[发明专利]饱和-非饱和土壤中溶液中硝态氮浓度原位在线测量方法

说明书

本申请公开了饱和‑非饱和土壤中溶液中硝态氮浓度原位在线测量方法。本技术方案中，饱和土壤条件下，土壤水通过陶瓷渗透膜直接进入测量室，非饱和条件下，通过建立土壤溶液‑陶瓷渗透膜‑测量室水体联系使得土壤溶液中污染物进入测量室，土壤溶液中NO₃‑N在浓度梯度的作用下透过膜体进入测量室内。通过解析方法对测量条件下的溶质迁移方程进行求解，确定土壤溶液浓度和测量室内水体浓度函数关系，基于所建立的测量室～土壤溶液NO₃‑N浓度函数关系，确定土壤溶液中的NO₃‑N的浓度。本项发明为饱和‑非饱和土壤主要污染物(NO₃‑N)在线、连续过程监测提供了方法支持。

技术领域

本申请涉及土壤水环境和农业面源污染的技术领域，尤其涉及饱和-非饱和土壤中溶液中硝态氮浓度原位在线测量方法。

背景技术

土壤溶液中，不同的污染物具有不同的迁移和转化特性，土壤溶液中氨氮 (NH₄⁺-N)，可溶性磷(SP)等污染物由于具有吸附性以及污染物分子颗粒较大，在土壤中的迁移，最终进入地表水的难度要远超过不被土壤吸附、且在土壤孔隙中易于迁移的硝态氮NO₃-N，在土壤多种可溶性污染物中，NO₃-N是最为活跃的污染物之一。然而目前，对土壤溶液中NO₃-N的原位在线监测方法在测试机理，实现方法上都存在着较多的难以解决的问题。

首先，非饱和条件下，无论是采用干预(如负压气室-渗透膜-土壤的方法形成土壤与测量溶液之间的水力联系)或者非干预的方法形成连续通道，土壤固体与孔隙内水体的作用力随着含水率的变化，含水率不断变化造成进入到测量系统中的污染物的质量(或者浓度)表现出非线性变化的情况，一种测试方法是在稳定条件下，当土壤溶液浓度和测试装置内浓度实现平衡的情况下通过对土壤进入测量系统的污染物的质量或浓度测量，通过解析方程反演的方法确定土壤溶液中的浓度，然而这种方法需要首先实现稳定条件，当土壤包括NO₃-N 在内的污染物的变化较为快速的情况下，这种方法显然就难以捕捉污染物的动态变化。此外，非饱和状态下，由于土壤水分状态的不断变化，目前也没有机理性的关系方程能够描述任意含水率情况下的测量室内的溶质和土壤溶质之间的关系，无法对非饱和土壤溶液中的NO₃-N进行反演。

发明内容

有鉴于此，本申请提供饱和-非饱和土壤中主要污染物(NO₃-N)原位在线测量装置以及测量方法，能够准确地对饱和、非饱和土壤条件下对硝态氮浓度的原位、在线直接测定。

第一方面，本申请提供一种饱和-非饱和土壤中溶液中硝态氮浓度原位在线测量装置，包括：

一测量室；

一接触渗透膜，构成所述测量室的至少部分外壁，用以与待测土壤相接触；

一真空泵，用以抽出所述测量室内的水或向气室内注入水；

一紫外光发射组件，用以发射紫外线；

一透镜，用以对所述紫外光发射组件产生的紫外光进行光作用；

以及，一光电信号转换传输器，用以在接受来自于透镜的紫外线后进行光电转换成能体现浓度信息的电信号。

可选地，还包括与所述真空泵连通的容纳箱。

可选地，所述测量室的端部整体呈楔形。

第二方面，饱和-非饱和土壤中溶液中硝态氮浓度原位在线测量，包括：

将所述测量装置放置在待测土壤内；

通过紫外光光谱法测定所述测量室内土壤溶液的硝态氮浓度c；

当测量室内土壤溶液所处的外部土壤环境为饱和土壤条件时，将所述硝态氮浓度c确定为待测的土壤溶液的硝态氮浓度；