一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置

1.本发明涉及土壤研究技术领域，特别是涉及一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置。


背景技术：

2.塑料制品被广泛应用于生产生活实践中，造成了土壤中塑料制品大量富集，极大地危害了土壤健康与人类发展。随着时间的更替，塑料制品被分解成小块塑料，小块塑料随着土壤的迁移逐渐被降解成微塑料，微塑料通常指粒径小于5毫米的塑料粒子，由于自然因素和人类活动，外界干扰下微塑料在土壤内迁移，其积累至一定程度后会改变土壤结构，对土壤生态系统造成负面影响，从而导致土壤功能急剧下降。当前，对于微塑料污染的关注焦点主要集中在水体环境方面，对于陆地生态系统中微塑料迁移，尤其是喀斯特土壤中微塑料迁移的与分离装置相对较少。
3.喀斯特地貌(岩溶地貌，karsttopography)是在长期溶蚀作用后形成的特殊地貌，随着流水的冲蚀、潜蚀以及坍陷等作用，土壤中的微塑料随着流水的流动而发生迁移。以此同时，土壤中的塑料也会随着地表径流、地下漏失、土壤侵蚀等作用加剧迁移的速度。迁移中的微塑料吸附部分重金属和有机污染物，进而对土壤生物造成复合污染。因此，创新研发土壤微塑料迁移的装置，是有些解决土壤中微塑料迁移转化的前提，也是研究土壤微塑料的降解与修复的重要手段。喀斯特地区岩石裸露率高、石砾含量多，地表崎岖、地形地貌复杂多样。复杂的喀斯特生态系统，造成土壤中微塑料的研究，存在诸多不确定性。为此，目前对于喀斯特土壤微塑料的相关研究较小，尤其是喀斯特土壤中微塑料的迁移的装置尚少见报道。
4.喀斯特耕生态系统，因存在裂缝与裂隙，极易造成土壤中微塑料的流失与迁移，分离与治理喀斯特地区土壤中微塑料污染，提升土壤质量安全，刻不容缓。目前对土壤中微塑料的迁移转化研究，因不能准确的跟踪土壤微塑料的位置，导致研究结果存在较大误差。同时喀斯特地区岩石裸露率高、石砾含量多，不少土壤富含大量石砾、石块、铁块等硬质杂物，野外开展微塑料的迁移研究难度较大。同时现有技术中，对于土壤中微塑料迁移模拟装置功能较为单一。因此，急需研制一种模拟不同喀斯特微环境中土壤微塑料迁移的装置，来深入研究喀斯特土壤微塑料的赋存特征。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移情况，并具有多种功能，可模拟不同喀斯特微环境和喀斯特土壤的二元结构。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置，包括，
7.模拟箱，所述模拟箱内设置有孔径可调的渗漏件，所述渗漏件顶端铺设有模拟土
层，所述渗漏件底端与所述模拟箱底端内壁之间、所述模拟土层内、所述模拟土层表面连通有水流收集组件，且所述水流收集组件与所述模拟箱低端的一侧连通；
8.支撑件，设置在所述模拟箱外，所述模拟箱通过支撑件改变倾斜角度；
9.降雨件，设置在所述模拟箱上方且与所述模拟箱顶端开口对应设置。
10.进一步的，所述渗漏件包括固定在所述模拟箱内壁的支撑板，所述模拟土层铺设在所述支撑板顶端，所述支撑板内开设有空腔且设置有调节板，所述调节板与所述支撑板滑动连接，所述调节板与所述模拟箱可拆卸连接，所述调节板和所述支撑板上开设有相匹配的漏水孔。
11.进一步的，所述调节板一侧壁固接有拉伸板，所述拉伸板的另一端贯穿所述模拟箱并伸出所述模拟箱外，所述模拟箱外壁固接有与所述拉伸板匹配的定位板，所述拉伸板上开设有调节槽，所述调节槽内设置有固定螺栓，所述定位板通过所述固定螺栓与所述定位板可拆卸连接。
12.进一步的，所述水流收集组件包括地下径流收集筒，壤中流收集筒、地表径流收集筒，所述地下径流收集筒与所述支撑板与所述模拟箱底端内壁之间连通，所述壤中流收集筒与所述模拟土层内连通，所述地表径流收集筒与所述模拟土层表面连通。
13.进一步的，所述模拟箱底端内壁固定有两相对设置的汇流板，两所述汇流板靠近所述地下径流收集筒的端面之间的间距小于两所述汇流板远离所述地下径流收集筒的端面之间的间距。
14.进一步的，所述模拟箱靠近所述地表径流收集筒的侧壁上开设有过流槽，所述模拟箱侧壁上固接有汇流盒，所述汇流盒通过所述过流槽与所述模拟土层表面连通。
15.进一步的，所述支撑件包括一支架，所述模拟箱设置在所述支架顶端，所述模拟箱一端与所述支架顶端铰接，所述支架上固接有滑板，所述滑板上设置有位置可调的位置板，所述位置板与所述滑板可拆卸连接，所述位置板顶端固接有角度调节板，所述角度调节板顶端设置有倾斜面且与所述模拟箱底端接触适配。
16.进一步的，所述降雨件为固定在所述支架上方的降雨器，所述降雨器出雨端与所述模拟箱顶端开口对应设置。
17.进一步的，还包括温控件，所述温控件为设置在所述模拟箱外的温控箱，所述温控箱连通有循环水管，所述模拟箱侧壁开设有容纳腔，所述循环水管位于所述容纳腔内。
18.本发明公开了以下技术效果：
19.本技术方案用于研究不同降雨强度、不同石砾含量和不同岩石裸露率下喀斯特土壤微塑料迁移特征。主要用于模拟不同岩石裸露率、不同雨强、不同坡度及地下孔隙度下土壤微塑料的迁移特征。通过该装置可以模拟人工降雨，探索不同降雨强度对喀斯特土壤微塑料迁移过程影响，以及土壤微塑料在地表、地下孔隙的分配规律；通过模拟喀斯特坡地地表径流入渗、产流过程对土壤微塑料迁移的响应特征，以及不同降雨和不同坡度对微塑料在地表、壤中流和地下空间的分配特征，能够真实的模拟喀斯特地区二元结构，且具有多种调节功能，操作方便，能够准确的跟踪喀斯特土壤微塑料的迁移特征。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为装置的立体图；
22.图2为模拟箱的爆炸图；
23.图3为支撑板与调节板连接关系的立体图；
24.图4为模拟箱与汇流板和循环水管位置关系的立体图；
25.图5为图4的俯视图；
26.图6为支撑件的立体图；
27.图7为模拟箱与支架铰接端的立体图；
28.图8为模拟土层与支撑板位置关系的俯视图；
29.其中，1-模拟箱，2-模拟土层，3-支撑板，4-调节板，5-漏水孔，6-拉伸板，7-定位板，8-固定螺栓，9-地下径流收集筒，10-壤中流收集筒，11-地表径流收集筒，12-汇流板，13-汇流盒，14-过流槽，15-支架，16-滑板，17-位置板，18-角度调节板，19-降雨器，20-温控箱，21-循环水管，22-通水管，23-转杆，24-转轴，25-夹持螺栓，26-水泵。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.参照图1-8，本发明提供一种用于模拟喀斯特地区土壤微塑料迁移的装置，包括，模拟箱1，模拟箱1内设置有孔径可调的渗漏件，渗漏件顶端铺设有模拟土层2，渗漏件底端与模拟箱1底端内壁之间、模拟土层2内、模拟土层2表面连通有水流收集组件，且水流收集组件与模拟箱1低端的一侧连通；支撑件，设置在模拟箱1外，模拟箱1通过支撑件改变倾斜角度；降雨件，设置在模拟箱1上方且与模拟箱1顶端开口对应设置。
33.根据试验需求，调节渗漏件的孔径以模拟地下孔隙度，通过支撑件调节模拟箱1倾斜角度，以模拟坡度，调节完毕后将模拟土层2铺设在模拟箱1内的渗漏件上，启动降雨件，模拟降雨，并分别收集渗漏件下方、模拟土层2内、模拟土层2表面的径流，并对收集的径流做微塑料含量检测。
34.其中，模拟土层2为供试土壤，模拟土层2在制作时，其需要具备有岩石，并根据试验需求确定岩石裸露率，模拟土层2的土壤可实地挖掘使用或者进行配置。
35.此外，可在模拟土层2表面种植供试植物，以模拟试验不同的植物对微塑料迁移的影响。
36.其中，模拟箱1的坡度调节优选为0
°‑
45
°
。
37.其中，模拟箱1优选为变坡钢槽。
38.其中，微塑料设置在模拟土层2内，微塑料在外部降雨作用下，跟随水流在模拟图
层2地表、土层内、土层下方移动。
39.进一步优化方案，渗漏件包括固定在模拟箱1内壁的支撑板3，模拟土层2铺设在支撑板3顶端，支撑板3内开设有空腔且设置有调节板4，调节板4与支撑板3滑动连接，调节板4与模拟箱1可拆卸连接，调节板4和支撑板3上开设有相匹配的漏水孔5。
40.支撑板3用于对模拟土层2进行支撑，模拟土层2铺设在支撑板3上表面，在支撑板3内开设有空腔，调节板4位于空腔内且可相对于支撑板3移动，通过改变调节板4位置，实现支撑板3上的漏水孔5和调节板4上的漏水孔5之间的错位，实现支撑板3与调节板4可漏水孔径的调节，即模拟地下孔隙度。
41.其中，孔隙度调节范围优选为0％-10％。
42.进一步优化方案，调节板4一侧壁固接有拉伸板6，拉伸板6的另一端贯穿模拟箱1并伸出模拟箱1外，模拟箱1外壁固接有与拉伸板6匹配的定位板7，拉伸板6上开设有调节槽，调节槽内设置有固定螺栓8，定位板7通过固定螺栓8与定位板7可拆卸连接。拉伸板6伸出模拟箱1外并可带动调节板4移动，因此在调节孔隙度大小时，仅需要试验人员在模拟箱1外移动拉伸板6即可，该操作简单，待移动拉伸板6完毕后，通过固定螺栓8将定位板7和拉伸板6固定，实现调节板4相对于模拟箱1固定，在试验过程中不会出现支撑板3和调节板4相对移动的情况。
43.具体的，固定螺栓8包括一螺杆和螺纹连接在螺杆上的两螺母，拉伸板6和定位板7位于两螺母之间，且拉伸板6和定位板7相互远离的一侧分别与两螺母抵接。通过设置调节槽可实现螺杆贯穿拉伸板6，通过两螺母靠近加紧，即可实现拉伸板6与定位板7的固定。
44.进一步优化方案，水流收集组件包括地下径流收集筒9，壤中流收集筒10、地表径流收集筒11，地下径流收集筒9与支撑板3与模拟箱1底端内壁之间连通，壤中流收集筒10与模拟土层2内连通，地表径流收集筒11与模拟土层2表面连通。
45.可以理解的，当模拟箱1倾斜设置具有一定坡度时，地下径流收集筒9，壤中流收集筒10、地表径流收集筒11设置在模拟箱1低端的一侧并与模拟箱1连通，位于模拟箱1内的水流由高向低流动并分别进入不同的收集筒内完成收集，其中，壤中流收集筒10与模拟箱1的连接处位于支撑板3顶端且靠近支撑板3，以更好的对模拟土层2内的水流进行收集。
46.其中，与地下径流收集筒9，壤中流收集筒10、地表径流收集筒11相对应设置有通水管22，以实现对不同位置的水流收集。
47.其中，通过地下径流收集筒9，壤中流收集筒10、地表径流收集筒11对相对应的水流进行收集，并在后续过程中测量收集水内的微塑料含量，以进行后续数据收集。
48.进一步优化方案，模拟箱1底端内壁固定有两相对设置的汇流板12，两汇流板12靠近地下径流收集筒9的端面之间的间距小于两汇流板12远离地下径流收集筒9的端面之间的间距。由模拟土层2经过漏水孔5漏渗的水流落至模拟箱1底端内，为了更好的对水流收集，设置两汇流板12，便于水流入地下径流收集筒9内。
49.可以理解的，两汇流板12靠近模拟箱1低端，同时，两汇流板12顶端倾斜设置，使得落至两汇流板12上的水流流至两汇流板12之间。
50.进一步优化方案，模拟箱1靠近地表径流收集筒11的侧壁上开设有过流槽14，模拟箱1侧壁上固接有汇流盒13，汇流盒13通过过流槽14与模拟土层2表面连通。同理，为了便于对地表径流收集，在模拟箱1外壁固定汇流盒13，地表径流通过过流槽14进入汇流盒13内，
再由汇流盒13进入地表径流收集筒11内。
51.进一步优化方案，支撑件包括一支架15，模拟箱1设置在支架15顶端，模拟箱1一端与支架15顶端铰接，支架15上固接有滑板16，滑板16上设置有位置可调的位置板17，位置板17与滑板16可拆卸连接，位置板17顶端固接有角度调节板18，角度调节板18顶端设置有倾斜面且与模拟箱1底端接触适配。
52.模拟箱1一端与支架15铰接，而另一端可相对于支架15活动，当调节模拟箱1倾斜角度时，移动滑板16上的位置板17，通过角度调节板18支撑模拟箱1，待模拟箱1调节至预定角度后，固定位置板17与滑板16，完成对模拟箱1的支撑。
53.具体的，滑板16侧壁开设有通槽，位置板17为l型板且一侧边设置在滑板16顶端，另一侧边设置在滑板16的一侧，在位置板17上穿设夹持螺栓25，通过夹持螺栓25上的两螺母将位置板17固定在滑板16上。
54.具体的，模拟箱1底端固接有转杆23，支架15上固接有转轴24，转杆23穿设在转轴24上且与转轴24转动连接，以实现模拟箱1一端与支架15铰接。
55.进一步优化方案，降雨件为固定在支架15上方的降雨器19，降雨器19出雨端与模拟箱1顶端开口对应设置。降雨器19可采用全自动下喷式人工模拟降雨器，由降雨器、雨量计、水泵及控制器组成，以实现模拟降雨。
56.进一步优化方案，还包括温控件，温控件为设置在模拟箱1外的温控箱20，温控箱20连通有循环水管21，模拟箱1侧壁开设有容纳腔，循环水管21位于容纳腔内。温控箱20内设置有一定温度的水，通过水循环模拟外部环境温度，其一方面可使得模拟装置更加真实，另一方面可模拟在不同温度下对微塑料迁移的影响。
57.进一步的，循环水管21的盘绕应当绕开拉伸板6和定位板7的位置，同时，在循环水管21上连接有水泵26用于提供动力。
58.具体实施方式
59.模拟箱1的规格为长6.0m，宽2.5m，深0.50m。支撑板3为由均匀分布有200个直径5cm的漏水孔5的底板组成，同时其内部的调节板4尺寸相对较小，通过改变调节板4与支撑板3的重合面积进行调节孔隙度大小，孔隙度调节范围0％-10％。模拟箱1的坡度调节范围0
°‑
45
°
，降雨器19降雨高度8m，降雨器19降雨的有效面积为6.5m
×
6.5m，均匀度》85％，降雨器19的调节精度为7mm/h，调节变化时间《30s，雨强可有控制器自动控制或手动控制，降雨历时任意可调。
60.对于模拟土层2，设置1个岩石裸露率为5％-15％，3个坡度5
°
(缓坡)、15
°
(中坡)、25
°
(陡坡)，3个地下孔(裂)隙度1％、3％、5％，及以3个雨强模拟不同降雨强度下喀斯特土壤微塑料的迁移特征。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
62.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。