一种原状土柱淋溶装置的制作方法

本实用新型属于土壤养分迁移规律研究技术领域，具体涉及一种原状土柱淋溶装置。

背景技术：

土壤施肥量的多少直接关系到作物营养代谢状况和养分的归趋途径。土壤施肥过少会导致作物生长受到抑制，而过多的施肥又会增加氮磷流失，降低养分的利用效率，导致水体的富营养化，增加环境负荷。因此，研究一个地区最佳施肥量的土柱模拟实验系统是十分必要的。目前大多数土柱试验装置采用PVC材质做成的单管柱，通过在柱子下端打孔来接收淋溶液，这种装置优点是操作简单易行，然而仍存在以下问题：一方面，原状土柱淋溶实验时，通常情况下都希望能获得多组实验数据，以便后期对照。传统的单管柱结构，若要获得多组实验数据则必须重复性的进行多次实验步骤，工作量极大。另一方面，现有的单管柱多为一体式土柱，需通过分层切割才能进行分层取样，不能重复利用，资源浪费极大。此外，目前的原状土柱淋溶实验自动化程度不高，劳动强度普遍较大。最后，上述单管柱需布置滤层以便过滤杂质，然而现有大都仅采用滤网搭配石英砂的双层过滤结构，过滤效果较差，常导致部分土壤样品随渗漏液一起滴落至收集容器内，随之污染到渗漏液，从而给实际实验带来不必要的困扰。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种简单稳固且操作方便的原状土柱淋溶装置，其可以减少试验耗时，并在确保实验过滤效果的同时实现了渗漏液的高效提取，从而方便研究肥料中的养分在不同土层中的运移规律。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种原状土柱淋溶装置，其特征在于：本装置包括依序设置的用于存储淋溶液的储液瓶、空气压缩器、多通道蠕动泵以及用于执行淋溶操作的土柱淋溶组件，储液瓶的出液口经由乳胶管而连通空气空气压缩器进液口，空气压缩器出液口经由乳胶管而连通多通道蠕动泵进液口，多通道蠕动泵出液口连通土柱淋溶组件的进液口；所述土柱淋溶组件包括机架以及固定于机架上的并列排布的至少四组淋溶柱；所述淋溶柱轴线铅垂布置，淋溶柱顶端布置封闭其顶端口的盖体，连通多通道蠕动泵出液口的乳胶管经由流速控制阀而贯穿盖体后连通至位于淋溶柱的柱腔内的雾化喷头处；淋溶柱的柱腔底部由上而下依序设置80目尼龙网层、第一石英砂层、珍珠岩层以及100目尼龙网层；淋溶柱的柱腔内的淋溶液经过四层过滤结构后，经由固接于淋溶柱底端口处的漏斗状封口而导出至位于淋溶柱正下方处的淋溶液收集器内。

优选的，所述漏斗状封口的开口朝上的大口径端处布置内螺纹从而螺纹配合于淋溶柱底端处，盖体处同样设置内螺纹以便与淋溶柱的顶端间构成可拆卸的螺纹配合。

优选的，所述淋溶柱的高为30～80cm，管径为5～10cm，壁厚0.5～0.8cm；所述四层过滤结构中，80目尼龙网层厚度为0.5～1cm，第一石英砂层厚度为1～3cm，珍珠岩层厚度为3～5cm，100目尼龙网层厚度为1～3cm。

优选的，所述漏斗状封口处布置用于控制漏斗状封口启闭的开关阀。

优选的，所述淋溶柱为透明有机玻璃柱。

优选的，所述淋溶柱的柱腔以实验土壤为界；实验土壤的下方布置上述四层过滤结构，实验土壤上方还布置有三层过滤结构，该三层过滤结构包括沿淋溶柱轴线由上而下依次布置的滤纸层、滤网层及第二石英砂层。

优选的，所述第二石英砂层厚度为2～3cm。

本实用新型的有益效果在于：

1)、通过上述结构，实际操作时，首先空气压缩器将淋溶液从储液瓶抽出，输送至多通道蠕动泵中，再通过乳胶管分别流至各淋溶柱。每个淋溶柱上方设置有流速控制阀，流速控制阀下方与淋溶柱上方的雾化喷头相连接。为防止土柱坍塌或淋溶液中混有土壤颗粒，造成淋溶液浑浊，在淋溶柱底端还设置有四层过滤结构，从上至下以此为：第一层为80目尼龙网，第二层为石英砂，第三层为珍珠岩，第四层为100目尼龙网。

至此，本实用新型能实现无人环境下的自动化运行，从而免去了传统的劳心劳力的纯手工操作方式。同时，由于雾化喷头及流速控制阀的协同配合，使得不会因淋溶液的水流的剧烈冲击形成凹陷从而破坏土柱顶面结构，同时本实用新型还可模拟各类降雨，其实验拟真性保证了实验数据更为贴合现实环境。四层过滤结构，利用各过滤层的由粗至细过滤，能在有效防止土柱坍塌的同时确保淋溶液的清澈性，进而确保后续实验步骤的正常有效进行。此外的，四组淋溶柱恰好适配了多通道蠕动泵至少为四通道的现有状态，使得一次即可实现至少四组土柱实验。甚至可采集不同土壤层的样品来同批次实验，进而大大减轻工作量。本实用新型具有操作自动化程度高、结构简洁合理而运行成本低的优点，显然极为方便研究养分在不同土层中的迁移规律。

2)、进一步的，漏斗状封口与盖体均与淋溶柱间构成可拆卸的螺纹配合，以方便随时取出淋溶柱，并快速进行土壤灌装操作，其后期清理维护也极为便捷。开关阀则可人工设置为按照淋溶时间或淋溶液体积来控制开、关时间点，从而进一步提升其自动化作业程度。

3)、虽然在实际操作时，淋溶柱内土壤会因雾化喷头的存在，而不会过多的出现因水流冲击形成凹陷从而破坏土壤结构，乃至影响水的淋溶速度的问题。然而，为进一步的保障淋溶柱内的土壤结构的稳定化，本实用新型还是在实验土壤的上端垫设三层过滤结构。至此，三层过滤结构布置于淋溶柱上端部，目的在于防止实验土壤上端因水流冲击形成凹陷而破坏土壤结构，进而影响水的淋溶速度。而四层过滤结构则布置于淋溶柱的下端部，目的在于防止土柱坍塌或淋溶液中混有土壤颗粒，进而造成淋溶液浑浊。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为淋溶柱的剖视结构示意图。

本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-储液瓶 20-空气压缩器 30-多通道蠕动泵 40-乳胶管

51-机架 52-淋溶柱 53-盖体 54-流速控制阀

55-雾化喷头 56a-80目尼龙网层

56b-第一石英砂层 56c-珍珠岩层 56d-100目尼龙网层

57-漏斗状封口 57a-开关阀 58-淋溶液收集器

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-2，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本实用新型所述的原状土柱淋溶装置的具体构造，参照图1所示。其包括以乳胶管40依序连通的储液瓶10、空气压缩器20、多通道蠕动泵30以及具体执行土柱淋溶操作的土柱淋溶组件。实际使用时，空气压缩器20将淋溶液从储液瓶10中抽出，输送至多通道蠕动泵30中，再通过乳胶管40分别流至土柱淋溶组件的各淋溶柱52内。每个淋溶柱52上方设置有流速控制阀54，流速控制阀54下方与淋溶柱52上方的雾化喷头55相连接。淋溶柱52材质为透明有机玻璃。淋溶柱52底端则设置有四层过滤结构，如图2所示，四层过滤结构从上至下以此为：第一层为80目尼龙网层56a，第二层为第一石英砂层56b、第三层为珍珠岩层56c，第四层为100目尼龙网层56d。在淋溶柱52底端口处螺纹固接有锥形漏斗也即漏斗状封口57。漏斗状封口57处的开关阀57a可人工设置为按照淋溶时间或淋溶液体积控制开、关时间点。漏斗状封口57的出液口指向淋溶液收集器58的进液口。淋溶柱52及淋溶液收集器58均一一对应布置，且均被机架51所固定，以便于同批次观测及处理。

为便于理解，此处结合图1而对本实用新型的具体使用过程作以下描述：

首先，将淋溶柱52脱开盖体53及漏斗状封口57，从而单独取出淋溶柱52。之后，在野外取样点，利用橡皮铅芯锤，将淋溶柱52敲至需要的土层深度，以便连同土壤整体取出。敲入时，需用凡士林抹淋溶柱52的侧面，以减少边际效应。在淋溶柱52柱腔内的土柱下方装入四层过滤结构，从而使出流的水溶液能够均匀地流出土柱，防止土柱下端土壤颗粒随水流出。根据容重计算该高度土柱体积中土样重量。

当装入土样后，最上层空余10cm左右以便雾化喷头55的容纳。根据土柱养分需求量为大田养分需要量的三倍计算养分用量，从而将化学养分与土样混合装入储液瓶10中而形成淋溶液。在土柱最上层铺上一层滤纸层，垫上滤网层并在上装入2～3cm厚的第二石英砂层，防止土层上端因水流冲击形成凹陷而破坏土壤结构，影响水的淋溶速度。

最后，根据当地灌水量、降水量与蒸发量计算出土柱的需灌水量，使用滴灌浇水使土柱饱水。土柱饱水之后，室温下培养三天，之后用蒸馏水进行灌溉，每隔两天灌水一次，通过模拟各类降雨程度，并控制淋溶柱52底端淋溶液出口的开关阀57a，可定时定量收集淋溶液。经由漏斗状封口57滴落而出的淋溶液收集完毕后，即可进行后续测定操作。