一种定量分析农田氮排放的室内试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，用于定量分析农田氮经地表径流、渗漏淋洗和气态损失三个途径的排放量。主要包括植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、人工降雨器和气体收集装置。装置主体多数以PVC管及其配件构成。将植物培养单元用固定支架平稳放置，下方可收集渗漏液。植物培养单元与配件连接可在人工降雨过程中或结束后收集径流液样品。采集气体样品时，将植物培养单元上方取样空间通过塑料软管和气泡吸收管与气体采样泵连接，利用酸吸收法收集气体样品用于测定氨挥发量。在气体收集装置主体靠近下端处开孔，用针管抽取气体样品用于测定氧化亚氮释放量。

【技术实现步骤摘要】
一种定量分析农田氮排放的室内试验装置
本专利技术涉及一种试验模型，尤其涉及一种农田氮排放的室内试验装置，用于收集并准确定量分析农田氮经地表径流、渗漏淋洗和气态损失三个途径的排放量。
技术介绍
农田氮排放有三个途径，即地表径流、渗漏淋洗和气态损失(包括氨挥发和N2O释放)。无论是大田试验，还是室内小试，前人都设计了相应的试验模型来定量分析农田氮排放。大田试验所采用的地表径流试验装置主要有水泥井法和整理箱法，这些试验装置的优点是测定的径流液浓度较准确，不足之处在于不能通过控制地表径流的影响因素(如地面坡度、降雨强度和降雨历长)等来调整地表径流的强度和历长。大田试验所采用的渗漏淋洗试验装置主要有楔形渗漏收集系统、吸杯、多孔渗漏管-原状土壤渗漏采集器。尽管这些系统得到的结果更接近实际农田氮的渗漏淋洗状况，但存在工程量大、劳动强度大和重复性差等不足。对于氮的气态损失，常用的方法有静态箱法和基于傅里叶变换-中红外光生光谱技术的原位测定法。然而现有的田间气体损失试验装置不能兼顾“操作性强”和“模拟复杂情景”，急需改进。可见，基于大田试验的农田氮排放系统存在很大的局限性。除了大田试验外，前人也曾通过室内小试来分析农田氮的径流损失，这些小试装置能够调整地表径流的强度和持续时间，然而该系统不能用于研究降雨导致的地表径流。室内渗漏淋洗的试验装置则是在培养植物的盆钵中加入一定量的纯净水或用简易的人工降雨模拟器进行“降雨”。这两种方法的优点是操作简单且不需要复杂装置。但是，由于其人工降雨模拟器无法调节降雨强度和历长，因而难以模拟复杂的渗漏淋洗过程。由上述分析可知，现有的农田氮排放试验装置只能关注某一个或两个氮排放途径，因而不能准确地对农田氮排放进行定量分析。不仅如此，分别利用上述传统实验模型测定农田氮经三个途径的排放特征会增加系统误差。比如利用传统静态箱法测定氨气和氧化亚氮，测定结果会偏低。原因是氨气和氧化亚氮都易溶于水，传统装置利用水封法密闭，容易导致氨气和氧化亚氮测定结果偏低。另外，在实际农田生态系统中，降雨产生的动能和水量，导致土壤溅蚀、地表径流和渗漏淋洗三个氮排放途径同时排放氮。这意味着，无论按什么样的顺序，分别分析三者的排放量再叠加的方式，都会使农田氮排放的实验结果偏大。
技术实现思路
本专利技术克服了现有试验装置只能关注农田氮一个或两个排放途径、系统误差大、装置配件间不能有机结合这三方面的不足，提供了一种新的定量分析农田氮排放的室内试验装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，其特征在于由植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、气体收集装置组成和人工降雨器16；其中植物培养单元由等径四通1、植物培养单元PVC管3、同心异径管4、清扫口6、纱布5和外堵2组成；植物培养单元PVC管3上端嵌套于等径四通1下端，下端嵌套于同心异径管4上端，同心异径管4下端与清扫口6连接，外堵2安装在等径四通1左右两端，纱布5固定于同心异径管4变径处内壁；气体收集装置由两根塑胶软管7、止水夹8、堵头9、气体收集装置PVC管10、橡胶塞11、U型气泡吸收管13、气体采样泵14和塑料瓶15组成；气体收集装置PVC管10嵌套于等径四通1上端，堵头9嵌套于PVC管10另一端，两根塑胶软管7由堵头9孔内引出，一根的一端接于U型气泡吸收管13，另一根的一端置于塑料瓶15内，U型气泡吸收管13另一端连接气体采样泵14，止水夹8置于塑胶软管7上，橡胶塞11塞入气体收集装置PVC管10下端孔中；渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架19和渗漏液收集器20组成；渗漏液收集装置固定支架19套于植物培养单元PVC管3外壁，正下方摆放渗漏液收集器20，渗漏液收集装置置于人工降雨器16正下方；径流液收集装置由两个径流液收集器17和两个径流液收集装置固定支架18组成；径流液收集器17安放径流液收集装置固定支架18上，置于等径四通1左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器16正下方。本专利技术还提了利用上述的的室内实验装置对农田氮排放进行收集的方法，其具体步骤如下：植物培养单元组装步骤：先在同心异径管4变径出均匀涂抹胶水，将纱布5平铺于胶水上并按压固定；在同心异径管4下端内壁涂抹胶水后将清扫口6嵌套于下端；借助外力将植物培养单元PVC管3下端紧密插入同心异径管4上端，使二者无缝链接；植物培养单元PVC管3上端紧密插入等径四通1上端，外堵2安装于等径四通1左右两端。气体收集装置组装步骤：在堵头9上开具两个直径与塑胶软管7外径相同的孔，并利用胶水将堵头9密封于气体收集装置PVC管10上端；将两根塑胶软管7插入孔中并用胶水固定，塑胶软管7上各放置一止水夹8；在气体收集装置PVC管10距靠近下端处开孔，孔径应与橡胶塞11直径一致；将橡胶塞11塞入孔中并用胶水固定。气体收集步骤：NH3样品采集步骤：将组装好的气体收集装置中的气体收集装置PVC管10下端均匀涂抹凡士林后紧密嵌套于等径四通1上端，打开塑胶软管7上的止水夹8，一根塑胶软管7的一端与U型气泡吸收管13连接，另外一端置于塑料瓶15中以起到缓冲作用，气体采样泵14设置好参数后接于U型气泡吸收管13另一端，打开气体采样泵14即可采集整个实验装置中产生的NH3，U型气泡吸收管13中的稀硫酸即为NH3分析样品；NH3分析样品采集完毕后，将气体采样泵14、U型气泡吸收管13撤下，再关闭止水夹8(保证气体收集装置各个部分的气密性)同时计时，待达到收集时间时，用针管12插入橡胶塞11抽取装置内气体即为N2O分析样品；渗漏液收集步骤：将气体收集装置PVC管10及连接在其上端所有配件取下后，将渗漏液收集装置固定支架19紧密套于植物培养单元PVC管3外壁，渗漏液收集装置固定支架19正下方放置渗漏液收集器20，整套装置置于人工降雨器16正下方；设置好人工降雨器16参数后，打开清扫口6下端堵头，流入渗漏液收集器20中的水样即为渗漏液分析样品；径流液收集步骤：将径流液收集器17放于径流液收集装置固定支架上面18，调整其位置使得等径四通1两端流出样品可准确流入径流液收集器17中；设置好人工降雨器16参数后，打开等径四通1左右两端外堵2，雨滴冲刷土壤表层后随等径四通两端1流出，流入径流液收集器17中的水样即为径流液分析样品。样品分析方法：NH3浓度采用次氯酸钠-水杨酸分光光度法测量，N2O浓度利用气相色谱仪测量(Agilent7890)，渗漏液、径流液样品中各形态氮均采用国标法测量。上述植物培养单元PVC管3的长度可根据实际需要更改，为了模拟实际农田渗漏现象，一般管段长度应大于30cm；为避免附壁效应的产生，植物培养单元PVC3管径应大于110mm；植物培养单元PVC管3与等径四通1、同心异径管4、清扫口6、外堵2等管配件应配套选用；气体收集装置PVC管10管径的选用应与植物培养单元PVC管3一致；气体收集装置PVC管10的长度应根据植物生长高度调整，高度应为植物生长高度的基础上加10cm。植物培养单元内填充物应与植物培养单元PVC管3上端齐平，以保证后期模拟人工降雨对于填充物表层的冲刷效果，此齐平过程需要一周左右的稳定期。本实验装置中，植物培养单元整体为一圆柱形筒状结构；该植物培养单元可通过简单的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，其特征在于由植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、气体收集装置组成和人工降雨器(16)；其中植物培养单元由等径四通(1)、植物培养单元PVC管(3)、同心异径管(4)、清扫口(6)、纱布(5)和外堵(2)组成；植物培养单元PVC管(3)上端嵌套于等径四通(1)下端，下端嵌套于同心异径管(4)上端，同心异径管(4)下端与清扫口(6)连接，外堵(2)安装在等径四通(1)左右两端，纱布(5)固定于同心异径管(4)变径处内壁；气体收集装置由两根塑胶软管(7)、止水夹(8)、堵头(9)、气体收集装置PVC管(10)、橡胶塞(11)、U型气泡吸收管(13)、气体采样泵(14)和塑料瓶(15)组成；气体收集装置PVC管(10)嵌套于等径四通(1)上端，堵头(9)嵌套于PVC管(10)另一端，两根塑胶软管(7)由堵头(9)孔内引出，一根的一端接于U型气泡吸收管(13)，另一根的一端置于塑料瓶(15)内，U型气泡吸收管(13)另一端连接气体采样泵(14)，止水夹(8)置于塑胶软管(7)上，橡胶塞(11)塞入气体收集装置PVC管(10)下端孔中；渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架(19)和渗漏液收集器(20)组成；渗漏液收集装置固定支架(19)套于植物培养单元PVC管(3)外壁，正下方摆放渗漏液收集器(20)，渗漏液收集装置置于人工降雨器(16)正下方；径流液收集装置由两个径流液收集器(17)和两个径流液收集装置固定支架(18)组成；径流液收集器(17)安放径流液收集装置固定支架(18)上，置于等径四通(1)左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器(16)正下方。...

【技术特征摘要】
1.一种定量分析农田氮排放的室内试验装置，其特征在于由植物培养单元、渗漏液收集装置、径流液收集装置、气体收集装置组成和人工降雨器(16)；其中植物培养单元由等径四通(1)、植物培养单元PVC管(3)、同心异径管(4)、清扫口(6)、纱布(5)和外堵(2)组成；植物培养单元PVC管(3)上端嵌套于等径四通(1)下端，下端嵌套于同心异径管(4)上端，同心异径管(4)下端与清扫口(6)连接，外堵(2)安装在等径四通(1)左右两端，纱布(5)固定于同心异径管(4)变径处内壁；气体收集装置由两根塑胶软管(7)、止水夹(8)、堵头(9)、气体收集装置PVC管(10)、橡胶塞(11)、U型气泡吸收管(13)、气体采样泵(14)和塑料瓶(15)组成；气体收集装置PVC管(10)嵌套于等径四通(1)上端，堵头(9)嵌套于PVC管(10)另一端，两根塑胶软管(7)由堵头(9)孔内引出，一根的一端接于U型气泡吸收管(13)，另一根的一端置于塑料瓶(15)内，U型气泡吸收管(13)另一端连接气体采样泵(14)，止水夹(8)置于塑胶软管(7)上，橡胶塞(11)塞入气体收集装置PVC管(10)下端孔中；渗漏液收集装置由渗漏液收集装置固定支架(19)和渗漏液收集器(20)组成；渗漏液收集装置固定支架(19)套于植物培养单元PVC管(3)外壁，正下方摆放渗漏液收集器(20)，渗漏液收集装置置于人工降雨器(16)正下方；径流液收集装置由两个径流液收集器(17)和两个径流液收集装置固定支架(18)组成；径流液收集器(17)安放径流液收集装置固定支架(18)上，置于等径四通(1)左右两端斜下方，径流液收集装置置于人工降雨器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淑娟，恽雯斐，尤朝阳，徐海阳，郭欣悦，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32