专利名称：土壤淋溶原位检测方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤淋溶原位检测方法，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领 域。该方法特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响，特别是在实 现原位监测的条件下，降低了采样的难度，使采样过程简单快捷。
背景技术：
土壤中氮素淋失对地下水的污染不但是重要的农业问题，而且是威胁到人类健康和生 存的重要问题。有研究表明，全世界施入土壤中的肥料约有30% 50%经土壤淋失而进入地下水(毕经伟，张佳宝，陈效民，等"农田土壤中土壤水渗漏与硝态氮淋失的模拟研究"，《灌溉排水学报》，2003， 22[6])。以往一般认为，土壤中的磷淋溶损失量极少， 主要流失途径是地表径流和土壤侵蚀。但近年来，许多学者报道出农田土壤磷素以淋溶形 式损失的量与以地表径流和土壤侵蚀形式损失的量相当或更大(吕家珑，Fortune S， Brookes PC: "土壤磷淋溶状况及其01sen磷'突变点'研究"，《农业环境科学学报》，2003， 22[2])。根据联合过粮农组织的估计，太湖地区农田磷流失量中，渗漏量占31%。因此， 作为富营养化的关键养分因素，磷元素的淋失问题越来越被关注。农药残留问题已成为一 个世界性问题。农药不仅残留在表层土壤中，还会淋溶到地下水中。即使非常小的一部分 (所施用农药)淋溶脂地下水，都可能对地下水的安全构成威胁(唐浩，李振红"对地 下水域农药转化定量方法的评价"，《世界农药》，2002， 24[5])。为了保护水资源和水 生生态系统，世界各国都在寻求新的途径和方法，以监测、治理和解决环境问题。目前对 土壤中氮、磷运移规律的研究方法主要有室内土柱模拟法、渗漏池法、田间土柱法、陶土 吸力杯法和集水槽法。现有方法存在如下问题(1) 室内土柱模拟法操作简便、快捷并容易控制，但不能准确地再现实际田间环境。(2) 渗漏池法克服了室内土柱模拟法的缺点，但是需要开挖巨大的壕沟已进行样品 采集，施工量大，成本高。(3) 田间土柱法采样时需要外部施加一定的负压，才能将土壤中的水分吸入圆柱体 的底部空间，然后抽入采样瓶。其主要缺点是外压改变了土壤水流场，无法准确测算田间实际淋溶液通量及土壤实际溶质的运移过程。(4) 陶土吸力杯法的主要问题是成本高，采样时只能采集某一点的土壤溶液，若了 解整个土壤断面的溶液状况需插入多根采集器，导致成本大幅增加。(5) 集水槽法克服了陶土吸力杯法的缺点，但安装集水槽时需要开挖水槽上方土体， 破坏了自然状态下的土壤水分运动状态。因此，在目前国内外还没有确立土壤淋溶监测的标准方法的情况下，研究一种相对精 确、简便、经济的土壤淋溶原位检测方法将在土壤淋溶研究领域有广阔的发展前景。发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种能准确测算土壤淋溶液 通量的自流式田间土壤淋溶原位检测方法。 ' 本发明土壤淋溶原位检测方法包含如下步骤a) 在土壤表面开挖沟槽，获得竖直方向的土壤剖面，挖出的土壤按其深度分层堆放， 以便能分层回填；b) 在上述土壤剖面上的目标深度上开挖水平方向的洞穴，该洞穴的上表面平整，洞 穴容积略大于下述淋溶盘；C)设置淋溶盘用于收集淋溶液；设置采样瓶以存放淋溶盘收集的淋溶液，采样瓶位 于步骤a)所述的沟槽中的空旷区域；淋溶盘和釆样瓶之间通过出水管连接；淋溶盘中的淋 溶液能够自动流入采样瓶；d) 在淋溶盘中放入用步骤b)所述的目标深度的土层的土壤调制的泥浆，在此之前可 在淋溶盘底面依次覆盖滤布层，石英砂层和滤布层；然后将淋溶盘插入所述的洞穴，所述 的泥浆和所述的洞穴的上表面紧密接触；e) 使用相应深度的土层的土壤封填所述的洞穴；并可在所述的洞穴处用防侧渗塑料 布竖直地铺于洞口，并用目标深度的土层的土壤密封，使出水管穿过该塑料布。f) 沿步骤a)所述的竖直方向的土壤剖面砌竖直方向的防水墙体，使出水管穿过墙体； 同时分层回填墙体和淋溶盘之间被挖开的土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量 恢复原状。进一步，为了提高检测效率，可在上述竖直方向的土壤剖面上开挖多个所述的水平方 向的洞穴，在每个洞穴中均设置单独的淋溶盘，出水管和采样瓶；这些洞穴的上表面可以处于同一水平面上，以平行检测同一土壤深度的淋溶情况；也可以处于不同的水平面上， 以同时检测不同深度土层的淋溶情况。更进一步，步骤a)开挖的沟槽可以是规则的长方体结构，从而得到四个竖直方向的土 壤剖面，在每个土壤剖面上均可开挖水平方向的洞穴，在每个洞穴中均设置单独的淋溶盘， 出水管和采样瓶。同样，这些洞穴的上表面可以处于同一水平面上，以平行检测不同方向 的同一深度土层的淋溶情况；也可以处于不同的水平面上，以同时检测不同方向不同深度 土层的淋溶情况。和现有技术相比，本发明方法能够保证监测到自然状态下的原状土壤淋溶状况。其主 要特点可概括为准确性、可视性和便捷性。首先，能够保证是在自然状态下的原状土壤 进行的淋溶状况，基本上对土壤扰动很小，数据比较准确可靠，是进行长期定位监测的优 先选择；其次，便于根据管中的水量多少进行取样，对取样的时间有比较容易确定，对土 壤的灌水量可以比较直观的进行控制；再次，是在保证数据可靠性的前提下，取样过程简 单、快捷。
图1是本发明方法实施例的装置示意图； 其中，1—淋溶盘；2—出水管；3—采样瓶；4一防渗塑料布； 5—墙体；6—台阶；7—防水盖子具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。本实施例釆集地面以下90cm处的土壤淋溶液。如附图1所示，本实施例所使用的装置主要由淋溶盘、出水管和采样瓶组成，其中-淋溶盘为一规则的长方体，盘内有效容积为40cmX50cmX5cm (盘底长X盘底宽 X盘高)，盘壁PVC板厚6mm,盘底PVC板厚10mm;淋溶盘出水口位于盘底一长边的中间位置，出水口直径为12 mm;出水口带有内螺纹, 用于连接"L"形或"一"形的PVC螺口水嘴，其两端均带有螺口； PVC螺口水嘴螺口外 径12mm，它的双层防松螺母内径12mm;该螺口水嘴的另一端连接带配套的防松螺母；6出水管通过该防松螺母与淋溶盘相连，出水管的外径与防松螺母内径配套，拧紧螺母后可 确保出水管与淋溶盘连接紧密，出水管外径12mm，内径10mm。采样瓶通过出水管与淋溶盘相连。采样瓶容积以当地单次淋溶液的最大量为最小限。 淋溶盘出水口高于采样瓶进水口，之间的高度不低于10cm。各接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。本实施例的主要步骤为(1) 选择大田试验两个小区的中间位置，在地表划出用于安装淋溶盘的土壤剖面的 水平占地范围，并开挖沟槽。挖掘一个长150cm、宽100m、深120m的土壤剖面，以获得 两个竖直方向的土壤剖面，所谓竖直，指的是该剖面尽量垂直于水平面。在挖掘过程中要 保证土壤剖面整齐不塌方，挖出的土壤按其深度分层(比如0-20cm、 20-40cm、 40-60cm、 60-80cm等)堆放，以便能分层回填。(2) 在靠近监测小区一面的土壤剖面上距地表95cm深处(确保淋溶盘上表面在地面 下90cm深处)朝被监测土壤的水平方向挖深55cm，宽55cm，高5.5cm左右的长方体洞， 并尽量保证洞的上表面平整。(3) 将淋溶盘出水口和出水管连接紧密，然后在淋溶盘底覆盖两层IOO目尼龙纱网， 并将尼龙纱网用硅胶或其他防水胶稍加固定后，再向盘内装满用清水洗净的粗砂，装粗砂 量以距淋溶盘盘口 2 3mm为宜，最后在粗砂表层覆盖一层100目尼龙纱网，并用取自90cm 深处的土壤调制的粗泥浆铺在纱网上，将PVC盘放入挖好的水平方洞中，其外侧边距洞口 约15-20cm。安装过程中应使泥浆尽量与洞的上平面紧密接触，以模拟原土壤基质势，最 后将洞口回填压实。(4) 在水平洞口用粗厚泥浆封严洞口，用防侧渗塑料布竖直地铺于洞口，只将连在 淋溶盘的出水管露出，出水管另一端留出。(5) 砌防水水泥墙体，使出水管穿过墙体。分层回填土壤，逐层压实，并多次灌溉 使土壤尽量恢复原状。(6) 在两墙体间修砌台阶，便于人工操作。(7) 将采样瓶同出水管相连。(8) 将两墙体形成的室上方，盖一防水盖子，防止由于降水而将其灌水。
权利要求
1.一种土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，包含如下步骤a)在土壤表面开挖沟槽，获得竖直方向的土壤剖面，挖出的土壤按其深度分层堆放；b)在上述土壤剖面上的目标深度上开挖水平方向的洞穴，该洞穴的上表面平整，洞穴容积略大于下述淋溶盘；c)设置淋溶盘用于收集淋溶液；设置采样瓶以存放淋溶盘收集的淋溶液，采样瓶位于步骤a)所述的沟槽中的空旷区域；淋溶盘和采样瓶之间通过出水管连接；淋溶盘中的淋溶液能够自动流入采样瓶；d)在淋溶盘中放入用步骤b)所述的目标深度的土层的土壤调制的泥浆，并将淋溶盘插入所述的洞穴，所述的泥浆和所述的洞穴的上表面紧密接触；e)使用相应深度的土层的土壤封填所述的洞穴；f)沿步骤a)所述的竖直方向的土壤剖面砌竖直方向的防水墙体，使出水管穿过墙体；同时分层回填墙体和淋溶盘之间被挖开的土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量恢复原状。
2. 如权利要求1所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，步骤d)所述的在淋溶盘中 放入用步骤b)所述的目标深度的土层的土壤调制的泥浆之前还包含在淋溶盘底面顺序覆 盖滤布层，石英砂层和滤布层。
3. 如权利要求1所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，步骤e)和步骤f)之间还包 含步骤g):在所述的洞穴处用防侧渗塑料布竖直地铺于洞口，并用目标深度的土层的土壤密 封，使出水管穿过该塑料布。
4. 如权利要求1所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，在所述的竖直方向的土壤 剖面上开挖多个所述的水平方向的洞穴，在每个洞穴中均设置单独的淋溶盘，出水管和采 样瓶。
5. 如权利要求4所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，所述的多个水平方向的洞 穴的上表面均在同一水平面上。
6. 如权利要求1所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，步骤a)所述的沟槽为规则 的长方体结构，从而得到四个所述的竖直方向的土壤剖面，在每个土壤剖面上均开挖所述 的水平方向的洞穴，在每个洞穴中均设置单独的淋溶盘，出水管和釆样瓶。
7. 如权利要求6所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，所述的多个水平方向的洞穴的上表面均在同一水平面上。
8.如权利要求6所述的土壤淋溶原位检测方法，其特征在于，所述的多个水平方向的洞 穴的上表面位于不同的水平面上。
全文摘要
本发明公开了一种土壤淋溶原位检测方法，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。本发明方法包含如下步骤获得竖直方向的土壤剖面并在其上的目标深度上开挖水平方向的洞穴；在该洞穴中设置水平方向的淋溶盘用于收集淋溶液，淋溶盘中的淋溶液能够自动通过出水管流入采样瓶；用相应深度的土层的土壤封填洞穴；沿步骤竖直方向的土壤剖面砌竖直方向的防水墙体，使出水管穿过墙体；同时分层回填土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量恢复原状。本发明方法特别适用于监测氮、磷、农药等土壤溶质的淋溶对地下水的影响，特别是在实现原位监测的条件下，降低了采样的难度，使采样过程简单快捷。
文档编号G01N33/24GK101261262SQ20081010267
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者斌 习, 何丙辉, 刘光荣, 刘宏斌, 刘宝存, 强 左, 李志宏, 杜连凤, 纪雄辉, 范先鹏, 邹国元 申请人:北京市农林科学院;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所;西南大学;湖北省农业科学院植保土肥研究所;江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所;湖南省土壤肥料研究所