[发明专利]一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法

说明书

本发明涉及一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，该方法采用的装置包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、与储液器的底部连通的采样装置、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管、用以向限位框内供水的供水装置以及用以控制充气装置和采样装置的控制器。本发明能方便、系统地实现野外灌溉条件下的定水头、一维垂向淋溶及样品时间标定和收集的完整试验过程，并对淋溶溶质迁移变化规律进行数学定量化描述和预测，实现了原位条件下灌溉淋溶试验及定量研究，为进一步揭示土壤溶质迁移机制以及利用数学模型模拟土壤溶质迁移过程提供指导。

技术领域

本发明涉及一种土壤检测试验方法，具体地说是一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法。

背景技术

土壤中碳、氮、磷等营养物质组成密切影响着土壤生态质量和与之接触的环境因子的迁移变化行为。目前对土壤淋溶质(如溶解性有机碳DOC)的研究方法主要是填装扰动土柱法和原状土柱法。填装扰动土柱法是将采集的野外土壤经一系列处理后按照测定一定土壤参数重新填装土柱。原状土柱法是借助某些设备采集原状土柱带回实验室装进柱子进行室内的原状土柱模拟实验。实验过程中通过控制各种关键性的参数，模拟土壤灌溉及降雨入渗的变化过程。上述方法的不足之处在于，运回实验室的土极有可能造成背景环境、土壤结构、理化特征以及生物活性等条件的改变，即使是采集的原状土柱也极可能因为采集、运回及装填等操作影响其野外的原始状态。因此，设计一种在野外的天然状态下原位土柱淋溶试验的装置及溶质迁移定量描述方法对研究天然状态下土壤营养元素(如DOC)变化机理来说十分必要。

发明内容

本发明的目的就是提供一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，以解决现有的试验装置无法实现原位条件下灌溉淋溶试验及定量研究的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，包括如下步骤：

a、在野外的试验区域布置原位土柱灌溉淋溶试验装置；所述原位土柱灌溉淋溶试验装置包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、与储液器的底部连通的采样装置、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管、用以向限位框内供水的供水装置以及用以控制充气装置和采样装置的控制器；

所述限位框包括内框和套设在内框外的外框，所述内框与所述外框为等高的圆形框，且两者同轴设置，所述接收盘位于所述内框的正下方，且两者的中心轴线共直线，所述接收盘的盘口口径与所述内框的内径相等；

所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述排液活塞可在隔挡板下方的筒体内往复运动，所述排液活塞将该段筒体分隔成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，所述高液位传感器和所述低液位传感器分别与所述控制器电连接；所述排气管、所述充气装置分别与所述气体腔连通，所述采样装置与所述液体腔连通；

所述供水装置包括用以向内框供水的内框供水马氏瓶和用以向外框供水的外框供水马氏瓶，向两个供水马氏瓶内分别注满含示踪剂的淋溶水溶液，并倒转排气，确保马氏瓶内的入液导气管不含水柱，然后将两个供水马氏瓶分别放置于升降支架上，完成试验装置的布置；

b、开始试验，利用供水装置分别向限位框的内框和外框内注水，保持内框和外框等水头，进行一维垂向淋溶，随着试验的进行，获得若干淋溶液样品，试验过程中记录内框的注水流量，根据流量计算并绘制内框中的渗透速度随时间的过程曲线；

c、对步骤b中所得样品进行测试，获得示踪剂浓度数据和淋溶目标物浓度数据，将淋溶目标物浓度数据随机拆分为A、B两组；

d、利用一维对流-弥散迁移方程进行刻画，建立如下数学模型：

c_r(x,0)＝c₀