一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法

摘要

本发明实施例公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法，所述装置包括：实验模拟柱、采样装置、淋洗液收集装置和水位控制系统，所述实验模拟柱中填入培养土，培养土中插入观测管，所述水位控制系统通过橡胶软管与观测管连接，向培养土中注水，所述水位控制系统能够进行恒定水位供水或干湿交替性供水，所述采样装置从实验模拟柱中采集不同深度的土壤溶液，所述淋洗液收集装置收集培养土底部的土壤淋洗液。本发明解决了现有研究土壤中营养盐及污染物迁移规律装置智能化程度低、人工无法控制恒定水位、实验误差大的问题。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及环境检测设备领域，具体涉及一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法。

背景技术

随着经济的发展，一方面对环境的破坏越来越严重，城市污水排放量逐年增长，城市污水厂处理后的中水排入各类水环境中，探究污染物的迁移转化规律或者中水的风险评估，可为污染物控制及中水的处置提供强有力的科学依据。另一方面随着对生态环境保护要求逐渐提高，很多地方开始提出退耕还湿，用来维持湿地面积。这样就会出现恒定水位干湿交替等多种复杂的水分变化。针对此类复杂的水分变化过程中污染物迁移转化过程更加复杂。研究此类问题的装置还不成熟存在诸多问题。

现有的一些研究土壤在不同水分条件下营养盐及污染物迁移规律的实验装置还存在许多不足，如：干湿交替与恒定水位不能选用同一个装置，无法实现自动化控制恒定水位，干湿交替时需要人工观察否则可能导致水位溢出，无法分层取土样和间隙水，实验误差较大缺点。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法，以解决现有研究土壤中营养盐及污染物迁移规律装置智能化程度低、实验误差大的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例的第一方面，公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置，所述装置包括：实验模拟柱、采样装置、淋洗液收集装置和水位控制系统，所述实验模拟柱中填入培养土，培养土中插入观测管，所述水位控制系统通过橡胶软管与观测管连接，向培养土中注水，所述水位控制系统能够进行恒定水位供水或干湿交替性供水，所述采样装置从实验模拟柱中采集不同深度的土壤溶液，所述淋洗液收集装置收集培养土底部的土壤淋洗液。

进一步地，所述实验模拟柱为中空圆柱体，实验模拟柱中间的空腔形成土壤培养室，所述土壤培养室中按照深层、中层、浅层土壤的顺序填入培养土，所述实验模拟柱的底部安装有装置室，所述装置室底部设置有底座。

进一步地，所述土壤培养室的底部设置有隔离装置，所述隔离装置将土壤培养室与装置室进行隔离，所述隔离装置呈漏斗状，隔离装置的底部通过管道连接淋洗液收集装置。

进一步地，所述淋洗液收集装置与隔离装置连接的管道上设置有开关阀。

进一步地，所述水位控制系统包括：液位探头、水泵、继电器和接触器，所述液位探头设置在观测管内，液位探头通过线缆与继电器连接，所述继电器与接触器连接，所述接触器与水泵连接，水泵的一端通过水管与水箱连接，另一端通过橡胶软管与观测管连接，继电器和接触器安装在装置室内。

进一步地，所述水泵的输出端通过橡胶软管与观测管顶部连接，从观测管的顶部向观测管内供水。

进一步地，所述观测管为中空的圆柱管，观测管插设在培养土中，观测管的底部深入至最底层培养土，观测管的顶部高于土壤培养室的顶端。

进一步地，所述采样装置为土壤溶液采集器，在实验模拟柱的侧壁上等间距开设有多个采样孔，土壤溶液采集器从采样孔插入至对应的土层，收集土壤溶液。

根据本发明实施例的第二方面，公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的方法，所述方法为：

向实验模拟柱底部的隔离装置内添加脱脂棉、纱布、石英砂，将土壤培养室的底部堵实，防止土壤流失；

将水泵、接触器、继电器、液位探头进行电连接，通过供电电源进行供电，将水箱中加满水；

向土壤培养室内填入培养土，按照深层、中层、浅层的顺序依次添加均质化土样；

将淋洗液收集装置连接管道上的开关阀关闭，需要进行恒定水位观测时，将液位探头设置在预设水位高度，水泵通过橡胶软管开始向观测管内供水，直至液位到达液位探头预设最高水位，水泵停止工作，当液位低于液位探头预设最低水位时，水泵自动开始进行供水；

需要进行干湿交替观测时，调节液位探头的高度，水泵采用蠕动泵，调节好蠕动泵流速，通过橡胶软管向观测管内进行供水，实现土样培养室内干湿交替；

待水位控制系统运行稳定后，利用土壤溶液采样器分别提取深层、中层和浅层的土壤溶液，利用淋洗液收集装置连接管道上的开关阀，收集土壤淋洗液，检测土壤中营养盐或污染物的含量或浓度。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法，通过水位控制系统向土壤培养室内进行恒定水位供水或干湿交替供水，模拟不同水分条件，达到模拟不同水分条件下土壤营养盐及污染物迁移规律的目的，利用土壤溶液采样器深入到土壤内部提取土壤中的土壤溶液或者通过淋洗液收集装置收集淋洗液，进一步确定污染物或者营养盐在上覆水、土壤、间隙水中的时空分异特征及响应机制，提升智能化程度，降低实验人为误差。本装置电子元件与土壤培养室实现一体化设计，减少使用空间占地，采用低压控制高压电路设计，大大增加了装置安全性，减少装置漏电造成人员或者财产损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置结构图；

图2为本发明实施例提供的一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的液位探头电路连接图。

图中：1-实验模拟柱、2-淋洗液收集装置、3-观测管、4-橡胶软管、5-土壤培养室、6-装置室、7-底座、8-隔离装置、9-开关阀、10-液位探头、11-水泵、12-水箱、13-土壤溶液采样器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置，所述装置包括：实验模拟柱1、采样装置、淋洗液收集装置2和水位控制系统，所述实验模拟柱1中填入培养土，培养土中插入观测管3，所述水位控制系统通过橡胶软管4与观测管3连接，向培养土中注水，所述水位控制系统能够进行恒定水位供水或干湿交替性供水，所述采样装置从实验模拟柱1中采集不同深度的土壤溶液，所述淋洗液收集装置2收集培养土底部的土壤淋洗液。

实验模拟柱1为中空圆柱体，实验模拟柱1中间的空腔形成土壤培养室5，所述土壤培养室5中按照深层、中层、浅层土壤的顺序填入培养土，土壤培养室5的内壁采用打磨处理，减少土壤溶液直接通过土壤培养室5内壁与土壤交界处下渗形成短流，影响模拟效果。所述实验模拟柱1的底部安装有装置室6，所述装置室6底部设置有底座7。

土壤培养室5的底部设置有隔离装置8，所述隔离装置8将土壤培养室5与装置室6进行隔离，所述隔离装置8呈漏斗状，隔离装置8的底部通过管道连接淋洗液收集装置2，淋洗液收集装置2与隔离装置8连接的管道上设置有开关阀9，通过开关阀9能够收集土壤淋洗液。

水位控制系统包括：液位探头10、水泵11、继电器和接触器，所述液位探头10设置在观测管3内，液位探头10通过线缆与继电器连接，所述继电器与接触器连接，所述接触器与水泵11连接，所述水泵11的一端通过水管与水箱12连接，另一端通过橡胶软管4与观测管3连接，继电器和接触器安装在装置室6内，节省占地空间。水泵11的输出端通过橡胶软管4与观测管3顶部连接，从观测管3的顶部向观测管3内供水。

观测管3为中空的圆柱管，观测管3插设在培养土中，观测管3的底部深入至最底层培养土，观测管3的顶部高于土壤培养室5的顶端，观测管3中形成一个自由液面，当液位达到液位探头10监控最高水位时，液位探头10给继电器一个电信号，同时继电器通电，接触器工作，切断水泵11电源，水泵11供水停止，当液位低于液位探头10最低监控液面时，液位探头10停止对继电器的信号输出，同时继电器对接触器断电，接触器停止工作，水泵11电路供电正常，水泵11开始正常工作。通过橡胶软管4向土壤培养室5中供水，同时可以调节水泵11供水流量可以调节干湿交替频率。

采样装置为土壤溶液采集器，在实验模拟柱1的侧壁上等间距开设有三个采样孔，每个采样孔之间间隔10cm，通过采样孔分别收集土壤表层、中层、深层土壤中的土壤溶液实现模拟整个土壤剖面，探究污染物或者营养盐在不同土层中的分布情况。另外取样通过土壤溶液采样器13取样，深入到土壤中间，因此土壤培养室5材质对收集物无论亲水疏水都无明显影响，降低实验误差。

本发明实施例公开的一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法，通过水位控制系统向土壤培养室5内进行恒定水位供水或干湿交替供水，模拟不同水分条件，达到模拟不同水分条件下土壤营养盐及污染物迁移规律的目的，利用土壤溶液采样器13深入到土壤内部提取土壤中的土壤溶液或者通过淋洗液收集装置2收集淋洗液，进一步确定污染物或者营养盐在上覆水、土壤、间隙水中的时空分异特征及响应机制，提升智能化程度，降低实验人为误差。

实施例2

本实施例公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的方法，所述方法为：

向实验模拟柱1底部的隔离装置8内添加脱脂棉、纱布、石英砂，将土壤培养室5的底部堵实，防止土壤流失；

将水泵11、接触器、继电器、液位探头10进行电连接，通过供电电源进行供电，将水箱12中加满水；

向土壤培养室5内填入培养土，按照深层、中层、浅层的顺序依次添加均质化土样；

将淋洗液收集装置2连接管道上的开关阀9关闭，需要进行恒定水位观测时，将液位探头10设置在预设水位高度，水泵11通过橡胶软管4开始向观测管3内供水，直至液位到达液位探头10预设最高水位，水泵11停止工作，当液位低于液位探头10预设最低水位时，水泵11自动开始进行供水；

需要进行干湿交替观测时，调节液位探头10的高度，水泵11采用蠕动泵，调节好蠕动泵流速，通过橡胶软管4向观测管3内进行供水，实现土样培养室内干湿交替；

待水位控制系统运行稳定后，利用土壤溶液采样器13分别提取深层、中层和浅层的土壤溶液，利用淋洗液收集装置2连接管道上的开关阀9，收集土壤淋洗液，检测土壤中营养盐或污染物的含量或浓度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。