[发明专利]一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业面源污染治理中土壤壤中流氮磷样的收集、提取和测量的系统和方法。

背景技术

紫色土是我国南方重要耕作土壤之一，广泛分布于长江以南四川、重庆等15省(区)，总面积约20万km²。由于紫色土母岩物理风化快而抗蚀性弱，且该区域雨量丰富并相对集中，加之人类活动强度大、复种指数高，导致坡耕地水土流失极为严重。近年来为了片面追求作物高产，该区域磷肥投入大，高强度水土流失和低效率氮磷肥利用不仅降低了土地生产能力，同时坡地水土流失携带的氮磷已成为水体面源污染的主要来源。紫色土土层浅薄(30-90cm)，下伏透水性较弱的基岩，降雨入渗很快到达母岩难于继续下渗，土壤水分经常处于蓄满饱和状态，在坡地势能的作用下形成壤中流。现场实测结果表明，紫色土坡耕地壤中流流量远高于地表径流，占全年总径流量的73％，壤中流对氮元素流失的份额为80％，壤中流对磷元素流失的份额为8％。因此，研究紫色土坡耕地壤中流氮磷迁移特征及通量，对农田面源污染治理有重要的作用。

由于受野外现场环境的特殊性和复杂性限制，壤中流氮磷迁移特征观测一直是目前的难点。广泛应用于坡面、渠道及河道的测量装置，受到灵敏度和精确度的限制而难以应用于壤中流监测。例如，已有的壤中流收集发明“薄层坡地壤中流测定系统(ZL200710064.68.6)”，是借鉴坡面径流集水池法提出的，一般用砖石、混凝土或者铁皮建造，利用径流池或径流桶进行径流观测，同时采集样品测定氮磷浓度，包括径流收集、径流量取两个必要装置。在实际应用过程中，砖石材料的渗漏现象和铁皮材料的变形等问题会对测量精度产生一定影响。而且，这种方法不能在降雨过程中获得壤中流沿程的过程数据；如果要监测不同坡长和土层深度的壤中流，得建设多个观测小区，导致建造费用的增加。并且观测小区在建造过程中需要移去母岩层以上的土壤，以及重新回填，由此会破坏土壤原状结构，且费时费力。由于降雨强度和降雨历时存在着随机性，故集水池的容量设计不可能考虑到所有的降雨情况，因而设计的集水池往往会在暴雨情况下产生溢流，由此导致观测数据缺失。

因此，需要对现有的土壤壤中流监测方法加以改进，克服现有方法自动测量功能少、不能实现壤中流流量连续测量和沿任意坡面处连续观测等问题，具有运输移动便利、节省人力以及连续获得壤中流动态数据等优势，既适用于室内测试，也适用于野外测试，且不受地形限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统及方法，能够实时精确获得土壤壤中流氮磷迁移通量的动态数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壤中流氮磷迁移通量的测量系统，包括壤中流通量测量装置、氮磷浓度采集装置、数据处理装置以及太阳能板供电装置，其中：

壤中流通量测量装置，用于通过收集管收集壤中流，经三通管流入过滤网进入承接漏斗，由承接漏斗经翻斗式测量装置测量代表壤中流单位面积径流深值的翻斗翻转次数后落入储流罐中；并将实时测得的翻斗翻转次数输出给数据处理装置；

氮磷浓度分析装置，用于通过负压装置产生的负压提取储流器中的壤中流到采集器中，并对采集器中的壤中流分析出氮磷浓度数据输出给数据处理装置；

数据处理装置，用于将输入的翻斗翻转次数转换成壤中流单位面积径流深值，并根据壤中流单位面积径流深值和壤中流氮磷浓度计算出壤中流氮磷迁移通量；

太阳能板供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为壤中流通量测量装置和数据处理装置提供电源。

优选地，壤中流通量测量装置包括依次装配在柱形金属外壳中的三通管、过滤网、承接漏斗以及翻斗式测量装置，还包括装配在金属外壳上侧与并三通管相接的收集管；其中，

收集管和承接漏斗通过三通管以丁字型连接方式连通，该收集管埋在土壤里不同深度的坡面中，与土面接触的入口做成斜面；三通管的接口处用无纺布缠绕作为过滤层，以隔离土壤颗粒进入收集管；承接漏斗接纳收集管汇集的壤中流，通过承接漏斗的滴嘴使壤中流形成线状被注入翻斗式测量装置。

优选地，