一种耕作红壤土层分层淋溶试验装置

摘要

本发明公开了一种耕作红壤土层分层淋溶试验装置，包括淋溶柱，淋溶液分散装置，淋溶液收集装置，马氏瓶和升降台；淋溶柱上部侧壁上设有用于与马氏瓶中的淋溶液连通的淋溶液进水口；淋溶液进水口下方的淋溶柱内水平铺设有淋溶液分散装置；淋溶柱底部用滤布封住，在淋溶柱内淋溶液分散装置和滤布之间从上至下装有压实的耕作红壤土层的各个分层；耕作红壤土层的每个分层的下端都在淋溶柱侧壁上设有侧向的出水口，出水口分别收集每层土壤中的壤中流淋溶液并通过橡皮管连接至淋溶液收集装置中。本发明的试验装置可应用于室内土柱模拟土层的淋溶试验，用于研究氮磷元素在淋溶作用下、在耕作土层的浓度分布情况，具有试验结果更准确，操作简便等特点。

说明书

技术领域

本发明属于土壤水文试验技术领域，具体涉及一种耕作红壤土层分层淋溶试验装置，探讨不同土体构型下的土壤水入渗过程和氮磷等元素在坡耕地耕层-犁底层的垂直输移特征。

背景技术

红壤是我国重要的土壤资源之一，广泛分布于南方的16个省（区），总面积218km²，约占全国土地总面积的22.7%，且多为山地和丘陵。在降雨或灌溉的作用下，耕地氮磷淋溶不仅造成土壤中的肥力下降，而且已成为农业面源污染的重要来源，流失的氮磷元素流入江河湖泊还会引起江河湖泊的富营养化，导致江河湖泊水质下降影响当地的生态环境。而源头治理是治理氮磷元素在水体富集最重要也是最有效的措施。随着我国社会经济的发展和对生态文明建设的日益重视，氮磷淋溶成为农田生态系统重要的生态和环境问题，尤其是南方丘陵区广泛分布的坡耕地生态系统亟待解决的问题，因此研究氮磷元素在土中的迁移与去向是非常必要的。能够为氮磷元素在土壤中的保持措施提供技术支撑。

坡耕地被认为是重要的面源污染源，对于坡耕地而言，壤中流和地下径流是其主要的径流输出途径，氮素溶质的流失更多地也体现在壤中流和地下径流。目前对红壤坡耕地淋溶的研究并不多见，且现有的装置复杂且针对性太强，适用于红壤的淋溶土层分层淋溶装置欠缺。故为了进一步了解坡耕地表层土壤的淋溶特征以及各地表水土保持措施对土壤淋溶的影响，因此研究一种土层分层淋溶装置来模拟耕作土壤在降雨条件下的淋溶，探讨氮磷的纵向迁移规律及地表水土保持措施的作用机制，为研究水土保持措施应用的环境效应评价和如何减少养分在淋溶过程中的淋失量提供设备支持。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，发明的目的是提供一种耕作土层分层淋溶试验装置，该装置可应用于室内土柱模拟土层的淋溶试验，用于研究氮磷元素在淋溶作用下、在耕作土层的浓度分布情况。

为实现上述目的，本发明采用如下具体技术手段。

一种耕作红壤土层分层淋溶试验装置，其特征在于：包括淋溶柱，淋溶液分散装置，淋溶液收集装置，马氏瓶和升降台；

所述淋溶柱为透明圆柱形管，上部侧壁上设有用于与马氏瓶中的淋溶液连通的淋溶液进水口；淋溶液进水口下方的淋溶柱内水平铺设有淋溶液分散装置；所述淋溶液分散装置为一块直径与淋溶柱管内径相等、均匀布设有若干圆孔的圆板，将从淋溶液进水口进入的淋溶液，均匀地淋溶到淋溶液分散装置下方的第一层土体；所述淋溶柱底部用滤布封住，在淋溶柱内淋溶液分散装置和滤布之间从上至下装有压实的耕作红壤土层的各个分层；淋溶柱中耕作红壤土层的每个分层的下端都在淋溶柱侧壁上设有侧向的出水口，出水口分别收集每层土壤中的壤中流淋溶液并通过橡皮管连接至淋溶液收集装置中；通过耕作土层最下面的分层的淋溶液则经过滤布、多孔隔板后直接收集到淋溶柱最下端设置的淋溶液收集装置中；

所述马氏瓶置于升降台上，通过橡胶管与淋溶柱的淋溶液进水口连接，其内部装有淋溶液；

所述升降台通过承重平台承载马氏瓶，其底座置于地面上。

进一步地，所述淋溶柱为亚克力管，底部设有带圆孔的封板，圆孔孔径为2mm。

进一步地，所述淋溶柱的高度为150cm，内径为30cm，管外壁上从下到上每30cm设置一刻度线。

进一步地，所述淋溶柱的淋溶液进水口与出水口管径相同，管内径为2-3cm。

进一步地，所述淋溶柱中的滤布为200目滤布。

进一步地，所述马氏瓶中置有竖直方向的玻璃导管，玻璃管的下端置于淋溶液水平液以下，上端伸出瓶口，其作用是平衡马氏瓶内外气压，使马氏瓶中的液面与淋溶柱中的液面保持一致。

进一步地，所述升降台的承重平台和底座之间通过两组剪叉梁臂连接，每组剪叉梁臂之间通过螺栓杆连接；底座上设置的单头螺栓在旋转过程中推动或释放位于最下端可滑动的剪叉梁臂从而控制剪叉梁臂的伸展完成升降台的升降调节。

上述耕作红壤土层分层淋溶试验装置的使用方法，其特征在于，方法步骤如下：

（1）将淋溶柱通过支撑网置于淋溶液收集装置上，然后淋溶柱底部在铺上200目滤布，再将各个耕作红壤土层自下而上装入淋溶柱，各个耕作红壤土层自上而下的顺序为第一层为耕作层土壤，第二层犁底层土壤，第三层为心土层土壤，第四层底土层土壤，并且保证各个耕作土层的下端与出水口平齐；然后在最上土层上平铺淋溶液分散装置，并通过胶体粘结在淋溶柱内壁上；

（2）利用橡皮管将淋溶液进水口与马氏瓶连接，各个出水口与收集壤中流淋溶液的淋溶液收集装置连接；

（3）根据当地坡耕地农业生产氮肥、磷肥施用量配制添加溶液模拟施肥量，取KNO

（4）淋溶总量按照模拟年降雨量或月最大降雨量，计算出淋溶总水量。淋溶方式采用间歇式淋溶，采用间歇淋溶法测定氮、磷淋溶量及浓度，分若干次淋溶，淋溶周期为24h。先向马氏瓶中加入超纯水使土壤饱和，然后将配制好的氮磷溶液加入土壤中，再用保鲜膜将淋溶柱顶部封住，防止水分蒸发。随后进行第1次淋溶，淋溶过程中通过调整升降台，控制马氏瓶中淋溶液的水平面的高度，第2天分别从各个淋溶液收集装置取出淋溶液测出体积装入取样瓶，进行水样氮、磷的测试分析。此后重复步骤进行第2次淋溶，直至若干次淋溶结束。

本发明的有益效果是：本发明的试验装置可应用于室内土柱模拟红壤土层的淋溶试验，用于研究氮磷元素在淋溶作用下、在耕作土层的浓度分布情况，探讨不同土体构型下的土壤水入渗过程和氮磷等元素在坡耕地耕层-犁底层的垂直输移特征，具有试验结果更准确，操作简便等特点。

附图说明

图1为本发明实施例的主体结构示意图。

图2为本发明实施例中淋溶柱的剖面视图。

图3为本发明实施例中升降台的正面剖视图。

图4为本发明实施例中升降台的侧面视图。

在图中：1-淋溶液分散装置、2-出水口、3-淋溶柱、4-马氏瓶、5-淋溶液，6-升降台、7-淋溶液收集瓶、8-淋溶液进水口，9-耕作层土壤、10-犁底层土壤、11-心土层土壤、12-底土层土壤、13-承重平台、14-螺栓杆、15-剪叉梁臂、16-单头螺栓。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的目的，具体结构以及工作方式、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图选择实施例，对本发明进一步做详细的说明。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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“底端”、“两端”、“一端”、“另一端”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发明和简化描述，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发明的限制。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“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，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。

如图1、图2所示，一种耕作红壤土层分层淋溶试验装置，包括淋溶柱3，淋溶液分散装置1，淋溶液收集装置7，马氏瓶4和升降台6。

所述淋溶柱3为亚克力材料制成的透明圆柱形管，高度为150cm，内径为30cm，管外壁上从下到上每30cm设置一刻度线，底部设有带圆孔的封板，圆孔孔径为2mm，上部侧壁上设有用于与马氏瓶4中的淋溶液5连通的淋溶液进水口8；淋溶液进水口8下方的淋溶柱内水平铺设有淋溶液分散装置1；所述淋溶液分散装置1为一块直径与淋溶柱管内径相等、均匀布设有若干圆孔的圆板，将从淋溶液进水口8进入的淋溶液5，均匀地淋溶到淋溶液分散装置1下方的第一层土体，淋溶液分散装置1通过胶体粘结在淋溶柱3内壁上。所述淋溶柱3的底部封板上用200目滤布封住，在淋溶柱3内淋溶液分散装置1和滤布之间从上至下装有压实的耕作红壤土层的各个分层土壤：耕作层土壤9、犁底层土壤10、心土层土壤11、底土层土壤12；淋溶柱3中耕作红壤土层的每个分层的下端都在淋溶柱3的侧壁上设有侧向的出水口2，出水口2分别收集每层土壤中的壤中流淋溶液5并通过橡皮管连接至淋溶液收集装置7中；通过耕作红壤土层最下面的分层的淋溶液5则经过滤布、多孔隔板后直接收集到淋溶柱3最下端设置的淋溶液收集装置7中。

所述马氏瓶4置于升降台6上，通过橡胶管与淋溶柱3的淋溶液进水口8连接，其内部装有淋溶液5。所述马氏瓶4中置有竖直方向的玻璃导管，玻璃管的下端置于淋溶液5水平液以下，上端伸出瓶口，其作用是平衡马氏瓶4内外气压，使马氏瓶4中的液面与淋溶柱3中的液面保持一致。

所述淋溶柱3的淋溶液进水口8与出水口2管径相同，管内径为3cm。

所述升降台6通过承重平台13承载马氏瓶4，其底座置于地面上。如图3、图4所示，所述升降台共包括12根剪叉梁臂15，底座，承重平台13，共组成6对剪叉梁臂15，平行对称分置两边，每一边置有3对剪叉梁臂15，两边的剪叉梁臂15通过每对剪叉梁臂15中心和两端的螺栓杆14件相连接，每根剪叉梁臂15的长度为70cm，其两端为半圆形，半圆形的直径为10cm。剪叉梁臂15的宽度为5cm。剪叉梁臂15两两之间通过中间的螺栓杆14连接成一对剪叉，最上端的剪叉梁臂15一端通过双头螺栓固定在升降台6的承重平台13下平面中的滑道里，另一端是活动的，可以沿着承重平台13下平面的滑道前后滑动，滑道的宽度比剪叉梁梁臂15的宽度略宽，最下端的剪叉梁臂15一端也通过双头螺栓固定在升降台6的底座中的滑道里。并且另一端是活动的，可以沿着底座上的滑道前后滑动。升降台6底座一端有一单头螺栓16，作用是转动单头螺栓16的螺母可以控制单头螺栓16的水平面内伸缩，来调节承重平台13的上下高度，从而间接控制马氏瓶4中淋溶液5的水平面的高度。

上述耕作红壤土层分层淋溶试验装置的使用方法，其方法步骤如下：

（1）将淋溶柱3通过支撑网置于淋溶液收集装置7上（淋溶柱3内因填充土层，重量较重，因此需要在下方的淋溶液收集装置7上垫加铁质的支撑网），然后淋溶柱3底部在铺上200目滤布，再将各个耕作红壤土层自下而上装入淋溶柱3，各个耕作红壤土层自上而下的顺序为第一层为耕作层土壤9，第二层犁底层土壤10，第三层为心土层土壤11，第四层底土层土壤12，并且保证各个耕作土层的下端与出水口2平齐；然后在最上土层上平铺淋溶液分散装置1，并通过胶体粘结在淋溶柱3内壁上；

（2）利用橡皮管将淋溶液进水口8与马氏瓶4连接，各个出水口2与收集壤中流淋溶液的淋溶液收集装置7连接；

（3）根据当地坡耕地农业生产氮肥、磷肥施用量配制添加溶液模拟施肥量，取KNO

（4）淋溶总量按照模拟年降雨量或月最大降雨量，计算出淋溶总水量。淋溶方式采用间歇式淋溶，采用间歇淋溶法测定氮、磷淋溶量及浓度，分若干次淋溶，淋溶周期为24h。先向马氏瓶4中加入超纯水使土壤饱和，然后将配制好的氮磷溶液加入土壤中，再用保鲜膜将淋溶柱3顶部封住，防止水分蒸发。随后进行第1次淋溶，淋溶过程中通过调整升降台6，控制马氏瓶4中淋溶液5的水平面的高度，第2天分别从各个淋溶液收集装置7取出淋溶液测出体积装入取样瓶，进行水样氮、磷的测试分析。此后重复步骤进行第2次淋溶，直至若干次淋溶结束。

以上所述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，应当理解凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。