[发明专利]一种农田生态系统氮循环监测装置

说明书

本发明公开了一种农田生态系统氮循环监测装置，包括预埋箱和可移动监测取样系统，预埋箱埋置于农田，预埋箱内置与农田相连的水位监测系统，预埋箱侧面设有地下取样孔，可移动监测取样系统包括可移动静态箱、可移动取样器和传感器系统，可移动静态箱可拆卸地安置于农田，可移动取样器穿过地下取样孔后水平插入农田内，传感器系统能够监测可移动静态箱内气体数据、农田表层水土数据以及可移动取样器内地下水土气数据。本发明的一种农田生态系统氮循环监测装置，能够采集农田地表空气、径流、不同深度的土壤、土壤空气和淋溶液并实时监测农田氮素情况，监测农田整体氮循环过程，同时能够进行连续多次取样，减少取样过程中的人为干扰。

技术领域

本发明涉及一种农田生态系统氮循环监测装置，属于农田生态系统监测技术领域。

背景技术

中国是世界上最大的氮肥生产和消费国，且近些年氮肥用量与粮食总产增速呈正相关，为保障产量，氮肥成为我国农业生产中使用量最大的肥料品种之一。然而，中国氮肥的消费量现已超过作物最大生产量的需求量，氮盈余现象普遍存在，且农田氮素流失引发的农业面源污染已成为我国水体恶化、土壤污染、温室效应等环境问题的关键因素。农田生态系统中的氮循环过程与氮素环境效应紧密相关，农田中的氮输入主要为氮肥，生物固氮和大气沉降等也有一定贡献；氮输出包括动植物吸收、氨挥发、反硝化产生的气体排放、径流与淋溶损失；内部过程包括有机氮和无机氮的矿化与固定、硝化与反硝化、厌氧氨氧化、土壤吸附与解吸等过程。研究农田氮循环特征，监测农田生态系统作物种植过程中地表径流和淋溶渗漏的水体、不同深度的土壤、地表大气和土壤空气中氮素状况，监控农田整体氮循环过程，对于提高肥料利用率、保护生态环境具有重要意义，能够为减少农田氮素对环境不利影响提供思路和对策，为实现大面积农田氮肥增产增效提供有效途径。

农田生态系统中的氮循环过程向来是国内外相关领域的研究热点，受限于农田生态系统氮循环过程的复杂性与研究手段的匮乏，在实际研究过程中，农田取样困难且易破坏原有结构状态，常采用室内模拟试验或蒸渗仪小区试验，即使是农田试验，多是只能涉及氮循环中的某一过程或某几个关键过程，难以研究农田整体的氮循环情况；蒸渗仪小区试验往往只能针对特定部位进行取样监测，且土壤中的预埋管道易堵塞、难更换。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够实时监测农田地表空气、径流、不同深度的土壤、土壤空气和淋溶液中的氮素浓度情况，垂向监测农田整体氮循环过程，同时能够进行连续多次取样，减少取样过程中的人为干扰的农田生态系统氮循环监测装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种农田生态系统氮循环监测装置，包括预埋箱和可移动监测取样系统，所述预埋箱埋置于农田，所述预埋箱内置与农田相连的水位监测系统，所述预埋箱的侧面上开设有地下取样孔，所述可移动监测取样系统包括可移动静态箱、可移动取样器和传感器系统，所述可移动静态箱可拆卸地安置于农田，所述可移动取样器穿过所述地下取样孔后水平插入农田内，所述传感器系统采集所述可移动静态箱内气体数据、农田表层水土数据以及所述可移动取样器内农田地下水土气数据。

所述水位监测系统包括水位管，所述水位管一端穿过所述预埋箱底部与农田相连，所述水位管伸入农田部分包有纱布滤层，所述水位管另一端经直角弯头延伸至当地田埂高度，所述水位管内置有水位传感器，所述水位传感器与数据盒连接，所述数据盒与经通讯模块连接将水位监测数据发送至远程平台。

所述可移动静态箱包括套筒和底座，所述套筒侧壁开设取气孔，所述取气孔依次连接气体阀和取气筒，所述底座下端插入土壤，所述底座上端为回字形凹槽，所述套筒的下端插入所述回字形凹槽。

所述可移动取样器包括取土器和水气取样管，所述取土器包括从前往后依次相连的钻土尖端、螺旋形取土段、螺旋镂空筒状段和直壁镂空筒状段，所述直壁镂空筒状段上设有把手，所述壁镂空筒状段后侧设有塞体，所述水气取样管位于所述螺旋镂空筒状段和直壁镂空筒状段内。