一种田间试验模拟系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种田间试验模拟系统。该系统包括安装于圆盘底座上的圆管和原状土柱，圆盘底座内布设有放气管、进水管、渗漏管；圆管壁的上部设置有溢流口，溢流管连通该溢流口连通溢流收集容器；在原状土柱的上端土壤界面下方一定距离处的圆管壁上设有径流口，径流管连通该径流口和径流收集容器；原状土柱的管壁外侧填充有高度与原状土柱高度相匹配的土壤层。本实用新型专利技术装置可近似模拟地下水供给，营造更为接近田间的真实土体水分状况，获取更为真实的田间水分运行、氮素迁移、稻季径流、麦季地表和排水沟径流等方面的数据；可用来研究中国南方水旱轮作农田氮素渗漏、径流情况；也可进行农田其它养分如磷，或重金属等迁移特点的研究。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种试验模拟装置，具体涉及一种用来研究中国南方水旱轮作农田氮素渗漏、径流的田间试验模拟系统。
技术介绍
在田块尺度进行氮素各个去向的研究存在一定难度，尤其是渗漏和径流。而原状土柱(Field undisturbed tension-free monolith lysimeters)具有近似田间无扰动的土壤结构和采样、实施、管理等方面的可操作性等优点，是近年来研究农田氮素去向的经典方法。但一般的原状土柱从田里取出相当于切断了地下水的补给，这样原状土柱实际运行过程中就不能完全反映田间水分状况，从而影响到氮素的迁移、转化过程。例如，我国南方稻麦轮作农田去一般地下水位较高，在Im左右。1米深的原状土柱刚好切断了地下水的向上补给，造成整个土体的水分和养分迁移与田间实际情况有所不同，此类模拟试验结果往往与真实田间情况有所出入。中国专利文献CN101256182A公开一种制备大型原状土柱的方法，但其主要针对旱作农田渗漏，无法模拟中国南方地区主要农田类型——稻麦等水旱轮作农田氮素径流和渗漏。众所周知，南方稻麦轮作农田水分管理与北方旱地不同，有其特殊之处。以稻麦轮作为例水稻季需要灌溉淹水、而小麦季无灌溉，主要靠降雨供给土壤水分，且由于冬季雨水较多，为防止小麦渍害，往往需开沟排水(10 20cm)。这就要求原状土柱必须有独特的设计同时满足水旱两季的需求。本技术正是针对南方水旱轮作农田这一独特的水分管理模式设计，并充分考虑田间水分运移等较难解决的问题，加设很多附属装置，例如传感器等，将近似模拟研究水旱轮作农田水分、养分等运移的作用最大化。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种可真实模拟田间水分运行状况的田间试验模拟系统，进而为模拟研究田间氮素转移情况提供可靠的物质保障。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是一种田间试验模拟系统，至少包括一个置于相匹配的圆管或圆筒中的原状土柱， 所述原状土柱下端均安装于覆有沙层的圆盘底座上，在所述圆盘底座内的沙层中依次布设有连通外界大气的放气管、连通供水容器(带有刻度的供水容器还能准确提供土面蒸散量， 包括作物蒸腾和土壤蒸发)的进水管、连通集液容器的渗漏管；在所述原状土柱的上端土壤界面处和/或在土壤界面上方一定距离处的圆管或圆筒壁上设置有溢流口，并设有溢流管连通该溢流口和相应的溢流收集容器；在所述原状土柱的上端土壤界面下方一定距离处的圆管壁或圆筒壁上设有径流口，并设有径流管连通该径流口和相应的径流收集容器；各原状土柱的管壁或筒壁外侧填充有高度与原状土柱高度相匹配的土壤层。沿所述原状土柱的竖直方向间每隔一定的距离相应的埋设一只水势传感器。在所放气管、进水管、渗漏管上均安装有相匹配的阀门。放置所述原状土柱的圆管或圆筒的上端带有法兰接口，且相应的对接有一定长度的加长管或筒。所述原状土柱均安装于方形或圆形水泥池中。本技术具有积极有益的效果1.本技术装置具有补水装置，可近似模拟地下水供给，特别是旱季作物生长季，可有效防止土壤干裂，且可营造更为接近田间的真实土体水分状况，获取更为真实的田间水分运行、氮素迁移等方面的数据；可区分稻季径流、麦季地表和排水沟径流；可用来研究中国南方水旱轮作农田氮素渗漏、径流情况；2.在土体不同深度安装水分传感器，可获取大量土壤水分数据，为田块尺度水分运移模型提供重要参数。3.以本技术装置进行补充流动抽气法(airflow enclosure method)测定氨挥发装置后，结合15N示踪技术便可进行氮素去向的完整观测(植物吸收、残留、氨挥发、淋洗、径流、反硝化)；除氮外，也可进行农田其它养分如磷，或重金属等迁移特点的研究。4.本技术装置易于实施操作，制备方法简单，成本低，易推广。附图说明图1为一种田间试验模拟系统的俯视图；图2为图1的A-A视图；图3为一种田间试验模拟系统的横剖面结构示意图；图4为一种田间试验模拟系统中圆盘底座的结构示意图；图5为一种田间试验模拟系统中的水势传感器的安装示意图。图中，1为原状土柱，2为加长筒，3为放气管，4为水势传感器，5为渗漏管，6为径流管，7为溢流管，8为基础墙体，9为进水管，10为沙层，11为圆筒，12为圆盘底座，13为水泥池，14为贮水桶，15为支撑块，16为上溢流口，17为下溢流口，18为径流口。具体实施方式实施例1 一种田间试验模拟系统，参见图1、图2、图3、图4、图5，包括九个置于圆筒11中的原状土柱1，并排放置于长方形的水泥池13 (长500cm，宽50 cm，高110cm)中， 各原状土柱1经由下端均安装于覆有沙层10的圆盘底座12上，在圆盘底座12内的沙层10 中依次布设连通外界大气的放气管3、连通贮水桶14的进水管9、连通集液容器的渗漏管5， 且在圆盘底座12内放气管进口所在位置高于进水管9出口和渗漏管5进口所在位置；在各原状土柱的上端土壤界面处的圆筒11壁上设有下溢流口 17，在该土壤界面上方5cm处的圆筒11壁上设有上溢流口 16，并设有溢流管7连通该溢流口和相应的溢流收集容器；在原状土柱1的上端土壤界面下方15cm处的圆筒壁上设有径流口 18，并设有径流管6连通该径流口和相应的径流收集容器；各原状土柱的圆筒壁外侧填充有高度与原状土柱1高度相匹配的土壤层。放置各原状土柱1的圆筒11的上端带有法兰接口，且可相应的对接一定长度的加长筒2。上述田间试验模拟系统的制备方法如下(1)原状土柱掘取将长105cm，内径38cm，壁厚Icm的硬质PVC材料管子焊接加工成无底无盖的圆筒11，通过压力机或者人力将此圆筒垂直插入农田土壤中，在施工中插入一定深度后将筒外壁四周的土壤挖去，以减少土壤的阻力，达到预定IOOcm深度后，水平割断土柱，修正土柱底部平面，依次类推，共采集原状土柱九个，并移送至安装场地；(2)原状土柱安装在安装场地内的水泥池(长500cm，宽50 cm，高110cm)中设置一排与圆筒11端口直径相匹配的圆盘底座12，在圆盘底座内铺设厚IOcm的沙层10，且在沙层10中依次布设连通外界大气的放气管3、连通贮水桶14的进水管9、连通集液容器的渗漏管5，且在圆盘底座12内使放气管进口所在位置高于进水管9出口和渗漏管5进口所在位置；再将原状土柱1垂直安装在该圆盘底座12内的四个支撑块15上，然后用树脂密封接口，使原状土柱1的圆筒11与圆盘底座12连为一体；(3)辅助设施安装在原状土柱1的上端土壤界面处和在土壤界面上方一定距离处的圆筒11壁上开设溢流口，并设溢流管7将该溢流口和对应的溢流收集容器连通；在原状土柱1的上端土壤界面下方一定距离处的圆筒壁上开设径流口，并设径流管6将该径流口和相应的径流收集容器连通；安装贮水桶14并与进水管9连接；(4)回填土 在各原状土柱的筒壁外侧周围填充土壤，即用土壤填筑九个原状土柱与水泥池之间的剩余体积，填充的高度与原状土柱的高度相匹配，并种植水稻或小麦，作为原状土柱的保护行。上述田间试验模拟系统水稻生长季的使用将加长筒2用橡皮垫、螺栓固定在原状土柱1的圆筒11法兰上，以满足水稻生长季需要保持淹水层的需要。并用橡皮塞塞住下下溢流口 17和径流口 18，用一小段水管将将加长筒2上的上溢流口 16与溢水管7连接，打开上溢流口 16，如此本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种田间试验模拟系统，至少包括一个置于相匹配的圆管或圆筒中的原状土柱，其特征在于，所述原状土柱下端均安装于覆有沙层的圆盘底座上，在所述圆盘底座内的沙层中依次布设有连通外界大气的放气管、连通供水容器的进水管、连通集液容器的渗漏管；在所述原状土柱的上端土壤界面处和／或在土壤界面上方一定距离处的圆管或圆筒壁上设置有溢流口，并设有溢流管连通该溢流口和相应的溢流收集容器；在所述原状土柱的上端土壤界面下方一定距离处的圆管壁或圆筒壁上设有径流口，并设有径流管连通该径流口和相应的径流收集容器；各原状土柱的管壁或筒壁外侧填充有高度与原状土柱高度相匹配的土壤层。

【技术特征摘要】
1.一种田间试验模拟系统，至少包括一个置于相匹配的圆管或圆筒中的原状土柱，其特征在于，所述原状土柱下端均安装于覆有沙层的圆盘底座上，在所述圆盘底座内的沙层中依次布设有连通外界大气的放气管、连通供水容器的进水管、连通集液容器的渗漏管；在所述原状土柱的上端土壤界面处和/或在土壤界面上方一定距离处的圆管或圆筒壁上设置有溢流口，并设有溢流管连通该溢流口和相应的溢流收集容器；在所述原状土柱的上端土壤界面下方一定距离处的圆管壁或圆筒壁上设有径流口，并设有径流管连通该径流口和相应的径流收集容器；各原状土柱的管壁或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慎强，赵旭，邢光熹，施卫明，杨林章，张宗侯，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：实用新型
国别省市：84