專利名稱：制備大型原狀土柱的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來研究土壤——植物系統中水分的淋失以及對地下水影響 的原裝土柱系統的制備方法及應用。
背景技術：
國內外研究土壤滲濾液的方法有三種， 一種是建立滲濾取樣系統，在土壤中直 接埋上溶液收集盤和真空取樣器，抽取土壤溶液。這種方法破壞土壤剖面，抽取滲 濾液的量要小于田間真實情況，并且要用較大的真空泵來抽取滲濾液，對設備要求 較高。第二種是建立回填土柱系統，按照不同的土壤層次，將土壤回填到圓形或者 方形容器中，并在底部鋪設滲濾層和安裝滲濾液接收裝置，接收滲濾液。此方法雖 然簡單，但是土壤剖面完全遭到破壞，對水溶液在土壤中的運移等情況田間模擬真 實性較差。第三種是建立原狀土柱系統，用外力將圓形或者方形容器直接嵌入土體 中，然后將土體取出在底部鋪設滲濾層接收滲濾液。原狀土柱系統能夠保證土壤的 最原始狀態，能更為有利的研究土壤中水分的運移以及作物的吸收情況，但是建設 費用較高，對材料的要求嚴格，多采用普通鋼，不銹鋼等材料，有的還釆用鈦合金。 且缺點較多，如利用普通鋼作材料容易生銹，不銹鋼上的重金屬對重金屬方面的研 究受到影響，鈦合金造價太高，大多數情況下沒有效方法阻止水分的邊緣流動。發明內容本發明的目的是針對上述現狀，旨在提供一種建設費用低、材料成本低、操作 簡單、方便，能夠滿足農業生態系統試驗的各項需求的制備大型原狀土柱的方法及 其應用。本發明目的的實現方式為，制備大型原狀土柱，在農田中選取一塊經過多年耕 種，土壤成熟的田地，將有切割邊1的PVC管2放在地表并站立，敲打PVC管2 頂部，使PVC管2均勻下降，每下降2cm后，用鐵鍬將土體與PVC管2管壁削 平，繼續敲打，直至將PVC管2下降到所需高度，在PVC管2下降的過程中，要 始終保持PVC管2與地面垂直。將加熱到60-70 'C的凡士林填充到土體和PVC管管壁間的縫隙中，凡士林冷卻 后與原狀土體6和PVC管2壁結合緊密，防止水分側滲，將土柱從PVC管底部切 斷，將原狀土柱底部削平，放入圓盤底座4中，圓盤底座中內鋪設滲濾材料3，用PVC焊條5將原狀土柱與底座焊接在一起，圓盤底座底部有硅膠管7與滲濾液收集 桶8相連大型原狀土柱的應用，將原狀土柱運到開有門的試驗場，將土壤12回填到土 柱周圍，中間有通道16，通道的兩側修有排水渠，從門口側開始2±0.2111處，每隔 98±5 cm修建混凝土底座13,每個底座上有一固定原狀土柱的凹槽，底座中間有與 通道相通的PVC彎管14，原狀土柱的圓盤底座4放到凹槽中，圓盤底座底部接頭 9接硅膠軟管7，硅膠軟管7通過PVC管14接通道16中的塑料桶8，塑料桶8收 集淋失液，在通道的頂端安裝電源盒18和用以測定大氣干溫沉降的降水降塵自動 采樣器19，在原狀土柱上安裝用于測定地溫的曲管地溫表20。本發明建設費用低、材料成本低、操作簡單、方便，能夠滿足農業生態系統試 驗的各項需求。
圖1是PVC管2的結構示意圖； 圖2是制備成的原狀土柱結構示意圖； 圖3是原狀土柱應用的試驗場結構示意圖 圖4是原狀土柱應用的試驗場俯視圖具體實施方式
參照圖1， PVC管2內徑610±2 mm,外徑630±2 mm的，截成高700±5 mm， 其下部的切割邊l高10士lmm，傾角a-75。土5。，切割邊，作為切割土壤之用。制備大型原狀土柱時，選取一塊經過多年耕種，土壤成熟未經擾動過的田塊， 將PVC管2垂直放置在地表，圍繞PVC管2挖一寬90±2 cm,深120±5 cm的圓 坑，使PVC管2站立在大約直徑90±5 cm的土體上。然后將長約l±0.1m米枕木橫 放在PVC管2上，用木槌敲擊枕木使PVC管2使之均勻下降，每下降2厘米，用 鐵鍬將原狀土柱6與PVC管2外邊緣削平，防止出現土壤脫落。然后用木槌繼續 敲擊，直至下降到約700mm，在PVC管2下降的過程中要始終保持與地面垂直。 在原狀土柱的制取過程中，在原狀土柱6和PVC管2內壁之間會產生約2-5 mm寬 的縫隙，為防止試驗中水分側滲，將加熱到60-70 'C、融點45'C的醫用凡士林用漏 斗填充到縫隙中，在填充的過程中不斷用木槌敲擊PVC管2外壁，以促使凡士林 完全填充到縫隙中，凡士林冷卻后將原狀土柱6與PVC管2內壁結合緊密，防止 水分側滲。最后用長寬各為80±2 cm，厚0.5 cm, —邊鋒利的鋼板，將土柱從底部 切斷，平移到長寬各為60±1 cm，厚20ilmin的木板上，運回試驗場地。將運到運回試驗場地的大型原狀土柱底部削平，放入圓盤底座4中，圓盤底座 中內鋪滲濾材料3，將原狀土柱與底座焊接在一起。參照圖2，原狀土柱底部滲漏系統由IO毫米厚的PVC板焊接而成，圓盤底座 4底座高50mm，外徑650士2mm,內徑63ftt2mm，底座下圓盤直徑680士2 mm, 通過PVC焊條將PVC圓盤和PVC板焊接到一塊。在底座中間焊接一個直徑10毫 米鑲銅內螺紋變接頭9,外接一個相同規格的銅閥門。在PVC底座4底部鋪上三層 200目的尼龍篩網，再平鋪上20mm厚、直徑為1 mm的石英砂，作為滲濾層，保 證滲濾液的順利流出。圓盤底座底部接有有滲濾液收集桶8和硅膠管7。參照圖3、圖4,試驗場地長20i2m，寬6.5i0.5m,用高l士O.l m的鐵柵欄15 圍起來，開一個卯cm寬的門口 。在柵欄內修建一個深120 cm，寬1.65 m，長18 m 的通道16，并通過臺階17直通試驗場底部。試驗場地鐵柵欄的建設標準應以不影 響原狀土柱系統水肥氣熱變化為準。通道兩側磚墻厚25cm,通道底部是30 cm厚 的混凝土，并在通道的兩側修有排水渠。在磚墻兩側，從門口側開始2±0.2加處， 每隔98±5 cm修建混凝土底座13,底座距地表70 cm。每個底座上有一個直徑68±5 cm，深2 cm的凹槽，用以固定原狀土柱，并且每個混凝土底座中間通過直徑10 厘米的PVC彎管14與通道相聯。原狀土柱安裝時，將圓盤底痤放在混凝土凹槽中，并在底座外接銅閥門上連接 一根長1米長的硅膠軟管7,通過PVC管14連接到通道16中的一個容積為25升 塑料桶8中，收集淋失液。然后將土壤12回填到原狀土柱周圍，壓實，使原狀土 柱內外土壤盡可能一致。參照圖4，在通道的頂端安裝電源盒18給降水降塵自動采樣器19 (APS-2B， 武漢天虹智能儀表廠)提供電源，以測定大氣干溫沉降。在原狀土柱上安裝曲管地 溫表20 (WQG-16,上海華辰醫用儀表有限公司)，測定5 cm、 10 cm、 15cm和 20 cra處的地溫。最后，原狀土柱系統運行時土柱內外側均種植作物，并且種植密度及種類要一 致，以盡可能模擬田間真實狀況。
權利要求
1、制備大型原狀土柱的方法，其特征在于在農田中選取一塊經過多年耕種，土壤成熟的田地，將有切割邊(1)的PVC管(2)放在地表并站立，敲打PVC管(2)頂部，使PVC管(2)均勻下降，每下降2cm后，用鐵鍬將土體與PVC管管壁削平，繼續敲打，直至將PVC管下降到所需高度，在PVC管下降的過程中，要始終保持PVC筒與地面垂直，將加熱到60-70℃的凡士林填充到土體和PVC管管壁間的縫隙中，凡士林冷卻后將原狀土體(6)和PVC管(2)壁結合緊密，防止水分側滲，將土柱從PVC管底部切斷，將原狀土柱底部削平，放入圓盤底座(4)中，圓盤底座中內鋪滲濾材料(3)，最后將原狀土柱與底座焊接在一起，圓盤底座底部安裝有連接收集桶(8)的硅膠管(7)。
2、 根據權利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 內徑610i2mm，外徑630i2mm的，高700i5mm，其下部的切割邊(1)高10±1 mm，傾角a-75。土5。。
3、 根據權利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于PVC管(2) 垂直放在地表，圍繞PVC管(2)挖一寬90±2 cm，深120±5 era的圓坑，使PVC 管2站立在直徑90±5 cm的土體上。
4、 根據權利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于將長UO.lm 枕木橫放在PVC管(2)上，用木槌敲擊枕木使PVC管(2)均勻下降，每下降2 cm， 用鐵鍬將原狀土柱(6)與PVC管(2)外邊緣削平。
5、 根據權利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于圓盤底座(4) 底座高50mm,夕卜徑650i2mm，內徑630i2mm，底座下圓盤直徑680土2mm。
6、 根據權利要求1所述的制備大型原狀土柱的方法，其特征在于在PVC底座 (4)底部鋪上三層200目的尼龍篩網，再平鋪上20min厚、直徑為1 mm的石英砂，作為滲濾層。
7、 權利要求1所述的大型原狀土柱的應用，其特征在于將制成的原狀土柱運 到開有門的試驗場，將土壤(12)回填到土柱周圍，中間有通道(16)，通道的兩 側修有排水渠，從門口側開始2士0.2 m處，每隔98±5 cm修建混凝土底座(13)， 每個底座上有一固定原狀土柱的凹槽，底座中間有與通道連通的PVC彎管(14)， 原狀土柱的圓盤底座(4)放到凹槽中，圓盤底座底部接頭(9)接硅膠軟管(7)，硅膠軟管(7)通過PVC管(14)接通道(16)中的塑料桶(8)，塑料桶(8)收 集淋失液，在通道的頂端安裝電源盒(18)和用以測定大氣干溫沉降的降水降塵自 動采樣器(19)，在原狀土柱上安裝用于測定地溫的曲管地溫表(20)。
8、 根據權利要求7所述的大型原狀土柱的應用，其特征在于通道(16)深120cm， 寬1.65m，長18m，通過臺階(17)直通試驗場底部。
9、 根據權利要求7所述的大型原狀土柱的應用，其特征在于每個底座上有一 個直徑69士2cm，深2cm的凹槽。
全文摘要
本發明涉及一種利用PVC材料來建立大型原狀土柱系統的制備方法及應用，發明的主要目的是用來研究土壤—植物系統中水分的淋失及水中溶質對地下水的影響。將PVC管放在地表，然后敲擊PVC管使原狀土體進入PVC管中，將原狀土體從PVC管底部切斷。運回試驗場地后將原狀土體及PVC管一同放入PVC底座中，底座底部鋪設滲濾材料及設置滲濾孔，并通過硅膠管與收集桶相連。試驗場地中間有通道，通道兩側間隔放置原狀土柱，原狀土柱與地表平行，周圍回填土壤。最后在原狀土柱上種植作物，收集滲濾液，以研究土壤淋失液中溶質的變化情況。本發明建設費用低、材料成本低、操作簡單、方便，能夠滿足農業生態系統試驗需求。
文檔編號G01N33/00GK101256182SQ20081004729
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者胡承孝, 趙長盛, 魏 黃 申請人:華中農業大學