橡皮活塞，取样时取下活塞即可。每层石英砂层4的右侧均设有一处淋滤液取样口3，以便于不分割装置即可采集不同土层内的土壤及淋滤液样品。容器底部设有出水口，出水口处依次铺有5cm厚的石英砂层以及两层无磷滤纸5，用于对土柱淋溶的水样进行初步过滤，出水口处插有橡胶管，橡胶管上设有阀门，底部伸入接收瓶7内，接收瓶7的瓶口处用封口膜6密封，以减少水样蒸发。淋滤液取样口3处同样采用橡胶管，橡胶管上设有阀门。容器下方通过支架8固定，支架8的上表面与容器的下表面平齐，装置主体与支架8之间是可拆卸的，便于装填土柱和重复使用。出水口处和淋滤液取样口3处的阀门可以控制出水速度和时间，可以手动控制土壤中淋滤液的淋出，当淋滤液取样口3出水不畅时，使用抽滤装置(现有技术)接在淋滤液取样口3处的阀门上即可进行抽滤。

实施例1：

首先在垂直向容器内壁涂上凡士林，以减小边际效应，然后将两层无磷滤纸置于装置底层，在滤纸上铺设5cm的石英砂，以防土柱下端的土壤随水流出同时也能够对土柱中的渗滤液进行初步过滤。装填进土柱的土壤首先过10mm的尼龙筛(防止颗粒过大，土柱装填缝隙太多达不到淋溶效果，同时土壤也不能太细以防土壤太过密实淋滤液过少)，然后按照土壤采集地实际的容重逐层装填。土柱装填完毕后从布水口处慢慢加水。垂直土柱共设置了表层、次表层和深层三个不同层次的土壤采样点。每隔三天在布水口处加一次水，每隔15天取一次土样及淋滤液进行营养元素含量的测定，包括ph值、总有机碳(toc)含量、总氮(tn)含量及总磷(tp)含量等等，获得的曲线图如图4～6所示。

水平土柱装置使用时，同样为减小边际效应，也需要在内壁涂抹凡士林，出水口处放有四层无磷滤纸后加入5cm厚的石英砂，然后慢慢加入一层薄薄的石英砂平铺于水平土柱的下半圆壁，并按照原位土壤的容重装填土壤(土壤先过10mm的尼龙筛)。装填结束后慢慢加水，按照不同的需求加入不同的水量。以水平土柱从左到右模拟从水滨到高地，均匀设置了五个采样点，分别采集土样及淋滤液水样进行营养元素含量的测定。

将本发明在不同的季节配合以不同的土壤含水量即可以将土柱装置用于模拟研究不同条件土壤剖面中营养元素的迁移转化特征。