一種田間淋溶原位監測裝置，下面由森農農業小編帶大家一起來了解一下。

1.本發明涉及農業面源污染監測技術領域，更具體地說，涉及一種田間淋溶原位監測裝置。

背景技術：

2.農田化肥的不合理施用導致肥料利用率偏低，過半的氮磷養分在作物生長期未被吸收，除去土壤固持和微生物活動的揮發消耗的氮磷養分，盈余的氮磷養分進入農田水循環系統中，而農田淋溶水則下滲匯入地下水，研究表明過量施肥是造成淺層地下水硝酸鹽污染的重要原因。地下水是作為居民生活用水、工業用水和農田灌溉用水的備用水源，而其流動性差，自凈能力弱，一旦污染很難修復。因此對農業面源污染中的養分淋溶流失進行監測與研究十分有必要。

3.土體淋溶采樣裝置是研究養分、農藥、重金屬等穿透包氣帶進入淺層地下水的主要裝置。目前的技術主要分為兩種：一是野外田間安裝采樣設備，可實現原位監測，但無法計算通量，且降水頻繁時需多次人工采樣，費時費力。而室內人工土柱模擬試驗則主要用于在控制參數的情況下研究動力學機制，無法還原真實的自然條件下的淋失情況。

技術實現要素：

4.本發明的目的在于克服現有技術的缺陷和不足，提供了一種田間淋溶原位監測裝置，該裝置可根據測得的淋溶水的溶質濃度得出對應的淋失通量，并根據降雨數據進行原位抽樣，無需人工采樣，省時省力，并可對淋溶水樣進行水質監測。

5.本發明的目的可以通過如下技術方案實現：

6.一種田間淋溶原位監測裝置，包括監測土體組件、淋溶桶、采樣組件、控制組件和水質分析單元；監測土體組件包括回填土容器，淋溶桶放置在回填土容器的底部，淋溶桶包括桶蓋和桶體，回填土容器的底部鋪設有礫石墊層，礫石墊層的頂部鋪設有回填土；采樣組件包括抽液管，抽液管的一端穿過桶蓋插至桶體內，抽液管的另一端與水質分析單元連接；控制組件包括控制系統、水泵、水表和雨量計，水泵、水表和雨量計分別與控制系統電連接，水泵和水表安裝在抽液管上；水質分析單元與控制系統電連接。

7.進一步地，礫石墊層的頂面鋪設有土工布，回填土容器內的四壁鋪設有第二土工布。

8.進一步地，采樣組件還包括套管和通氣管，套管套設在抽液管的外側，套管的下端與桶蓋密封連接，通氣管穿過套管上端的管壁與外界相通。

9.進一步地，桶體內的底部設有透水層，桶體的底端側壁和底部上均設有多個小孔，淋溶水通過小孔進入桶體內。

10.進一步地，桶體內還設有尼龍網，尼龍網距離桶體底部10-15cm。

11.進一步地，桶體內的四周還設有磚塊，磚塊位于透水層的上方。

12.進一步地，水質分析單元上設有廢液排放管道。

13.進一步地，水質分析單元還包括通訊子單元，通訊子單元通過無線網絡與監控平臺連接。

14.進一步地，采樣組件還包括防雨帽，防雨帽安裝在套管頂端。

15.進一步地，礫石墊層的厚度為10-15cm。

16.本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

17.一、本發明通過雨量計與水表獲取的降雨數據，可計算田間監測土體區域在降雨時水量的輸入和淋失水量的輸出，根據測得的淋溶水的溶質濃度可得出對應的淋失通量，并通過控制系統根據降雨數據控制水泵進行原位抽樣，無需多次進行人工采樣，省時省力；增加水質分析單元，可實現對淋溶水樣進行水質監測的功能。

18.二、本發明通過控制系統控制水泵將淋溶桶內的淋溶水抽空，并通過廢液排放管道將淋溶水樣排放，能有效避免水樣混雜而導致檢測效果誤差。

19.三、本發明在套管的頂端安裝防雨帽，將通氣管與外界相通的一端設置為彎頭，可防止外界水從套管和通氣管進入淋溶桶內，有效防止污染淋溶水樣。

具體實施方式

23.下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

24.一種田間淋溶原位監測裝置，包括監測土體組件、淋溶桶、采樣組件、控制組件和水質分析單元；監測土體組件包括回填土容器，淋溶桶放置在回填土容器的底部，淋溶桶包括桶蓋和桶體，回填土容器的底部鋪設有礫石墊層，礫石墊層的頂部鋪設有回填土；采樣組件包括抽液管，抽液管的一端穿過桶蓋插至桶體內，抽液管的另一端與水質分析單元連接；控制組件包括控制系統、水泵、水表和雨量計，水泵、水表和雨量計分別與控制系統電連接，水泵和水表安裝在抽液管上；水質分析單元與控制系統電連接。

25.淋溶水從監測土體的表面向回填土容器的底部下滲，淋溶水再從回填土容器的底部向淋溶桶的桶體內滲，雨量計監測到降雨或者灌溉結束后，將信號傳遞給控制系統中，在本實施例中，雨量計還連接有雨水采樣器，雨水采樣器收集雨水用于與淋溶水進行污染物濃度對比；雨量計采用雙翻斗式雨量計，由于土壤有蓄水能力，淋溶產生相比降雨時間有滯后性，降雨后持續產流，連續降雨時難以分辨具體采集的淋溶水樣來自哪場雨，采用雙翻斗雨量計的數字信號，在雨量計未收集到降水的半小時后，視為一場雨的結束，此時控制器控制水泵采集一次水樣，可滿足信息傳輸、處理和記錄等需求，便于實時觀測雨量數據。

26.控制系統控制水泵通過抽液管從淋溶桶的桶體中抽取淋溶水，淋溶水經過水表時

被記錄該次抽取的水量，在本實施例中，水表采用物聯網智能水表，對淋溶水量進行數據采集、分析和處理，從而提高監測裝置運行效率，減少人力資源的損耗。

27.水質分析單元，對采集的水樣進行分析，得出分析結果。在本實施例中，水質分析單元上設有廢液排放管道，在水質分析單元完成對采集的淋溶水樣分析后，可通過控制系統控制水泵將淋溶桶內的淋溶水抽空，并通過廢液排放管道將淋溶水樣排放，以防止對下次水樣分析造成影響，在水表無計數時則可關閉水泵，等待下一次的淋溶水進入淋溶桶內，開啟下一輪水樣采集和監測試驗；水質分析單元還包括通訊子單元，通訊子單元通過無線網絡與監控平臺連接，向監控平臺上傳水質分析數據。

28.在本實施例中，礫石墊層的厚度為10-15cm，礫石墊層用于支撐上方的回填土。

29.礫石墊層的頂面鋪設有土工布，回填土容器內的四壁鋪設有第二土工布。礫石墊層和回填土容器通過土工布和第二土工布與回填土隔離。

30.采樣組件還包括套管和通氣管，套管套設在抽液管的外側，套管的下端與桶蓋密封連接，通氣管穿過套管上端的管壁與外界相通。套管用于保護通氣管和抽液管，通氣管用于防止淋溶桶與外界存在壓力差，進而影響淋溶桶中的滲水效果。在本實施例中，套管的長度不低于1.5m，半徑為50mm，在套管靠近上端的側壁上開設有半徑為5mm的小孔，小孔用于安裝通氣管；在通氣管與外界相通的一端為彎頭，可防止外界水從通氣管進入淋溶桶內，污染淋溶水樣；采樣組件還包括防雨帽，防雨帽安裝在套管頂端，防雨帽的頂部開設有通孔，抽液管穿過通孔與水質分析單元連接，且抽液管與通孔通過膠水粘合，可避免外界水從套管進入淋溶桶內，污染淋溶水樣。

31.在本實施例中，淋溶桶采用聚丙烯材質的圓柱形水桶。

32.桶體內的底部設有透水層，桶體的底端側壁和底部上均設有多個小孔，淋溶水通過小孔進入桶體內；桶體內還設有尼龍網，尼龍網距離桶體底部10-15cm。在本實施例中，采用100目的尼龍網，用于過濾進入桶體內的淋溶水；體內的四周還設有磚塊，磚塊位于透水層的上方。在本實施例中，磚塊在桶體內砌成十字形磚墻，十字形磚墻上留有供抽液管通過的通道，磚塊砌在桶體內的四周，可防止桶體因回填土的壓迫而造成形變或者塌陷。

33.本發明的田間淋溶原位監測裝置的安裝步驟如下：

34.s1：劃定監測目標土體區域：監測裝置可用于平地和坡度小于15°的緩坡地，一般將監測目標土體區域劃定在田間有代表性的中部區域；

35.s2：挖掘土壤剖面：在劃定的監測目標土體區域內，挖掘出一個深120cm、邊長100cm的土壤剖面(依次挖出0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-90cm深度的土壤，并分別堆放在標明其土層深度編號的塑料薄膜上，以便后續能分層回填)，剖面四周修平、修齊；在挖掘過程中，要保證土壤剖面四壁整齊不塌方；

36.s3：放置回填土容器：將邊長為100cm的正方體回填土容器垂直放入土壤剖面中，周壁若有縫隙用細土封填、壓實；

37.s4：放置淋溶桶：選擇容積合適的淋溶桶，釆用環刀法對劃定監測目標土體區域的飽和滲透速度進行測量，進而獲得劃定監測目標土體區域的飽和導水率。淋溶桶的容積主要由試驗區土壤的飽和導水率確定，例如，一般情況下土壤的飽和導水率為0.2-0.4m/d，降雨強度為大暴雨級別，而土壤的飽和導水率為0.1-0.25m/d時，才能達到土壤飽和穩滲的情況。需要綜合考慮不同地區的降雨強度風險以及不同質地土壤的飽和導水率，以下滲體積作為淋溶桶體積，則根據監測截面算出淋溶桶體積為

38.v＝ks×s；

39.式中，v為淋溶桶的體積ml(cm3)；s為監測截面cm2；ks為飽和導水率cm/s；將選擇好的淋溶桶放入回填土容器的底部；

40.s5：安裝采樣組件：打開桶蓋，在桶體內用磚塊砌出十字形磚墻，套管密封連接到桶蓋上，將抽液管的一端于穿過套管和桶蓋插至桶體底部，抽液管的另一端從套管頂部抽出，然后一邊將桶蓋與桶體連接，一邊調整抽液管抽出的長度；

41.s6：鋪設土工布：在土工布的中部對應位置打出略大于桶體直徑的孔，把桶體從孔中穿過再把土工布平鋪在礫石墊層的頂部，把第二土工布一端的10cm固定在地表上，使第二土工布不下滑并與回填土容器的四壁緊貼，土工布與第二土工布在拐角處互相重疊20cm；

42.s7：密封裁剪：把土工布用鐵絲環壓到桶體側壁上，使土工布與桶體連接成一體，壓緊后，用剪刀將鐵絲環內的土工布沿鐵絲環內緣小心剪裁去除；

43.s8：回填土體修復：按土壤挖出時的逆序分層回填，邊回填邊壓實，并整理土工布使之與回填土容器四壁之間以及重疊部分之間均緊密連接，回填過程中可少量多次灌水，促使土層沉實。回填至距地表30cm時，把通氣管穿過套管，套管垂直立于土表，再回填上層土壤，回填后將地表整平。

47.實驗選擇作物為水稻，供試水稻品種為香粘，供試肥料為尿素(46％n)、過磷酸鈣(12％p)、硫酸鉀鎂(23％k)。基礎施肥試驗設2個處理。空白對照優化施肥：按水稻優質適產且肥料減量增效技術施肥。淋溶實驗開展前，監測土體已經過反復淋洗、穩定處理。

48.水稻苗期的初期淋溶液中氨氮、硝氮的濃度高于成熟期的濃度，主要受前期施基肥影響，每次峰值出現皆與施肥有關；整體呈現先升高后降低，后期又緩慢升高的趨勢，終濃度水平高于種植施肥前。這主要是因為氣溫升高使肥料中的養分得以較快釋放，而植物還未進入養分需求旺盛時期。

49.總的來說，本發明通過雨量計與水表獲取的降雨數據，可計算田間監測土體區域在降雨時水量的輸入和淋失水量的輸出，根據測得的淋溶水的溶質濃度可得出對應的淋失通量，并通過控制系統根據降雨數據控制水泵進行原位抽樣，無需多次進行人工采樣，省時省力；增加水質分析單元，可實現對淋溶水樣進行水質監測的功能。本發明通過控制系統控制水泵將淋溶桶內的淋溶水抽空，并通過廢液排放管道將淋溶水樣排放，能有效避免水樣

混雜而導致檢測效果誤差。本發明在套管的頂端安裝防雨帽，將通氣管與外界相通的一端設置為彎頭，可防止外界水從套管和通氣管進入淋溶桶內，有效防止污染淋溶水樣。

50.以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明的保護范圍應以所附權利要求為準。

濟南森農農業專注農業科研產品試制，實驗環境建設，野外試驗站建設。開發了用于面源污染防控的淋溶系列產品，土壤墑情系列產品，野外取土、取水裝置，小型蒸滲儀、農業微環境氣象站等系列產品。公司暖通團隊致力于食用菌環境栽培設施，及動植物等環境建設提供整體解決方案。歡迎廣大新老客戶朋友咨詢交流。