一种用于盐碱地改造体系模拟的装置及其使用方法

1.本发明属于盐碱地改造技术领域，涉及一种用于盐碱地改造体系模拟的装置及其使用方法。


背景技术：

2.土地资源直接影响国家经济建设、社会发展和人民生活水平，盐碱土作为我国最重要的后备土地资源之一，具有成为优质农业生态用地的潜力。因此，将盐碱地合理改良利用，对人类生存环境的改善、实现农业可持续发展和经济蓬勃发展具有重要意义。传统的盐碱地水盐调控通常依赖淡水淋洗土壤盐分、通过调整耕作措施调节水盐转运和在地表覆盖材料以减少土壤水分蒸发减轻盐分表聚，这些措施往往存在成本高、时效短、效果差和浪费水资源等问题。
3.专利cn 213337245 u公开了一种盐岩试验渗透迁移模拟装置，包括：渗透迁移装置，渗透迁移装置包括脱模连接机构、渗透迁移柱、蓄卤池以及温湿控制室；用于提供增压卤水的卤水增压供给系统，卤水增压供给系统包括卤水罐、储压罐以及保温导卤管，保温导卤管的一端与卤水罐侧面底部固定连接，保温导卤管的另一端与蓄卤池连接，储压罐设置有输压管，输压管的一端与储压罐连接；温控系统包括数据采集仪和水分温度控制器。专利cn 112858626 a公开了一种模拟土壤中营养盐及污染物迁移规律的装置及方法，所述装置包括：实验模拟柱、采样装置、淋洗液收集装置和水位控制系统，所述实验模拟柱中填入培养土，培养土中插入观测管，所述水位控制系统通过橡胶软管与观测管连接，向培养土中注水，所述水位控制系统能够进行恒定水位供水或干湿交替性供水，所述采样装置从实验模拟柱中采集不同深度的土壤溶液，所述淋洗液收集装置收集培养土底部的土壤淋洗液。但这些专利装置较为复杂，操作比较繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服现有盐碱地改造体系的不足中至少一种而提供一种用于盐碱地改造体系模拟的装置及其使用方法，本发明将改排为蓄模式与阻盐碱材料层结合，构建盐碱地长效改造体系模拟的室内实验装置，可根据蓄水水体和土壤盐分的变化情况探究改造体系盐水迁移过程。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明一方面提供一种用于盐碱地改造体系模拟的装置，该装置包括蓄水柱和土柱，所述土柱的内部装有上下堆叠的透水透气层和阻盐碱材料层，将土柱的内部分隔为上层排盐腔和下层抑盐腔，所述蓄水柱和土柱的相邻壁面开有离子交换孔，两柱的离子交换孔由橡胶软管连接，所述土柱的外侧壁面开有取样孔。
7.进一步地，所述蓄水柱和土柱的相邻壁面从上至下每隔3-5cm开有直径1-2cm的离子交换孔，提供离子交换的通道，模拟土壤与水体的接触。
8.进一步地，所述离子交换孔的内壁粘结一层滤网，避免土壤进入水体。
9.进一步地，所述的取样孔在非测试期间用橡皮泥封闭，避免水分泄露和蒸发。
10.进一步地，所述的蓄水柱和土柱铺设电导率测试传感器。
11.进一步地，所述土柱的不同深度处铺设电导率测试传感器。
12.作为可选的技术方案，所述的土柱每隔8-10cm深铺设一个电导率测试传感器。
13.进一步地，所述蓄水柱和土柱的高度为30-60cm，内径为15-20cm，外径为16-25cm，材质为有机玻璃，所述透水透气层的材质为碎石，所述阻盐碱材料层的材质为疏水改性砂。
14.本发明第二方面提供一种用于盐碱地改造体系模拟的装置的使用方法，该使用方法包括上层排盐和下层抑盐两个阶段。
15.进一步地，所述的上层排盐阶段具体为：装填好土柱，向蓄水柱内注入水，直至蓄水柱内水面下降至稳定，此时土柱内盐碱土水分含量达到饱和，将土柱和蓄水柱表面用塑料膜密封，防止水分蒸发，将阻盐碱材料层下方离子交换孔封闭，防止水流进入发生离子交换，仅保留阻盐碱材料层上方离子交换孔，水面下降至稳定的时间为实验开始时间，监测蓄水柱内水溶液和土柱内土壤浸出液电导率变化。
16.进一步地，所述的下层抑盐阶段具体为：待蓄水柱内溶液电导率值和土柱内土壤电导率值达到稳定，去掉蓄水柱和土柱表面薄膜，使蓄水柱内水溶液蒸出，当蓄水柱内水面降至阻盐碱材料层位置时(水面不再与上层土壤接触)，打开阻盐碱材料层下方离子交换孔，使水溶液与下方盐碱土壤接触，直至蓄水柱内水溶液被蒸发完全，持续监测蓄水柱内水溶液和土柱内土壤浸出液电导率变化。
17.装置盐水迁移过程：上层排盐阶段，蓄水柱内储存一定量的水，此时水的盐浓度低，土柱盐浓度高，盐分从盐碱土壤向蓄水柱扩散。随着水分的入渗，土壤中的盐分随之向下迁移。阻盐碱材料层能抑制水的下渗，盐分转移只发生在上层盐碱土壤与蓄水柱之间，上层土壤含水率大大增加。下层抑盐阶段，在蒸发作用下蓄水池内的水分快速蒸发，水位降低，蓄水柱内盐浓度升高，盐分浓度增大至高于土壤盐浓度时，盐分由水体向下层土壤扩散，上层土壤盐分不会增加。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.(1)本发明设计了蓄水条件下的盐碱地长效改造体系，改排为蓄，模拟水盐迁移过程，实验占地面积小，装置搭配简单，操作容易实施；
20.(2)本发明通过测量不同深度土壤电导率定量地展现盐碱地改造体系中的水盐迁移情况，相比其他定性研究装置更加准确。
附图说明
21.图1为本发明实施例中用于盐碱地改造体系模拟的装置的整体结构示意图。
22.图中标记说明：
23.1—蓄水柱、2—土柱、3—透水透气层、4—阻盐碱材料层、5—离子交换孔、6—取样孔。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的
实施例。
25.下述各实施例中所采用的设备如无特别说明，则表示均为本领域的常规设备；所采用的试剂如无特别说明，则表示均为市售产品或采用本领域的常规方法制备而成，以下实施例中没有做详细说明的均是采用本领域常规实验手段就能实现。
26.实施例：
27.一种用于盐碱地改造体系模拟的装置，该装置包括蓄水柱1和土柱2，所述土柱2的内部装有上下堆叠的透水透气层3和阻盐碱材料层4，将土柱2的内部分隔为上层排盐腔和下层抑盐腔，所述蓄水柱1和土柱2的相邻壁面从上至下每隔5cm开有直径2cm的离子交换孔5，该离子交换孔5的内壁粘结一层滤网，两柱的离子交换孔5由橡胶软管连接，所述土柱2的外侧壁面开有取样孔6，该取样孔6在非测试期间用橡皮泥封闭。所述的蓄水柱1铺设电导率测试传感器，所述土柱2的不同深度处铺设电导率测试传感器，在10cm、20cm、30cm、40cm和50cm深度处铺设五个电导率测试传感器。所述蓄水柱1和土柱2的高度为50cm，内径为17cm，外径为18cm，材质为有机玻璃，所述透水透气3的材质为碎石，所述阻盐碱材料层4的材质为改性疏水砂。
28.一种用于盐碱地改造体系模拟的装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
29.上层排盐阶段，装填好土柱2，土壤为自配盐渍土，电导率为3200
±
100μs/cm。向蓄水柱1内注入去离子水，电导率为3μs/cm，直至蓄水柱1内水面下降至稳定，将土柱2和蓄水柱1表面用塑料膜密封。关闭阻盐碱材料层4下方离子交换孔5封闭，开启阻盐碱材料层4上方离子交换孔5。水面下降至稳定时开始计时，监测蓄水柱1内水溶液和土柱2内土壤浸出液电导率变化。
30.下层抑盐阶段，待蓄水柱1内溶液电导率值和土柱2内土壤电导率值达到稳定，去掉蓄水柱1和土柱2表面薄膜，使蓄水柱1内水溶液蒸出，当蓄水柱1内水面降至阻盐碱材料层4位置时，打开阻盐碱材料层位4下方离子交换孔5，直至蓄水柱1内水溶液被蒸发完全。持续监测蓄水柱1内水溶液和土柱2内土壤浸出液电导率变化。
31.上层排盐阶段，初始时土电导率值高，而水体电导率低，因此上层盐碱土壤与水体接触后盐分由土壤向水中扩散，160h后水体与盐碱土壤电导率基本稳定在2200
±
200μs/cm。下层抑盐阶段，上层盐碱土壤电导率基本稳定不变，盐分在下层土壤和水体间转移，水分蒸发使下层土壤和水体的电导率最终分别上升至4200
±
200μs/cm。结果说明本发明直观定量地展现了盐碱地改造体系中的盐水迁移情况。
32.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。