专利名称：农田原位土淋溶液收集器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种农田原位土淋溶液收集器及其使用方法，属土壤监测技术领域， 特别适用于监测氮、磷等养分以及农药在土体中的迁移对地下水的影响，特别是保持农田 土体原样的条件下，实现原位监测，降低了取样的难度，整个取样过程简单准确。
背景技术：
化肥对世界粮食的生产具有很重要的贡献。据联合国粮农组织统计，发展中国家 施肥可使粮食作物单产提高35 % 57 %，总产提高30 % 50 %。目前，我国大部分耕地都 需补充氮素，1/2以上耕地需补充磷肥，1/3 1/4以上耕地需补充钾肥。尽管化肥在粮食 增产方面取得了巨大成就，但同时也带来了一系列的环境问题，尤以氮肥施用的环境问题 最为突出。农田养分淋失是养分损失的重要途径之一，全世界施入土壤中的氮肥，大约有 10% 40%经土壤淋溶进入地下水，农田养分淋失影响农田土壤和水环境质量的演变，国 内外很多研究均表明化肥施用与浅层地下水NO3-浓度升高具有明显的相关性。近年来因农 田不合理施肥造成土壤硝态氮淋溶而引起地下水污染已成为一个全球关注的问题。以往一般认为，土壤中磷淋溶损失量极少，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 式损失量相当或更大。根据联合国粮农组织的估计，我国的太湖地区在农田磷流失量中渗 漏量占到了 31 %。因此，作为水体富营养化的关键养分因子，磷元素的淋失问题也越来越受 到关注。此外，农药对于农业也是十分重要的。由于病、虫、草害，全世界每年损失的粮食 约占总产量的一半，使用农药可以挽回总产量的15%左右。世界上化学农药年产量已达数 百万吨，品种超过1000种，常用的有250种左右。据统计，中国每年农药使用面积达1. 8亿 公顷，50年代以来使用的666达到400万吨，DDT 50多万吨，受污染的农田达1330万公顷。 由于农药的施用通常采用喷雾的方式，农药中的有机溶剂和部分农药漂浮在空气中，污染 大气；农田被雨水冲刷，农药则进入江河甚至汇入海洋。这样，农药就由气流和水流带到世 界各地，残留土壤中的农药则可通过渗透作用到达地层深处，从而污染地下水。因此，由于 农药的大量和大面积使用、不当滥用，以及农药的不可降解性，已对地球造成严重的污染， 并由此威胁着人类的安全。因此，为了保护水资源、水生生态系统以及人类饮用水源的安全，世界各国都在寻 求新方法和新途径来监测土壤中氮磷等养分以及残留农药在土体中的运移规律。目前，国 内外对于土壤中氮、磷养分迁移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、集水槽法以及原位监测法。其中国家发明专利CN 101246156A已经对几 种研究方法进行了比较，而原位监测法则在保证原来土层没有被扰动的前提下，采样过程 简单快捷，降低了采样难度。目前在国内外还没有确立土壤淋溶监测标准方法的情况下，相 对精确、简便、经济的农田原位土淋溶液监测方法将会在该研究领域具有广阔的发展前景。专利公开号为CN101246156A、名称为“农田地下淋溶原位监测装置”的发明专利虽然具有采样简单快捷的优点，但也存在明显不足(1)工程量相对较大，造价较高，需要在 坑体内砌防水水泥墙体；(2)淋溶装置在农田中间占据较大面积，不利于农田的常规耕作； (3)取淋溶水样时需下到坑内抽取，操作有所不便。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的一些不足，从而提供一种农田原位 土淋溶液收集器及其使用方法，通过安装一种能准确测算土壤淋溶液体积的原位土淋溶液 收集器，使原位土的淋溶液监测具有成本低、结果可靠、制造与安装方便、容易实施等特点。本发明的技术方案如下一种农田原位土淋溶液收集器，由淋溶盘、连接管、收液器以及抽水管组成，其特 征在于淋溶盘是一个敞口式长方形不透水容器，淋溶盘下面位于拐角处设有出水口，出水 口上固定有水嘴，淋溶盘内的出水口上覆加一层尼龙网；收液器为圆桶状容器，由圆桶和桶 盖组成，圆桶和桶盖上带有丝纹，桶盖能旋紧在圆桶上对其进行密封；桶盖上带有进水口和 抽水口，分别固定有进水口水嘴和抽水口水嘴，通过连接管将淋溶盘出水口上的水嘴和桶 盖上的进水口水嘴相连接；桶盖上的抽水口水嘴连接抽水管，抽水管的另一端带有管帽，能 对抽水管进行封盖；抽水管内带有内抽水管。所述的淋溶盘的长、宽、高分别为50-70Cm、30-50Cm、6-10Cm，使用硬质塑料制成。所述的收液器的圆桶和桶盖由耐压不透水的硬质塑料制成；圆桶体积在30-40L。所述的内抽水管的长度等于收液器的桶高加上抽水管的长度，外径小于抽水管的 内径。所述的连接管为耐压抗腐的硬质塑料管制成。所述的抽水管为PVC管制成。一种上述原位土淋溶液收集器的使用方法，步骤如下(1)选择大田实验小区的中央位置，在地表确定出长为1-1. 5m、宽为1_1. 5m的水 平方形或矩形占地范围，并开始垂直向下挖坑；挖掘一个深为1. 2-1. 5m的坑，坑的四周保 持垂直平整，挖掘出的土壤要分层堆放，以方便能按原来的土体结构回填；(2)在坑的一立面上距地表90-120cm的深处横向挖一高度、深度、宽度都略大于 淋溶盘的高度、宽度、长度的内坑，保证内坑的上下表面平整；(3)将石英砂平铺在淋溶盘上，石英砂的厚度以略低于淋溶盘的高度，用尼龙网覆 好淋溶盘的上表面后，慢慢将淋溶盘塞到挖好的内坑中，淋溶盘出水口上水嘴一端靠内坑 的外侧；把收液器的圆桶安装到淋溶盘下方的坑中，四周用土固定压实，然后将桶盖旋紧在 圆桶上对其进行密封，圆桶安装位置应使得桶盖低于出水口水嘴处15cm，以保证淋溶盘中 的淋溶液在重力作用下能自动进入收液器中；然后用连接管将淋溶盘出水口上的水嘴和桶 盖上的进水口水嘴相连接，连接处用PVC密封胶密封固定；(4)在收液器桶盖的抽水口水嘴上安装抽水管，安装连接处涂上密封胶，保证不漏 水不漏气；抽水管以高出地面15cm为宜，然后盖上管帽，防止降雨或其它杂物直接进入收 液器中；(5)在内坑与淋溶盘之间的空隙中用原内坑中的取土泥浆密封填实，在放置淋溶 盘的内坑外侧开口处用防侧渗塑料布竖直隔离，然后往坑内逐层回填土壤，逐层夯实并灌水，使坑内的土壤基本恢复原状，这样收液器能够收集淋溶盘上方农田原位土的淋溶液，经 抽水管中的内抽水管能将该淋溶液吸取出来进行测量分析。本发明原位土淋溶液收集器为了实现多点监测，减小因局部肥力不均带来的实验 误差，可以在坑的四周四个立面上挖几个相同尺寸的内坑，可安放多个淋溶盘，以进行多点 监测，从而可消除采样误差以及安装过程中产生的误差。本发明原位土淋溶液收集器的优点是(1)本发明装置的外形设计简单，安装与埋设过程工程量小，易于操作。(2)本发明装置安装使用后，仅有出水管露出地面，不占用农田，不影响常规耕作。(3)本发明原位土淋溶液收集器收到的淋溶液不需外压，在重力作用下自流入收 液器中，更能准确模拟田间土壤溶质淋溶损失的真实过程。(4)本发明原位土淋溶液收集器的淋溶盘采用的是扁平规则的无顶长方体，安装 时从土壤剖面的侧向埋入安装，并在坑口安置了防侧渗塑料布，既维持了淋溶盘上方原位 土的原状，又保证了收集液的可靠性；另外淋溶盘的安装深度可以不受限制，根据研究的需 要可以采集不同深度的土壤淋溶液。
图1是本发明装置实施例的装置示意图其中，1、淋溶盘；2、抽水管；3、管帽；4、连接管；5、防渗塑料布；6、收液器；7、尼龙 网；8、出水口 ；9、水嘴；10、抽水口水嘴；11、抽水口 ； 12、桶盖；13、内抽水管；14、圆桶；15、 丝纹；16、进水口水嘴；17、进水口。图2是本发明装置淋溶盘实施例的纵剖图。图3是本发明装置淋溶盘实施例的俯视图。图4是本发明装置收液器实施例的结构图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不限于此。实施例1 本发明实施例1如附图1-4所示，由淋溶盘1、连接管4、收液器6以及抽水管2组 成，其特征在于淋溶盘1是一个敞口式长方形不透水容器，淋溶盘1下面位于拐角处设有出 水口，出水口上固定有水嘴，淋溶盘1内的出水口 8上覆加一层尼龙网7 ；收液器6为圆桶 状容器，由圆桶14和桶盖12组成，圆桶14和桶盖12上带有丝纹15，桶盖12能旋紧在圆桶 14上对其进行密封；桶盖12上带有进水口 17和抽水口 11，分别固定有进水口水嘴16和抽 水口水嘴10，通过连接管4将淋溶盘1出水口 8上的水嘴9和桶盖12上的进水口水嘴16 相连接；桶盖12上的抽水口水嘴10连接抽水管2，抽水管2的另一端带有管帽3，能对抽水 管2进行封盖；抽水管2内带有内抽水管13。所述的淋溶盘1的长、宽、高分别为50Cm、30Cm、6Cm，使用硬质塑料制成。所述的收液器的圆桶14和桶盖12由耐压不透水的硬质塑料制成；圆桶14体积在 30L。所述的内抽水管13的长度等于收液器的桶高加上抽水管的长度，为140cm ；外径小于抽水管的内径。所述的连接管4为耐压抗腐的硬质塑料管制成。所述的抽水管2为PVC管制成。实施例2 本发明实施例2和实施例1相同，只是所述的淋溶盘1的长、宽、高分别为70cm、 50cm、8cm ；所述的圆桶14体积在40L ；所述的内抽水管13的长度为150cm。实施例3 一种上述原位土淋溶液收集器的使用方法，步骤如下(1)选择大田实验小区的中央位置，在地表确定出长为lm、宽为Im的水平方形占 地范围，并开始垂直向下挖坑；挖掘一个深为1.3m的坑，坑的四周保持垂直平整，挖掘出的 土壤要分层堆放，以方便能按原来的土体结构回填；(2)在坑的一立面上距地表IOOcm的深处横向挖一高度、深度、宽度都略大于淋溶 盘的高度、宽度、长度的内坑，保证内坑的上下表面平整；(3)将石英砂平铺在淋溶盘上，石英砂的厚度略低于淋溶盘的高度，用尼龙网覆好 淋溶盘的上表面后，慢慢将淋溶盘塞到挖好的内坑中，淋溶盘出水口上水嘴一端靠内坑的 外侧；把收液器的圆桶安装到淋溶盘下方的坑中，四周用土固定压实，然后将桶盖旋紧在圆 桶上对其进行密封，圆桶安装位置应使得桶盖低于出水口水嘴处15cm，以保证淋溶盘中的 淋溶液在重力作用下能自动进入收液器中；然后用连接管将淋溶盘出水口上的水嘴和桶盖 上的进水口水嘴相连接，连接处用PVC密封胶密封固定；(4)在收液器桶盖的抽水口水嘴处安装抽水管；安装连接处涂上密封胶，保证不 漏水不漏气；抽水管以高出地面15cm为宜，然后盖上管帽，防止降雨或其它杂物直接进入 收液器中。(5)在内坑与淋溶盘之间的空隙中用原内坑中的取土泥浆密封填实，在放置淋溶 盘的内坑外侧开口处用防侧渗塑料布竖直隔离，然后往坑内逐层回填土壤，逐层夯实并灌 水，使坑内的土壤基本恢复原状，这样收液器能够收集淋溶盘上方农田原位土的淋溶液，经 抽水管中的内抽水管将淋溶液吸取出来进行测量分析。实施例4 和实施例3相同，只是所述的步骤(1)中在地表确定出长为1. 4m、宽为1. 2m的水 平矩形占地范围，并开始垂直向下挖坑；挖掘一个深为1. 5m的坑，坑的四周保持垂直平整， 挖掘出的土壤要分层堆放，以方便能按原来的土体结构回填；步骤(2)中在坑的一立面上距地表IlOcm的深处横向挖一高度、深度、宽度都略 大于淋溶盘的高度、宽度、长度的内坑。
权利要求
一种农田原位土淋溶液收集器，由淋溶盘、连接管、收液器以及抽水管组成，其特征在于淋溶盘是一个敞口式长方形不透水容器，淋溶盘下面位于拐角处设有出水口，出水口上固定有水嘴，淋溶盘内的出水口上覆加一层尼龙网；收液器为圆桶状容器，由圆桶和桶盖组成，圆桶和桶盖上带有丝纹，桶盖能旋紧在圆桶上对其进行密封；桶盖上带有进水口和抽水口，分别固定有进水口水嘴和抽水口水嘴，通过连接管将淋溶盘出水口上的水嘴和桶盖上的进水口水嘴相连接；桶盖上的抽水口水嘴连接抽水管，抽水管的另一端带有管帽，能对抽水管进行封盖；抽水管内带有内抽水管。
2.如权利要求1所述的一种农田原位土淋溶液收集器，其特征在于所述的淋溶盘的 长、宽、高分别为50-70cm、30-50cm、6-10cm，使用硬质塑料制成。
3.如权利要求1所述的一种农田原位土淋溶液收集器，其特征在于所述的收液器的圆 桶和桶盖由耐压不透水的硬质塑料制成；圆桶体积在30-40L。
4.如权利要求1所述的一种农田原位土淋溶液收集器，其特征在于所述的内抽水管的 长度等于收液器的桶高加上抽水管的长度，外径小于抽水管的内径。
5.如权利要求1所述的一种农田原位土淋溶液收集器，其特征在于所述的连接管为耐 压抗腐的硬质塑料管制成。
6.如权利要求1所述的一种农田原位土淋溶液收集器，其特征在于所述的抽水管为 PVC管制成。
7.—种如权利要求1所述的原位土淋溶液收集器的使用方法，步骤如下(1)选择大田实验小区的中央位置，在地表确定出长为1-1.5m、宽为1-1. 5m的水平方 形或矩形占地范围，并开始垂直向下挖坑；挖掘一个深为1. 2-1. 5m的坑，坑的四周保持垂 直平整，挖掘出的土壤要分层堆放，以方便能按原来的土体结构回填；(2)在坑的一立面上距地表90-120cm的深处横向挖一高度、深度、宽度都略大于淋溶 盘的高度、宽度、长度的内坑，保证内坑的上下表面平整；(3)将石英砂平铺在淋溶盘上，石英砂的厚度略低于淋溶盘的高度，用尼龙网覆好淋溶 盘的上表面后，慢慢将淋溶盘塞到挖好的内坑中，淋溶盘出水口水嘴一端靠内坑的外侧；把 收液器的圆桶安装到淋溶盘下方的坑中，四周用土固定压实，然后将桶盖旋紧在圆桶上对 其进行密封，圆桶安装位置应使得桶盖低于出水口水嘴处15cm，以保证淋溶盘中的淋溶液 在重力作用下能自动进入收液器中；然后用连接管将淋溶盘出水口上的水嘴和桶盖上的进 水口水嘴相连接，连接处用PVC密封胶密封固定；(4)在收液器桶盖的抽水口水嘴上安装抽水管，安装连接处涂上密封胶，保证不漏水不 漏气；抽水管以高出地面15cm为宜，然后盖上管帽，防止降雨或其它杂物直接进入收液器 中；抽水管内插有内抽水管，内抽水管的长度等于收液器的桶高加上抽水管的长度，外径小 于抽水管的内径。(5)在内坑与淋溶盘之间的空隙中用原内坑中的取土泥浆密封填实，在放置淋溶盘的 内坑外侧开口处用防侧渗塑料布竖直隔离，然后往坑内逐层回填土壤，逐层夯实并灌水，使 坑内的土壤基本恢复原状，这样收液器能够收集淋溶盘上方农田原位土的淋溶液，经抽水 管中的内抽水管能将该淋溶液吸取出来进行测量分析。
全文摘要
农田原位土淋溶液收集器及其使用方法，属土壤监测技术领域。收集器由淋溶盘、连接管、收液器以及抽水管组成，该装置使用时，先挖一坑，坑内再挖一内坑，将装有石英砂的淋溶盘塞到挖好的内坑中，连接好连接管及抽水管，然后将土壤逐层回填，逐层夯实。并多次灌水，使坑内的土壤基本恢复原状，这样收液器能够收集淋溶盘上方农田原位土的淋溶液。本发明装置的外形设计简单，安装与埋设过程工程量小，易于操作。本装置安装使用后，仅有抽水管露出地面，不占用农田，不影响常规耕作。
文档编号G01N1/10GK101949783SQ201010251388
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者刘兆辉, 孙明, 张英鹏, 李彦, 王萍, 高新昊 申请人:山东省农业科学院土壤肥料研究所