插入式原位土壤淋滤液收集装置的制作方法

本发明涉及农业土壤测量研究技术领域，具体涉及的是一种插入式原位土壤淋滤液收集装置。

背景技术：

土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称，主要包含无机离子、有机离子和聚合离子以及它们的盐类。土壤溶液综合反映了土壤成分的组成及其活性特征，也反映了季节性动态及农用情况。土壤溶液与固相部分紧密接触，并与固相表面保持动态平衡状态，其组成与活性随外界环境的变化而有所变化，会直接影响到作物及土壤微生物的生长发育，还会影响土壤肥力的有效利用，进而影响农作物生长。

随着化学污染物多途径进入土壤系统，如大量施用化肥、农药，工业废水不断侵袭农田及有毒有害污染物的事故性排放；固体废弃物，特别是有毒、有害固体废物的填埋所引起有毒物质泄漏，造成土壤严重污染，造成农田化学肥料的面源污染和大量农田化学肥料的流失浪费；同时对地下水及地表水造成次生污染，污染物可通过饮用水或通过土壤-植物系统，经由食物链进入人体，直接危及人类健康。

因此，将土壤溶液收集，对其成分进行研究，可以得到土壤溶液不同存在形式下的成分组成以及污染情况，便于进行面源污染的深层机理研究，以及指导农业灌溉与排水，促进农作物更好的生长，同时节约资源。

传统的土壤溶液收集设备通常包括不同高度的淋溶土柱和外包筒体，当有水分流入时，水分会优先从土体与筒体交界处快速流出，造成淋溶量的收集偏高，并且用于收集淋滤液的淋溶盘长期使用时，积留有从土壤中流失的泥土，容易堵塞收集管，增加了土壤溶液收集设备在使用过程中的难度，且收集到土壤溶液与田间土壤的真实情况相差较大。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种插入式原位土壤淋滤液收集装置。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下，

设计一种插入式原位土壤淋滤液收集装置，包括一体式设计的滤液收集单元、负压采样单元和清洗单元，所述滤液收集单元包括过滤层和位于过滤层下方的滤液收集器，所述滤液收集器包括外框和位于外框内的滤液收集腔，所述滤液收集腔分别与负压采样单元和清洗单元连通；所述清洗单元包括负压泵和冲洗管，所述负压泵通过冲洗管连通所述滤液收集腔，所述负压采样单元包括负压抽样泵、出水管和取样瓶，所述出水管一端连通滤液收集腔，另一端通过三通管与所述负压抽样泵、取样瓶连通。

优选的，所述滤液收集单元的宽度为15～20cm。

优选的，所述过滤层从上而下依次设有双层过滤纱网、石英砂层、过滤尼龙格网和多孔不锈钢板。

优选的，所述滤液收集腔包括收集腔ⅰ、收集腔ⅱ和导通收集腔ⅰ与收集腔ⅱ的连通管。

进一步优选的是，所述收集腔ⅰ呈漏斗状，所述收集腔ⅱ呈梯形形状。

优选的，所述冲洗管、出水管穿过外框与收集腔ⅱ连通，该连通处设有密封阀。

优选的，所述外框材质是高密度聚乙烯管材和板材。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果主要体现在：

1.与传统不锈钢材质土柱型淋溶液收集装置和pvc材质原位淋溶液收集装置相比，本装置不设土柱，定位式收集一定高度下的土壤淋溶液，更符合水分在土壤中的移动规律，显著降低了优先流带来的误差，使淋溶液的收集更为准确。

2.收集土壤中淋溶液的过滤层与滤液收集器采用一体式设计，安装便捷，操作简便、且成本低、重现性好；采用多层过滤层，对土壤中的淋溶液进行过滤，防止泥沙进入滤液收集器内，造成出水管的堵塞；收集腔ⅰ呈漏斗状，位于呈梯形的收集腔ⅱ上方，便于收集土壤中淋滤液，显著的提高了滤液收集效率，同时，呈漏斗状的收集腔ⅰ在一定程度上具有过滤作用，使采集的土壤淋滤液杂质更少，结果更精确。

3.本发明提供的插入式原位土壤淋滤液收集装置设有清洗单元，可以定时清除滤液收集器内随淋滤液流入的泥土，延长该装置的使用年限。

4.冲洗时，为减少清洗液对滤液收集器内土壤淋滤液的影响，以蒸馏水作为清洗液，由负压泵压入滤液收集器内，对滤液收集器进行清洗，并通过负压抽样泵将清洗液吸出；利用负压采样单元完成土壤淋滤液的采集工作和对清洗液的排出工作，简化土壤淋滤液收集装置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是三种不同土壤淋溶液收集装置的对比模拟实验效果图。

其中，1.双层过滤纱网，2.石英砂层，3.过滤尼龙格网，4.多孔不锈钢板，5.外框，6.收集腔ⅰ，7.连通管，8.收集腔ⅱ，9.密封阀，10.冲洗管，11.负压泵，12.负压抽样泵，13.三通管，14.取样瓶，15.出水管。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细描述本发明的技术方案。

如图1所示的一种插入式原位土壤淋滤液收集装置，包括一体式设计的滤液收集单元、负压采样单元和清洗单元，滤液收集单元的宽度为15cm，滤液收集单元包括过滤层和位于过滤层下方的滤液收集器，该滤液收集器包括外框5和位于外框5内的滤液收集腔；清洗单元包括冲洗管10和负压泵11，该负压泵11通过冲洗管10连通滤液收集腔；负压采样单元包括负压抽样泵12、取样瓶14和出水管15，出水管15一端连通滤液收集腔，另一端通过三通管13与负压抽样泵12和取样瓶14连通。

作为一种优选的实施方式，过滤层从上而下依次设有双层过滤纱网1、石英砂层2、过滤尼龙格网3和多孔不锈钢板4，对土壤中的淋溶液进行多次过滤，防止泥沙进入滤液收集腔内，造成出水管15的堵塞。

为了便于收集土壤淋滤液，将收集腔ⅰ6做成漏斗状，收集腔ⅱ8做成梯形，收集腔ⅰ6和收集腔ⅱ8之间通过连通管7导通。

在冲洗管10、出水管15与滤液收集腔以及外框5的连通处均设有密封阀9。

外框5材质是高密度聚乙烯管材和板材，经热熔连接，结构坚固，耐水淹、耐腐蚀。

具体操作时，在土壤表面开挖沟槽，获得竖直方向的土壤剖面，在土壤剖面的基础上，按照水平梯度排列，分别在土壤剖面内距离地面0.5m、1.0m、2.0m深度的挖出安装槽，将土体按高度堆积在一起，然后将本发明提供的土壤淋滤液收集单元插入安装槽内，冲洗管10、出水管15位于沟槽内，将挖出土体按高度对应填回，并保证出水管15和冲洗管10的管口伸出地面，冲洗管10与负压泵11连接，出水管15的管口通过三通管13与负压抽样泵12和取样瓶14连接。

夏季，在灌溉或2mm以上自然降水事件发生后，开始进行滤液收集工作，第一周每天进行取样工作，一周后隔2天取样一次，直至无滤液抽出，利用负压抽样泵12定期抽取淋滤液至取样瓶14，测量淋溶液体积，测定水体矿质态氮含量，进而分析耕层土壤氮素淋失情况。滤液抽完后，以蒸馏水作为清洗液，由负压泵11压入滤液收集器内，对滤液收集器进行清洗。

冬季灌溉后，第二天即开始滤液收集工作，第一周为每天一次，一周后隔日取样，至无滤液淋出后，进行一次清洗。土壤10cm日平均温度低至0℃以下后，不再进行滤液收集。返春后，土壤10cm处日平均温超过0℃，开始滤液收集工作，如有积雪则增加取样频率。

对本发明提供的土壤淋滤液收集装置进行比较实验，进一步说明本发明的有益技术效果。

实验条件：在选定的大田试验区内，选用三种土壤淋滤液收集装置：采用直径15cm，高40cm的pvc材质的土柱型原位土壤淋滤液测定装置a；直径15cm，高50cm的不锈钢材质的土柱型含外包筒体的淋溶液收集装置b；本发明提供的土壤淋滤液收集装置c，将各实验装置分别埋于地下50cm处，模拟灌溉水量为5mm，其余条件设置相同，分别测量a、b、c三种装置收集的土壤渗漏量，并根据模拟实验结果绘制图2。

由图2可以看出，b装置对淋滤液的收集事件主要发生在灌水后1-3天内，灌水后20天内淋滤液累积收集量超过500ml。由于b装置采用高度不同的淋溶土柱和外包筒体，造成水分优先从土体与筒体交界处快速流出，大量的优先流使淋溶量测量值偏高。a装置由于原位测定的因素，优先流产生量较少，淋滤液累积量接近400ml，但淋滤液也集中在前3天产生。c装置在灌水第2日后才逐渐收集到淋滤液。由于水分在土壤中的移动受土壤阻力影响的因素，所以实际淋溶液的渗出往往滞后于灌溉或降水时间。c装置的实验结果表明了运用本装置进行土壤淋滤液的收集能显著避免优先流现象的出现，使测量结果更接近田间实际状态。