專利名稱：一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)裝置，是一種采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行土壤中的水 分、離子等物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)、補(bǔ)充的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和社會人口的不斷增長，越來越多的污染物不斷 向地下入滲，使周圍土壤環(huán)境和地下水環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，直接導(dǎo)致在土壤環(huán)境系統(tǒng)中，物 質(zhì)和能量不斷地由外界環(huán)境向土壤輸入，又不斷地從土壤向環(huán)境輸出，因此，物質(zhì)和能量的 變化必然會導(dǎo)致土壤環(huán)境成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變。同樣，在天然條件下，以土壤為研究對象，溶質(zhì)主要通過降雨、施肥、灌溉、地下水 補(bǔ)給、植物殘留物、植物固氮以及河流與湖泊側(cè)滲等過程輸入到土壤中，而土壤又通過生物 吸收、大氣揮發(fā)、地表徑流與水土流失、農(nóng)田排水以及與地下水的交換等過程向外部環(huán)境輸 出溶質(zhì)。根據(jù)上述土壤環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)狀，結(jié)合質(zhì)量平衡原理“可溶性物質(zhì)在土壤中遷移機(jī)制 主要有對流(或稱質(zhì)流)及分子擴(kuò)散和機(jī)械彌散，它們之間又相互聯(lián)系。溶質(zhì)的對流運(yùn)移 是指溶液中的溶質(zhì)完全隨著水流向前移動的溶質(zhì)運(yùn)動，對流運(yùn)移可以發(fā)生在飽和土壤和非 飽和土壤中，也可以在穩(wěn)態(tài)水流或非穩(wěn)態(tài)水流下發(fā)生，伴隨著溶液運(yùn)動產(chǎn)生的溶質(zhì)對流通 量”?？梢钥闯?，土壤內(nèi)的溶質(zhì)通過各種途徑與環(huán)境間不斷的進(jìn)行交換，處于一種動態(tài)變化 過程，并與其環(huán)境保持一種動態(tài)平衡。土壤環(huán)境系統(tǒng)的上述特點(diǎn)強(qiáng)烈地影響著土壤物理和化學(xué)性質(zhì)，并對土壤溶質(zhì)的遷 移轉(zhuǎn)化特性有直接的影響。土壤溶質(zhì)作為土壤環(huán)境系統(tǒng)中的重要組成部分，它的運(yùn)移過程 必然影響著土壤與環(huán)境間的物質(zhì)與能量的交換過程，因此，土壤溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律研究引起了 人們的高度重視，近年來，人們一直都在致力于土壤中溶質(zhì)運(yùn)移理論及模擬應(yīng)用研究。目前國內(nèi)外研究人員對土壤溶質(zhì)運(yùn)移、轉(zhuǎn)化主要過程的研究主要采用兩種方法 一是室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，二是室外大田試驗(yàn)。室內(nèi)物理模型試驗(yàn)主要是利用有機(jī)玻璃或PVC 土柱按照要求對原狀土和擾動土 進(jìn)行試驗(yàn)，測定原狀土柱的出流量中示蹤物質(zhì)的含量，比較原狀土和擾動土柱含量的不同 從而說明大孔隙對溶液遷移的作用，其缺點(diǎn)在于對大孔隙在土壤內(nèi)部的模擬及大孔隙流 對水分及溶質(zhì)在土壤中的運(yùn)移及分布規(guī)律的影響和特點(diǎn)研究不足。室外大田試驗(yàn)主要是利用滲濾裝置(Iysimeter)或坡地試驗(yàn)田，通過長時間的觀 測測定在降雨和施肥灌溉條件下出流水中的溶質(zhì)濃度，從而比較分析大孔隙流對特定溶質(zhì) 的運(yùn)移、吸附-解吸附以及降解規(guī)律的影響作用。上述兩種方法，可一定程度上揭示溶質(zhì)在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移機(jī)理，及時間、空間對 溶質(zhì)運(yùn)移的影響。但由于這兩種方法是孤立的，研究中無法考慮實(shí)驗(yàn)的同步性，不能很好的 揭示土壤溶質(zhì)運(yùn)移的有些機(jī)理、機(jī)制、溶質(zhì)運(yùn)移理論，而目前，國內(nèi)外也沒有能夠很好的把 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與大田實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的土壤溶質(zhì)觀測系統(tǒng)，土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的提出不僅可以填補(bǔ)這個空白，而且也可以促進(jìn)土壤溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律的深入研究。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種土壤溶質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬真實(shí)的土壤 水分、溶質(zhì)等狀況，從而可以進(jìn)行分析，得到更有利于真實(shí)突然狀況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，野外大田取原狀土放入到實(shí)驗(yàn)室土柱內(nèi)，并在原狀 土附近，設(shè)置一套SMS短信數(shù)據(jù)采集器，大田土壤內(nèi)埋設(shè)至少三個的免維護(hù)土壤水勢傳感 器PFmeter，傳感器通過SDI-12信號線與短信數(shù)據(jù)采集器相連，采集器按試驗(yàn)需要設(shè)定采 樣時間間隔，采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過GMS的SMS信道傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的土柱控制系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)采集控制器。野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將大田土壤的分層水勢，溫度定時傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)， 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)將依據(jù)大田的水勢分布情況，調(diào)控制土柱，達(dá)到與野外一致。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用一臺可編程數(shù)據(jù)采集控制器，實(shí)時采集土柱內(nèi)張力計(jì)的負(fù)壓值，張 力計(jì)外部裝有負(fù)壓傳感器，每層的負(fù)壓值都通過SDI-12總線傳送到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集 器同時獲取短信數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)的數(shù)據(jù)來開啟土柱內(nèi)對應(yīng)的電磁閥，數(shù)據(jù)采集 控制器啟動負(fù)壓泵對相應(yīng)張力計(jì)的負(fù)壓值進(jìn)行控制達(dá)到與野外的數(shù)值一致。數(shù)據(jù)采集控制 器還對水泵進(jìn)行控制，水泵將根據(jù)數(shù)據(jù)采集控制器的控制開啟或關(guān)閉，水泵將貯水瓶中的 液體通過輸送管注入到林灑器上，將液體注入到土柱內(nèi)。土柱內(nèi)安裝有土壤三參數(shù)傳感器，土壤三參數(shù)可測量土壤的水分含量、電導(dǎo)率，溫 度，測量的信號經(jīng)SDI-12總線M傳送到數(shù)據(jù)采集控制器，用于記錄溶質(zhì)運(yùn)移過程土壤內(nèi)各 參數(shù)的變化。土柱底部安裝有一個陶土板，通過數(shù)據(jù)采集控制器控制電磁閥開啟和負(fù)壓泵的開 啟將下滲溶液抽入到樣品瓶中。張力計(jì)內(nèi)部插入一根塑料管到陶瓷頭部分，通過負(fù)壓保持，將抽取到的溶液存入 到樣品瓶中。土柱底部為可拆的底板。所有電磁閥安裝在一個連通器上。貯水瓶內(nèi)可以添加鹽溶液或純水，通過水泵和淋灑頭加入到土柱內(nèi)，淋灑的速度 和時間可調(diào)節(jié)，水泵通過硅膠管進(jìn)行溶液輸送，耐腐蝕耐污染。張力計(jì)內(nèi)插入溶液提取導(dǎo)管到陶瓷頭內(nèi)，壓力傳感器不與溶液接觸，避免污染。該系統(tǒng)充分考慮了土壤的固液氣三相要素，使用野外參比系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)控制系
統(tǒng)結(jié)合。對多孔介質(zhì)地下水流及污染物運(yùn)移方面有研究發(fā)揮作用。從實(shí)驗(yàn)室土封閉的環(huán)境 擴(kuò)大到野外大田的對應(yīng)觀應(yīng)，克服了野外操作不方便，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境單一的局面，確切的反映 溶質(zhì)運(yùn)移環(huán)境的復(fù)雜性，極大推進(jìn)溶質(zhì)運(yùn)移研究的應(yīng)用。

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的通信環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。[0025]圖中1 電源、2 =GSM天線、3 短信采集器、4 信號線、5 土壤水勢傳感器、6 短信接收 器、7 可編程數(shù)據(jù)采集控制器、8 負(fù)壓氣泵、9 緩沖瓶、10 電磁閥連通管、11 電磁閥、12 采樣瓶、13 抽取管、14 負(fù)壓傳感器、15 陶土板、16 底座、17 土柱、18 三參數(shù)傳感器、 19 陶土取樣管、20 淋灑器、21 注水管、22 水泵、23 貯水瓶、24 信號總線、25 地平面
具體實(shí)施方式
如圖1-2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，野外大田 取原狀土放入到實(shí)驗(yàn)室土柱17內(nèi)，并在原狀土附近，設(shè)置一套SMS短信數(shù)據(jù)采集器3，大田 土壤內(nèi)埋設(shè)至少三個的免維護(hù)土壤水勢傳感器PFmeter 5，傳感器通過SDI-12信號線4與 短信數(shù)據(jù)采集器3相連，采集器按試驗(yàn)需要設(shè)定采樣時間間隔，采集器將采集到的數(shù)據(jù)通 過GMS的SMS信道傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的土柱17控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制器7。野外數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)將大田土壤的分層水勢，溫度定時傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)將依據(jù)大田的水勢 分布情況，調(diào)控制土柱17，達(dá)到與野外一致。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用一臺可編程數(shù)據(jù)采集控制器7，實(shí)時采集土柱內(nèi)張力計(jì)19的負(fù)壓 值，張力計(jì)19外部裝有負(fù)壓傳感器14，每層的負(fù)壓值都通過SDI-12總線M傳送到數(shù)據(jù)采 集器，數(shù)據(jù)采集器同時獲取短信數(shù)據(jù)接收器6的數(shù)據(jù)，并根據(jù)6的數(shù)據(jù)來開啟土柱內(nèi)對應(yīng)的 電磁閥11，數(shù)據(jù)采集控制器7啟動負(fù)壓泵8對相應(yīng)張力計(jì)的負(fù)壓值進(jìn)行控制達(dá)到與野外的 數(shù)值一致。數(shù)據(jù)采集控制器7還對水泵22進(jìn)行控制，水泵將根據(jù)數(shù)據(jù)采集控制器7的控制 開啟或關(guān)閉，水泵22將貯水瓶23中的液體通過輸送管21注入到林灑器上，將液體注入到 土柱17內(nèi)。土柱17內(nèi)安裝有土壤三參數(shù)傳感器18，土壤三參數(shù)18可測量土壤的水分含量、電 導(dǎo)率，溫度，測量的信號經(jīng)SDI-12總線M傳送到數(shù)據(jù)采集控制器7，用于記錄溶質(zhì)運(yùn)移過程 土壤內(nèi)各參數(shù)的變化。土柱17底部安裝有一個陶土板15，通過數(shù)據(jù)采集控制器7控制電磁閥11開啟和 負(fù)壓泵的開啟將下滲溶液抽入到樣品瓶9中。張力計(jì)19內(nèi)部插入一根塑料管到陶瓷頭部分，通過負(fù)壓保持，將抽取到的溶液存 入到樣品瓶中。土柱底部為可拆的底板16。所有電磁閥11安裝在一個連通器10上。貯水瓶內(nèi)可以添加鹽溶液或純水，通過水泵和淋灑頭加入到土柱內(nèi)，淋灑的速度 和時間可調(diào)節(jié)，水泵通過硅膠管進(jìn)行溶液輸送，耐腐蝕耐污染。張力計(jì)內(nèi)插入溶液提取導(dǎo)管到陶瓷頭內(nèi)，壓力傳感器不與溶液接觸，避免污染。該系統(tǒng)充分考慮了土壤的固液氣三相要素，使用野外參比系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)控制系 統(tǒng)結(jié)合，在多孔介質(zhì)地下水流及污染物運(yùn)移研究方面發(fā)揮作用。從實(shí)驗(yàn)室土封閉的環(huán)境擴(kuò) 大到野外大田的對應(yīng)觀應(yīng)，克服了野外操作不方便，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境單一的局面，確切的反映溶 質(zhì)運(yùn)移環(huán)境的復(fù)雜性，極大推進(jìn)溶質(zhì)運(yùn)移研究的應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，野外大田取原狀土放入到實(shí)驗(yàn)室土柱內(nèi)，并在原狀土 附近，設(shè)置一套SMS短信數(shù)據(jù)采集器，大田土壤內(nèi)埋設(shè)至少三個的免維護(hù)土壤水勢傳感器 PFmeter，傳感器通過SDI-12信號線與短信數(shù)據(jù)采集器相連，采集器按試驗(yàn)需要設(shè)定采樣 時間間隔，采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過GMS的SMS信道傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的土柱控制系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)采集控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用一 臺可編程數(shù)據(jù)采集控制器，張力計(jì)外部裝有負(fù)壓傳感器，每層的負(fù)壓值都通過SDI-12總線 傳送到數(shù)據(jù)采集器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集控制器 控制水泵，水泵將根據(jù)數(shù)據(jù)采集控制器的控制開啟或關(guān)閉，水泵將貯水瓶中的液體通過輸 送管注入到林灑器上，將液體注入到土柱內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，土柱內(nèi)安裝有土 壤三參數(shù)傳感器，土壤三參數(shù)可測量土壤的水分含量、電導(dǎo)率，溫度，測量的信號經(jīng)SDI-12 總線(24)傳送到數(shù)據(jù)采集控制器，用于記錄溶質(zhì)運(yùn)移過程土壤內(nèi)各參數(shù)的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，土柱底部安裝有 一個陶土板，通過數(shù)據(jù)采集控制器控制電磁閥開啟和負(fù)壓泵的開啟將下滲溶液抽入到樣品 瓶中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，張力計(jì)內(nèi)部插入 一根塑料管到陶瓷頭部分，通過負(fù)壓保持，將抽取到的溶液存入到樣品瓶中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，土柱底部為可拆 的底板。
專利摘要一種土壤溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，野外大田取原狀土放入到實(shí)驗(yàn)室土柱內(nèi)，并在原狀土附近，設(shè)置一套SMS短信數(shù)據(jù)采集器，大田土壤內(nèi)埋設(shè)至少三個的免維護(hù)土壤水勢傳感器PFmeter，傳感器通過SDI-12信號線與短信數(shù)據(jù)采集器相連，采集器按試驗(yàn)需要設(shè)定采樣時間間隔，采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過GMS的SMS信道傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的土柱控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制器。野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將大田土壤的分層水勢，溫度定時傳送給實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)將依據(jù)大田的水勢分布情況，調(diào)控制土柱，達(dá)到與野外一致。
文檔編號G01N33/24GK201867406SQ201020171149
公開日2011年6月15日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者張?jiān)鲂? 張楠楠 申請人:北京時域通科技有限公司, 南京林業(yè)大學(xué)