一种室内模拟降雨条件下研究土壤养分淋失的装置的制作方法

本发明涉及土壤养分研究技术领域，具体是一种室内模拟降雨条件下研究土壤养分淋失的装置。

背景技术：

降雨是引起地面水土流失及土壤内部纵向的土壤营养元素流失的重要因素之一，因此在地学、农学、工程水文学等学科领域中，以降雨为影响因子来进行试验研究，尤其在研究降雨对土壤中养分流失方面运用广泛。在利用天然环境条件时，常常会受到时间和地域等条件的限制，给试验工作带来极大的困难，一是降雨时间及强度大小难以控制，二是土壤的其他外部因素也难以控制，所以寻求一种不受或者少受自然条件限制且能重现自然状态下降雨对土壤的破坏的环境，是一项当前需要解决的难题。使用室内的人工模拟降雨装置及模拟土壤渗漏装置可以重现天然降雨、土壤渗漏现象，会对相关研究有很大的意义。

现有室内模拟降雨研究土壤养分淋失的装置一般包括两个部分，降雨模拟装置和土层模拟装置，降雨模拟装置主要是人工搭建座架，将喷头固定于座架上，喷头密度和雨滴的直径大小可调节，可以通过控制使其喷头的方向具有一定的角度，同时雨滴有一定的初速度，达到对地面的冲刷作用；土层模拟装置，主要是要是通过对自然土层进行一定的物理检测，包括斜坡、土壤类型等因素，根据检测数据，人工对土层结构进行构建，铺设于大型的方形容器中，并且该容器的下方支架可以调节其高度和倾斜角度，可以最大限度还原自然条件。

现有的大型模拟降雨的装置虽然可以较大的还原自然状态下降雨状态及土层状态，但是遗憾的是该装置的搭建需要占用的空间较大，成本也比较大，无法进行小规模的模拟实验，另外，如果需要进行不同降雨强度下土壤中养分的纵向淋失特征研究，则需要搭建几个或几十个装置进行实验，成本和所需空间则大大增加，且不能保证外部环境的同一性，操作起来比较繁琐。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种室内模拟降雨条件下研究土壤养分淋失的装置，解决现有技术的占用的空间较大，成本较大，且不便于多个装置同时试验的不足。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种室内模拟降雨条件下研究土壤养分淋失的装置，包括安放架、两端敞口的土柱筒，所述安放架自上而下固设有水平的第一固定板、第二固定板，第一固定板上设有至少1个过筒孔，第二固定板上设有至少1个阻挡孔，所述土柱筒底部穿过过筒孔置于阻挡孔处，阻挡孔的开孔截面尺寸小于土柱筒的底部截面尺寸，土柱筒内装有土柱，安放架顶部安装有至少1个医用输液瓶，医用输液瓶连接有输液管，所述输液管上设有流量控制阀，输液管伸入土柱筒内，输液管的出水口位于土柱上方，所述土柱筒的正下方设有淋洗液收集装置，所述淋洗液收集装置位于第二固定板下方。

本技术方案中，医用输液瓶为模拟降雨发生器，通过流量控制阀较精确地控制水滴的速度，便于操作，占用空间较小，过筒孔用于土柱筒穿设而过，第一固定板用于对过筒孔上部提供了倚靠支撑，阻挡孔用于阻挡土柱筒穿设而过，土柱筒无法穿过阻挡孔而停留在第二固定板上表面，第二固定板对土柱筒起到了支撑的作用，阻挡孔成为了土柱筒内淋洗液的流出通道，淋洗液收集装置方便及时收集淋洗液。

本装置构造比较简单，占用空间小，成本比较低，便于进行小规模的模拟实验，操作易上手，模拟的精确度较高。而且，在多组试验时能够保证不同处理的土柱能够处于相同的外界条件下。

优选的，所述安放架的底部安装有滑轮。滑轮使得整个装置便于移动。

优选的，所述土柱筒的顶部设有针管固定板，所述针管固定板设有过管孔，所述过管孔的孔径与输液管的外径尺寸一致，所述输液管经过过管孔进入土柱筒内。这样的结构使得输液管能得到较好的固定，从而使得淋洗方向更加稳定，能有效避免输液管晃动带来的干扰，另外，针管固定板还起到了防止外部水分、杂物等进入土柱筒内的作用，从而提高了降雨模拟的精确性。

优选的，所述土柱筒内的土柱上表面设有第一石英砂层，土柱下表面设有第二石英砂层，第二石英砂层下表面设有纱布层。第一石英砂层、第二石英砂层的使用分别保证了雨水均匀渗入和渗出土柱，淋洗液经过纱布层时由于重力因素会聚集富集于纱布层中间，从而形成一个凸起结构下落，这方便对淋洗液集中收集，有效防止了淋洗液进入淋洗液收集装置过程中的外溢。

优选的，所述第一石英砂层、第二石英砂层的厚度均为1～3cm。这样的厚度在保证雨水均匀渗入和渗出土柱的同时，有利于研究不同厚度石英砂层对土壤在淋洗中养分流失情况进行测定研究。

优选的，所述土柱筒底部可拆卸式连接有底盖，所述底盖上设有过液孔。过液孔用于淋洗液通过，可拆卸式连接方便拆卸，便于进行土壤及纱布等的更换。

优选的，所述淋洗液收集装置为锥形瓶。锥形瓶便于进行后期对淋洗液进行滴定实验从而分析土壤养分流失情况，而且价格便宜，其锥形结构相对稳定，不易倾倒。

优选的，所述土柱的高度为10～40cm。这样的土柱高度便于根据不同类型的土壤进行分层填充，有利于对不同类型土壤在淋洗中养分流失情况进行测定研究。

优选的，所述过筒孔为圆形或方形，阻挡孔为圆形或方形。圆形或方形的孔为标准形状的孔，便于加工制作，生产难度小。

优选的，所述过筒孔、阻挡孔的数量均为9个，9个夹持孔尺寸一致，9个夹持孔按行列等行间距及等列间距矩阵排列，9个阻挡孔尺寸一致，9个阻挡孔按行列等行间距及等列间距矩阵排列。这样的结构使得可以同时进行9组试验，等行间距及等列间距矩阵排列有利于使得各个过筒孔9、阻挡孔10的间距得到最优化的布置，从而能在尽量省空间的条件下除去9个土柱筒间的可能存在的距离太近导致的干扰或操作不便。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明构造比较简单、占用空间小，成本比较低，便于操作；

(2)本发明便于同时进行多组试验，且能有效保证多组试验时外部环境的同一性，从而使得测量更加精确；

(3)本发明便于移动，能有效避免输液管晃动带来的干扰，能有效防止外部水分、杂物等进入土柱筒内；

(4)本发明方便对淋洗液集中收集，方便拆卸，便于加工制作，不易倾倒；

(5)本发明有利于对不同类型土壤在淋洗中养分流失情况进行测定研究。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述的土柱筒及其内部结构的剖视图；

图3为图2中针管固定板的俯视图；

图4为图2中底盖的仰视图。

附图中标记及相应的零部件名称：1、安放架，11、滑轮，2、医用输液瓶，21、流量控制阀，3、土柱筒，31、针管固定板，32、第一石英砂层，33、第二石英砂层，34、纱布层，35、底盖，311、过管孔，351、过液孔，4、第一固定板，5、第二固定板，6、土柱，7、淋洗液收集装置，8、输液管，9、过筒孔，10、阻挡孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至4所示，一种室内模拟降雨条件下研究土壤养分淋失的装置，包括安放架1、两端敞口的土柱筒3，所述安放架1自上而下固设有水平的第一固定板4、第二固定板5，第一固定板4上设有至少1个过筒孔9，第二固定板5上设有至少1个阻挡孔10，所述土柱筒3底部穿过过筒孔9置于阻挡孔10处，阻挡孔10的开孔截面尺寸小于土柱筒3的底部截面尺寸，土柱筒3内装有土柱6，安放架1顶部安装有至少1个医用输液瓶2，医用输液瓶2连接有输液管8，所述输液管8上设有流量控制阀21，输液管8伸入土柱筒3内，输液管8的出水口位于土柱6上方，所述土柱筒3的正下方设有淋洗液收集装置7，所述淋洗液收集装置7位于第二固定板5下方。

使用时，在医用输液瓶2内装入水，医用输液瓶2为模拟降雨发生器，医用输液瓶2可以根据需求，通过流量控制阀21较精确地控制水滴的速度，从而控制降雨强度、降雨时间，医用输液瓶2的优势还在于便于操作，占用空间较小，可以同时安放多个进行试验，本实施例中采用3个医用输液瓶2及3段输液管8为一组，对应一个土柱筒3，使得土柱能够更加均匀地接受水滴冲洗；土柱筒3底部穿过过筒孔9后，第一固定板4对过筒孔9上部提供了倚靠支撑的作用，对第二固定板5上表面的阻挡孔10由于与土柱筒3的相对尺寸大小原因，土柱筒3无法穿过阻挡孔10而停留在第二固定板5上表面，于是第二固定板5对土柱筒3起到了支撑的作用，阻挡孔10成为了土柱筒3内淋洗液的流出通道，淋洗液收集装置7方便及时收集淋洗液。

本装置可以满足对土壤进行不同的处理之后，再进行土柱的填充，土壤淋洗液的收集方式也可根据需求来调整频度(比如一小时收集一次或者24小时收集一次)，最后记录总的降雨量，根据淋洗液中某元素的含量，来探究降雨对土壤中该元素的淋洗曲线。当然，本装置也可以加入其他的液体，比如有机液体、重金属液体等，研究其在土壤中的含量变化。

本装置便于同时进行多组试验，能够保证不同处理的土柱6能够处于相同的外界条件下，包括光照、风、温度等环境因素，环境的同一性使得分析更加精确。

本装置构造比较简单、占用空间小，成本比较低，便于进行小规模的模拟实验，操作易上手，模拟的精确度较高。

优选的，所述安放架1的底部安装有滑轮11。滑轮11使得整个装置便于移动。

实施例2

如图1至4所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

优选的，所述土柱筒3的顶部设有针管固定板31，所述针管固定板31设有过管孔311，所述过管孔311的孔径与输液管8的外径尺寸一致，所述输液管8经过过管孔311进入土柱筒3内。这样的结构使得输液管8能得到较好的固定，从而使得淋洗方向更加稳定，能有效避免输液管8晃动带来的干扰，另外，针管固定板31还起到了防止外部水分、杂物等进入土柱筒3内的作用，从而提高了降雨模拟的精确性。

优选的，所述土柱筒3内的土柱6上表面设有第一石英砂层32，土柱6下表面设有第二石英砂层33，第二石英砂层33下表面设有纱布层34。第一石英砂层32、第二石英砂层33的使用分别保证了雨水均匀渗入和渗出土柱，淋洗液经过纱布层34时由于重力因素会聚集富集于纱布层34中间，从而形成一个凸起结构下落，这方便对淋洗液集中收集，有效防止了淋洗液进入淋洗液收集装置7过程中的外溢。

优选的，所述第一石英砂层32、第二石英砂层33的厚度均为1～3cm。这样的厚度在保证雨水均匀渗入和渗出土柱的同时，有利于研究不同厚度石英砂层对土壤在淋洗中养分流失情况进行测定研究。

优选的，所述土柱筒3底部可拆卸式连接有底盖35，所述底盖35上设有过液孔351。过液孔351用于淋洗液通过，可拆卸式连接方便拆卸，便于进行土壤及纱布等的更换。

优选的，所述淋洗液收集装置7为锥形瓶。锥形瓶便于进行后期对淋洗液进行滴定实验从而分析土壤养分流失情况，而且价格便宜，其锥形结构相对稳定，不易倾倒。

优选的，所述土柱6的高度为10～40cm。这样的土柱6的高度便于根据不同类型的土壤进行分层填充，有利于对不同类型土壤在淋洗中养分流失情况进行测定研究。

实施例3

如图1至4所示，作为实施例2的进一步优化，本实施例包含了实施例2的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

优选的，所述过筒孔9为圆形或方形，阻挡孔10为圆形或方形。圆形或方形的孔为标准形状的孔，便于加工制作，生产难度小。

优选的，所述过筒孔9、阻挡孔10的数量均为9个，9个夹持孔9尺寸一致，9个夹持孔9按3行3列等行间距及等列间距矩阵排列，9个阻挡孔10尺寸一致，9个阻挡孔10按3行3列等行间距及等列间距矩阵排列。这样的结构使得可以同时进行9组试验，等行间距及等列间距矩阵排列有利于使得各个过筒孔9、阻挡孔10的间距得到最优化的布置，从而能在尽量省空间的条件下除去9个土柱筒3间的可能存在的距离太近导致的干扰或操作不便。

如上所述，可较好的实现本发明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。