本发明专利技术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。本发明专利技术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。扰。扰。
【技术实现步骤摘要】
一种农田生态系统氮循环监测装置
[0001]本专利技术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
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]所述水气取样管外侧包裹有尼龙网和纱布，所述水气取样管和螺旋镂空筒状段靠近农田地表处的管壁均设有开孔部，所述水气取样管内置储气管，所述储气管管壁开设透气小孔，所述储气管外壁包裹气体交换膜层，储气管外侧与所述水气取样管内侧形成土壤溶液储样腔。
[0010]所述土壤溶液储样腔后端设有土壤溶液取样孔，所述土壤溶液取样孔穿过所述直壁镂空筒状段和水气取样管下侧的管壁后连有土壤溶液取样瓶。
[0011]所述储气管后侧内置有气体抽吸管，所述气体抽吸管穿过所述塞体后次连接至所述预埋箱内的气路切换阀、气泵和气体收集装置。
[0012]所述预埋箱箱体侧壁开设地表取样孔和距地面不同高度的地下取样孔，所述地表取样孔位于农田地表水土交界面处，所述地下取样孔和地表取样孔在非使用期间利用取样孔橡胶塞作密封处理。
[0013]所述传感器系统包括地表气体传感器、地表水传感器、土壤传感器、土壤溶液传感器和气体传感器，所述地表气体传感器设置在所述可移动静态箱套筒内，所述地表水传感器设置在农田地表水与所述预埋箱外壁交界处，所述土壤传感器设置在农田表层土壤内以及设置在可所述螺旋形取土段和螺旋镂空筒状段交界处，所述土壤溶液传感器设置在所述土壤溶液储样腔后侧设，所述气体传感器设置在所述储气管后端，所述地表气体传感器、地表水传感器、土壤传感器、土壤溶液传感器和气体传感器均与数据盒连接，所述数据盒与经通讯模块连接将所有监测数据发送至远程平台。
[0014]所述预埋箱材质为PVC板材，所述取土器材质为不锈钢材料。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](1)通过将箱体预先埋置于农田的方式，可有效维护农田小气候保持原状；预埋箱箱体侧壁的地表取样孔和地下取样孔可根据实际需求，在箱体多个侧壁开设多个，数量不作限定，实现农田试验的精准、连续、批量采样，装置整体经久耐用、易维护、可操作性强。
[0017](2)可移动静态箱和可移动取样器能够尽量减少监测取样过程中人为干扰的影响，长期放置于农田，也可定期取出检查或更换相关设备，并可采集农田不同深度、不同位置的水、土壤和气体样品，克服了农田垂向取样的困难，操作管护方便。
[0018](3)传感器系统以及水位监测系统结构简单，适应性强，可自动采集农田水位和农田中水体、土壤和气体的氮素浓度信息并发送至远程平台，对农田整体状况进行实时监测，为农田生态系统氮循环研究提供数据基础。
[0019](4)预埋箱采用PVC材质，具有高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种农田生态系统氮循环监测装置的总体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术中可移动取样器的结构透视图；
[0022]图3为本专利技术中可移动取样器的取样原理示意图；
[0023]图4是本专利技术中地表取样孔和地下取样孔的局部结构示意图；
[0024]图5是本专利技术中底座的构造示意图。
[0025]图中附图标记如下：1
‑
预埋箱；2
‑
水位传感器；3
‑
水位管；4
‑
套筒；5
‑
底座；6
‑
取气孔；7
‑
气体阀；8
‑
取气筒；9
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可移动取样器；10
‑
地下取样孔；11
‑
纱布滤层；12
‑
数据盒；13
‑
通讯模块；14
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种农田生态系统氮循环监测装置，其特征在于：包括预埋箱(1)和可移动监测取样系统，所述预埋箱(1)埋置于农田，所述预埋箱(1)内置与农田相连的水位监测系统，所述预埋箱(1)的侧面上开设有地下取样孔(10)，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(9)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(9)穿过所述地下取样孔(10)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(9)内农田地下水土气数据。2.根据权利要求1所述的一种农田生态系统氮循环监测装置，其特征在于：所述水位监测系统包括水位管(3)，所述水位管(3)一端穿过所述预埋箱(1)底部与农田相连，所述水位管(3)伸入农田部分包有纱布滤层(11)，所述水位管(3)另一端经直角弯头延伸至当地田埂高度，所述水位管(3)内置有水位传感器(2)，所述水位传感器(2)与数据盒(12)连接，所述数据盒(12)与经通讯模块(13)连接将水位监测数据发送至远程平台。3.根据权利要求1所述的一种农田生态系统氮循环监测装置，其特征在于：所述可移动静态箱包括套筒(4)和底座(5)，所述套筒(4)侧壁开设取气孔(6)，所述取气孔(6)依次连接气体阀(7)和取气筒(8)，所述底座(5)下端插入土壤，所述底座(5)上端为回字形凹槽，所述套筒(4)的下端插入所述回字形凹槽。4.根据权利要求1所述的一种农田生态系统氮循环监测装置，其特征在于：所述可移动取样器(9)包括取土器和水气取样管(38)，所述取土器包括从前往后依次相连的钻土尖端(26)、螺旋形取土段(27)、螺旋镂空筒状段(28)和直壁镂空筒状段(35)，所述直壁镂空筒状段(35)上设有把手(36)，所述壁镂空筒状段(35)后侧设有塞体(39)，所述水气取样管(38)位于所述螺旋镂空筒状段(28)和直壁镂空筒状段(35)内。5.根据权利要求4所述的一种农田生态系统氮循环监测装置，其特征在于：所述水气取样管(38)外侧包裹有尼龙网(31)和纱布(30)，所述水气取样管(38)和螺旋镂空筒状段(28)靠近农田地表处的管壁均设有开孔部(29)，所述水气取样管(38)内置储气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李轶，吴蕴玉，牛丽华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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