專利名稱：觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種觀測(cè)隨淺層地下水水位升降過(guò)程中土壤中氮或磷等可溶性元素淋洗量的裝置，該裝置特別適應(yīng)于模擬地下水埋深較淺的農(nóng)田，屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置為隨淺層地水位升降過(guò)程中氮磷等元素流失量的觀測(cè)提供了新途徑。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民為了追求作物高產(chǎn)，在種植過(guò)程中大量的施入化學(xué)氮磷等肥料，除小部分被作物吸收利用外，其中一大部分氮磷等隨著土壤水分入滲和淺層地下水位升降淋溶到地下水中，造成地下水污染嚴(yán)重。特別是在淺層地下水埋深較淺的農(nóng)田土壤中，隨地下水位的升降，氮磷等淋洗量更加強(qiáng)烈。地下水中氮磷的濃度一般低于土壤中氮磷濃度，隨地下水位的升高，土壤中高濃度的氮磷含量會(huì)溶解到地下水中，并隨著水位的降低，大量的氮磷會(huì)被地下水帶到更深的地下水層，不但污染了地下水層，也造成氮磷等元素的大量流失，因此，研究觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷元素的淋洗量，能為氮磷污染地下水的預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。目前，對(duì)農(nóng)田土壤中氮磷等元素淋溶遷移的研究一般是修建田間試驗(yàn)小區(qū)，在實(shí)驗(yàn)小區(qū)挖土壤剖面，再在不同土層放置容器，引出滲入容器的氮磷等元素淋溶遷移液進(jìn)行檢測(cè)，或在模擬的土柱不同土層中安裝容器或管道，引出滲入各土層的容器或管道內(nèi)的氮磷等元素淋溶遷移液進(jìn)行檢測(cè)。這些試驗(yàn)裝置可以檢測(cè)不同土層中氮磷等元素淋溶遷移情況，但對(duì)于農(nóng)田土壤中大量氮磷等元素淋溶遷移至深層土壤后，隨著淺層地下水位升降，氮磷等元素被淋洗到地下水中的情況無(wú)法觀測(cè)，導(dǎo)致對(duì)農(nóng)田土壤中大量流失的氮磷等元素淋溶物的流失規(guī)律、地下水等環(huán)境的嚴(yán)重污染情況無(wú)法檢測(cè)。同時(shí)，由于田間地下水邊界條件難以限制，無(wú)法 采用田間試驗(yàn)小區(qū)對(duì)隨著地下水位升降造成的氮磷等元素淋洗到地下水中的情況進(jìn)行觀測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)對(duì)農(nóng)田土壤中大量氮磷等元素淋溶遷移至深層土壤后，隨著淺層地下水位升降，其氮磷等元素被淋洗到地下水中的情況無(wú)法監(jiān)測(cè)的缺陷和不足，本實(shí)用新型提供一種觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置。本實(shí)用新型提供的觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置，設(shè)有盛土桶，在盛土桶的桶壁沿盛土桶軸向方向自桶壁頂端至桶壁底端設(shè)置有無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)，在無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)上自上而下設(shè)置有取土樣孔，距離盛土桶桶口最近的取土樣孔與盛土桶桶口相距200mm 300mm，其余取土樣孔間距為100mm，每個(gè)取土樣孔孔口設(shè)置有橡皮塞，盛土桶的底面設(shè)置有一個(gè)以上的滲水孔，盛土桶內(nèi)的底面上設(shè)置有尼龍網(wǎng)；盛土桶底面的外部固定連接有3個(gè)以上的支撐腳，盛土桶放置在盛水桶內(nèi)，在盛水桶的桶壁沿盛水桶軸向方向自上而下設(shè)置有凹形開(kāi)口，凹形開(kāi)口底邊至盛水桶底面的高度與盛土桶的支撐腳高度相等，兩條凹形開(kāi)口豎直邊分別與相對(duì)應(yīng)的無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)豎直邊密封連接，凹形開(kāi)口底邊與無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)的底邊密封連接，盛水桶的側(cè)壁下部設(shè)置有出水龍頭。所述的滲水孔的孔徑為30mm,尼龍網(wǎng)的孔徑為0.5mm,取土樣孔的孔徑為30mm。在無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)上還可以設(shè)置刻度尺。本實(shí)用新型根據(jù)連通器原理，通過(guò)在盛土桶底面設(shè)置的滲水孔，裝入盛水桶里的淺層地下水自然會(huì)進(jìn)入盛土桶里，再通過(guò)開(kāi)啟在盛水桶上的出水龍頭放水后關(guān)閉該龍頭，即可模擬地下水位的升降過(guò)程。盛土桶上設(shè)置有無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)及刻度尺，方便觀測(cè)地下水位升降、升降的高度以及地下水淋洗土體的區(qū)域，設(shè)置的取土樣孔，可方便取出土樣，測(cè)其土壤中氮或磷等元素的含量，用橡皮塞塞取土樣孔可防止土體中水分等流出。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便修建、操作維護(hù)便捷。通過(guò)測(cè)得的土壤容重、土壤中氮或磷等元素的含量，以及地下水位升降過(guò)程淋洗的土體體積(通過(guò)地下水位升降測(cè)得的經(jīng)過(guò)淋洗的土體的高度及土桶面積即可計(jì)算出經(jīng)淋洗的土體體積)，即可計(jì)算出隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮或磷等的淋洗量。本實(shí)用新型模擬地下水位升降過(guò)程中土壤中氮或磷等元素淋溶的實(shí)際情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨著淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮或磷等元素的淋洗量，彌補(bǔ)了目前不能定量觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中深層土氮或磷等元素的流失量問(wèn)題。不但可以觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中地下水中氮或磷等元素濃度的變化(可取隨地下水位升降過(guò)程中盛水桶中水樣，測(cè)定地下水中氮或磷等元素濃度)，同時(shí)還可以觀測(cè)隨淺層地下水位升降區(qū)土壤中氮磷等元素的淋溶量。使用本實(shí)用新型觀測(cè)隨淺層地下水位升降區(qū)土壤中氮磷等元素的淋溶量，能為農(nóng)田面源污染的機(jī)制研究提供合理、科學(xué)的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型不但能觀測(cè)氮或磷元素，還可以觀測(cè)其它可溶于水的其它元素。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是盛土桶的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是盛水桶的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型的主視圖。圖5是本實(shí)用新型的俯視圖。圖6是實(shí)施例2中地下水位上升和地下水位下降至盛土桶底面之上時(shí)，測(cè)量地下水位高度H1和4的示意圖。圖7是實(shí)施例3中地下水位上升和地下水位下降至盛土桶底面之下時(shí)，測(cè)量地下水位高度H1和測(cè)量自盛水桶底面至盛土桶底面的高度H3的示意圖。圖中各標(biāo)記依次表不:I一盛土桶、2—無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)、3—橡皮塞、4一刻度尺、5—支撐腳、6—滲水孔、7—出水龍頭、8—盛水桶、9 一無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)豎直邊、10—凹形開(kāi)口、11一凹形開(kāi)口底邊、12—凹形開(kāi)口豎直邊、H1表示地下水位上升到盛土桶內(nèi)的地下水位高度，H2表示地下水位下降至盛土桶底面之上時(shí)地下水位高度，H3表示自盛水桶底面至盛土桶底面的高度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施 例1[0021]結(jié)合圖1-圖5，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是在盛土桶I的桶壁沿盛土桶I軸向方向自桶壁頂端至桶壁底端設(shè)置有無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)2，在無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)2上自上而下設(shè)置有取土樣孔，距離盛土桶I桶口最近的取土樣孔與盛土桶I桶口相距200mm，其余取土樣孔間距為100mm，取土樣孔的孔徑為30mm，每個(gè)取土樣孔孔口設(shè)置有橡皮塞3，盛土桶I的底面設(shè)置有一個(gè)以上的滲水孔6，滲水孔6的孔徑為30mm ;盛土桶I內(nèi)的底面上設(shè)置有尼龍網(wǎng)，尼龍網(wǎng)的孔徑為0.5mm ;盛土桶I底面的外部固定連接有3個(gè)以上的支撐腳5，盛土桶I放置在盛水桶8內(nèi)，支撐腳5的下端面與盛水桶8的底面接觸，使盛土桶I的底面不與盛水桶8的底面接觸(盛土桶I的底面與盛水桶8的底面具有一定距離)，在盛水桶8的桶壁沿盛水桶8軸向方向自上而下設(shè)置有凹形開(kāi)口 10，凹形開(kāi)口底邊11至盛水桶8底面的高度與盛土桶I的支撐腳5高度相等，兩條凹形開(kāi)口豎直邊12分別與相對(duì)應(yīng)的無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)豎直邊9密封連接，凹形開(kāi)口底邊11與無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)2的底邊密封連接，盛水桶8的側(cè)壁下部設(shè)置有出水龍頭7 ;該裝置的各零、部件的連接均按常規(guī)方法為密封連接，以防止盛土桶、盛水桶中的水滲漏。還可以在上述裝置盛土桶I的無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)2上設(shè)置刻度尺4，以更方便觀測(cè)地下水位的升降。實(shí)施例2實(shí)施例2是使用實(shí)施例1所述的實(shí)用新型，在地下水位下降至盛土桶I底面之上時(shí)，具體觀測(cè)隨淺層地下水升降過(guò)程中土壤中氮或磷元素的淋洗量的操作方法，該操作方法用公式I，即可計(jì)算隨淺層地下水升降過(guò)程中土壤中氮或磷元素的淋洗量。結(jié)合如圖1一圖6，其操作步驟如下:A.在向盛土桶I里裝入土壤前，先測(cè)定所取土壤不同土層的土壤容重，同時(shí)取出所取土壤原地的淺層地 下水，然后在盛土桶I里按自然土層分布分層裝入所取的土壤，該土壤在盛土桶I內(nèi)存放30天，然后取下盛土桶I上各土層的橡皮塞3，分別從各取土樣孔中取出土樣，分別測(cè)定不同土層土壤中的氮元素或磷元素含量；隨后，在盛水桶8內(nèi)加入所述的地下水，加入的地下水的量需使該地下水位上升到盛土桶I內(nèi)，測(cè)量自盛水桶8底面至地下水面的地下水位高度，記為H1 ；(如圖6所示)；B.地下水位升高到盛土桶I內(nèi)2天，然后開(kāi)啟水龍頭7放水，當(dāng)?shù)叵滤幌陆抵潦⑼镣癐底面之上時(shí)，關(guān)閉水龍頭7，測(cè)量自盛水桶8底面至地下水水面的地下水位高度，記為H2 (如圖6所示)，同時(shí)，取下在盛土桶I上地下水位升降區(qū)域內(nèi)的一個(gè)橡皮塞6，從該橡皮塞6位置的取土樣孔中取出土樣，測(cè)定其土壤中的氮元素或磷元素的含量，記為S2 ；C.地下水位下降至盛土桶I底面之上時(shí)，用公式I計(jì)算隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮元素或磷元素的淋洗量:公式I =M1 = [ (S1-S2) rj X [ (H1-H2) Q]公式I中=M1為地下水位下降至盛土桶I底面之上時(shí)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮元素或磷元素的淋洗量，單位為g，Si為步驟A在向盛水桶8加入淺層地下水前測(cè)得的土壤中氮元素或磷元素含量，單位為mg/kg，并且S1所取土樣的取土樣孔與步驟B測(cè)定S2時(shí)所取土樣的取土樣孔相同，S2為步驟B測(cè)得的土壤中氮元素或磷元素含量，mg/kg ；Γι為步驟A在向盛土桶I里裝入土壤前，先測(cè)得的土壤容重，并且該土壤容重是在盛土桶I地下水位升降區(qū)域內(nèi)的土壤的土壤容重，單位為g/cm3 為步驟A所述的地下水位高度，單位為m ；H2為步驟B所述的地下水位高度,單位為m ；Q為盛土桶的底面積,單位為m2 ；Q=3i R2,R為盛土桶的半徑，單位為m。實(shí)施例3實(shí)施例3是使用實(shí)施例1所述的實(shí)用新型，在地下水位下降至盛土桶I底面之下時(shí)，具體觀測(cè)隨淺層地下水升降過(guò)程中土壤中氮或磷元素的淋洗量的操作方法，該操作方法用公式II，即可計(jì)算隨淺層地下水升降過(guò)程中土壤中氮或磷元素的淋洗量的實(shí)施例。結(jié)合如圖1一圖5、圖7，其操作步驟如下:A.在向盛土桶I里裝入土壤前，先測(cè)定所取土壤不同土層的土壤容重，同時(shí)取出所取土壤原地的淺層地下水，然后在盛土桶I里按自然土層分布分層裝入所取的土壤，該土壤在盛土桶I內(nèi)存放30天，然后取下盛土桶I上各土層的橡皮塞3，分別從各取土樣孔中取出土樣，分別測(cè)定不同土層土壤中的氮元素或磷元素含量；隨后，在盛水桶8內(nèi)加入所述的地下水，加入的地下水的量需使該地下水位上升到盛土桶I內(nèi)，測(cè)量自盛水桶8底面至地下水位水面的地下水位高度，記為H1 (如圖7所示)；B.地下水位升到盛土桶I內(nèi)2天，然后開(kāi)啟水龍頭7放水，當(dāng)?shù)叵滤幌陆抵潦⑼镣癐底面之下時(shí)，關(guān)閉水龍頭7，測(cè)量自盛水桶8底面至盛土桶I底面的高度，記為H3(如圖7所示)，同時(shí)，取下在盛土桶I上地下水位升降區(qū)域內(nèi)的一個(gè)橡皮塞6，從該橡皮塞6位置的取土樣孔中取出土樣，測(cè)定其土壤中的氮元素或磷元素的含量，記為S3 ；C.地下水位下降至盛土桶I底面之下時(shí)，用公式II計(jì)算隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮元素或磷元素的淋洗量:公式II =M2 = [ (S1-S3) r2] X [ (H1-H3) Q]公式II中: M2為地下水位下降至盛土桶I底面之下時(shí)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮元素或磷元素的淋洗量，單位為g，Si為步驟A在向盛水桶8加入淺層地下水前測(cè)得的土壤中氮元素或磷元素含量，單位為mg/kg，并且S1所取的土樣的取土樣孔與步驟B測(cè)定S3所取土樣的取土樣孔相同，S3為步驟B測(cè)得的土壤中氮元素或磷元素含量，mg/kg ；r2為步驟A在向盛土桶I里裝入土壤前，先測(cè)得的土壤容重，并且該土壤容重是在盛土桶I地下水位升降區(qū)域內(nèi)的土壤的土壤容重，單位為g/cm3 為步驟A所述的地下水位高度，單位為m ；H3為步驟B所述的自盛水桶8底面至盛土桶I底面的高度，單位為m ；Q為盛土桶的底面積，單位為m2, Q= π R2, R為盛土桶的半徑,單位為m。
權(quán)利要求1.觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置，設(shè)有盛土桶，其特征是:在盛土桶(I)的桶壁沿盛土桶(I)軸向方向自桶壁頂端至桶壁底端設(shè)置有無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)(2)，在無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)(2)上自上而下設(shè)置有取土樣孔，距離盛土桶(I)桶口最近的取土樣孔與盛土桶(I)桶口相距200mm 300mm,其余取土樣孔間距為100mm,每個(gè)取土樣孔孔口設(shè)置有橡皮塞(3 )，盛土桶(I)的底面設(shè)置有一個(gè)以上的滲水孔(6 )，盛土桶(I)內(nèi)的底面上設(shè)置有尼龍網(wǎng)；盛土桶(I)底面的外部固定連接有3個(gè)以上的支撐腳(5)，盛土桶(I)放置在盛水桶(8 )內(nèi)，在盛水桶(8 )的桶壁沿盛水桶(8 )軸向方向設(shè)置有凹形開(kāi)口( 10 )，凹形開(kāi)口底邊(11)至盛水桶(8)底面的高度與盛土桶(I)的支撐腳(5)高度相等，兩條凹形開(kāi)口豎直邊(12)分別與相對(duì)應(yīng)的無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)豎直邊(9)密封連接，凹形開(kāi)口底邊(11)與無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)(2)的底邊密封連接，盛水桶(8)的側(cè)壁下部設(shè)置有出水龍頭(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置，其特征是:所述的滲水孔(6)的孔徑為30mm，尼龍網(wǎng)的孔徑為0.5mm，取土樣孔的孔徑為30mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置，其特征是:在 無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)(2)上設(shè)置有刻度尺(4)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮磷等淋洗量裝置，該裝置在盛土桶桶壁沿軸向方向設(shè)置有無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)，觀測(cè)區(qū)上間隔設(shè)置取土樣孔，取土樣孔孔口設(shè)置橡皮塞，盛土桶的底面設(shè)置有滲水孔，盛土桶內(nèi)的底面上設(shè)置尼龍網(wǎng)；盛土桶底面固定連接支撐腳，盛土桶放置在盛水桶內(nèi)，盛水桶桶壁沿軸向方向設(shè)置有凹形開(kāi)口，兩條凹形開(kāi)口豎直邊分別與相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)區(qū)豎直邊密封連接，凹形開(kāi)口底邊與無(wú)色透明的觀測(cè)區(qū)的底邊密封連接，盛水桶側(cè)壁下部設(shè)置出水龍頭。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中土壤中氮或磷等元素的淋洗量，彌補(bǔ)了目前不能定量觀測(cè)隨淺層地下水位升降過(guò)程中深層土氮或磷等元素的流失量問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N33/24GK203133064SQ20132012247
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者陳安強(qiáng), 雷寶坤, 朱紅業(yè), 胡萬(wàn)里, 毛妍婷, 楊艷鮮, 金桂梅 申請(qǐng)人:云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所