一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置的制造方法
【专利摘要】一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置，属于土壤监测技术领域。包括有机玻璃柱、底座、封闭罩，淋溶液抽取装置、数据采集装置、土壤水采集装置和气体取样装置，所述底座置于有机玻璃柱下方，和有机玻璃柱同埋置于大田环境土壤中，有机玻璃柱顶端高出地面，底座内置集液瓶，集液瓶与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管Ⅰ连接，集液瓶与淋溶液抽取装置通过导管Ⅱ连接，有机玻璃柱顶端设置封闭罩，在有机玻璃柱不同高度位置分别设有连接数据采集装置的传感线及连接土壤水采集装置的采集导管，在封闭罩上连接取样装置。本实用新型能模拟不同耕层结构下土壤水分养分迁移转化及作物生长，定量评价出不同耕层结构的优劣，为合理耕层构建提供依据。
【专利说明】
一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置
技术领域
[0001]本发明属于土壤监测技术领域，特别是涉及一种模拟不同耕层结构下土壤水分养分迀移转化规律及作物生长的室外土柱装置。
【背景技术】
[0002]良好的耕层结构在提高粮食产量、保障国家粮食安全中起着重要作用。20世纪70年代后期，随着国外旋耕机具的引进和旋耕的逐步推广，更是大大提高了耕作效率，与犁耕和耙耕作业相比，旋耕作业具有碎土性能好，适应性强，作业效率高的优点。但长期以旋代耕，也逐步暴露了一些问题，现行的旋耕深度一般在15cm左右，比过去的机械耕翻深度浅8-10cm，造成耕层变浅；同时连年旋耕，由于犁刀的挤压作用致使在耕作层与心土层之间形成了一层坚硬、封闭的犁底层，而且长期的大水漫灌造成的粘粒集聚作用，更是加剧了这种犁底层效应。
[0003]对耕作土壤来说，具有适当厚度的犁底层对保持养分，保存水分还是非常有益的；但是犁底层过厚、坚实，不仅阻碍作物根系的穿插，同时阻碍了耕作层与心土层之间水、肥、气、热的连通性。但是犁底层的存在究竟会对土壤水分养分迀移转化及作物生长的产生何种影响？以及什么样的耕层结构才是最有利于提高作物水分养分利用效率，从而增加产量减少温室气体排放及养分深层淋溶？限于目前研究手段或装置的缺乏，目前这些问题还没有统一的结论。同时由于实际农田环境的复杂性及土壤剖面结构的异质性是难以克服的，因此从大田试验角度来研究不同耕层结构对水分养分迀移转化及作物生长的影响，是十分困难的，而且成本也相当高昂，得到的数据可靠性也不佳。因此一种可靠的，理想化的模拟装置对摸清不同耕层结构对土壤剖面水分养分迀移转化及作物生长的影响具有重要意义，进而对指导该地区合理耕层构建、充分挖掘耕层潜力提供依据。
[0004]传统的土柱模拟试验装置极其简单，主要存在以下几个方面的技术问题:
[0005]—、目前的土柱试验，大多是在没有作物的理想环境下进行，但是作物的存在对水分养分迀移转化起着重要作用，没有作物参与的生态系统不是完整的生态系统。
[0006]二、传统土柱试验无法做到对养分的淋溶、作物吸收、温室气体排放等去向的全方位监测。
[0007]三、传统的土柱装置无法长期动态监测不同层次土壤水分动态变化并提取不同土壤层次的淋溶液。
【发明内容】
[0008]针对上述存在的技术问题，本发明提供一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，尽可能贴近大田实际环境条件，同时降低成本，定量评价出不同耕层结构的优劣，以期为合理耕层构建提供依据。
[0009 ]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0010]—种模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，包括有机玻璃柱、底座、封闭罩，淋溶液抽取装置、数据采集装置、土壤水采集装置和气体取样装置，所述底座置于有机玻璃柱下方，和有机玻璃柱同置于地下，有机玻璃柱顶端高出地面，底座内置集液瓶，集液瓶与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管I连接，集液瓶与地上的淋溶液抽取装置通过导管Π连接，有机玻璃柱顶端设置封闭罩，在有机玻璃柱不同高度位置分别设有连接数据采集装置的传感线及连接土壤水采集装置的采集导管m，在封闭罩上连接取样装置。
[0011 ]进一步地，所述有机玻璃柱包括上、中、下三段，三段有机玻璃柱分别通过相咬合的凹凸槽相结合，埋置在地下的上段有机玻璃柱高出地面1cm;有机玻璃柱的上段和中段通过固定箍连接，根据实际耕层及犁底层厚度或者实际模拟试验需求调节高度，有机玻璃柱下段高度为70cm，有机玻璃柱内径40cm，壁厚8mm。
[0012]进一步地，距离所述上段有机玻璃柱最顶端15cm和25cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度的安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角;在下段有机玻璃柱距其顶端Ocm和20cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角，S卩:分别在距整个有机玻璃柱顶端15cm、25cm、40cm、60cm四个位置处设置取样孔，在上中下三段有机玻璃柱相互摞合的过程中，通过旋转有机玻璃柱柱体，使不同高度取样孔在水平投影面上彼此相距90度角。
[0013]进一步地，所述三段有机玻璃柱在结合处通过固定箍固定，其中:上、中段有机玻璃柱对应固定箍与数据采集器固定装置相连，将不同预置高度的传感器安装孔引出的传感线分别与安装在数据采集器固定装置内的数据采集器相连。
[0014]进一步地，所述传感线上贯穿有封堵安装孔的橡皮塞。
[0015]进一步地，所述土壤水采集装置包括采集器、不同高度的安装孔及陶瓷头，所述不同高度的安装孔内分别安装陶瓷头，各陶瓷头通过导管m分别连接采集器。
[0016]进一步地，所述集液瓶的瓶盖密封连接，瓶盖上开有三个孔，其中一孔与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管连接，所述导管伸入瓶盖小于等于2cm，一孔与地面上的淋溶液抽取装置连接，另一孔为气压平衡孔，与外界相通。
[0017]进一步地，所述淋溶液抽取装置由带橡皮塞的广口瓶和真空栗连接构成，橡皮塞预留两孔，一孔与集液瓶延伸至地表的导管Π相连，另一孔通过导管IV与真空栗相连。
[0018]进一步地，所述取样装置包括真空瓶、三通阀、针筒及导管V，封闭罩上开有抽气孔，通过导管V连接三通阀，三通阀另一端与针筒相连，余下的一端由三通阀自带螺帽封闭，取样时，打开三通阀，针筒通过三通阀抽气，抽气完毕，关闭三通阀，针筒通过针头将气体注入真空瓶内，即完成一次取样。
[0019]进一步地，封闭罩为不透光封闭罩，封闭罩顶端设置有温度速测表。
[0020]本发明的有益效果为:
[0021]1.本发明构成的土柱系统与作物在大田环境条件下构成了一个完备的生态系统，水分养分在整个生态系统中流转并与外界生态系统发生交换；
[0022]2.本发明能够在大田实际环境中，很好的模拟不同耕层结构下养分的各种去向，包括作物吸收、深层淋溶及气态排放，定量评价出不同耕层结构的优劣，以期为合理耕层构建提供依据。
[0023]3.本发明具有可重复利用性，相较大田试验能够显著降低试验成本并提高试验精度，同时能够实现对各项指标的长期动态监测。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的结构示意图。
[0025]图中:1.集液瓶，2.导管I，3.底座，4.基座，5.下段有机玻璃柱，6.中段有机玻璃柱，7.固定箍，8.上段有机玻璃柱，9.传感线，10.数据采集装置，11.封闭罩，12.温度测速表，13.橡胶塞，14.陶瓷头，15.土壤水采集装置，16.三通阀，17.针筒，18.真空瓶，19.真空栗，20.广口瓶，21.导管Π，22.导管ΙΠ，23.导管IV，24.导管V。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0027]实施例:如图1所示，本发明包括有机玻璃柱、底座3、封闭罩11，淋溶液抽取装置、数据采集装置10、土壤水采集装置15和气体取样装置，所述底座3置于有机玻璃柱下方，和有机玻璃柱同置于地下，有机玻璃柱顶端高出地面，底座3内置集液瓶I，集液瓶I与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管12连接，集液瓶I与地上的淋溶液抽取装置通过导管Π 21连接，有机玻璃柱顶端设置封闭罩11，在有机玻璃柱不同高度位置分别设有连接数据采集装置10的传感线及连接土壤水采集装置15的采集导管ΙΠ22，在封闭罩11上连接取样装置。
[0028]所述有机玻璃柱包括上、中、下三段，三段有机玻璃柱分别通过相咬合的凹凸槽相结合，埋置在地下的上段有机玻璃柱8高出地面10cm。有机玻璃柱的上段和中段通过固定箍连接，根据实际耕层及犁底层厚度或者实际模拟试验需求调节高度，有机玻璃柱内径40cm，壁厚8mm。本例有机玻璃柱总高度为110cm，其中下段高度为70cm，上中两段高度共40cm，其中:中段有机玻璃柱6模拟厚度15cm犁底层，因此上段和中段高度分别为25cm和15cm，整根土柱埋入土壤中，保证上段有机玻璃柱8高出地面10cm，上中下三段有机玻璃柱分别通过相咬合的凹凸槽相结合，保证水分不会外溢。
[0029]距离所述上段有机玻璃柱8顶端15cm和25cm处设置并列的土壤水采集装置16安装孔和传感器安装孔，不同高度的安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角;在下段有机玻璃柱5距其顶端Ocm和20cm处设置并列的土壤水采集装置16安装孔和传感器安装孔，不同高度安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角，S卩:分别在距整个有机玻璃柱顶端15cm、25Cm、40Cm、60Cm四个位置处设置取样孔，在上中下三段有机玻璃柱相互摞合的过程中，通过旋转有机玻璃柱柱体，使不同高度取样孔在水平投影面上彼此相距90度角。
[0030]所述三段有机玻璃柱在结合处通过固定箍7固定，防止上、下有机玻璃柱8、5发生水平错置，其中:上、中段有机玻璃柱8、6对应固定箍7与数据采集装置相连，通过螺栓固定，将不同预置高度的传感器安装孔引出的传感线分别与安装在数据采集装置内的数据采集器相连。
[0031]所述传感线上贯穿有封堵安装孔的橡皮塞。
[0032]所述土壤水采集装置15包括采集器、不同高度的安装孔及陶瓷头14，所述不同高度的安装孔内分别安装陶瓷头14，各陶瓷头14通过导管ΙΠ22分别连接采集器。
[0033]所述集液瓶I的瓶盖密封连接，瓶盖上开有三个孔，其中一孔与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管12连接，所述导管12伸入瓶盖小于等于2cm，一孔与地面上的淋溶液抽取装置连接，另一孔为气压平衡孔，与外界相通。
[0034]所述淋溶液抽取装置由带橡皮塞的广口瓶20和真空栗19连接构成，橡皮塞预留两孔，一孔与集液瓶I延伸至地表的导管Π 21相连，另一孔通过导管IV23与真空栗19相连。
[0035]所述取样装置包括真空瓶18、三通阀16、针筒17及导管V24，封闭罩11上开有抽气孔，通过导管V 24连接三通阀16，三通阀16另一端与针筒17相连，余下的一端由三通阀16自带螺帽封闭，取样时，打开三通阀16，针筒17通过三通阀16抽气，抽气完毕，关闭三通阀16，针筒17通过针头将气体注入真空瓶18内，即完成一次取样。
[0036]封闭罩11为不透光封闭罩，封闭罩顶端设置有温度速测表12。
【主权项】
1.一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:包括有机玻璃柱、底座、封闭罩，淋溶液抽取装置、数据采集装置、土壤水采集装置和气体取样装置，所述底座置于有机玻璃柱下方，和有机玻璃柱同置于地下，有机玻璃柱顶端高出地面，底座内置集液瓶，集液瓶与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管I连接，集液瓶与地上的淋溶液抽取装置通过导管Π连接，有机玻璃柱顶端设置封闭罩，在有机玻璃柱不同高度位置分别设有连接数据采集装置的传感线及连接土壤水采集装置的采集导管m，在封闭罩上连接取样装置。2.根据权利要求1所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述有机玻璃柱包括上、中、下三段，三段有机玻璃柱分别通过相咬合的凹凸槽相结合，埋置在地下的上段有机玻璃柱高出地面1cm;有机玻璃柱的上段和中段通过固定箍连接，根据实际耕层及犁底层厚度或者实际模拟试验需求调节高度，有机玻璃柱下段高度为70cm，有机玻璃柱内径40cm，壁厚8mm。3.根据权利要求2所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:距离所述上段有机玻璃柱最顶端15cm和25cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度的安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角；在下段有机玻璃柱距其顶端Ocm和20cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角，S卩:分别在距整个有机玻璃柱顶端15Cm、25Cm、40Cm、60cm四个位置处设置取样孔，在上中下三段有机玻璃柱相互摞合的过程中，通过旋转有机玻璃柱柱体，使不同高度取样孔在水平投影面上彼此相距90度角。4.根据权利要求3所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述三段有机玻璃柱在结合处通过固定箍固定，其中:上、中段有机玻璃柱对应固定箍与数据采集器固定装置相连，将不同预置高度的传感器安装孔引出的传感线分别与安装在数据采集器固定装置内的数据采集器相连。5.根据权利要求4所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述传感线上贯穿有封堵安装孔的橡皮塞。6.根据权利要求4所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述土壤水采集装置包括采集器、不同高度的安装孔及陶瓷头，所述不同高度的安装孔内分别安装陶瓷头，各陶瓷头通过导管m分别连接采集器。7.根据权利要求1所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述集液瓶的瓶盖密封连接，瓶盖上开有三个孔，其中一孔与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管连接，所述导管伸入瓶盖小于等于2cm，一孔与地面上的淋溶液抽取装置连接，另一孔为气压平衡孔，与外界相通。8.根据权利要求1所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述淋溶液抽取装置由带橡皮塞的广口瓶和真空栗连接构成，橡皮塞预留两孔，一孔与集液瓶延伸至地表的导管Π相连，另一孔通过导管IV与真空栗相连。9.根据权利要求1所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:所述取样装置包括真空瓶、三通阀、针筒及导管V，封闭罩上开有抽气孔，通过导管V连接三通阀，三通阀另一端与针筒相连，余下的一端由三通阀自带螺帽封闭，取样时，打开三通阀，针筒通过三通阀抽气，抽气完毕，关闭三通阀，针筒通过针头将气体注入真空瓶内，即完成一次取样。10.根据权利要求1所述的模拟不同耕层结构下土壤水肥迀移转化规律的装置，其特征在于:封闭罩为不透光封闭罩，封闭罩顶端设置有温度速测表。
【文档编号】G01N33/24GK205679606SQ201620347108
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月22日 公开号201620347108.2, CN 201620347108, CN 205679606 U, CN 205679606U, CN-U-205679606, CN201620347108, CN201620347108.2, CN205679606 U, CN205679606U
【发明人】李玉义, 逄焕成, 翟振, 卢闯, 魏由庆, 王婧
【申请人】中国农业科学院农业资源与农业区划研究所