[發明專利]一種測試原位淋溶土壤有機質組分變化的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110874844.9
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113655198A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 黃爽兵;雷珊;軒晨飛;黃鉎嵐;謝遵濱
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/64;G01N1/04
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發明公開了一種測試原位淋溶土壤有機質組分變化的試驗裝置及方法，裝置包括至少兩個集水件、供水機構、采樣機構及測試機構；各個所述集水件均包括外環及內環。本發明提出的技術方案的有益效果是：通過采樣機構對各個內環的下方的土壤層的各個分層進行采樣，一方面可對土壤垂面剖面上不同深度進行采樣，以分析不同深度處的有機質組成隨淋濾時間的變化規律，另一方面由于本實驗選用土壤樣品進行有機質組成測定，相對于選用滲濾液進行測定來說，可更準確地測定土壤有機質的組成，此外，本方案中的每個集水件均代表一組平行實驗，各個集水件同時等水頭供水，可減少各組平行實驗的試驗條件上的差異，提高了實驗結果的可靠性。

技術領域

本發明涉及土壤檢測技術領域，尤其是涉及一種測試原位淋溶土壤有機質組分變化的試驗裝置及方法。

背景技術

土壤是陸地生態系統組成的基本要素，也是人類賴以生存的物質基礎，土壤環境狀況直接關系到生態安全和農產品安全。

灌溉、降雨淋濾作用下土壤有機質的變化對土壤生態具有重要影響。目前對淋濾作用下土壤有機質變化的原位實驗研究還很少見，檢索到的僅有的方法是通過在土壤層內埋設收集滲濾液的裝置，在進行實驗時，收集淋濾液并測量淋濾液中的溶解性有機質(DOM)的含量(如申請號為CN201910190137.0的中國發明專利)。這種方法通過土壤滲濾液中的DOM含量來間接反映土壤的有機質組分變化，然而，滲濾液中的DOM代表整段受濾土柱的有機質減少量，不能滿足對土壤垂面空間位置上有機質的變化的解釋的需求。

同時，該方法中，測量淋濾液中的溶解性有機質(DOM)的組成成分時存在較大的誤差，導致實驗結果可靠性較差。這是因為，目前比較成熟的測量有機質組成成分的方法是熒光光度法，但由于熒光分析具有高靈敏度和選擇性，所以很容易受到環境(如溶劑、溫度、pH值等)的影響，而當熒光物質處于液體基質中受到的影響要遠遠大于其處于固體基質中所受到的影響。

當熒光物質分子處于液體中時，熒光物質運動順暢，很容易和溶劑分子間發生特殊化學作用，如氫鍵的生成和配合作用；同時，當溫度升高，溶液粘度減小，溶劑與溶質分子的運動能增加，使得熒光分子和其他分子之間的碰撞幾率增加，激發態熒光分子通過分子間碰撞或分子內能量的轉移，以非熒光發射的形式回到基態，從而導致熒光淬滅，量子產率降低；同時，當處于不同的pH環境時，激發態和基態發生質子轉移反應，產生離子型體，使得熒光體存在分子和離子體兩種不同的型體。而對于熒光性質而言，弱酸和弱堿的分子和離子型體具有自己特殊的光譜和熒光量子產率，從而使熒光光譜呈現顯著的差異；同時，當熒光物質處于溶液狀態的時候，在用強紫外甚至是可見輻射的照射下，都可能引起某些熒光化合物發生光化學變化(如光解作用)而受到破壞，結果使得熒光強度得測量信號隨光照時間得延長而逐漸減弱，對于某些光活性物質在稀溶液情況下尤為嚴重。

然而，當熒光物質被固體基質吸附或者被鑲嵌在固體基質內部或者被約束在一定的小空間中，其結構的剛性也增加，熒光分子的運動受到一定的限制，隔離也減弱了熒光分子之間的相互作用，即使當溫度、pH變化時剛性結構也避免了不必要的反應發生。此外，固體基質在光化學方面是惰性的，光學性質非常穩定，熱穩定性也比較好。

因此，該方法中，測量淋濾液中的溶解性有機質(DOM)的組成成分時存在較大的誤差，導致實驗結果可靠性較低。

此外，該方法中，為了反映溶解性有機質組成隨淋濾時間的變化關系，需要進行多次試驗，然而，由于各次試驗中的試驗條件(如注水過程)會發生變化，因此，最終得到的溶解性有機質組成的變化不僅受淋濾時間影響，還受實驗條件不同的影響，導致實驗結果可靠性較低。

綜上所述，現有的對淋濾作用下土壤有機質變化的原位實驗研究不能滿足對土壤垂面空間位置上有機質的變化的解釋的需求，并且實驗結果可靠性較低。

發明內容