专利名称：自然状态下的土壤淋溶液收集方法
技术领域：
本发明涉及一种自然状态下的土壤淋溶液收集方法，属于环境科学、土壤学和植物营 养学研究领域。本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。
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])。农药残留问题己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。3(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，研究一种相对简 便、经济、精确的土壤淋溶液收集方法将在土壤淋溶研究领域有广口的发展前景。发明内容本发明旨在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 自然状态下的土壤淋溶液收集方法。本发明自然状态下的土壤淋溶液收集方法包含如下步骤a) 在土壤表面开挖沟槽，获得一竖直方向的土壤剖面，这个沟槽的大小应当能够保证操作人员在在里面可以自由操作；挖出的土壤按其深度分层堆放，以便能分层回填；b) 在上述土壤剖面的目标深度开挖一水平方向的洞穴，洞穴的上表面应当保证平整， 洞穴的大小应以略大于下述淋溶盘为准；C)设置淋溶盘用于收集淋溶液；设置集液管以收集淋溶盘的淋溶液，集液管位于步 骤a)所述的沟槽中，其上部露出地面，其下方可以设置一层用水泥浇筑的方砖，以便集液 管可以竖直固定放置；淋溶盘和集液管之间通过出水管连接；淋溶盘中的淋溶液能够自动 流入集液管；在集液管的上部的盖子上设置通气管和抽液管，通气管用于使集液管连通空 气，抽液管用于从集液管中抽取淋溶液。d) 在淋溶盘中放入用步骤b)所述目标深度的土层的土壤调制的泥浆，在此之前还可 以在淋溶盘底面依次覆盖滤布层，石英砂层和滤布层，以防止淋溶盘中的土壤、杂质进入 出水管，发生堵塞；然后将淋溶盘插入所述的洞穴，所述的泥浆和所述的洞穴上表面应当 贴紧；使用相应深度土层的土壤封填所述的洞穴。e) 分层回填挖开的土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量恢复原状。f) 通过抽液管抽取集液管中的淋溶液。进一步，在上述竖直方向的土壤剖面上可以开挖多个水平方向的洞穴，在每个洞穴中 均设置单独的淋溶盘和出水管，集液管可以单独设置也可以共用，这些洞穴的上表面可以 在同一水平面上，以平行检测相同深度的土壤淋溶液，也可以在在不同的水平面上，以同 时检测不同土壤深度的土壤淋溶液。更进一步，为了提高效率，步骤a)所述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以开挖上述水平方向的洞穴，在每个洞穴 中均设置单独的淋溶盘和出水管。本发明自然状态下的土壤淋溶液收集方法能够保证监测到自然状态下的原状土壤淋 溶状况。和现有技术相比，其优势可以概括为准确性、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l.本发明实施例装置结构简图；其中，l一淋溶盘，2—集液管，3—出水管，4一通气管，5—抽液管，6—方砖底座， 7—活动封口， 8—采样瓶，9一缓冲瓶，10—真空泵。
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。 本实施例采集地面以下卯cm处的土壤淋溶液。如附图1所示，本实施例方法所使用的装置主要包括淋溶盘、集液管、出水管、通气管，抽液管，采样瓶，缓冲瓶和真空泵。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10 mm;淋溶盘出水口位于盘底一长边的中间位置，出水口直径为12mm;出水口带有内螺纹， 用于连接L形PVC螺口水嘴，其两端均带有螺口； PVC螺口水嘴螺口外径12 mm，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；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，拧紧螺母后可确保导水管与淋 溶盘连接紧密，出水管外径12mm，内径10mm。集液管通过出水管与淋溶盘相连，高170cm，直径20cm。淋溶盘出水口至集液管进 水口之间的高度约为60 cm;通气管外径12 mm，内径10 mm，长10cm; 抽液管外径12 mm，内径10 mm，长180cm。 各接口均用PVC胶水或其他防水胶密封固定，以防漏水、漏气。本实施例方法的步骤为-(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，在每个 剖面的两端各安装两套淋溶盘。在挖掘过程中要保证土壤剖面整齐不塌方，挖出的土壤分 层(0-20cm、 20-40cm、 40-60cm、 60-80cm......)堆放，以便能分层回填。(2) 在监测小区一面的纵剖面距地表95cm深处(确保淋溶盘上表面在地面下卯cm 深处)朝被监测土壤的水平方向挖深55cm，宽55cm，高5.5cm左右的方形洞，并尽量保 证洞的上表面平整。(3) 将淋溶盘出水口和导水管连接紧密，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，并布置一略大于洞口的塑料布，只将连在淋 溶盘的出水管露出，出水管另一端接集液管。剖面底部安装集液管处下垫一层方砖，水泥 浇筑，以保障集液管的稳固性。集液管安放到水泥浇筑的方砖上后，分层回填土壤，逐层 压实，并多次灌溉使土壤尽量恢复原状。回填的过程确保集液管管盖伸出地面。(5) 将抽液管和通气管通过橡胶塞与集液管的管盖相连。通气管上端伸出管盖，弯 头，口朝下，下端露出橡胶塞约5cm;抽液管上端伸出管盖，并带有活动封口，下端削成 楔形，以防泥沙堵塞，并伸至集液管的底端，距管底约5mm。(6) 采样时，打开抽液管活动封口，将抽液管与采样瓶连通，采样瓶通过真空泵抽 吸下形成一定的负压，集液管中的淋溶液在负压下流入采样瓶。权利要求
1.一种自然状态下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，包含如下步骤a)在土壤表面开挖沟槽，获得一竖直方向的土壤剖面；挖出的土壤按其深度分层堆放；b)在上述土壤剖面的目标深度开挖一水平方向的洞穴，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；设置集液管以收集淋溶盘的淋溶液，集液管位于步骤a)所述的沟槽中，其上部露出地面；淋溶盘和集液管之间通过出水管连接；淋溶盘中的淋溶液能够自动流入集液管；在集液管的上部的盖子上设置通气管和抽液管；d)在淋溶盘中放入用步骤b)所述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上表面贴紧；使用相应深度土层的土壤封填所述的洞穴；e)分层回填挖开的土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量恢复原状；f)通过抽液管抽取集液管中的淋溶液。
2. 如权利要求1所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，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按照先后顺序覆盖滤布层，石英砂层和滤布层，以防止淋溶盘中的土壤、 杂质进入出水管，发生堵塞。
3. 如权利要求1所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，步骤c)所述的设置集液管之前在安放集液管处设置一层方砖，并用水泥浇筑，集液管设置于其上。
4. 如权利要求1所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，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 盘和出水管。
5. 如权利要求1所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，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 面上均开挖一个或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和出水管。
6. 如权利要求4或5所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，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。
7. 如权利要求4或5所述的自然状态下的土壤淋溶液收集方法，其特征在于，所述 的多个水平方向的洞穴的上表面处于不同的水平面上。
全文摘要
本发明公开了一种自然状态下的土壤淋溶液收集方法，属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域。本发明方法主要包含如下步骤获得竖直方向的土壤剖面，挖出的土壤按深度分层堆放；在上述土壤剖面上的目标深度上开挖水平方向的洞穴，洞穴的上表面应当保证平整；在洞穴中插入淋溶盘，淋溶盘中放入目标深度的土层的土壤调制的泥浆；分层回填挖开的土壤，逐层压实，并多次灌溉使回填的土壤尽量恢复原状。本发明方法可实现在自然状态下对土壤淋溶液的收集和监测，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。
文档编号G01N33/24GK101261201SQ20081010267
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, 刘孟朝, 刘宏斌, 刘宝存, 强 左, 张云贵, 李志宏, 王玉峰, 邹国元, 马忠明 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;黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所;甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所;河北省农林科学院农业资源环境研究所