一种模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置

1.本实用新型涉及城郊菜地土壤养分淋失研究技术领域，具体涉及一种模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置。


背景技术：

2.随着全球气候的变化，过去50年间我国长江中下游和南方地区降水量呈增加趋势，极端降水频率和强度显著增加。高强度的降水是造成土壤养分向下淋失的主要动力，造成土壤养分的损失、肥料利用率偏低、水体富营养化等生态环境问题。但在野外环境中，自然降雨时间和降水量不固定，土壤中养分非均一化以及地下水位高度差异使得降水与土壤养分淋失液中的相关关系难以获得，降雨量对土壤中组分的淋失情况较难估算。现有的模拟实验装置，是将模拟降雨的输送管直接插入至土柱中，无法根据实验要求随时调整输送管管口至土柱之间的距离以及调整降水管数量和降水均匀程度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供了一种模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置，管口固定架独立于土柱，可依据实验要求随时调整与土柱的相互位置，调整管口在管口固定架上的固定位置，方便调节降水的均匀程度。
4.为进一步实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置，包括：
5.用于提供降水水源足够高度和压力的模拟降水支架、悬挂在所述模拟降水支架上部的至少一个降水水源模拟容器、位于所述模拟降水支架内放置的与所述降水水源模拟容器数量相适配的土柱系统、置于所述土柱系统上端的管口固定架、以及连接所述降水水源模拟容器与管口固定架的连接管，其中，所述管口固定架为不锈钢网格圆盘，直径大于所述土柱系统，放置于所述土柱系统上端，并通过热熔胶将所述连接管的管口固定在网格孔内，用以使得管口距离所述土柱系统内土面两厘米。
6.可选的，所述土柱系统包括对接在一起的两个半管，对接处通过硅胶条密封，两个所述半管对接后通过卡箍箍紧构成中空的圆柱形管体，所述圆柱形管体在采集原状土柱后下端固定在位于所述模拟降水支架下部的底板上，所述圆柱形管体下端留有圆孔用以连接淋失渗漏水出水管排出淋失渗漏液，所述淋失渗漏水出水管的出液端延伸至淋失液承接瓶内。
7.进一步的，所述土柱与底板之间填充有2厘米厚石英砂层，所述石英砂层上下分别铺设有一层300目尼龙网。
8.可选的，所述模拟降水支架高为2米、长为1.2米、宽为1.2米。
9.可选的，所述降水水源模拟容器的容量为500-1000毫升。
10.可选的，所述连接管包括有多根硅胶管，用以依据降雨量确定管的个数和直径，其上安装有流速调节阀。
11.可选的，所述圆柱形管体高为25-45厘米，直径为16厘米，用304硅橡胶连接所述圆柱形管体和底板。作为优选，所述圆柱形管体高为25厘米，直径为 16厘米。
12.进一步的，所述管口固定架直径为20厘米。
13.本实用新型中，降水水源模拟容器盛装去离子水，也可根据实验要求配置溶液进行模拟降雨。淋失液承接瓶承接由土柱底部下渗流出的渗漏水，过滤后可用于土壤养分、有机污染物、重金属等土壤组分的测定分析。获得的渗漏水体积、浓度数据通过数学计算获得淋失速率、淋失量以及动力学相关数据，用以评估降水量-土壤养分-淋失量之间的相关关系，预测极端降水对土壤组分和地下水的影响。
14.与现有技术相比，本实用新型的优点和有益之处在于：
15.1.管口固定架独立于土柱，可依据实验要求随时调整与土柱的相互位置，调整管口在管口固定架上的固定位置，方便调节降水的均匀程度。
16.2.管口固定架为不锈钢网格圆盘，直径大于土柱，放置在土柱开口上部，通过热熔胶将管口固定在网格孔内，使得管口距离土柱土面约2厘米，降低降水水滴低落对土面的冲击和溅出土柱。
17.3.可依据试验设计快速调节降水强度、增加或减少降水连接管数量和土柱数量，可用以研究降水对土壤养分、污染物、土壤组分的淋失、下渗和迁移情况，估算降水对土壤养分、组分以及对地下水的影响。
附图说明
18.图1为本实用新型实验装置的结构示意图；
19.图2为本实用新型土柱的结构透视图；
20.附图中：1-降水支架，2-降水水源模拟容器，3-连接管，4-流速控制阀，5
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管口固定架，6-土柱系统，7-半管，8-硅胶条，9-卡箍，10-底板，11-石英砂层， 12-尼龙网，13-淋失渗漏水出水管，14-淋失液承接瓶。
具体实施方式
21.下面结合具体的实施案例对本实用新型的技术方案加以详细说明，以便本领域的技术人员对本实用新型有更进一步的理解，但以下实施案例不以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。
22.本实施例提供的模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置，如图 1-2所示，包括模拟降水支架1、降水水源模拟容器2、连接管3、流速控制阀4、管口固定架5、土柱系统6，土柱系统6包括两个半管7、两根硅胶条8、两个卡箍9、底板10、石英砂层11、尼龙网过滤层12和淋失渗漏水出水管13以及淋失液承接瓶14，其中：
23.本实用新型的模拟降水支架1由多根木条组成，提供足够高度和稳固性能悬挂降水水源以及使得连接管3较为平直的展开垂下。降水水源模拟容器2悬挂在模拟降水支架1上部横杠上，模拟水源容器2上部开口，下部连接降水连接管3，连接管3的管口固定在位于土柱上端的管口固定架5上，管口固定架5为不锈钢网格圆盘，直径大于土柱，放置在土柱开口上部，通过热熔胶将管口固定在网格孔内，使得管口距离土柱土面约2厘米，降低降水水滴滴落对土面的冲击和溅出土柱。管口固定架5独立于土柱，可依据实验要求随时调整与土
柱的相互位置，调整管口在管口固定架5上的固定位置，方便调节降水的均匀程度。
24.在一些优选的实施例中，模拟降水支架1高为2米、长为1.2米、宽为1.2 米，降水水源模拟容器2悬挂在模拟降水支架1上端，pc材质，容器为500-1000 毫升，下端提供1.8米高降水高度。管口固定架5为不锈钢网格圆盘，直径为20 厘米。
25.本实用新型的土柱系统6由两个半管7、两根硅胶条8和两个卡箍9构成，两半管7对接，对接处通过硅胶条8密封，两半管7对接后通过卡箍9箍紧构成中空的圆柱形管体，圆柱形管体在采集原状土柱后下端固定在底板10上，上端开口。其中，土柱与底板10之间填充有厚2厘米粒径为2-3毫米石英砂构成的石英砂层11，石英砂层11上下分别铺设一层300目尼龙网12，圆柱形管体下端留有直径0.8厘米圆孔，用以连接淋失渗漏水出水管13(硅胶管)排出淋失渗漏液。
26.在一些优选的实施例中，圆柱形管体高为25-45厘米，直径为16厘米；圆柱形管体和底板材质均为聚氯乙烯，用304硅橡胶连接圆柱形管体和底板，圆柱形管体内可容纳20-40厘米深度土壤；优选为圆柱形管体高为25厘米，直径为 16厘米，其中原状土柱土壤高20厘米，此深度为耕层土壤范围，土壤的有效养分集中在此深度内。考虑到土柱制作的难易程度以及原状土柱的代表性和数据可靠性，确定直径16厘米的土柱为优选直径，直径过小会导致制成的原状土柱土体与管壁间缝隙过大，下渗水会优先从较大缝隙流出，导致结果偏低，直径过大会造成土柱制作困难，采样工作量加大。可直接采集野外原状土柱，也可将土壤风干粉碎过筛后制作填装土柱。原状土柱与野外不同土壤不同深度的理化性质较为接近，填装土柱则可根据研究者实际要求填装不同粒径大小和组成的基质开展研究。
27.降水水源模拟容器盛装去离子水，也可根据实验要求配置溶液进行模拟降雨。淋失液承接瓶承接由土柱底部下渗流出的渗漏水，过滤后可用于土壤养分、有机污染物、重金属等土壤组分的测定分析。
28.本试验装置特点在于：根据试验设计要求可灵活调整模拟降水水源数量和连接管数量，保证多种降水强度。获得不同时间段和时间点的淋失渗漏水。
29.下面结合上述结构描述，参照图1-2对本实用新型模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响的装置的工作原理进行简单地描述。
30.1)原状土柱的制作：将圆柱形管体(聚氯乙烯圆管)垂直于水平土面，竖直插下。需20厘米深土柱时，将土柱向下插约22厘米，需40厘米土柱时，将土柱向下插约42厘米。到达既定深度后，移除圆柱形管体外粘附土壤，齐圆柱形管体底部截断土柱。倒置土柱，移去最下层约2厘米土壤，修整土面接近水平，均匀铺2厘米厚2-3毫米粒径石英砂构成石英砂层11，石英砂层11上下分别铺设一层孔径为300目的尼龙网12，用硅橡胶粘贴底板10。底板10与圆柱形管体接缝处留直径约0.8厘米圆孔，连接淋失渗漏水出水管13(硅胶管)，用于淋失渗漏水的导出。
31.2)室内模拟降水装置的运行：土柱上方悬挂盛装水源的降水水源模拟容器2 连通连接管3，依据降水强度通过流量控制阀4调节出水速度，经固定在土柱上方的管口固定架5上的管口滴落在土柱表面。水分进入土柱后逐渐饱和，在达到最大持水量以后下渗，经尼龙网12和石英砂层13过滤后由出口管流出，承接于渗漏液收集瓶14中，从渗漏液流出开始计时，采集不同时间段淋失渗漏水，直到不再有渗漏水流出，渗漏水经测量体积后，过滤，测定其中硝态氮含量。
32.3)土柱不同深度土样的采集：极端降雨结束，渗漏水不再流出后，用小刀小心分开管体与底板，去除管箍后，沿硅胶条剖开圆柱形管体，从土面开始采集不同深度土壤样品，用于土壤硝态氮含量的测定和分析。
33.4)数据处理：整个室内模拟极端降水对城郊菜地土壤养分淋失影响试验过程获得以下数据：降水过程中随时间推移的下渗水体积、下渗水中的硝态氮含量，根据下渗水体积和下渗水中硝态氮含量计算随时间推移的养分淋失量和淋失速率。通过对比不同降水处理土柱不同深度土壤硝态氮含量，获得极端降水造成的水分下渗对土壤养分纵向迁移的影响。最终估算降水量对城郊菜地土壤硝态氮养分淋失的影响，以及对地下水氮的输入潜力。
34.除本实例中所涉及的极端降雨对土壤养分淋失的研究外，还可开展土壤中污染物，包括有机、无机污染物在降水驱动下的迁移转化，以及干湿沉降对土壤性质及渗漏水的影响研究等。
35.上述实例仅为本实用新型的部分优选实例，本实用新型并不仅限于实施例的内容。对于本领域的技术人员来说，在本实用新型技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所做的任何变化和更改，均在本实用新型的保护范围内。