本發(fā)明涉及土壤間隙水采集與過濾裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種潮汐濕地土壤間隙水原位分層采集與過濾裝置。

背景技術(shù)：

濱海河口濕地是介于海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間具有較高的生物生產(chǎn)力和氧化還原能力的過渡性生態(tài)系統(tǒng)，上限為大潮線之上與內(nèi)河流域相連的淡水或半咸水湖沼以及海水上溯未能抵達(dá)的入海河的河段，包括潮上帶濕地和潮間帶濕地。受海洋潮汐影響，濱海河口濕地不僅表現(xiàn)出周期性的暴露和浸沒的交替變化，而且在潮灘濕地剖面上，不同潮灘受潮水浸沒時(shí)間差異極大（高潮灘<中潮灘<低潮灘），使得河口潮灘濕地土壤和水體理化性質(zhì)表現(xiàn)出獨(dú)特的變異格局。此外，由于濱海河口濕地特殊的地理位置，大量污染物質(zhì)通過潮汐、徑流、干濕沉降等多種途徑進(jìn)入濕地，對(duì)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)安全造成極大威脅。

間隙水又稱自由水，是土壤或水體底質(zhì)空隙中不受土粒吸著能移動(dòng)的水分，間隙水中各種污染物和營養(yǎng)元素的含量往往非常高，間隙水的移動(dòng)與污染物的遷移、累積和轉(zhuǎn)化有密切關(guān)系，所以在水環(huán)境中間隙水的研究具有重要的意義。此外，間隙水的理化性質(zhì)往往隨深度增加具有明顯變化，研究間隙水理化性質(zhì)在垂直剖面上的變化對(duì)于了解整個(gè)水環(huán)境體系的動(dòng)態(tài)變化具有重要意義。由于受潮汐的周期影響，河口潮汐濕地土壤水分含量經(jīng)常呈飽和或過飽和狀態(tài)，土壤間隙水豐富，是濕地生物地球化學(xué)循環(huán)研究的重要對(duì)象。土壤間隙水的采集是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行間隙水養(yǎng)分和成分等相關(guān)指標(biāo)分析的前提和基礎(chǔ)。

目前間隙水的采集方法已有很多，主要分為離心分離法、擠壓法和瀝濾法。現(xiàn)有的土壤間隙水采集裝置雖在特定條件下也能實(shí)現(xiàn)間隙水的采集，但仍存在許多缺陷和不足：1）多用于室內(nèi)，缺少一種野外原位采集裝置；2）多為單層或多層混合采樣，缺少用于不同土層的精確采樣裝置；3）收集過程較為復(fù)雜，限制條件較多，操作時(shí)間較長(zhǎng)，野外使用不便；4）采樣過程會(huì)對(duì)原位環(huán)境造成干擾，水樣易受污染，樣品渾濁，采樣精度不高；5）無原位過濾裝置，會(huì)影響測(cè)定結(jié)果的即時(shí)性和有效性；6）多為一次性或短期使用，不適用于長(zhǎng)期定位觀測(cè)。由于河口潮汐濕地受周期性潮汐作用的影響，不僅水位波動(dòng)頻繁，而且土壤鹽度較高，腐蝕性強(qiáng)。同時(shí)，在潮汐、徑流、海平面上升、臺(tái)風(fēng)等的作用下，濱海河口潮汐濕地演替顯著，土壤沉積層序明顯，不同土層之間理化指標(biāo)差異顯著。研究整個(gè)潮汐過程不同土層間隙水特征對(duì)于探討潮汐對(duì)河口濕地土壤理化因子的影響具有重要意義。目前還未有一款專門針對(duì)河口潮汐濕地特征的土壤間隙水原位采集方法與裝置。

因此，適用于潮汐濕地野外原位使用的高效無污染的土壤間隙水分層采集與過濾裝置亟待研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)便、密封性強(qiáng)、結(jié)果可靠、可長(zhǎng)期使用的潮汐濕地土壤間隙水原位分層采集與過濾裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種潮汐濕地土壤間隙水原位分層采集與過濾裝置，其包括設(shè)備嵌入系統(tǒng)、水樣分層收集系統(tǒng)和水樣抽集系統(tǒng)，

所述設(shè)備嵌入系統(tǒng)包括套筒和插頭，套筒的底部與插頭的頂部可拆卸連接；

所述水樣分層收集系統(tǒng)套設(shè)在套筒內(nèi)，且水樣分層收集系統(tǒng)的底部固定在插頭的頂部，水樣分層收集系統(tǒng)包括外圓管、內(nèi)圓管和頂板，所述內(nèi)圓管套設(shè)在外圓管內(nèi)部，頂板固定在外圓管和內(nèi)圓管的上端面；內(nèi)圓管和外圓管之間圍成進(jìn)氣腔，內(nèi)圓管內(nèi)部從上至下具有兩個(gè)以上的儲(chǔ)水層，所述進(jìn)氣腔內(nèi)部對(duì)應(yīng)各儲(chǔ)水層側(cè)壁的中部沿圓周方向等間隔設(shè)有兩個(gè)以上的滲漏通道，滲漏通道內(nèi)部設(shè)有過濾棉網(wǎng)，所述外圓管對(duì)應(yīng)滲漏通道的一端密布有第一滲漏孔，圓管對(duì)應(yīng)滲漏通道的另一端密布有第二滲漏孔；

所述儲(chǔ)水層的側(cè)壁上部設(shè)有與進(jìn)氣腔連通的通氣孔，所述頂板上連接有與進(jìn)氣腔連通的進(jìn)氣管，所述水樣抽集系統(tǒng)用于分別抽取和采集各儲(chǔ)水層內(nèi)的間隙水，水樣抽集系統(tǒng)包括三通閥、抽水器以及若干個(gè)分別與儲(chǔ)水層底部連接的水樣抽取管，所述三通閥的第一通口與水樣抽取管連通，三通閥的第二通口與抽水器連通，三通閥的第三通口通過出水管與樣品瓶連通。

所述套筒底部?jī)?nèi)側(cè)沿圓周方向間隔設(shè)有兩個(gè)以上的第一卡槽，所述插頭頂部對(duì)應(yīng)各第一卡槽分別設(shè)有第二卡槽，所述第一卡槽與第二卡槽卡扣連接。

所述插頭為倒置的圓錐體，套筒上部的外壁上設(shè)有手柄。

所述儲(chǔ)水層的底部設(shè)有集水槽，集水槽的底部與水樣抽取管連通。

所述頂板上對(duì)應(yīng)進(jìn)氣管處和水樣抽取管處分別設(shè)有收納管，收納管頂部設(shè)有可拆卸的頂蓋。

所述進(jìn)氣管和水樣抽取管的上部分別設(shè)有浮標(biāo)。

所述出水管上設(shè)有過濾器。

本發(fā)明采用以上結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明所述采集與過濾裝置，集分層采集與過濾于一體，解決了傳統(tǒng)方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本高等問題，工作效率高，價(jià)格低廉，操作方便，一人即可完成全部操作。

2、本發(fā)明所述采集與過濾裝置，可長(zhǎng)期放置在野外，避免了因頻繁布置樣地對(duì)原位環(huán)境（土壤、植被和水體）的破壞和擾動(dòng)，并可保證采樣時(shí)設(shè)備內(nèi)部氣壓的平衡，采樣結(jié)果安全可靠。

3、本發(fā)明所述采集與過濾裝置，可原位抽取不同土層的間隙水，實(shí)現(xiàn)了精確度較高的土壤間隙水分層采樣，并同步對(duì)間隙水樣進(jìn)行過濾大大提高了測(cè)定數(shù)據(jù)的即時(shí)性和有效性。

4、本發(fā)明所述采集與過濾裝置，可滿足整個(gè)潮汐過程中（潮前、潮中、潮后）土壤間隙水的隨時(shí)采集，工作連續(xù)性強(qiáng)。

5、本發(fā)明所述采集與過濾裝置，制造簡(jiǎn)單、材料易得、價(jià)格低廉、體積小、操作方便，非常適合野外原位環(huán)境使用，適于在河口潮汐濕地廣泛推廣；解決了潮汐過程中土壤間隙水樣品的分層采集問題，是對(duì)前人方法的繼承與創(chuàng)新。

綜上所述，本發(fā)明的采集與過濾裝置保證了野外原位土壤間隙水樣品采集的效率和質(zhì)量，具有制造簡(jiǎn)單、成本低廉、性價(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)，為科研人員和環(huán)境工作者進(jìn)行野外原位土壤間隙水樣品分層采集與過濾提供了有益的方法借鑒。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明；

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明中套筒與插頭連接的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1或圖2所示，本發(fā)明包括設(shè)備嵌入系統(tǒng)1、水樣分層收集系統(tǒng)2和水樣抽集系統(tǒng)3，

設(shè)備嵌入系統(tǒng)1包括套筒11和插頭12，插頭12為倒置的圓錐體，套筒11上部的外壁上設(shè)有手柄112，套筒11的底部與插頭12的頂部可拆卸連接。具體連接方式如下：套筒11底部?jī)?nèi)側(cè)沿圓周方向間隔設(shè)有兩個(gè)以上的第一卡槽111，插頭12頂部對(duì)應(yīng)各第一卡槽111分別設(shè)有第二卡槽121，第一卡槽111與第二卡槽121卡扣連接。設(shè)備嵌入系統(tǒng)1在插入土壤后，可通過旋轉(zhuǎn)套筒11而與插頭12分離后拔出，插頭12則留在土壤中，使水樣分層收集系統(tǒng)2與土壤接觸，可極大地減少對(duì)土層結(jié)構(gòu)的破壞和干擾。

水樣分層收集系統(tǒng)2套設(shè)在套筒11內(nèi)，且水樣分層收集系統(tǒng)2的底部固定在插頭12的頂部，水樣分層收集系統(tǒng)2包括外圓管21、內(nèi)圓管22和頂板23，內(nèi)圓管22套設(shè)在外圓管21內(nèi)部，頂板23固定在外圓管21和內(nèi)圓管22的上端面；內(nèi)圓管22和外圓管21之間圍成進(jìn)氣腔24，內(nèi)圓管22內(nèi)部從上至下具有兩個(gè)以上的儲(chǔ)水層25，進(jìn)氣腔24內(nèi)部對(duì)應(yīng)各儲(chǔ)水層25側(cè)壁的中部沿圓周方向等間隔設(shè)有兩個(gè)以上的滲漏通道26，滲漏通道26內(nèi)部設(shè)有過濾棉網(wǎng)，用于過濾滲漏間隙水中的大顆粒雜質(zhì)，外圓管21對(duì)應(yīng)滲漏通道26的一端密布有第一滲漏孔，內(nèi)圓管22對(duì)應(yīng)滲漏通道26的另一端密布有第二滲漏孔，由土壤滲漏的間隙水在側(cè)滲壓作用下通過滲漏通道26進(jìn)入儲(chǔ)水層25，滲漏通道26為單向構(gòu)造，以防止進(jìn)入儲(chǔ)水層25的間隙水回流；

儲(chǔ)水層25的側(cè)壁上部設(shè)有與進(jìn)氣腔24連通的通氣孔251，頂板23上連接有與進(jìn)氣腔24連通的進(jìn)氣管27，水樣抽集系統(tǒng)3用于分別抽取和采集各儲(chǔ)水層25內(nèi)的間隙水，水樣抽集系統(tǒng)3包括三通閥31、抽水器32以及若干個(gè)分別與儲(chǔ)水層25底部連接的水樣抽取管33，儲(chǔ)水層25的底部設(shè)有集水槽252，集水槽252的底部與水樣抽取管33連通，這樣方便間隙水的匯聚。為了于區(qū)別采樣深度，可以對(duì)每根水樣抽取管33進(jìn)行標(biāo)號(hào)。

三通閥31的第一通口與水樣抽取管33連通，三通閥31的第二通口與抽水器32連通，三通閥31的第三通口通過出水管34與樣品瓶4連通。抽水器32為針筒式，通過抽拉產(chǎn)生壓力差將間隙水抽出并進(jìn)入樣品瓶4中。

頂板23上對(duì)應(yīng)進(jìn)氣管27處和水樣抽取管33處分別設(shè)有收納管28，收納管28頂部設(shè)有可拆卸的頂蓋（圖中未示出）。平常未進(jìn)行采樣時(shí)，可將進(jìn)氣管27和水樣抽取管33的地上部分收納于收納管28內(nèi)，并分別用橡膠軟塞對(duì)進(jìn)氣管27和水樣抽取管33進(jìn)行封堵密封，防止外部環(huán)境污染進(jìn)氣管27和水樣抽取管33。

進(jìn)氣管27和水樣抽取管33的上部分別設(shè)有浮標(biāo)5，用于漲潮過程中間隙水的采集。

出水管34上設(shè)有過濾器35。過濾器35為分體式，由兩個(gè)相互嵌套的濾水帽構(gòu)成，濾水帽中間裝有可更換式無菌定量濾紙。

設(shè)備嵌入系統(tǒng)1為不銹鋼材料，水樣分層收集系統(tǒng)2的主體材質(zhì)為pvc，述水樣抽取管33和出水管34的材質(zhì)為橡膠管，水樣抽取管33、三通閥31和過濾器35的材質(zhì)為耐腐塑料材料。本發(fā)明所用材質(zhì)具有耐酸堿和腐蝕的特點(diǎn)，避免了海水對(duì)裝置的腐蝕，提高了裝置使用壽命。

由于受潮汐和徑流的交互影響，潮汐濕地土層具有明顯的沉積層序，土壤間隙水理化性質(zhì)大致以10cm間隔存在明顯差異，故本實(shí)施例以10cm間隔設(shè)置儲(chǔ)水層25，連續(xù)觀測(cè)100cm（共10層）深度土壤間隙水動(dòng)態(tài)變化。

實(shí)施例1：漲潮前潮汐濕地土壤間隙水分層采集與過濾

由于本實(shí)施例模擬無潮水水淹的情形，故將水樣抽取管33地上部分和進(jìn)氣管27加塞后放入相應(yīng)收納管28中并蓋緊頂蓋。

采樣時(shí)，通過下壓手柄112將設(shè)備嵌入系統(tǒng)1置于土壤中，再通過旋轉(zhuǎn)套筒11使第一卡槽111與第二卡槽121脫離，拔出套筒11，插頭12則留在土壤中，使水樣分層收集系統(tǒng)2與土壤接觸；然后打開相應(yīng)頂蓋和橡膠軟塞，將水樣抽取管33的地上部分通過三通閥31與抽水器32連接，抽取間隙水樣；調(diào)節(jié)三通閥31并擠壓抽水器32，間隙水樣經(jīng)過過濾器35和出水管34進(jìn)入事先做好標(biāo)記的樣品瓶4，樣品采集與過濾完成。

土壤間隙水樣品采集后，排空儲(chǔ)水層25內(nèi)的余水，重新將水樣抽取管33的地上部分和進(jìn)氣管27加塞后放入收納管28中并蓋緊頂蓋，以備下次采樣使用。

實(shí)施例2：漲潮過程中潮汐濕地土壤間隙水分層采集與過濾

因?yàn)楸緦?shí)施例是模擬潮水水淹的情形，故將水樣抽取管33的地上部分和進(jìn)氣管27加塞后暴露在土壤表層。采樣時(shí)，找到漂浮在潮水上部的浮標(biāo)5，拔出水樣抽取管33的地上部分和進(jìn)氣管27的橡膠軟塞，將水樣抽取管33的地上部分通過三通閥31與抽水器32連接，抽取間隙水樣；調(diào)節(jié)三通閥31并擠壓抽水器32，間隙水樣經(jīng)過過濾器35和出水管34進(jìn)入事先做好標(biāo)記的樣品瓶4，樣品采集與過濾完成。

土壤間隙水樣品采集后，排空儲(chǔ)水層25內(nèi)的余水，重新將水樣抽取管33的地上部分和進(jìn)氣管27加塞后放入收納管28中并蓋緊頂蓋，以備下次采樣使用。