[发明专利]垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置及其试验方法，尤其涉及一种垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置及其试验方法，主要用于研究地下水位较深时施肥条件下波涌灌溉间歇入渗土壤水分、氮素运移规律及对地下水水质的影响机理。

背景技术

设施农业是通过改变自然环境，获得生物最适生长条件，使农业生产从“资源依存型”转向“科技依存型”的一种手段。由于具有一定的环境调控功能，可不同程度的摆脱不利的自然环境条件与有限土地资源的制约，进行周年生产和空间延伸生产，从而达到提高作物的产量和土地资源的利用率，缓解我国人地矛盾。

然而，为避免设施内土壤环境质量及地下水水质的恶化，如何准确模拟田间土壤和地下水之间的关系，掌握氮素运移规律及对地下水水质的影响，已成为目前待解决的重要课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可以准确模拟田间土壤和地下水之间的关系的垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置及其试验方法。

一种垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置，包括试验土柱、第一马氏瓶及第二马氏瓶，所述第一马氏瓶连接该试验土柱的底部，所述第二马氏瓶连接该试验土柱的顶部，所述试验土柱包括底部的粗砂部、上部的土壤部、及该粗砂部与土壤部之间垫设一间隔层，所述土壤部装有土壤，所述粗砂部装有粒径为2~7mm的砂砾石，所述土壤部的侧壁沿试验土柱的垂向设若干排取样孔，所述粗砂部设有若干垂直排布的出水孔。

一种如上述所述的垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置的试验方法，包括以下步骤：

由所述第一马氏瓶控制1.5米地下水位，当第一马氏瓶中水量在一天内无变化时，判定为上升毛管水稳定；

先通过水槽定额灌水变水头对试验土柱的上部供水，再通过第二马氏瓶进行定水头供水，按照先密后疏的时间间隔通过第二马氏瓶读取累积入渗量，由试验土柱观测垂直湿润深度随入渗时间的变化，在间歇入渗各周期供水阶段末、间歇阶段末与连续入渗的相应时间，以及停水后再分布过程1d、3d、5d、观测土壤含水量、土壤中NO₃^--N含量和地下水中NO₃^--N含量分布。

与现有技术相比，本发明的垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置及其试验方法通过第一马氏瓶、第二马氏瓶、试验土柱的粗砂部及土壤部的设置，准确模拟田间土壤和地下水之间的关系。

附图说明

图1为本发明的垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置的结构示意图。

图2为图1的排水汇流管的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1及图2所示，为本发明的一较佳实施例的垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置100，包括一试验土柱10、连接该试验土柱10的底部的第一马氏瓶20、连接该试验土柱10的顶部的第二马氏瓶30。

该试验土柱10包括一底部的粗砂部11及上部的土壤部12，该粗砂部11与土壤部12之间垫设一间隔层13。在本实施方式中，试验土柱10为中空且底部密封、顶部具有开口的柱体，试验土柱10可采用有机玻璃制成；试验土柱10由下至上分为所述粗砂部11、土壤部12，粗砂部11中装有粒径为2~7mm的砂砾石以模拟地下饱和含水层，土壤部12中装有非饱和均质土壤以模拟田间上层土壤，该试验土样经风干、粉碎、过筛、配水，按设计土壤容重分层（5cm）装土，砂砾石与非饱和均质土壤之间设置间隔层13，以免土壤部12的土壤进入粗砂部11，其中间隔层13为弹性较差的薄海面或过滤纸。

进一步的，排水汇流管40试验土柱10高度为200cm，内径为15cm，该粗砂部11的高度为40cm，试验土柱10的处于粗砂部11的侧壁上设置若干出水孔110，该出水孔110的数量为6个，由上至下垂直排布在粗砂部11的侧壁上，相邻两个出水孔110的间距为5cm。

试验土柱10的处于土壤部12的侧壁沿试验土柱10的垂向设四排取样孔50。每一取样孔50的孔径1.5cm，用橡皮塞封堵。同一排取样孔50中相邻的两个取样孔50的中心间距为5cm，相邻两排取样孔50以垂直孔距2.5cm交叉布置，如此可以避免所取土样间距过大，降低漏测氮素含量峰值的可能性。可以理解地，所述粗砂部11的侧壁上同样设有四排取样孔50，直径间距均与土壤部12的取样孔50相同，并且与所述土壤部12的取样孔50依次排列。