间设置塑料滤网，防止土壤颗粒被侧向渗流水带出，其厚度按照实验要求确定，有机玻璃内柱通过法兰螺栓23和内柱法兰24固定在平台25上，其下部的平台上均匀设置多孔法兰26，并在其上铺设塑料滤网，塑料滤网的厚度根据实验要求确定；
(b)土壤土柱被内柱包裹并根据稻田原状土特点分为耕作层4、犁地层5、底土层6，各层厚度分别为200 mm、200 mm、600 mm，根据设计要求分层回填后并压实；
(c)各个土层内分别埋设土壤水势传感器7、负压取水样器8和土壤含水率测量仪器9 (同时测量温度)，要求仪器每一层在同一个水平面上，每一列相同的仪器在同一个竖直剖面上。土层内传感器利用各自的缆线通过有机玻璃内外柱预留孔分别连接至土壤水势采集器19、负压取土壤水真空罐20、土壤温度采集器21、土壤水分采集器22，其中，土壤水势采集器19、土壤温度采集器21、土壤水分采集器22集成于土壤数据综合采集箱18中；动态采集参数数据传输至主控电脑，所述土壤数据综合采集箱18的尺寸为360mmX200mm。有机玻璃内外柱预留孔每一层有三个均匀分布在同一个水平面上，其中，有机玻璃内柱和有机玻璃外柱的预留孔在同一高度位置处，从上层至下层距离玻璃柱顶部的距离分别是250mm，425mm，600mm ；
(d)通过梅花孔洞10排出侧向渗流水到内外柱之间的环形区域11，在环形区域底部设置一排水管12，通过排水管排出到外部并收集后进行化验分析；
(e)有机玻璃内柱下部安装高度为84mm的供水室13用以向土柱内供水和承接土柱水分垂直下渗过程中的排水，并在供水室13侧壁上方设置有排气孔14，供水室通过供水管15连接自动控制供排水装置16，供水管上设置阀门17控制水流动情况，并通过排水管27收集排水，同时设置阀门28控制排水水流。
[0033](2)实验开始前先采集各层土样进行化验分析，确定初始各项理化参数值。
[0034](3)确定最高和最低控制地下水水位。最高控制地下水水位不高于土柱柱壁侧渗段下端，最低控制地下水水位根据实验要求确定。
[0035](4)配置一定比例浓度的土壤水肥溶液模拟稻田在土柱耕作层表层施肥，并保持一定水层深度，水层深度根据具体实验要求确定。不同的水层深度代表不同的灌溉方式，会对水肥在多层土壤中的的迀移转化产生影响。
[0036](5)根据所述埋设在土柱各层的传感器动态监测水肥溶液入渗过程中每层土壤含水率、温度、以及水势情况，并同时利用负压装置按照实验要求的取样频次在各层分别取水样，根据实验要求测量土壤溶液中营养元素含量。结合观测到的土壤含水率，土壤温度以及土壤水势进行分析，探究水肥下渗过程中相应含量的变化及其在土壤中的分布等。进一步研究土壤水分和养分在各层之间迀移转化的过程。
[0037](6)根据所述在土壤水肥溶液下渗的过程中，会在有机玻璃内柱侧壁的梅花孔洞形成侧渗情况，根据所述有机玻璃外柱底部的排水管收集有机玻璃内外柱环形区域之间的侧渗水，进行称量化验，探究连续侧渗水在水肥溶液渗漏的过程中所占的比重，并且分析连续侧渗过程中水肥变化规律以及各因素的迀移转化。
[0038](7)根据所述自动控制排水装置监测的各时段的供水量以及排水量分析土壤水肥溶液下渗过程中的地下水水位的变化过程，分析对地下水水位的影响。收集所述有机玻璃内柱下部供水室的水样，进行化验分析，分析排出水中组成成分以及含量，探究土壤中水肥垂直渗漏损失量。通过对于土壤侧渗水和垂直下渗水的独立监测过程，分析土壤水肥渗漏的二维特性，探究多种控制条件下土壤水肥迀移转化规律，为提高水肥利用效率提供理论依据和技术支撑。
[0039]
实施例二
基于实施例一的装置和方法步骤，可实现如下实验的实施:
如图1-4，所述有机玻璃内外柱、土壤土柱同时设置4个并连接至同一个自动控制供排水装置，其土层情况、埋设仪器情况、采集收集情况均相同。模拟实际田面作物种植情况分别在4个装置的耕作层种植作物。设置两种灌溉方式即F1和F2，设置两种地下水水位控制水平Z1和Z2。试验共设置4个处理水平:F1Z1、F1Z2、F2Z1、F2Z2，根据作物生育期确定灌溉制度。作物种植前采集各层土壤样品，测定其相应的理化参数。
[0040]所述土柱水层深度不应大于作物最大淹水深度。
[0041]所述装置的地下水水位根据各自的实验要求确定。其中，最高控制水位不应高于作物排渍水位，可根据农田防渍标准确定；根据实验要求确定最低控制水位。
[0042]设置相同的施肥水平。定期由所述各层负压取样装置获取土壤水样，进行化验分析；所述埋设在土壤各层的土壤水分传感器和土壤水势传感器实时监测土壤水分、温度及水势的变化过程。在作物的不同生育期内分别采集作物样本，测定其作物体内营养元素的含量。
[0043]收集所述有机玻璃内外柱环形区域的侧向渗流水并进行称量化验。读取所述自动控制供排水装置相应的供水量和排水量数据。
[0044]根据实验数据，分析灌溉方式和地下水位控制对水肥运动的作用，研究作物-土壤水-地下水水肥的迀移转化，以提高作物对水肥吸收效率和减少水肥渗漏损失为目标，确定合理的灌溉方式和地下水控制水平组合。
【主权项】
1.一种多层土壤水肥迀移转化参数测试装置，其特征在于:包括平台(25)，平台(25)上从内至外依次设置分层土壤柱(1)、圆柱形有机玻璃内柱(2)和圆柱形有机玻璃外柱(3)，平台(25)下设置有供水室(13)，供水室(13)侧壁上方设置有一排气孔(14)，供水室(13)通过供水管(15)与自动控制供排水装置(16)相连通； 分层土壤柱(1)内从下至上依次为底土层￠)、犁地层(5)和耕作层(4)，各层内分别设置有位于同一水平面的土壤水势传感器(7)、负压取水样器(8)和土壤含水率测量仪器(9)，所述土壤水势传感器(7)通过缆线与土壤水势采集器(19)相连，负压取水样器(8)通过缆线与负压取土壤水真空罐(20)相连，土壤含水率测量仪器(9)通过缆线分别与土壤温度采集器(21)、土壤水分采集器(22)相连； 圆柱形有机玻璃内柱(2)上开设有梅花孔洞(10)，用于排出在土壤水分下渗过程中产生的侧向渗漏水；平台(25)上均匀布置多孔法兰(26)，用于供水室(13)和土壤柱(1)的水分交换。2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:位于分层土壤柱(1)内的所有土壤水势传感器(7)在同一竖直平面内，位于分层土壤柱(1)内的所有负压取水样器(8)在同一竖直平面内，位于分层土壤柱(1)内的所有土壤含水率测量仪器(9)在同一竖直平面内。3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:土壤水势采集器(19)、土壤温度采集器(21)、土壤水分采集器(22)集成在土壤数据综合采集箱(18)内，土壤数据综合采集箱(18)还与计算机终端相连。4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:所述圆柱形有机玻璃内柱(2)和圆柱形有机玻璃外柱(3)之间为环形区域(11)，环形区域(11)的宽度不小于65_，环形区域(11)底部设置排水管(12)，用于导出侧向渗漏水。5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:供水室(13)侧面底部设置排水管(27)，排水管(27)上设置阀门(28)以控制水流。6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:所述圆柱形有机玻璃内柱(2)的高度不低于1184mm，直径不小于300_ ;圆柱形有机玻璃外柱(3)的高度不低于1100mm，直径不小于430mm;耕作层⑷的高度为200_300mm，犁地层(5)的高度为150_200mm，底土层(6)的高度不低于600mm。7.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:所述梅花孔洞(10)直径为3mm，均匀分布于圆柱形有机玻璃内柱(2)顶部以下250mm-750mm高度的柱壁上。8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于:所述多孔法兰(26)的上方布置塑料滤网；梅花孔洞(10)与土壤柱之间设置有塑料滤网，防止土壤颗粒被侧向渗流水带出。9.利用如权利要求1-8所述测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤: (1)采集各层土样进行化验分析，确定初始各项理化参数值； (2)确定最高和最低控制地下水水位:最高控制地下水水位不高于土壤柱柱壁侧渗段下端，最低控制地下水水位根据实验要求确定； (3)配置土壤水肥溶液模拟稻田在土壤柱耕作层表层施肥，并保持一定水层深度，水层深度根据具体实验要求确定； (4)根据埋设在土壤柱各层的传感器动态监测水肥溶液入渗过程中每层土壤含水率、温度以及水势情况，并同时利用负压取水样器按照实验要求的取样频次在各层分别取水样，根据实验要求测量土壤溶液中营养元素含量；结合观测到的土壤含水率，土壤温度以及土壤水势进行分析，探究水肥下渗过程中相应含量的变化及其在土壤中的分布情况；进一步研究土壤水分和养分在各层之间迀移转化的过程； (5)在土壤水肥溶液下渗的过程中，会在圆柱形有机玻璃内柱侧壁的梅花孔洞形成侧渗，根据所述圆柱形有机玻璃外柱底部的排水管收集有机玻璃内外柱环形区域之间的侧渗水，进行称量化验，探究连续侧渗水在水肥溶液渗漏的过程中所占的比重，并且分析连续侧渗过程中水肥变化规律以及各因素的迀移转化； (6)根据自动控制供排水装置监测的各时段的供水量以及排水量分析土壤水肥溶液下渗过程中的地下水水位的变化过程，分析对地下水水位的影响；收集所述有机玻璃内柱下部供水室的水样，进行化验分析，分析排出水中组成成分以及含量，探究土壤中水肥垂直渗漏损失量；通过对于土壤侧渗水和垂直下渗水的独立监测过程，分析土壤水肥渗漏的二维特性，探究多种控制条件下土壤水肥迀移转化规律。
【专利摘要】本发明涉及一种多层土壤水肥迁移转化参数测试装置及方法，包括如下步骤：(a)制作圆柱形有机玻璃内外柱和分层土壤土柱，其中有机玻璃内柱指定高度上分布着梅花状孔洞，土壤土柱被内柱包裹并根据稻田原状土特点分为耕作层、犁地层、底土层；(b)各个土层内分别埋设土壤水势传感器、负压取水样器和土壤含水率测量仪器；(c)土壤水分下渗过程中同时产生的侧向渗流水通过梅花孔排出到内外柱之间的环形区域，抽取到外部装置进行化验分析。本发明用以探究分层土壤水肥入渗和侧渗及其转化过程，确定分层土壤多种情境下垂向渗漏和侧向渗流对排水的贡献率，可设置不同地下水位，研究各层土壤水肥迁移转化过程和土壤水地下水相互补给关系。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105334311
【申请号】CN201510933703
【发明人】邵东国, 徐保利, 杨霞, 陈述, 乐志华
【申请人】武汉大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月15日