一种可分层取水、气、土样且布水可控的淋溶装置的制作方法

本实用新型属于土柱淋溶装置技术领域，尤其涉及一种可分层取水、气、土样且布水可控的淋溶装置，更具体的说是一种可用于研究土壤中温室气体运移转化特征的土柱淋溶模拟装置。

背景技术：

全球气候变化备受关注，在导致气候变化的各种温室气体中，CO2的贡献率占50%以上，因此CO2的减排、转运、贮藏问题受到了世界各国的重视，各种减排方法正在广泛的研究和开发中。而全球碳预算不能平衡，称为“碳失汇”，普遍认为大气沉降和土壤生物活动产生的高浓度CO2，部分溶于土壤溶液中和吸附在土壤固相中形成碳酸盐等，或产生溶解性无机碳(DIC)进入地下水中。因此，利用室内土柱淋溶实验装置，在可控的条件下模拟CO2进入土壤后的运移转化特征及碳酸氢根离子随渗滤液向下运移渗透的机制，从而说明深层土壤及地下水可以永久固定CO2，是一种行之有效的CO2减排新途径。

然而，在研究温室气体在大气-土壤-地下水系统的运移转化机制时，需要采集不同深度土壤、土壤溶液及气体样品，测定溶解性无机碳、难溶性无机碳及CO2的含量，进而了解其从土壤向地下水运移的分布转化规律。

由于土柱淋溶装置操作简单，可模拟各种自然条件，尤其对野外工作很难进行或无法得到准确数据的情况，因此目前已被广泛应用。但现有淋溶实验装置：（1）多数为组合式结构，构造复杂，制作难度大，运行成本高，而结构简单的大多都是短土柱；（2）且分层取样不够方便，在取样过程中容易出现土柱坍塌的现象，且不能同一时段采集土壤、气体、淋溶液样品，导致不能准确分析碳的运移分布规律；（3）直径较大的土柱在进行淋溶实验时耗时较长且布水不够均匀，而直径较小的土柱又容易出现壁流现象且淋溶液在土壤中停留时间短不能充分浸润土壤。因此，设计一种合适的土柱淋溶实验装置是解决上述问题的关键所在。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于弥补上述不足之处，提供了一种结构简单，操作方便，既可取淋溶液，又可采集土壤和气体样品且满足不同时段、不同土层取样以及布水均匀可控流速的土柱淋溶实验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种可分层取水、气、土样且布水可控的淋溶装置，其特征在于，包括进水系统1、淋溶土柱管2、接收部分3、支架4，所述进水系统是在有机玻璃土柱管正上方固定进水小桶，其底部连接带流速调节器的喷头式布水器作为进水系统，均匀喷洒在土柱表面；所述淋溶土柱管为圆柱形有机玻璃管，管壁有刻度，底部为漏斗形出水口，内部从上往下填充依次为滞水层、配水池、工作层、承托层、过滤层；所述接收部分在土柱出水孔通过一塑料软管连接，用500ml收集瓶收集淋出液，接口用密封胶密封以防空气进入。

优选的，所述淋溶土柱管与多孔板均为有机玻璃材质；进水系统与接收部分均为PVC塑料材质；土柱支架为不锈钢三角支架。

优选的，所述淋溶土柱管内径7.5cm，壁厚0.5cm，高120cm，管壁涂抹凡士林可防止边缘优势流，管径合适在淋溶实验时耗时不长且可充分浸润土壤。

优选的，所述进水系统为进水小桶连接流速调节器，可控制流速，喷头式布水器可保证淋溶的均匀性和稳定性。

优选的，所述淋溶土柱管外壁有刻度，方便分层回填土柱并压实；侧壁在10、30、50、70、90cm处预留取样孔，取样孔为圆孔形，孔径为0.7cm，每个取样孔皆配有防渗水橡皮塞，不取样时用橡皮塞堵住，取土壤样品时插入硬质空心吸管，采取气体样品时连接三通阀用注射器抽取，插入荷兰Rhizon土壤溶液采样器利用负压法采集渗滤液。

优选的，所述淋溶土柱管，其滞水层为中速滤纸和多孔板；配水层填充物为砾石、粗石英砂和40目滤网，厚度为5cm，可减少淋溶过程中淋洗液对土柱表面的冲刷；工作层为所研究的土壤，厚度为100cm，可分层回填间隔为20cm的原状土壤；过滤层依次为40目滤网、多孔板、细石英沙、粗石英砂、砾石、300目滤网，厚度为10cm。

优选的，所述淋溶土柱管底部为漏斗形出水口，椎体高度为10cm，出水孔孔径为0.7cm，椎体上方设置一多孔板承托土体，以防止土体变形，多孔板孔径为0.2cm，厚0.5cm。

优选的，所述支架为不锈钢三角支架，底座高度为25cm，往上间隔60cm设置2个铁圈，用于固定土柱和进水系统。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种可分层取水、气、土样且布水可控的淋溶装置的结构示意图；

图2为淋溶土柱管，包括滞水层、配水层、工作层、承托层、过滤层；

附图标记说明：1—进水系统；2—淋溶土柱管；3—接收部分；4—支架；5—布水器；6—取样孔；7—三通阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，基于本实用新型所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

参照附图1，图2，本实用新型提供的一种可分层取水、气、土样且布水可控的淋溶装置，包括进水系统1、淋溶土柱管2、接收部分3、支架4。淋溶土柱管2柱体内径7.5cm，壁厚5mm，高120cm。所述进水系统1是在有机玻璃土柱管正上方固定进水小桶，其底部连接带流速调节器的喷头式布水器作为进水系统，均匀喷洒在土柱表面；所述淋溶土柱管2为圆柱形有机玻璃管，底部为漏斗形出水口，内部从上往下填充依次为滞水层、配水池、工作层、承托层、过滤层；所述接收部分3在土柱出水孔通过一塑料软管连接，用500ml收集瓶收集淋出液，接口用密封胶密封以防空气进入。

所述进水系统1为进水小桶连接流速调节器，可控制流速，喷头式布水器可保证淋溶的均匀性和稳定性。

所述淋溶土柱管壁涂抹凡士林可防止边缘优势流，外壁有刻度，方便分层回填土柱并压实；侧壁在10、30、50、70、90cm处预留取样孔，取样孔为圆孔形，孔径为0.7cm，每个取样孔皆配有防渗水橡皮塞，不取样时用橡皮塞堵住，取土壤样品时插入硬质空心吸管，采取气体样品时连接三通阀用注射器抽取，插入荷兰Rhizon土壤溶液采样器利用负压法采集渗滤液。

所述淋溶土柱管，其滞水层为中速滤纸和多孔板；配水层填充物为砾石、粗石英砂和40目滤网，厚度为5cm，可减少淋溶过程中淋洗液对土柱表面的冲刷；工作层为所研究的土壤，厚度为100cm，可分层回填间隔为20cm的原状土壤；过滤层依次为40目滤网、多孔板、细石英沙、粗石英砂、砾石、300目滤网，厚度为10cm。

所述淋溶土柱管底部为漏斗形出水口，椎体高度为10cm，出水孔孔径为0.7cm，椎体上方设置一多孔板承托土体，以防止土体变形，多孔板孔径为0.2cm，厚0.5cm。

所述支架为不锈钢三角支架，底座高度为25cm，往上间隔60cm设置2个铁圈，用于固定土柱和进水系统。

一种使用所述装置的土柱淋溶实验方法，包括以下步骤：

1）准备工作：土柱回填前，将淋溶土柱管内壁涂抹一层凡士林减少边壁优势流，将淋溶土柱管固定在支架上。

2）土柱回填：在淋溶土柱管底部漏斗形椎体中首先装填过滤层，从下往上依次为300目滤网、砾石、粗石英砂、细石英沙、多孔板、40目滤网，厚度为10cm；按实测容重从下往上分层回填所研究的土壤，控制每层（20cm）土壤的含水率相同，边填充边轻敲柱壁，以使填充土壤均匀、密实，每装填5cm压实，厚度为100cm；随后填充配水层和滞水层，从下往上依次为40目滤网、粗石英砂、砾石、多孔板、中速滤纸，厚度为5cm。之后悬放在25℃下静置平衡2天。

3）淋溶实验：在淋溶土柱管正上方固定进水小桶，其底部连接带流速调节器的喷头式布水器作为进水系统，均匀喷洒在土柱表面，由上而下浸润到土柱中，直到土体充分饱和继续淋溶；在土柱底部出水孔连接一塑料软管，用500ml收集瓶收集淋出液，接口用密封胶密封以防空气进入。

4）样品的采集：取样时摘下取样孔的橡皮堵塞，插入硬质空心吸管采集土壤样品（取样量较少，土柱结构变形微弱），采取气体样品时连接三通阀用注射器抽取，插入荷兰Rhizon土壤溶液采样器利用负压法采集渗滤液。淋溶结束后记录淋出液体积，淋溶液经0.45um滤膜过滤后，进行分析测定。