[發明專利]一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法

有效

• 申請號: 201910190122.4
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109917103B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉昌蓉;霍志彬;黃爽兵;顧文龍
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 劉曉敏

本發明涉及一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，該方法采用的裝置包括限位框、設置在限位框下方的接收盤、與接收盤底部連通的儲液器、與儲液器的底部連通的采樣裝置、用以向儲液器內充氣的充氣裝置、用以將儲液器內的氣體排出的排氣管、用以向限位框內供水的供水裝置以及用以控制充氣裝置和采樣裝置的控制器。本發明能方便、系統地實現野外灌溉條件下的定水頭、一維垂向淋溶及樣品時間標定和收集的完整試驗過程，并對淋溶溶質遷移變化規律進行數學定量化描述和預測，實現了原位條件下灌溉淋溶試驗及定量研究，為進一步揭示土壤溶質遷移機制以及利用數學模型模擬土壤溶質遷移過程提供指導。

技術領域

本發明涉及一種土壤檢測試驗方法，具體地說是一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法。

背景技術

土壤中碳、氮、磷等營養物質組成密切影響著土壤生態質量和與之接觸的環境因子的遷移變化行為。目前對土壤淋溶質(如溶解性有機碳DOC)的研究方法主要是填裝擾動土柱法和原狀土柱法。填裝擾動土柱法是將采集的野外土壤經一系列處理后按照測定一定土壤參數重新填裝土柱。原狀土柱法是借助某些設備采集原狀土柱帶回實驗室裝進柱子進行室內的原狀土柱模擬實驗。實驗過程中通過控制各種關鍵性的參數，模擬土壤灌溉及降雨入滲的變化過程。上述方法的不足之處在于，運回實驗室的土極有可能造成背景環境、土壤結構、理化特征以及生物活性等條件的改變，即使是采集的原狀土柱也極可能因為采集、運回及裝填等操作影響其野外的原始狀態。因此，設計一種在野外的天然狀態下原位土柱淋溶試驗的裝置及溶質遷移定量描述方法對研究天然狀態下土壤營養元素(如DOC)變化機理來說十分必要。

發明內容

本發明的目的就是提供一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，以解決現有的試驗裝置無法實現原位條件下灌溉淋溶試驗及定量研究的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，包括如下步驟：

a、在野外的試驗區域布置原位土柱灌溉淋溶試驗裝置；所述原位土柱灌溉淋溶試驗裝置包括限位框、設置在限位框下方的接收盤、與接收盤底部連通的儲液器、與儲液器的底部連通的采樣裝置、用以向儲液器內充氣的充氣裝置、用以將儲液器內的氣體排出的排氣管、用以向限位框內供水的供水裝置以及用以控制充氣裝置和采樣裝置的控制器；

所述限位框包括內框和套設在內框外的外框，所述內框與所述外框為等高的圓形框，且兩者同軸設置，所述接收盤位于所述內框的正下方，且兩者的中心軸線共直線，所述接收盤的盤口口徑與所述內框的內徑相等；

所述儲液器包括筒體、設置在筒體內的隔擋板和排液活塞、以及設置在筒體側壁上用以監測筒體內液面高度的高液位傳感器和低液位傳感器，所述排液活塞可在隔擋板下方的筒體內往復運動，所述排液活塞將該段筒體分隔成兩部分，上部為氣體腔，下部為液體腔，所述高液位傳感器和所述低液位傳感器分別與所述控制器電連接；所述排氣管、所述充氣裝置分別與所述氣體腔連通，所述采樣裝置與所述液體腔連通；

所述供水裝置包括用以向內框供水的內框供水馬氏瓶和用以向外框供水的外框供水馬氏瓶，向兩個供水馬氏瓶內分別注滿含示蹤劑的淋溶水溶液，并倒轉排氣，確保馬氏瓶內的入液導氣管不含水柱，然后將兩個供水馬氏瓶分別放置于升降支架上，完成試驗裝置的布置；

b、開始試驗，利用供水裝置分別向限位框的內框和外框內注水，保持內框和外框等水頭，進行一維垂向淋溶，隨著試驗的進行，獲得若干淋溶液樣品，試驗過程中記錄內框的注水流量，根據流量計算并繪制內框中的滲透速度隨時間的過程曲線；

c、對步驟b中所得樣品進行測試，獲得示蹤劑濃度數據和淋溶目標物濃度數據，將淋溶目標物濃度數據隨機拆分為A、B兩組；

d、利用一維對流-彌散遷移方程進行刻畫，建立如下數學模型：

c_r(x,0)＝c₀