[发明专利]一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置

说明书

技术领域

本发明属于土壤监测技术领域，特别是涉及一种模拟不同耕层结构下土壤水分养分迁移转化规律及作物生长的室外土柱装置。

背景技术

良好的耕层结构在提高粮食产量、保障国家粮食安全中起着重要作用。20世纪70年代后期，随着国外旋耕机具的引进和旋耕的逐步推广，更是大大提高了耕作效率，与犁耕和耙耕作业相比，旋耕作业具有碎土性能好,适应性强，作业效率高的优点。但长期以旋代耕，也逐步暴露了一些问题，现行的旋耕深度一般在15cm左右，比过去的机械耕翻深度浅8-10cm，造成耕层变浅；同时连年旋耕，由于犁刀的挤压作用致使在耕作层与心土层之间形成了一层坚硬、封闭的犁底层，而且长期的大水漫灌造成的粘粒集聚作用，更是加剧了这种犁底层效应。

对耕作土壤来说，具有适当厚度的犁底层对保持养分，保存水分还是非常有益的；但是犁底层过厚、坚实，不仅阻碍作物根系的穿插，同时阻碍了耕作层与心土层之间水、肥、气、热的连通性。但是犁底层的存在究竟会对土壤水分养分迁移转化及作物生长的产生何种影响？以及什么样的耕层结构才是最有利于提高作物水分养分利用效率，从而增加产量减少温室气体排放及养分深层淋溶？限于目前研究手段或装置的缺乏，目前这些问题还没有统一的结论。同时由于实际农田环境的复杂性及土壤剖面结构的异质性是难以克服的，因此从大田试验角度来研究不同耕层结构对水分养分迁移转化及作物生长的影响，是十分困难的，而且成本也相当高昂，得到的数据可靠性也不佳。因此一种可靠的，理想化的模拟装置对摸清不同耕层结构对土壤剖面水分养分迁移转化及作物生长的影响具有重要意义，进而对指导该地区合理耕层构建、充分挖掘耕层潜力提供依据。

传统的土柱模拟试验装置极其简单，主要存在以下几个方面的技术问题：

一、目前的土柱试验，大多是在没有作物的理想环境下进行，但是作物的存在对水分养分迁移转化起着重要作用，没有作物参与的生态系统不是完整的生态系统。

二、传统土柱试验无法做到对养分的淋溶、作物吸收、温室气体排放等去向的全方位监测。

三、传统的土柱装置无法长期动态监测不同层次土壤水分动态变化并提取不同土壤层次的淋溶液。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置，尽可能贴近大田实际环境条件，同时降低成本，定量评价出不同耕层结构的优劣，以期为合理耕层构建提供依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟不同耕层结构下土壤水肥迁移转化规律的装置，包括有机玻璃柱、底座、封闭罩，淋溶液抽取装置、数据采集装置、土壤水采集装置和气体取样装置，所述底座置于有机玻璃柱下方，和有机玻璃柱同置于地下，有机玻璃柱顶端高出地面，底座内置集液瓶，集液瓶与有机玻璃柱底部的淋溶孔通过导管Ⅰ连接，集液瓶与地上的淋溶液抽取装置通过导管Ⅱ连接，有机玻璃柱顶端设置封闭罩，在有机玻璃柱不同高度位置分别设有连接数据采集装置的传感线及连接土壤水采集装置的采集导管Ⅲ，在封闭罩上连接取样装置。

进一步地，所述有机玻璃柱包括上、中、下三段，三段有机玻璃柱分别通过相咬合的凹凸槽相结合，埋置在地下的上段有机玻璃柱高出地面10cm；有机玻璃柱的上段和中段通过固定箍连接，根据实际耕层及犁底层厚度或者实际模拟试验需求调节高度，有机玻璃柱下段高度为70cm，有机玻璃柱内径40cm，壁厚8mm。

进一步地，距离所述上段有机玻璃柱最顶端15cm和25cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度的安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角；在下段有机玻璃柱距其顶端0cm和20cm处设置并列的土壤水采集装置安装孔和传感器安装孔，不同高度安装孔在水平面上的投影位置相隔90度角，即：分别在距整个有机玻璃柱顶端15cm、25cm、40cm、60cm四个位置处设置取样孔，在上中下三段有机玻璃柱相互摞合的过程中，通过旋转有机玻璃柱柱体，使不同高度取样孔在水平投影面上彼此相距90度角。

进一步地，所述三段有机玻璃柱在结合处通过固定箍固定,其中：上、中段有机玻璃柱对应固定箍与数据采集器固定装置相连，将不同预置高度的传感器安装孔引出的传感线分别与安装在数据采集器固定装置内的数据采集器相连。

进一步地，所述传感线上贯穿有封堵安装孔的橡皮塞。

进一步地，所述土壤水采集装置包括采集器、不同高度的安装孔及陶瓷头，所述不同高度的安装孔内分别安装陶瓷头，各陶瓷头通过导管Ⅲ分别连接采集器。