专利名称：一种实验室土壤溶质运移模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验室土壤溶质运移模拟装置。
背景技术：
随着土壤和水体污染的日益严重，土壤溶质运移过程与转化规律，特别是污染物 的运移与转化机理研究成为土壤学和环境科学的研究热点与难点，与此相关的土壤溶质运 移模拟技术推动了土壤物理学、环境科学和农业灌溉学的发展。传统方法土柱下方设有自由渗漏的孔，土壤水饱和后，开始向下渗漏，下渗完全依 靠土壤水的重力势。传统方法进行溶质运移实验，进度非常缓慢，实验室内和野外差异大， 无法考虑蒸发量影响，试验精度差。为了解决这种弊端，有研究者提出在土柱的中央垂直埋 设一个沙柱来实现溶质的快速下渗来控制实验进度，但溶质完全靠重力势向下迁移，且有 很大的不均一性，实验结果不准确。传统的土柱只能做土壤饱和水溶质运移试验，靠自由水摆脱土壤的束缚开始迁 移，大部分溶质也依靠水分子携带运移。因此，传统方法导致类似实验结果不科学，且实验 周期长，不利于实验室模拟研究。传统的土柱下方装入一层砂子让自由水下渗，当达到田持后，水分无法继续下渗， 其上表面在室内无法达到较强的蒸发，导致土柱内的水分含量和土壤的张力维持在一个值 附近。研究证明，土壤溶质是随水分子一起迁移的，在饱和含水的土柱里，其溶质仅靠重力 缓慢迁移，这是和自然界不相符的。以上方法都是基于土壤饱和含水量的情况下进行的，实际野外大田的水势往往都 是蒸发多于降雨，如不进行控制，实验则不能真实反映自然界的运行规律。实验的真实性及 准确性无法验证。本实用新型提供一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该模拟装置为土壤溶质运移 模型建立提供了参数优化手段，是进行土壤水的流动性、能量平衡、土壤污染物迁移等实验 研究的试验校准工具。一种实验室土壤溶质运移模拟装置， 发明内容本实用新型目的在于，提供一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该装置是由土柱 固定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓 冲瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和 传感器组成，依靠土柱底部陶土板和外部的负压泵，抽提土柱内的水分来自动模拟野外大 田的土壤水分布状况，通过控制底部陶土板的负压，进一步调节土柱内土壤水势变化，使其 加速内部溶质的垂直迁移，缩短了试验周期，提高了试验精度，研究结果更科学可靠，从而 实现土壤溶质迁移过程快速观测。本实用新型所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该装置是由土柱固定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可 调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和传感器组 成，土柱(16)镶嵌在土柱固定环(1)中，在土柱(16)的一侧固定若干个均等排列的土壤溶 液取样器(15)，另一侧固定若干个均等排列的传感器(17)，土壤溶液取样器(1 通过溢流 管与样品瓶(14)连接，分支头(9)的一端通过气管与样品瓶(14)连接，另一端通过气管 与缓冲瓶(10)连接，可调负压泵(11) 一端与缓冲瓶(10)连接，另一端与数据采集控制器 (12)连接。所述的在土柱固定环⑴的底部设有溢流槽(2)、万向快插接头(3)和万向调节脚 (6)，万向快插接头C3)通过溢流管与采样瓶(7)连接，采样瓶(7)通过抽气管(8)与分支 头(9)连接。所述的土柱(16)的底部为陶土板(4)和渗透膜( 粘合成的底盘，底盘下方有一 个抽气孔。所述的传感器(17)通过信号电缆(13)与数据采集控制器(12)连接。所述的传感器(17)为土壤水分传感器、电导率传感器和基质势传感器。本实用新型所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该装置是由土柱固定环、 溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可 调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和传感器组 成，土柱中的土壤与底盘上的渗透膜紧密结合，底盘下方有一个抽气孔，通过外部一个负压 泵经缓冲瓶和采样瓶将土柱土壤内水分或溶液抽出。土柱与底盘可以分离，易安装，可重 复使用。陶土板和渗透膜可根据实验的要求自由更换不同的孔径，陶土板可以控制土柱内 土壤的基质势，避免空气被抽出，为了避免陶土板制造工艺上的限制，在其上敷盖一层渗透 膜，弥补陶土板的制造工艺缺陷，可提高导气值至IOOKPa以上，陶土板与渗透膜粘合成的 底盘，配合可调负压泵，可以控制土柱内土壤水势变化，达到非饱和土壤中溶质运移的试验 观测，使用透明的PVC管制成土柱，可观察到内部土壤的状态，同时PVC材料可以增加与土 壤的摩擦力，有效降低了壁流效应；调节负压泵的压力，可实现底盘向外抽水能力的控制， 土柱中的溶质从上而下开始迁移，以达到平衡，再通过调控土柱内的水势值即土壤的张力， 从而实现非饱和条件下土壤溶质运移的准确分析，达到试验可控性和提高试验的精度。
图1为本实用新型结构示意图具体实施方式
以下结合附图进一步描述并给出实施例。本实用新型所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该装置是由土柱固定环、 溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可 调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和传感器组 成，土柱16镶嵌在土柱固定环1中，土柱固定环1的底部设有溢流槽2、万向快插接头3和 万向调节脚6，万向快插接头3通过溢流管与采样瓶7连接，底盘下方的万向脚6支撑起整 个土柱，并可调整水平，采样瓶7通过抽气管8与分支头9连接，土柱16的底部为陶土板4和渗透膜5粘合成的底盘，底盘下方有一个抽气孔，在土柱16的一侧固定若干个均等排列 的土壤溶液取样器15，另一侧固定若干个均等排列的传感器17，土壤溶液取样器15通过溢 流管与样品瓶14连接，分支头9的一端通过气管与样品瓶14连接，另一端通过气管与缓冲 瓶10连接，可调负压泵11 一端与缓冲瓶10连接，另一端与数据采集控制器12连接，传感 器17通过信号电缆13与数据采集控制器12连接，传感器17为土壤水分传感器、电导率传 感器和基质势传感器。使用时，从野外大田目标地取土样装入到透明PVC 土柱16中，土柱16的底部为陶 土板4和渗透膜5粘合成的底盘，将取土样装入到土柱16中，使土柱16中的土壤与底盘上 的渗透膜5充分接触，紧密结合在一起，土柱16中的土壤装填好后，开始淋洒注水，使土柱 16内的土壤达到饱和含水；启动可调负压泵11，对底盘进行抽气，当负压克服陶土板4和渗透膜5的气孔张力 后，土壤中的水和其他溶质流入到溢流槽2，经过万向快插接头3和溢流管进入到采样瓶7 中，土柱中的溶质从上而下开始迁移，以达到平衡；通过对可调负压泵11压力的调节，可实 现底盘向外抽水的能力的控制，土柱中的溶质从上而下开始迁移，以达到平衡，调控土柱内 的水势值即土壤的张力，从而实现非饱和条件下土壤溶质运移的准确分析，达到试验可控 性和提高试验的进度；可调负压泵11产生的负压经过缓冲瓶10和分支头9，分配到每个溶液取样瓶14， 取样瓶14内的负压通过土壤溶液取样器15对土柱16中土壤溶液抽取和对其水势的控制， 抽取到的溶液保留在采样瓶14中；土柱16中插入的传感器17为土壤水分传感器、电导率传感器和基质势传感器，并 由螺纹锁紧口 18固定和密封，传感器17的信号经信号电缆13连接到数据采集控制器12， 数据采集控制器12根据传感器17的数据对可调负压泵11的工作状态进行调节，实现分阶 段自动水势控制和溶液抽取。
权利要求1.一种实验室土壤溶质运移模拟装置，其特征在于该装置是由土柱固定环、溢流槽、万 向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可调负压泵、 数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC 土柱和传感器组成，土柱 (16)镶嵌在土柱固定环(1)中，在土柱(16)的一侧固定若干个均等排列的土壤溶液取样 器(15)，另一侧固定若干个均等排列的传感器(17)，土壤溶液取样器(1 通过溢流管与样 品瓶(14)连接，分支头(9)的一端通过气管与样品瓶(14)连接，另一端通过气管与缓冲瓶 (10)连接，可调负压泵(11) 一端与缓冲瓶(10)连接，另一端与数据采集控制器(1 连接。
2.根据权利要求1所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，其特征在于在土柱固定 环⑴的底部设有溢流槽O)、万向快插接头⑶和万向调节脚(6)，万向快插接头(3)通 过溢流管与采样瓶(7)连接，采样瓶(7)通过抽气管(8)与分支头(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，其特征在于土柱(16)的 底部为陶土板(4)和渗透膜( 粘合成的底盘，底盘下方有一个抽气孔。
4.根据权利要求1所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，其特征在于传感器(17) 通过信号电缆(1 与数据采集控制器(1 连接。
5.根据权利要求4所述的一种实验室土壤溶质运移模拟装置，其特征在于传感器(17) 为土壤水分传感器、电导率传感器和基质势传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种实验室土壤溶质运移模拟装置，该装置是由土柱固定环、溢流槽、万向快插接头、陶土板、透水滤膜、万向调节脚、采样瓶、抽气管、分支头、缓冲瓶、可调负压泵、数据采集控制器、信号电缆、样品瓶、土壤溶液取样器、透明PVC土柱和传感器组成，采用该装置通过调节负压泵对土柱底盘抽气，当负压克服陶土板和滤膜的气孔水膜张力后，土壤中的水分就会被抽出，通过调节负压泵压力，实现对底盘向外抽水能力的控制，土柱中的溶质从上而下开始迁移，以达到平衡，缩短了试验周期，提高了试验精度，研究结果更科学可靠，从而实现土壤溶质迁移过程快速观测。
文档编号G01N33/24GK201867407SQ20102059384
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者张楠楠, 李新, 盛钰, 赵成义 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所, 北京时域通科技有限公司