一种农田土壤溶质运移的观测装置

技术领域

本发明属于土壤环境监测技术领域的装置，具体主要应用于农业、水利、生态环境领域农田土壤溶质运移动态监测及相关试验研究。

背景技术

土壤水的运动不仅是水文“四水转化”的重要环节，而且是土壤溶质运移的重要载体和动力。随着降雨和灌溉入渗、作物吸收、地表蒸发、土壤毛管和孔隙吸附及地下水补给等作用，不同深度土壤层中的水盐发生动态变化。自然界中土壤多为交错复杂的层状结构，不同深度之间理化性质差异较大，其水分渗透能力和溶质运移特征在时空分布上也有较大区别。近年来农药、化肥的大量不合理施用，以及污水灌溉等问题引起农田表层溶质及污染物向深层土壤迁移，日益成为农业生产及科研关注的热点问题。传统的研究方法主要依靠农田观测管进行土壤溶质运移实验研究，该研究方法存在以下问题：如果观测管的花管(透水孔)较长，不同深度土壤溶液进入管内后混合，难以区分土壤渗透液的土层深度，不能达到分层取样的目的；如果观测管花管(透水孔)开孔位置仅局限于设计的目标试验深度，虽然可以满足分层取样，但是其透水孔长度短，有效吸水面积较小，采样代表性差，同时进入管内的水量较少，不能满足试验精度和采样测试的要求。为解决这个问题，大量研究者基于室内土柱或测坑、测筒等开展模拟试验，在其特定深度的土层水平设置采样管，这样虽然可以达到分层取样的目的，但室内模拟的实验环境与室外实际的农田土壤环境差别较大，得到的结论难以反映出自然状态下农田土壤中水盐溶质的运移规律。

发明内容

本发明提出了一种农田土壤溶质运移观测装置及方法，该装置具有结构简单、制作成本低、便于操作、试验精度高的优点，可开展室外农田不同深度土壤层渗漏液的取样观测及溶质运移试验研究。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种农田土壤溶质运移的观测装置，包括：

观测管，所述观测管垂直于地面，上部高出地面，下部埋于土中，其上端口有单孔盖或帽，所述观测管上部管壁有通气管；

集水瓶，所述集水瓶位于观测管底端，且与观测管连通；

吸水管，所述吸水管埋入特定深度的土层内，一端水平连接在观测管下部侧壁，另一端用实心橡胶塞封堵管口，所述透水管上设有透水孔；

采样装置，所述采样装置由抽气机、吸气管、导水管、双孔盖和采样瓶组成，所述吸气管和导水管固定在瓶塞上，且伸出瓶塞下表面，所述吸气管的另一端连接抽气设备，所述导水管经观测管伸入集水瓶。

本发明的进一步技术：

优选的，通气管向下倾斜的，通气管的末端出口高于地表且需加透气盖，防止雨水、灌溉水、地表杂物及小型生物进入观测管；观测管下部管臂与吸水管相连，底端与集水瓶相连。

优选的，所述透水孔分布于吸水管的上半部分，下半部分不透水。

优选的，所述透水管外部包裹滤网布。

优选的，所述吸水管外围放置石英砂或砂石的滤料。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

水平式透水吸水管可以增加研究目标土层的入渗接触面积，扩大了采样范围，提高了样品的代表性。

取样深度可精准控制：根据试验要求可以准确设置吸水管的埋深，确保所采样品为目标试验土层的渗滤液，提高了试验研究的精度和科学性。

该装置结构简单、制作成本低、便于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例的结构示意图；

附图标记：1-观测管，1-1-单孔盖、1-2—通气管，2-集水瓶，3-吸水管，3-1-透水孔，3-2-滤网布，4-采样装置，4-1导水管，4-2-采样瓶，4-3-双孔盖，4-4-吸气管，4-5-抽气机。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本发明为用于农田溶质运移的观测装置，包括观测管1、集水瓶2、吸水管3和采样装置4等4个主要组成部分(见附图1)。

所述观测管垂直于地面，上部高出地面，下部埋于土中，其上端口有单孔盖1-1，可用橡胶塞制作；观测管上部管臂有向下倾斜的通气管1-2，通气管的末端出口高于地表且需加透气盖，防止雨水、灌溉水、地表杂物及小型生物进入观测管；观测管下部管臂与吸水管相连，底端与集水瓶相连。观测管高度由吸水管的埋深确定，材质要求不透水，有一定硬度和耐腐蚀性，可为PVC管或PPR等高分子管材。

所述集水瓶上端口与取样管下端紧密连接，要求接口处不透水，且其材质具有一定强度，与土壤渗滤液不易发生理化反应。

所述吸水管埋入特定深度的土层内，一端水平连接在观测管下部侧壁，另一端用实心橡胶塞封堵管口，吸水管为透水的花管，且其透水孔3-1分布于吸水管(水平)的上半部分，下半部分不透水，透水管外部包裹滤网布3-2，根据土壤粒径选择包裹层数和滤网布孔隙，孔径一般80～120目为宜，吸水管外围可以不用放置滤料以减少外源杂质对土壤渗滤液的干扰，若受试土壤质地易造成透水孔堵塞，可以放置石英砂、砂石等化学性质稳定的滤料，且使用前必须清洗干净。吸水管长度不小于1m，直径5～10cm为宜。

所述采样装置由抽气机4-5、吸气管4-4、导水管4-1、双孔盖4-3和采样瓶4-2组成，各组成部分均具有一定的耐压强度，且连接部位气密性好，吸气管和导水管固定在瓶塞上，且二者略微伸出瓶塞下表面即可，不能伸出过长。吸气管的另一端连接抽气设备，导水管经观测管伸入集水瓶内。采样装置也可用微型潜水泵等适宜的水样采集器替代。

本观测装置具体使用方法为：

1、根据试验设计方案，确定吸水管埋入图中的深度和长度，然后计算观测井的高度。其地上部分可伸出地表20cm以上，通气管1-2连接在观测管上端管口下沿5cm处。

2、吸水管的上半部分开孔3-1，并在其外围紧密包裹滤网布3-2，连接在观测管1下部管壁，位置可距离下端集水瓶接口5～10cm。

3、开挖观测井和吸水管的坑槽，不同深度土壤要分层开挖和保存，待开挖深度合适后，将步骤(2)连接好的装置放入土槽内，按照原来的土层顺序和土壤容重分层回填、压实。

4、按照附图1，将采样装置4按照顺序连接，导水管4-1的一端伸入集水瓶内2，另一端与瓶塞4-3连接，瓶塞与采样瓶4-2连接，吸气管一端与抽气装置4-5连接，另一端与瓶塞4-3连接，检查气密性。

5、每次试验前清空并清洗集水瓶。待集水瓶中有土壤渗滤液时，方可采集水样。通过抽气装置抽气，在采样瓶4-4中形成大气压强差，在大气压的作用下使集水瓶的土壤渗滤液进入采样瓶，采样瓶4-2中的液位应低于吸气管的进气孔，采样结束拔掉采样瓶瓶塞将水样转移至储存瓶中，及时清空集水瓶内的溶液再进行后续采样。采样时间间隔和采样量根据试验需求确定。试验结束清洗集水瓶、导水管和采样瓶。

6、如需研究多个深度的土壤渗滤液及溶质运移情况，可在研究区域内安装多个深度的上述装置，形成多个试验处理，分别采集不同深度的土壤渗透液。

观测管不透水，且整套装置为独立单元，减少其他土层渗滤液对目标研究土层渗滤液的干扰。观测管可以设置在农田地头地边，只需要吸水管伸进研究区域农田即可，不仅方便观测和取样，而且减少了观测装置对农作物生长及农艺措施的影响，同时也可降低因农业生产活动对观测装置的意外损坏风险。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明中，除非有明确的规定和限定，特征之间相互交错，不一定独立存在。以上显示与描述包括本发明的基本原理、主要特征及其优点。从事该专业的技术人员需知，本发明不局限于上述实施例的限制，上述的实施例与说明书仅为本发明的优选例，而不是用来限制本发明，以成为唯一选择。在发明的精神和范围要求下，本发明还可进一步变化并优化，对本发明进行的改进优化都进入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护具体范围由所附的权利要求书及其等效物界定。