專利名稱：一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置。
背景技術：
隨著土壤和水體污染的日益嚴重，土壤溶質運移過程與轉化規律，特別是污染物 的運移與轉化機理研究成為土壤學和環境科學的研究熱點與難點，與此相關的土壤溶質運 移模擬技術推動了土壤物理學、環境科學和農業灌溉學的發展。傳統方法土柱下方設有自由滲漏的孔，土壤水飽和后，開始向下滲漏，下滲完全依 靠土壤水的重力勢。傳統方法進行溶質運移實驗，進度非常緩慢，實驗室內和野外差異大， 無法考慮蒸發量影響，試驗精度差。為了解決這種弊端，有研究者提出在土柱的中央垂直埋 設一個沙柱來實現溶質的快速下滲來控制實驗進度，但溶質完全靠重力勢向下遷移，且有 很大的不均一性，實驗結果不準確。傳統的土柱只能做土壤飽和水溶質運移試驗，靠自由水擺脫土壤的束縛開始遷 移，大部分溶質也依靠水分子攜帶運移。因此，傳統方法導致類似實驗結果不科學，且實驗 周期長，不利于實驗室模擬研究。傳統的土柱下方裝入一層砂子讓自由水下滲，當達到田持后，水分無法繼續下滲， 其上表面在室內無法達到較強的蒸發，導致土柱內的水分含量和土壤的張力維持在一個值 附近。研究證明，土壤溶質是隨水分子一起遷移的，在飽和含水的土柱里，其溶質僅靠重力 緩慢遷移，這是和自然界不相符的。以上方法都是基于土壤飽和含水量的情況下進行的，實際野外大田的水勢往往都 是蒸發多于降雨，如不進行控制，實驗則不能真實反映自然界的運行規律。實驗的真實性及 準確性無法驗證。本實用新型提供一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該模擬裝置為土壤溶質運移 模型建立提供了參數優化手段，是進行土壤水的流動性、能量平衡、土壤污染物遷移等實驗 研究的試驗校準工具。一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置， 發明內容本實用新型目的在于，提供一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該裝置是由土柱 固定環、溢流槽、萬向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩 沖瓶、可調負壓泵、數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC 土柱和 傳感器組成，依靠土柱底部陶土板和外部的負壓泵，抽提土柱內的水分來自動模擬野外大 田的土壤水分布狀況，通過控制底部陶土板的負壓，進一步調節土柱內土壤水勢變化，使其 加速內部溶質的垂直遷移，縮短了試驗周期，提高了試驗精度，研究結果更科學可靠，從而 實現土壤溶質遷移過程快速觀測。本實用新型所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該裝置是由土柱固定環、溢流槽、萬向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩沖瓶、可 調負壓泵、數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC 土柱和傳感器組 成，土柱(16)鑲嵌在土柱固定環(1)中，在土柱(16)的一側固定若干個均等排列的土壤溶 液取樣器(15)，另一側固定若干個均等排列的傳感器(17)，土壤溶液取樣器(1 通過溢流 管與樣品瓶(14)連接，分支頭(9)的一端通過氣管與樣品瓶(14)連接，另一端通過氣管 與緩沖瓶(10)連接，可調負壓泵(11) 一端與緩沖瓶(10)連接，另一端與數據采集控制器 (12)連接。所述的在土柱固定環⑴的底部設有溢流槽(2)、萬向快插接頭(3)和萬向調節腳 (6)，萬向快插接頭C3)通過溢流管與采樣瓶(7)連接，采樣瓶(7)通過抽氣管(8)與分支 頭(9)連接。所述的土柱(16)的底部為陶土板(4)和滲透膜( 粘合成的底盤，底盤下方有一 個抽氣孔。所述的傳感器(17)通過信號電纜(13)與數據采集控制器(12)連接。所述的傳感器(17)為土壤水分傳感器、電導率傳感器和基質勢傳感器。本實用新型所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該裝置是由土柱固定環、 溢流槽、萬向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩沖瓶、可 調負壓泵、數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC 土柱和傳感器組 成，土柱中的土壤與底盤上的滲透膜緊密結合，底盤下方有一個抽氣孔，通過外部一個負壓 泵經緩沖瓶和采樣瓶將土柱土壤內水分或溶液抽出。土柱與底盤可以分離，易安裝，可重 復使用。陶土板和滲透膜可根據實驗的要求自由更換不同的孔徑，陶土板可以控制土柱內 土壤的基質勢，避免空氣被抽出，為了避免陶土板制造工藝上的限制，在其上敷蓋一層滲透 膜，彌補陶土板的制造工藝缺陷，可提高導氣值至IOOKPa以上，陶土板與滲透膜粘合成的 底盤，配合可調負壓泵，可以控制土柱內土壤水勢變化，達到非飽和土壤中溶質運移的試驗 觀測，使用透明的PVC管制成土柱，可觀察到內部土壤的狀態，同時PVC材料可以增加與土 壤的摩擦力，有效降低了壁流效應；調節負壓泵的壓力，可實現底盤向外抽水能力的控制， 土柱中的溶質從上而下開始遷移，以達到平衡，再通過調控土柱內的水勢值即土壤的張力， 從而實現非飽和條件下土壤溶質運移的準確分析，達到試驗可控性和提高試驗的精度。
圖1為本實用新型結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖進一步描述并給出實施例。本實用新型所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該裝置是由土柱固定環、 溢流槽、萬向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩沖瓶、可 調負壓泵、數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC 土柱和傳感器組 成，土柱16鑲嵌在土柱固定環1中，土柱固定環1的底部設有溢流槽2、萬向快插接頭3和 萬向調節腳6，萬向快插接頭3通過溢流管與采樣瓶7連接，底盤下方的萬向腳6支撐起整 個土柱，并可調整水平，采樣瓶7通過抽氣管8與分支頭9連接，土柱16的底部為陶土板4和滲透膜5粘合成的底盤，底盤下方有一個抽氣孔，在土柱16的一側固定若干個均等排列 的土壤溶液取樣器15，另一側固定若干個均等排列的傳感器17，土壤溶液取樣器15通過溢 流管與樣品瓶14連接，分支頭9的一端通過氣管與樣品瓶14連接，另一端通過氣管與緩沖 瓶10連接，可調負壓泵11 一端與緩沖瓶10連接，另一端與數據采集控制器12連接，傳感 器17通過信號電纜13與數據采集控制器12連接，傳感器17為土壤水分傳感器、電導率傳 感器和基質勢傳感器。使用時，從野外大田目標地取土樣裝入到透明PVC 土柱16中，土柱16的底部為陶 土板4和滲透膜5粘合成的底盤，將取土樣裝入到土柱16中，使土柱16中的土壤與底盤上 的滲透膜5充分接觸，緊密結合在一起，土柱16中的土壤裝填好后，開始淋灑注水，使土柱 16內的土壤達到飽和含水；啟動可調負壓泵11，對底盤進行抽氣，當負壓克服陶土板4和滲透膜5的氣孔張力 后，土壤中的水和其他溶質流入到溢流槽2，經過萬向快插接頭3和溢流管進入到采樣瓶7 中，土柱中的溶質從上而下開始遷移，以達到平衡；通過對可調負壓泵11壓力的調節，可實 現底盤向外抽水的能力的控制，土柱中的溶質從上而下開始遷移，以達到平衡，調控土柱內 的水勢值即土壤的張力，從而實現非飽和條件下土壤溶質運移的準確分析，達到試驗可控 性和提高試驗的進度；可調負壓泵11產生的負壓經過緩沖瓶10和分支頭9，分配到每個溶液取樣瓶14， 取樣瓶14內的負壓通過土壤溶液取樣器15對土柱16中土壤溶液抽取和對其水勢的控制， 抽取到的溶液保留在采樣瓶14中；土柱16中插入的傳感器17為土壤水分傳感器、電導率傳感器和基質勢傳感器，并 由螺紋鎖緊口 18固定和密封，傳感器17的信號經信號電纜13連接到數據采集控制器12， 數據采集控制器12根據傳感器17的數據對可調負壓泵11的工作狀態進行調節，實現分階 段自動水勢控制和溶液抽取。
權利要求1.一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，其特征在于該裝置是由土柱固定環、溢流槽、萬 向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩沖瓶、可調負壓泵、 數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC 土柱和傳感器組成，土柱 (16)鑲嵌在土柱固定環(1)中，在土柱(16)的一側固定若干個均等排列的土壤溶液取樣 器(15)，另一側固定若干個均等排列的傳感器(17)，土壤溶液取樣器(1 通過溢流管與樣 品瓶(14)連接，分支頭(9)的一端通過氣管與樣品瓶(14)連接，另一端通過氣管與緩沖瓶 (10)連接，可調負壓泵(11) 一端與緩沖瓶(10)連接，另一端與數據采集控制器(1 連接。
2.根據權利要求1所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，其特征在于在土柱固定 環⑴的底部設有溢流槽O)、萬向快插接頭⑶和萬向調節腳(6)，萬向快插接頭(3)通 過溢流管與采樣瓶(7)連接，采樣瓶(7)通過抽氣管(8)與分支頭(9)連接。
3.根據權利要求1所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，其特征在于土柱(16)的 底部為陶土板(4)和滲透膜( 粘合成的底盤，底盤下方有一個抽氣孔。
4.根據權利要求1所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，其特征在于傳感器(17) 通過信號電纜(1 與數據采集控制器(1 連接。
5.根據權利要求4所述的一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，其特征在于傳感器(17) 為土壤水分傳感器、電導率傳感器和基質勢傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，該裝置是由土柱固定環、溢流槽、萬向快插接頭、陶土板、透水濾膜、萬向調節腳、采樣瓶、抽氣管、分支頭、緩沖瓶、可調負壓泵、數據采集控制器、信號電纜、樣品瓶、土壤溶液取樣器、透明PVC土柱和傳感器組成，采用該裝置通過調節負壓泵對土柱底盤抽氣，當負壓克服陶土板和濾膜的氣孔水膜張力后，土壤中的水分就會被抽出，通過調節負壓泵壓力，實現對底盤向外抽水能力的控制，土柱中的溶質從上而下開始遷移，以達到平衡，縮短了試驗周期，提高了試驗精度，研究結果更科學可靠，從而實現土壤溶質遷移過程快速觀測。
文檔編號G01N33/24GK201867407SQ20102059384
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者張楠楠, 李新, 盛鈺, 趙成義 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所, 北京時域通科技有限公司