一種模塊化拼接式滲漏模擬裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境監測領域，尤其涉及一種模塊化拼接式滲漏模擬裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]農業面源污染具有隨機性、廣泛性、滯后性、模糊性、潛伏性、研究和控制難度大等特點。而土壤的淋失特點直接關系到地表徑流氮磷流失量，對農業面源污染而引起的水體富營養化研究至關重要。因此，一套全面、簡單而又操作方便的室內模擬淋溶裝置是十分必要的。
[0003]目前，已有部分專利涉及土柱模擬裝置，但是這些裝置均存在一定的缺陷。
[0004]例如，名為“土柱淋溶裝置”(申請號為201410403212.4，公開號為104215747A)的專利，在淋溶裝置外側設置了多個取樣口，內部從上至下分成多層；名為“一種污染物迀移模擬的土柱淋溶裝置”(申請號為201420645580.5，公開號為204116337U)的專利，淋溶土柱管側面設置3~4個取樣口，不取樣時用膠布塞住。這些裝置雖然在一定程度上解決了土柱淋溶模擬問題，但是這些裝置并不能很精確的取得各深度土壤的滲漏水，且都非自動化裝置，需要人工處理，不適宜夜間需要采樣的實驗，最后取土樣時容易造成土樣坍塌。而且，這些裝置只適用于少量甚至一根土柱，當土柱對照多時工作量會很大，并不適用。
[0005]又如，名為“土壤側滲測量裝置”(申請號為201120451623.2，公開號為202330231U)的專利，在土壤水分收集筒一側安裝與水分收集筒軸線垂直的水平側滲管來收集側滲液，此發明僅適用于大田實驗。室內模擬淋溶側滲裝置幾乎沒有。再者，水稻根際水也是土壤實驗的一大重點，而至今并沒有很實用的方式取得根際水。綜上，開發一套自動化程度高、使用范圍廣的室內模擬淋溶裝置勢在必行。
【發明內容】
[0006]為了解決【背景技術】中所面臨的問題，本發明的目的是提供一種模塊化拼接式滲漏模擬裝置及其方法。
[0007]—種模塊化拼接式滲漏模擬裝置，包括水稻種植模塊、儲液模塊、垂直滲漏模塊、側滲模塊、田面水測取模塊和模擬降雨裝置，水稻種植模塊位于裝置的中心，呈立方體形狀，儲液模塊、垂直滲漏模塊、側滲模塊和田面水測取模塊均通過卡槽連接固定在水稻種植模塊四周，形成呈倒梯柱形組合體，模擬降雨裝置設于該組合體正上方；
儲液模塊中設有蠕動栗和導流管，導流管穿過蠕動栗，兩端分別連接儲液模塊和水稻種植模塊，水稻種植模塊與垂直滲漏模塊、側滲模塊、田面水測取模塊相連的側壁上均設有通水孔；田面水測取模塊中設有V型管，V型管一端伸入田面水測取模塊內部，且管壁上布孔，V型管另一端伸出田面水測取模塊，且貼合固定于外壁上，V型管兩端高度均與田面水測取模塊頂部平齊；田面水測取模塊外側壁上部連接有徑流收集管；
垂直滲漏模塊斜側壁上固定有若干條等間距的垂直隔水板，不同的垂直隔水板頂部平齊且低于垂直滲漏模塊頂部高度，垂直隔水板與垂直滲漏模塊的斜側壁形成若干個垂直條狀空間，每個垂直條狀空間的最低處設有垂直滲漏液采集口 ；側滲模塊斜側壁上固定有若干條等間距的水平隔水板，每塊水平隔水板上方的側滲模塊斜側壁最低處設有水平滲漏液采集口。
[0008]作為優選，所述的水稻種植模塊內設有根際溶液采集網，根際溶液采集網由一條密布孔眼的毛細管呈網狀彎折而成，毛細管一端封閉，另一端與密閉的根際溶液采集瓶連接，根際溶液采集瓶與抽氣栗相連。
[0009]作為優選，所述的導流管在伸入水稻種植模塊一端連接有引水毛球，引水毛球由空心球體和多條中空引水絲組成，空心球體與導流管相連，多條中空引水絲布設在空心球體的下半部。
[0010]作為優選，所述的徑流收集管采用可彎折管，用于根據需要進行定型，改變徑流收集管入口高度。
[0011]作為進一步優選，所述的徑流收集管采用硅膠金屬軟管。
[0012]作為優選，所述的垂直滲漏液采集口和水平滲漏液采集口的橫截面上設有濾膜。
[0013]作為優選，所述的V型管伸出田面水測取模塊的一側上有刻度，刻度值為該刻度值標注該點位距田面水測取模塊頂部的垂直距離。
[0014]—種使用權利要求1所述裝置的滲漏模擬方法，包括如下步驟:
1)組裝模塊化拼接式滲漏模擬裝置，水稻種植模塊位于裝置的中心，儲液模塊、垂直滲漏模塊、側滲模塊和田面水測取模塊均通過相互配合的卡槽連接固定在水稻種植模塊四周，形成呈倒梯柱形組合體；模擬降雨裝置設置于水稻種植模塊正上方；
2)將試驗土壤風干、磨碎、過篩后，均勻的填充在組裝好的組裝模塊化拼接式滲漏模擬裝置中，并保持水稻種植模塊、垂直滲漏模塊、側滲模塊和田面水測取模塊中土壤填充高度一致;
3)模擬淋溶實驗時，利用蠕動栗抽取儲液模塊中的儲水，通過導流管輸送到引水毛球中，再通過引水毛球外接的中空引水絲分散至水稻種植模塊表面的不同點位，實現均勻布水；水稻種植模塊中的水通過通水孔流入垂直滲漏模塊、側滲模塊和田面水測取模塊中，保證各模塊中的水位高度一致；通過V型管實時測定裝置中土壤水分高度；通過垂直滲漏液采集口采集垂直滲漏液，取得不同深度土層的垂直滲漏水樣；通過水平滲漏液采集口采集該水平隔水板上方的水平側滲液，收集不同深度的土壤水平側滲液；
4)當水稻根系生長進入水稻種植模塊內設置的根際溶液采集網后，打開抽氣栗進行抽氣，使根際溶液采集瓶中形成負壓，土壤中的根際溶液通過毛細管上密布的孔眼進入毛細管，被收集于根際溶液采集瓶中；
5)模擬降雨試驗時，根據目標試驗要求，對徑流收集管進行彎折，設定徑流收集管的進水口高度，開啟模擬降雨裝置，通過田面水測取模塊中的徑流收集管收集溢出的徑流。
[0015]本發明的有益效果為:
(1)可同時處理多組平行實驗，各個模塊可自由拆卸拼接，同時可模擬各類降雨對滲漏、稻田徑流流失的影響，能測得不同深度土層的垂直滲漏水樣、不同深度的土壤水平側滲液、土壤水分高度、水稻根際溶液，并能收集徑流，同時亦可采集不同土壤層的樣品；
(2)引水毛球可使進水過程中，水滴不會直接滴落在土壤表面，從而防止破壞土體，減少因滴水而造成的淋溶加劇； (3)V型管可實時反映裝置內土壤中水分高度，從而便于調控；
(4)徑流收集管(13)采用可彎折管，用于根據需要進行定型，改變徑流收集管(13)入口高度，從而便于研究不同徑流排放口高度對徑流流失負荷的影響；
(5)密布孔眼的毛細管形成的根際溶液采集網能夠使根系真正的進入采集網的水分收集區域，與傳統的根際溶液收集管相比，收集的根際溶液更為準確。
【附圖說明】
[0016]圖1是模塊化拼接式滲漏模擬裝置的總體結構示意圖；
圖2是模塊化拼接式滲漏模擬裝置的裝拆俯視圖；
圖3是模塊化拼接式滲漏模擬裝置的橫向剖面圖；
圖4是模塊化拼接式滲漏模擬裝置的縱向剖面圖；
圖5是本發明的水稻種植模塊的取樣示意圖；
圖6是本發明的引水毛球的結構示意圖；
圖中:水稻種植模塊1、儲液模塊2、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5、蠕動栗6、導流管7、通水孔8、V型管9、引水毛球10、空心球體11、中空引水絲12、徑流收集管13、垂直隔水板14、水平隔水板15、垂直滲漏液采集口 16、水平滲漏液采集口 17、濾膜18、模擬降雨裝置19、根際溶液采集網20、根際溶液采集瓶21、抽氣栗22。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步說明。
[0018]如圖1所示，一種模塊化拼接式滲漏模擬裝置，包括水稻種植模塊1、儲液模塊2、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5和模擬降雨裝置19.如圖2所示，水稻種植模塊I位于裝置的中心，呈立方體形狀，儲液模塊2、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4和田面水測取模塊5均通過相互配合的卡槽連接固定在水稻種植模塊I四周，形成呈倒梯柱形組合體即倒金字塔截去頂部四棱錐后的形狀。儲液模塊2、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4和田面水測取模塊5上表面均為梯形，往下梯形的高逐漸縮小。模擬降雨裝置19設于該組合體正上方，用于對滲漏模擬裝置進行模擬降雨，研究徑流流失。
[0019]如圖3所示，儲液模塊2用于存儲整個裝置的用水，儲液模塊2中設有蠕動栗6和導流管7，導流管7穿過蠕動栗6，兩端分別連接儲液模塊2和水稻種植模塊I，可根據需要，將儲液模塊2中的水勻速注入水稻種植模塊I中。水稻種植模塊I與垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5相連的側壁上均設有通水孔8，即水稻種植模塊I的三塊側壁上均設有通水孔8，而垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5的相應位置也設有對應的通孔。每塊側壁上可設置多個通水孔8。作為優選，通水孔8在側壁的上部、中部、下部各設一個，保證水稻種植模塊1、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5中的水位高度一致。
[0020]儲液模塊2、垂直滲漏模塊3、側滲模塊4、田面水測取模塊5和模擬降雨裝置19可根據需要進行選擇，安裝于水稻種植模塊I之上，不需要進行該研究時，可將其拆卸并將相應的通水孔8進行封閉。
[0021]田面水測取模塊5的作用是在使用過程中，實時測定裝置中土壤水分高度。同時還可以收集徑流。實現方式為:田面水測取模塊5中設有V型管9，V型管9 一端伸入田面水測取模塊5內部，且管壁上從上到下密布有小孔，V型管9另一端伸出田面水測取模塊5，且貼合固定于外壁上。其原理與U型管相同，用于顯示內部的土壤水位高度。V型管9兩端高度均與田面水測取模塊5頂部平齊；田面水測取模塊5外側壁上部連接有徑流收集管13，徑流收集管13上帶有閥門，可根據需要進行開關。
[0022]如圖4所示，垂直滲漏模塊3用于收集不同深度土層的垂直滲漏水樣。垂直滲漏模塊3斜側壁上固定有若干條等間距的垂直隔水板14，不同的垂直隔水板14頂部平齊(頂部高度一致)且低于垂直滲漏模塊3頂部高度，垂直隔水板14與垂直滲漏模塊3的斜側壁形成若干個垂直條狀空間。使用時，將試驗土壤填充在垂直