土壤淋溶柱及土壤淋溶模拟系统的制作方法

本实用新型涉及土壤研究技术领域，具体而言，涉及一种土壤淋溶柱及土壤淋溶模拟系统。

背景技术：

地下水作为工业、农业和居民用水的重要来源，其质量状况对经济社会发展以及居民身体健康有着重要影响。我国是农业大国，也是世界上使用化肥最多的国家之一。在农业生产过程中施用的氮肥，仅有30-40％被作物吸收利用，其余大部分通过径流、淋溶、挥发等各种途径存留于自然环境，其中，淋溶过程是造成地下水(特别是浅层地下水)氮素含量超标的一个重要因素，严重影响水环境健康，限制我国社会可持续发展。

目前，我国大部分农业种植区都存在土壤氮素淋失和地下水污染问题。地下水的情况是影响土壤淋溶过程(氮素淋失)的重要因素之一，而土壤淋溶过程又是引发地下水污染的重要来源之一，可见地下水污染和土壤淋溶过程这两者情况之间有着密切的互作机制。现有技术中，关于土壤淋溶过程的研究以“水力”影响因素为主，现有的土壤淋溶模拟系统通常以“上覆水”(例如降雨或灌溉)淋洗的方式研究土壤淋溶过程。

然而，现有的装置无法模拟不同地下水水位变化影响土壤淋溶的过程，不便于对地下水水位变化引起的农田氮素淋失过程进行研究，因此如何提供一种土壤淋溶柱及土壤淋溶模拟系统，能够用于实验模拟地下水水位变化引发的农田氮素淋失过程，从而为土壤淋溶过程及对地下水污染控制提供理论依据，同时对于指导农业生产和农田污染防治具有重要意义。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种土壤淋溶柱及土壤淋溶模拟系统，以改善现有的装置无法模拟不同地下水水位变化影响土壤淋溶过程的技术问题。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

本实用新型提供一种土壤淋溶柱，包括第一柱体及与其连通的第二柱体，所述第一柱体与所述第二柱体的交界处设置有相界面多孔隔板；所述第一柱体用于注入模拟地下水，所述第二柱体用于填充土壤；所述第一柱体的不同高度处设置有取水口，所述第二柱体的底部设置有出水多孔隔板和滤膜、且连接淋溶液收集槽。

具体地，所述第一柱体和所述第二柱体的交界处与所述相界面多孔隔板相邻设置有活动挡板，所述活动挡板用于打开或封闭所述相界面多孔隔板。

进一步地，所述第二柱体的顶部设置有进水多孔隔板和进水滤膜。

进一步地，所述第一柱体上设置有刻度。

可选地，所述第二柱体上设置有刻度。

更进一步地，所述第一柱体为L型结构、且底面为平面，所述第一柱体和所述第二柱体的横截面均为矩形。

与现有技术相比，本实用新型提供的土壤淋溶柱具有如下优势：

本实用新型提供一种土壤淋溶柱，包括第一柱体及与其连通的第二柱体，第一柱体与第二柱体的交界处设置有相界面多孔隔板；第一柱体用于注入模拟地下水，第二柱体用于填充土壤；第一柱体的不同高度处设置有取水口，第二柱体的底部设置有出水多孔隔板和出水滤膜、且连接淋溶液收集槽。由此分析可知，本实用新型提供的土壤淋溶柱中，由于包括第一柱体及与其连通的第二柱体，第一柱体与第二柱体的交界处设置有相界面多孔隔板，因此通过向第一柱体中注入模拟地下水至预期水位高度后，模拟地下水流过相界面多孔隔板后对第二柱体内的土壤进行由下至上的反洗，这种以“下浸水”的方式对第二柱体内的土壤进行淋洗的过程，能够科学地模拟地下水对土壤淋溶过程的影响；另外，由于第一柱体的不同高度处设置有取水口，第二柱体的底部设置有出水多孔隔板和出水滤膜、且连接淋溶液收集槽，因此能够通过不同高度的取水口定期采集水样，同时出水多孔隔板和出水滤膜能够避免土壤流失且允许淋溶液流过，再通过淋溶液收集槽定期采集土壤淋溶液，然后对样品进行检测及数据分析；与现有技术相比，本实用新型提供的土壤淋溶柱可以根据需要向第一柱体内注入不同高度的模拟地下水，因此能够实现模拟不同地下水水位条件下的土壤淋溶过程，通过相应的检测和数据分析，为剖析不同地下水水位条件下土壤成分的淋失规律、形态转变与空间分布特征提供科学手段，对于指导农业生产与农田污染防治工作具有重要意义。

本实用新型还提供一种土壤淋溶模拟系统，包括上述土壤淋溶柱，还包括与所述土壤淋溶柱的所述第一柱体顶端通过管路连通的模拟地下水供应装置。

本实用新型提供的土壤淋溶模拟系统与上述土壤淋溶柱相对于现有技术所具有的优势相同；此外，本实用新型土壤淋溶模拟系统能够进行不同浅层地下水水位高度的设置，完成变水位条件下的土壤淋溶过程的模拟实验，具有更强的实用性和普遍性。

具体地，所述模拟地下水供应装置包括第一箱体、第一泵和第一液体流量计；所述第一箱体用于盛放模拟地下水，所述第一箱体与所述第一柱体之间的管路上设置所述第一泵和所述第一液体流量计。

可选地，所述的土壤淋溶模拟系统还包括与所述土壤淋溶柱的所述第二柱体顶端通过管路连通的模拟肥料溶液供应装置；所述模拟肥料溶液供应装置包括第二箱体、第二泵和第二液体流量计；所述第二箱体用于盛放模拟肥料溶液，所述第二箱体与所述第二柱体之间的管路上设置所述第二泵和所述第二液体流量计。

更进一步地，所述土壤淋溶模拟系统还包括支撑架；所述支撑架由下至上依次包括底座、支撑杆和固定夹，所述固定夹用于夹持所述土壤淋溶柱。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱的结构示意图；

图2为图1中相界面多孔隔板的正视结构示意图；

图3为图1中相界面多孔隔板的俯视结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种土壤淋溶模拟系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种土壤淋溶模拟系统的结构示意图。

图标：001-第一柱体；002-第二柱体；003-相界面多孔隔板；011-取水口；021-出水多孔隔板；022-出水滤膜；004-淋溶液收集槽；031-通孔；032-凸起；005-活动挡板；023-进水多孔隔板；024-进水滤膜；006-模拟地下水供应装置；061-第一箱体；062-第一泵；063-第一液体流量计；007-模拟肥料溶液供应装置；071-第二箱体；072-第二泵；073-第二液体流量计；008-支撑架；081-底座；082-支撑杆；083-固定夹。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“竖直”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱的结构示意图。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型实施例提供一种土壤淋溶柱，如图1所示，包括第一柱体001及与其连通的第二柱体002，第一柱体001与第二柱体002的交界处设置有相界面多孔隔板003；第一柱体001用于注入模拟地下水，第二柱体002用于填充土壤；第一柱体001的不同高度处设置有取水口011，第二柱体002的底部设置有出水多孔隔板021和出水滤膜022、且连接淋溶液收集槽004。

本实用新型中，土壤淋溶过程指水流通过溶解、水化、水解或碳酸化等作用，使土壤中的部分成分进入水中并被水流带走的过程。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱具有如下优势：

如图1所示，本实用新型实施例提供一种土壤淋溶柱，包括第一柱体001及与其连通的第二柱体002，第一柱体001与第二柱体002的交界处设置有相界面多孔隔板003；第一柱体001用于注入模拟地下水，第二柱体002用于填充土壤；第一柱体001的不同高度处设置有取水口011，第二柱体002的底部设置有出水多孔隔板021和出水滤膜022、且连接淋溶液收集槽004。由此分析可知，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，由于包括第一柱体001及与其连通的第二柱体002，第一柱体001与第二柱体002的交界处设置有相界面多孔隔板003，因此通过向第一柱体001中注入模拟地下水至预期水位高度后，模拟地下水流过相界面多孔隔板003后对第二柱体002内的土壤进行由下至上的反洗，这种以“下浸水”的方式对第二柱体002内的土壤进行淋洗的过程，能够科学地模拟地下水对土壤淋溶过程的影响；另外，由于第一柱体001的不同高度处设置有取水口011，第二柱体002的底部设置有出水多孔隔板021和出水滤膜022、且连接淋溶液收集槽004，因此能够通过不同高度的取水口011定期采集水样，同时出水多孔隔板021和出水滤膜022能够避免土壤流失且允许淋溶液流过，再通过淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，然后对样品进行检测及数据分析；与现有技术相比，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱可以根据需要向第一柱体001内注入不同高度的模拟地下水，因此能够实现模拟不同地下水水位条件下的土壤淋溶过程，通过相应的检测和数据分析，为剖析不同地下水水位条件下土壤成分的淋失规律、形态转变与空间分布特征提供科学手段，对于指导农业生产与农田污染防治工作具有重要意义。

可选地，土壤成分典型但非限制性包括氮元素、磷元素、钾元素、有机质或重金属。

在本实用新型中，以“下浸水”的方式淋洗土壤指的是水由下至上渗透土壤的淋洗过程。

图2为图1中相界面多孔隔板的正视结构示意图；图3为图中相界面多孔隔板的俯视结构示意图。

可选地，如图2结合图3所示，第一柱体001与第二柱体002的交界处设置的相界面多孔隔板003的板面面积与第一柱体001的内部腔体的截面面积一致，相界面多孔隔板003上设置有通孔031，通孔031用于使液体通过；相界面多孔隔板003的两侧面均设置有凸起032，凸起032用于对其它部件进行限位。如图1所示，相界面多孔隔板003恰好能阻挡第二柱体002的土壤，使第一柱体001内的模拟地下水顺利经过第二柱体002的底部侧面并由下至上进入第二柱体002内逐渐渗透土壤，直到第一柱体001内和第二柱体002内的模拟地下水达到平衡状态，在此过程中，第二柱体002底部的出水端处于封闭状态，以防止第二柱体002内的模拟地下水在达到渗透平衡状态前向下流出第二柱体002，从而保证合理的进行实验；当达到渗透平衡后，打开第二柱体002底部的出水端便能够进行收集土壤淋溶液的过程。

具体地，为了便于控制液体在第一柱体001和第二柱体002之间的流通或者阻断状态，如图1所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，第一柱体001和第二柱体002的交界处与相界面多孔隔板003相邻设置有活动挡板005，活动挡板005用于打开或封闭相界面多孔隔板003。活动挡板005插设在相界面多孔隔板003的两个凸起032之间的空间内。当进行不同地下水水位条件下的土壤淋溶过程的模拟实验时，通过将活动挡板005向上提起以使活动挡板005处于打开状态，从而使相界面多孔隔板003处于开通状态，通过向第一柱体001内注入模拟地下水，然后模拟地下水可以流过相界面多孔隔板003后对第二柱体002内的土壤进行淋洗直到处于平衡状态，实验过程中在第一柱体001不同高度的取水口011定期采集水样，同时通过第二柱体002底部的淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，进行数据测试和分析；当进行水肥一体化作用下的土壤淋溶过程的模拟实验时，通过将活动挡板005向下推以使活动挡板005处于关闭状态，从而使相界面多孔隔板003处于封闭状态，然后通过向第二柱体002顶端的进水口注入模拟肥料溶液，能够由上至下对第二柱体002内的土壤进行淋洗，且液体不会进入第一柱体001内，然后通过第二柱体002底部的淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，进行数据测试和分析。通过设置活动挡板005，能够灵活进行不同的实验处理，有效保证了不同模拟实验的效果。

可选地，活动挡板005典型但非限制性为矩形平板，活动挡板005的宽度与相界面多孔隔板003的宽度一致，活动挡板005的长度大于相界面多孔隔板003的长度。

进一步地，为了保证由第二柱体002的顶部向第二柱体002内注入模拟肥料溶液时布水均匀，且防止局部水流过大冲散第二柱体002内的土壤，如图1所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，第二柱体002的顶部设置有进水多孔隔板023和进水滤膜024。使用时，向第二柱体002的顶端注入模拟肥料溶液，由于设置有进水多孔隔板023和进水滤膜024，因此进水多孔隔板023能够对进入的模拟肥料溶液进行均匀布水，同时进水滤膜024能够对进水具有一定的缓冲和过滤作用，能够避免第二柱体002内的土壤被水流冲散而影响淋溶的效果。

可选地，出水多孔隔板021和进水多孔隔板023典型但非限制性可以均为带有通水孔的平板。

可选地，出水滤膜022和进水滤膜024典型但非限制性可以均为微孔滤膜。

进一步地，为了便于观察第一柱体001内液体高度的变化及确定不同水位的高度，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，第一柱体001上设置有刻度。

可选地，第一柱体001上的刻度为长度，以cm为计量单位；例如，第一柱体001上的刻度为0-100cm。

进一步地，为了便于确定第二柱体002内土壤填充的高度，以制备不同的土柱，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，第二柱体002上设置有刻度。

可选地，第二柱体002上的刻度为长度，以cm为计量单位。

具体地，为了保证土壤淋溶柱能够较稳定地放置，同时便于生产制造，如图1所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱中，第一柱体001为L型结构、且底面为平面，第一柱体001和第二柱体002的横截面均为矩形。由于第一柱体001的底面为平面，因此土壤淋溶柱通过将第一柱体001竖直放置在实验平台的表面，便能够实现稳定地放置效果，无需其它固定设施，简化了装置的结构；此外由于第一柱体001和第一柱体001的横截面均为矩形，因此制作工艺更简单，便于装置的生产制造。

可选地，第一柱体001的壁厚及第二柱体002的壁厚典型但非限制性均为1cm，第一柱体001和第二柱体002的横截面均为矩形(30cm×30cm)，土壤淋溶柱的高度典型但非限制性为80-120cm，较佳地，土壤淋溶柱的高度为100cm。

可选地，第一柱体001和第二柱体002典型但非限制性为一体成型设置。

图4为本实用新型实施例提供的一种土壤淋溶模拟系统的结构示意图。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型实施例还提供一种土壤淋溶模拟系统，如图4所示，包括上述土壤淋溶柱，还包括与土壤淋溶柱的第一柱体001顶端通过管路连通的模拟地下水供应装置006。

本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统由于包括上述土壤淋溶柱，及与土壤淋溶柱的第一柱体001连通的模拟地下水供应装置006，因此通过模拟地下水供应装置006能够较方便地控制模拟地下水向第一柱体001内注入的情况，注入不同量的模拟地下水就能够模拟不同地下水水位高度条件下的土壤淋溶过程，有利于进行科学合理的研究分析，从而为指导农业生产与农田污染防治工作提供科学依据。

具体地，为了便于灵活控制向第一柱体001内注入模拟地下水的流量和流速，如图4所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统，模拟地下水供应装置006包括第一箱体061、第一泵062和第一液体流量计063，第一箱体061用于盛放模拟地下水，第一箱体061与第一柱体001之间的管路上设置第一泵062和第一液体流量计063。可选地，安装时，第一箱体061、第一泵062、第一液体流量计063及第一柱体001顶部的进水口依次连接，第一箱体061内盛放有配制的实验用模拟地下水，然后可以通过第一泵062将第一箱体061内的模拟地下水引入第一柱体001内，并且通过第一液体流量计063可以调整注模拟地下水的流量和流速。

可选地，第一泵062典型但非限制性为蠕动泵。

可选地，第一泵062和第一液体流量计063可以一体设置，被配置为具有流量调控功能的蠕动泵。

图5为本实用新型实施例提供的另一种土壤淋溶模拟系统的结构示意图。

进一步地，为了对水肥一体化作用下的土壤淋溶过程进行模拟实验，如图5所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统还包括与土壤淋溶柱的第二柱体002顶端通过管路连通的模拟肥料溶液供应装置007；模拟肥料溶液供应装置007包括第二箱体071、第二泵072和第二液体流量计073；第二箱体071用于盛放模拟肥料溶液，第二箱体071与第二柱体002之间的管路上设置第二泵072和第二液体流量计073。可选地，安装时，第二箱体071、第二泵072、第二液体流量计073及第二柱体002顶部的进水口依次连接，第二箱体071内盛放有配制的实验用模拟肥料溶液，然后通过第二泵072将第二箱体071内的模拟肥料溶液引入第二柱体002内，通过第二液体流量计073可以调整注入模拟肥料溶液的流量和流速，从而可以通过“上覆水”的淋洗方式对第二柱体002内的土壤进行淋洗。

在本实用新型中，以“上覆水”的方式淋洗土壤指的是水由上至下渗透土壤的淋洗过程。

可选地，第二泵072典型但非限制性为蠕动泵。

可选地，第二泵072和第二液体流量计073可以一体设置，被配置为具有流量调控功能的蠕动泵。

更进一步地，为了提高土壤淋溶柱使用时的稳定性，如图5所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统还包括支撑架008；支撑架008由下至上依次包括底座081、支撑杆082和固定夹083，固定夹083用于夹持土壤淋溶柱。使用时，由于固定夹083可以夹持第一柱体001和第二柱体002，或只夹持第一柱体001，或只夹持第二柱体002，底座081稳定地放置在实验平台上，固定夹083通过与支撑杆082和底座081的配合能够稳定地固定土壤淋溶柱，从而保证土壤淋溶模拟系统处于较佳地工作状态，更好地完成实验过程，避免因意外碰倒实验装置而影响实验效果。

下面结合图4-5对本实用新型实施例提供的土壤淋溶柱及土壤淋溶模拟系统的工作过程作详细说明。

如图4所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统可以用于不同地下水水位条件下土壤淋溶过程的模拟实验。根据实验目标，配制相应浓度和用量的实验用模拟地下水并装入第一箱体061内，按需要设置第一液体流量计063的状态，打开活动挡板005以使相界面多孔隔板003开放，并开启第一泵062以向第一柱体001内注水至所需的水位高度，然后关闭第一泵062停止进水；模拟地下水通过相界面多孔隔板003对第二柱体002内的土壤进行由下至上地淋洗，直至第一柱体001内和第二柱体002内的模拟地下水处于平衡状态，在第一柱体001的不同高度处的取水口011定期采集水样，并且通过与第二柱体002的底部连通的淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，然后检测样品并分析实验数据后得出结论。使用时，通过调节初始向第一柱体001内注入模拟地下水的用量，能够调整为不同地下水水位高度，从而完成不同地下水水位条件下以“下浸水”淋洗方式影响土壤淋溶过程的模拟实验。

如图5所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统可以用于水肥一体化作用下的土壤淋溶过程的模拟实验。根据实验目标，配制相应浓度和用量的实验用模拟肥料溶液，并装入第二箱体071，按需要设置第二液体流量计073的状态，关闭活动挡板005以使相界面多孔隔板003封闭，并开启第二泵072以向第二柱体002内注入模拟肥料溶液，模拟肥料溶液通过进水多孔隔板023和进水滤膜024后能够对第二柱体002内的土壤进行均匀地淋洗；淋洗一段时间后关闭第二泵072停止淋洗，可以通过与第二柱体002底部连通的淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，然后对样品进行检测并分析实验数据后得出结论。使用时，通过调节初始向第二柱体002内注入的模拟肥料溶液的浓度和用量，能够完成不同水肥一体化条件下以“上覆水”的淋洗方式影响土壤淋溶过程的模拟实验。

如图5所示，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统还可以用于不同地下水位和水肥一体化双重作用下的土壤淋溶过程的模拟实验。根据实验目标，配制相应浓度的实验用模拟地下水和模拟肥料溶液，将模拟地下水装入第一箱体061内，并将模拟肥料溶液装入第二箱体071内，按需要设置第一液体流量计063和第二液体流量计073的状态；打开活动挡板005以使相界面多孔隔板003开放，并打开第一泵062，向第一柱体001内注入所需用量的模拟地下水，再关闭第一泵062，然后打开第二泵072，对第二柱体002内进行由上至下的淋洗，一段时间后关闭第二泵072停止淋洗，当第一柱体001内和第二柱体002内的液体处于平衡状态后，通过第一柱体001不同高度处的取水口011定期采集水样，并通过第二柱体002底部的淋溶液收集槽004定期采集土壤淋溶液，然后检测样品并分析实验数据后得出结论。使用时，通过调节初始向第一柱体001内注入模拟地下水的用量，能够调整为不同地下水水位高度，同时通过调节初始向第二柱体002内注入模拟肥料溶液的浓度和用量，能够调整为不同水肥一体化条件，从而能够完成不同地下水水位和水肥一体化双重作用下的土壤淋溶过程的模拟实验。

综上所述，本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统既单独可以进行不同浅层地下水水位高度的设置，完成变水位条件下的土壤淋溶过程的模拟实验，也可以进行不同浅层地下水水位高度的设置和不同浓度用量肥料溶液的配置，同时完成不同地下水水位条件下和水肥一体化双重作用下土壤淋溶过程的模拟实验，具有更强的实用性和普遍性。通过采用本实用新型实施例提供的土壤淋溶模拟系统，能够研究地下水以“下浸水”淋洗方式及水肥溶液以“上覆水”淋洗方式对土壤淋溶过程的影响，从而能够为剖析不同地下水水位条件下和水肥一体化条件土壤成分的淋失规律、形态转变与空间分布特征提供科学手段，对于指导农业生产与农田污染防治工作具有重要意义。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本实用新型，然而应意识到，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本实用新型范围内的所有这些变化和修改。