一種可自動取樣的土柱淋溶采樣裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于土壤試驗裝置領域，尤其涉及一套可自動取樣的土柱淋溶系統。
【背景技術】
[0002]土壤施肥量的多少直接關系到地表徑流氮磷流失量，施肥過少會導致作物生長不良，而過多的施肥又會增加氮磷流失，導致水體的富營養化。因此，研究一個地區最佳施肥量的土柱模擬實驗不斷開展，而一套可以簡約、方便的土柱模擬系統是十分必要的。
[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。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分層取樣問題，但是都非自動化裝置，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。再者，這些裝置設計好后不能更改高度，做不同實驗處理時，需重新設計打造，不符合環保概念。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。因此，開發一套自動化程度高、使用范圍廣的土柱淋溶系統勢在必行。
【發明內容】
[0004]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套可自動取樣的土柱淋溶系統及其方法。
[0005]一種可自動取樣的土柱淋溶裝置中設有多通道蠕動栗，多通道蠕動栗兩端通過軟管分別與儲液槽和固定于土柱淋溶管上端的布水球相連，布水球用于將軟管輸送的水分布至土柱截面的不同點位；土柱淋溶管置于底架上，由多條管段相接而成，每條管段都設有分層取樣口，最下方管段的截面上設有濾膜，最下方管段底部設有開口并與底座相連、開口與底座出水口相對，底座內表面為斜面，斜面最底部位于底座出水口處；采樣瓶上方設有螺紋絲桿，螺紋絲桿末端設有步進電機，步進電機置于墊塊上；螺紋絲桿上裝有滑塊，滑塊通過橡皮管與底座出水口相接，橡皮管經滑塊后位于采樣瓶正上方；PLC控制器與行程開關、步進電機相連；分層取樣口通過針筒式取樣器與采樣瓶相連；針筒式取樣器與分層取樣口間的導管上設有只能往針筒式取樣器方向流動的第一單向閥，針筒式取樣器與采樣瓶間的導管上設有只能往采樣瓶方向流動的第二單向閥。
[0006]所述的布水球由空心球體和毛細導水管組成，毛細導水管為中空結構，空心球體與所述的軟管相連，多條毛細導水管布設在空心球體的下半部。
[0007]所述的布水球由多條毛細導水管構成，毛細導水管頂部集束，且集束部位與所述的軟管相連，毛細導水管為外徑0.5mm~3mm的空心管或實心線。
[0008]所述的多通道蠕動栗的出液口并聯有N條軟管，同時還設有N條與之對應的土柱淋溶管和N個滑塊，其中N彡I。
[0009]所述的土柱淋溶管內管壁上設有鋸齒。
[0010]一種使用所述裝置的土柱淋溶采樣方法，包括如下步驟:
1)根據預設模擬高度，拼接多段土柱淋溶管，再均勻填入模擬土壤；
2)設置PLC控制器的程序，使其根據目標采樣時間，依次移動螺紋絲桿上的固定滑塊；
3)多通道蠕動栗抽取儲液槽中的淋溶液，通過軟管輸送到布水球中，淋溶液通過布水球外接的毛細導水管分散至土壤表面的不同點位，實現均勻布水，淋溶液隨著土壤下滲；
4)淋溶液通過最下方管段截面上的濾膜，濾去土壤顆粒后，流入表面為斜面的底座，再通過底座對應的出水口流出；
5)滲漏液進入橡皮管，橡皮管中的淋溶液進入采樣瓶中；前一排采樣瓶取滿后，PLC控制器根據設定的程序控制步進電機，步進電機控制螺紋絲桿運行，從而帶動垂直方向的滑塊運動，自動移至下一排采樣瓶，從而實現自動取樣，當一次取樣結束后復位行程開關，更換采樣瓶，繼續采樣；
6)淋溶液下滲過程中流經分層取樣口，利用針筒式取樣器進行抽取，淋溶液通過第一單向閥進入針筒式取樣器中，當按壓針筒式取樣器時，分層水樣通過第二單向閥流入采樣瓶，實現分層淋溶液的采集。
[0011]本發明的優點主要有以下幾點:
1.本裝置可同時處理多根土柱，流速、土柱數量、土柱高度均可根據實驗需要改變；
2.土柱淋溶管內部為鋸齒結構，防止淋溶時在土柱淋溶管內部產生短流現象；
3.土柱淋溶管底座為斜面，防止滲漏水淤積，影響實驗結果；
4.本裝置通過針筒式取樣器可以更方便的采集各層土壤水樣，分層取樣口升至土柱內部部分為針孔大小，能有效采集該層土壤水樣并防止土壤顆粒阻塞，其外部大小為注射器大小，注射器插入時，可形成微小真空區域，有利于土壤水樣的采集；
5.布水球中布有密集且均勻分布的小孔，外接的毛細導水管可實現均勻布水，將淋溶液分布至土柱截面的不同點位；
6.土柱可拆分，實驗結束后，可將土柱分截取出，不會導致土柱坍塌，方便取樣和測試；
7.本裝置能在無人環境下運行，實現采樣自動化，可模擬各類降雨，并且定時收集滲漏液，大大減輕工作量。
【附圖說明】
[0012]圖1是可自動取樣的土柱淋溶采樣裝置的結構示意圖；
圖2是可自動取樣的土柱淋溶采樣裝置的俯視圖；
圖3是本發明的布水球的第一種實現方式；
圖4是本發明的布水球的第二種實現方式；
圖5是本發明的針筒式取樣器的示意圖；
圖6是本發明的土柱淋溶管的剖面圖；
圖7是本發明的土柱淋溶管的立體圖；
圖8是本發明的土柱淋溶管的內表面示意圖。
[0013]圖中:儲液槽1、軟管2、多通道蠕動栗3、布水球4、土柱淋溶管5、濾膜7、分層取樣口 8、底座9、底座出水口 10、開口 22、底架11、橡皮管12、步進電機13、鋸齒14、螺紋絲桿15、固定滑塊17、墊塊18、采樣瓶19、PCL控制器20、行程開關21、開口 22、針筒式取樣器23、第二單向閥24、第一單向閥25。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步說明。
[0015]如圖1-2所示，一種可自動取樣的土柱淋溶裝置中設有多通道蠕動栗3，多通道蠕動栗3兩端通過軟管2分別與儲液槽I和固定于土柱淋溶管5上端的布水球4相連，布水球4用于將軟管2輸送的水分布至土柱截面的不同點位。土柱淋溶管5置于底架11上，由多條管段相接而成，每條管段都設有分層取樣口 8，最下方管段的截面上設有濾膜7，，使土壤滲濾液順利流出而不夾帶土壤顆粒。如圖6、7所示，下方管段底部設有開口 22并與底座9相連、開口 22與底座出水口 10相對，底座9內表面為斜面，斜面最底部位于底座出水口10處，可使土壤滲濾液直接通過底座出水口流出，避免在底座淤積。采樣瓶19上方設有螺紋絲桿15，螺紋絲桿15末端設有步進電機13，步進電機13置于墊塊18上；螺紋絲桿15上裝有滑塊17，滑塊17通過橡皮管12與底座出水口 10相接，橡皮管12經滑塊17后位于采樣瓶19正上方；PLC控制器20與行程開關21、步進電機13相連；分層取樣口 8通過針筒式取樣器23與采樣瓶19相連。如圖5所示，針筒式取樣器23與分層取樣口 8間的導管上設有只能往針筒式取樣器23方向流動的第一單向閥25，針筒式取樣器23與采樣瓶19間的導管上設有只能往采樣瓶19方向流動的第二單向閥24。
[0016]所述的土柱淋溶管為有機玻璃管，接口經特殊設計，可由多節拼接而成，高度