一种淋溶试验装置以及使用该装置的淋容试验方法

摘要

一种土柱淋溶试验装置，包括柱体、底部法兰和气体收集器，柱体内从上到下依次设有土壤层、石英砂层，底部法兰设置在柱体下方，柱体上还设有多个取样口。使用该装置的淋溶试验方法，具体为：分别采集多个剖面层次的土壤层样品，处理后备用；根据不同层次土壤层容重大小计算所需填装的土壤质量，土壤层填充完成后往柱体内添加蒸馏水，在温度为24‑26℃室内将配制的固体肥料溶解于表层水中，开始淋溶，根据植物生长周期自上而下采样，接取自然淋溶液，用注射器采集监测温室气体排放，淋溶完成，分层采集土壤样品，样品处理后以备养分测定。本发明具有计量准确、投入费用低、操作简便等优点，可为溶质运移、农田养分管理等研究提供技术手段。

说明书

技术领域

本发明属于发酵生物淋溶试验技术领域，具体涉及一种淋溶试验装置以及使用该装置的淋容试验方法。

背景技术

建国以来，为了满足人们日益增长的物质需求，化肥在农业生产中施用量不断增加，然而我国化肥利用率占比较少，仅在粮食作物和蔬菜种植中施用的氮肥，每年都有大量的损失量，给农田、河流等生态系统带来了严重威胁。水稻、小麦、玉米是我国主要的粮食作物，其氮肥和磷肥的平均利用率均较少，据统计，粮食主产区华北平原冬小麦和夏玉米的氮肥利用率更低。氮磷是维持作物生长所必不可少的营养元素，然而近年来肥料的施用量呈逐年增加态势。化学肥料的长期施用势必会导致土壤中氮磷的利用率逐渐降低，氮素的淋失，磷素的无效化及其在土壤中的累积等环境问题随之而来，研究表明，由于氮肥使用量的增加，土壤氮素由氮亏损变为氮盈余，盈余量随施肥量的增加而增加。肥料的过量施用是导致土壤NO

当前，利用土柱淋溶研究农田土壤养分迁移转化的技术方法易被广泛应用和推广，一般地土壤淋溶装置可分为填装非扰动土壤的原状土柱和重新填装的扰动土壤土柱，前者能很好的保持土壤物理化学性质，较好的代表田间状态，近似模拟农田土壤的淋溶规律，但试验具有较大的采样难度，费时费力；而后者则是经过填装过筛后的土壤，按照不同层次土壤容重控制填装质量，试验条件具有可控性，以保证单一变量原则，且室内模拟淋溶土柱具有计量准确、投入费用低、操作简便等优点，可为溶质运移、农田养分管理等研究提供技术手段。

发明内容

为解决上述现有技术不足，发明的目的在于提供一种淋溶试验装置以及使用该装置的淋容试验方法。

发明的技术方案是：

一种土柱淋溶试验装置，包括柱体，还包括底部法兰和气体收集器，所述柱体内从上到下依次设有土壤层和石英砂层，所述底部法兰设置在柱体的下方，所述柱体上还设有多个取样口，所述取样口内嵌外凸，内部开孔并覆无纺布，外部链接导管。

进一步优化，所述柱体和气体收集器均为透明有机玻璃。

进一步优化，所述柱体与土壤层内壁间涂抹有凡士林，降低淋溶过程的边缘效应。

进一步优化，所述柱体与底部法兰之间都设有环向密封圈，取样口与土壤间填充的石英砂层用于提高淋溶通气透水。

进一步优化，所述取样口数量为5个，分别设置在柱体高度的5-7cm、15-17cm、25-27cm、35-37cm、49-51cm处。

进一步优化，所述取样口长4-6cm，其中内嵌2-4cm并配有1mm孔径，外凸1-3cm并接导管，所述导管采用透明塑料管。

进一步优化，所述气体收集器顶部封闭，底部开放，外侧连接橡胶管和三通，通过注射器采集监测温室气体排放。

使用土柱淋溶试验装置的淋溶试验方法，具体步骤为：分别采集多个深度的土壤层样品，风干、除杂、研磨、过筛后备用；根据不同层次土壤层容重大小计算所需填装的土壤质量，土壤层填充完成后往柱体内累计添加1300-1500mL蒸馏水，在温度为24-26 °C室内将配制的固体肥料溶解于表层水中，开始淋溶，根据不同植物生长周期自上而下采样，采集淋溶液时先舍弃导管中残留的溶液，而后接取自然淋溶液，同时用注射器采集监测温室气体排放，淋溶完成，分层采集土壤样品、风干、研磨过筛，以备养分测定。

进一步优化，装柱过程中需在柱体内壁涂抹适量的凡士林，最大限度的降低边缘效应，同时在每个取样口内壁缠绕一层无纺布，以在增加滤液通过性的同时防止土壤颗粒堵塞出流口。

进一步优化，土壤层填充前首先在柱体底部填装3-5cm高的石英砂层以利通气透水，其次分别按预设的土层重量称量并填装、压实。

发明的有益效果为：

1、本发明通过淋溶和气体收集装置，采集不同时期不同土壤层次的淋溶液，室内模拟尺度近似模拟了田间养分的垂直运移规律，可为农田优化施肥及养分管理措施提供较为科学的理论依据；

2、本发明中同时可监测土壤温室气体随淋溶周期的变化规律，可量化土壤养分的地上损失量和排放特征，可为碳氮等养分循环研究提供技术手段的支撑；

3、本发明的操作流程简单，通过农田原位土壤的采集与室内模拟条件的控制，在无外界动力的自然状态下淋溶模拟，更接近于田间状态，更能反应农业实际生产现状。

附图说明

图1为发明的结构示意图；

图2为气体收集器的结构示意图；

附图标记：1、柱体，2、开关阀，3、取样口，4、土壤层，5、石英砂层，6、底部法兰，7、气体收集器，8、注射器，9、三通。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施例对发明的技术方案作进一步的说明。

为使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的以及有益效果易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述发明。

一种土柱淋溶试验装置，包括柱体1，还包括底部法兰6和气体收集器7，所述气体收集器7顶部封闭，底部开放，外侧连接橡胶管和三通9，通过注射器8采集监测温室气体排放，所述柱体1内从上到下依次设有土壤层4和石英砂层5，所述底部法兰6设置在柱体1的下方，所述柱体1上还设有多个取样口3，每个取样口3上均设有开关阀2，取样口3长4-6cm，所述取样口3内嵌外凸，其中内嵌2-4cm并配有1mm孔径，外凸1-3cm并接导管，所述导管采用透明塑料管，取样口内部开孔并覆无纺布，外部链接导管，取样口3数量为5个，分别设置在柱体1高度的5-7cm、15-17cm、25-27cm、35-37cm、49-51cm处。

在本装置中，所述柱体1和气体收集器7均为透明有机玻璃，所述柱体1与土壤层4内壁间涂抹有凡士林，降低淋溶过程的边缘效应，所述柱体1与底座法兰6之间都设有环向密封圈，取样口3与土壤间填充的石英砂层5用于提高淋溶通气透水。

使用土柱淋溶试验装置的淋溶试验方法，以稻田土壤淋溶为例，具体步骤为：分别采集深度为0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm土壤层4的土壤各40kg装袋运回自然风干样品，剔除石砾和根屑，破碎研磨、过筛备用；将底座法兰6通过螺丝与柱体1底部密封接合，装柱过程中需在内壁涂抹适量的凡士林，最大限度的降低边缘效应，同时在每个取样口3内壁缠绕一层无纺布，以在增加滤液通过性的同时防止土壤颗粒堵塞出流口，根据不同层次土壤层4容重大小计算所需填装的土壤质量，首先在底部填装4cm高的石英砂层5以利通气透水，其次分别按预设的土壤层4重量称量并填装、压实；在温度为24-26 °C室内进行淋溶，淋溶开始前累计添加1300-1500mL蒸馏水，达到饱和并稳定土柱，1-3天后开始灌水淋溶，土壤层4表层始终保持高度为2-4cm的表层水，将配制的固体肥料溶解于表层水中，淋溶计时开始；根据水稻生育期确定采样周期，采样规则为自上而下采集其中采集某一层淋溶液时，其余取样口3处于封闭状态，采集淋溶液时先舍弃取样口3中残留的溶液，而后接取自然淋溶液，同时用注射器8采集监测温室气体排放，待淋溶结束后，拆卸底部法兰6和取样口3导管，分层采集土壤样品、风干、研磨过筛，以备养分测定。

以上显示和描述了发明的主要特征、使用方法、工作过程、基本原理以及发明的优点。本行业技术人员应该了解，发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明发明的原理，在不脱离发明精神和范围的前提下，发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。