粉體行業在線展覽
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北京澳作生態儀器有限公司
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1 引言
土壤中水、熱和溶質狀況的變化并不是獨立的，而是相互制約、相互影響，是一個耦合變化過程。土壤中水、熱、溶質的運移研究，是土壤中物質、能量運移與轉換研究的重要組成部分，是土壤—植物—大氣連續體研究中的重要內容之一。上世紀中葉以來，國內外學者對土壤中水、熱、溶質同步運移的有關問題做了大量研究，并從理論上發展了各種模型以描述其運動與影響因素，使本領域的研究有了較大的發展。但綜合性的描述和研究土壤中水、熱、溶質耦合運移的文獻較為少見。
近年來，由于化肥和農藥使用量的日益增多、工業廢水的大量排放、污染物的不當處理等，農藥、重金屬等在土壤中的遷移及其對土壤和水體的污染等已成為世界性的嚴重問題，這些都必須根據土壤水熱、溶質運移的理論和特性加以研究和進行管理。此外，在干旱、半干旱地區強烈蒸發條件下，土壤鹽分或地下水可溶性鹽類通過水的垂直或側向運動向地表累積，這是土壤積鹽過程*為普遍的形式，也是發生鹽漬化的主要原因，土壤中水、熱、溶質耦合運移機理和模型的研究，對鹽漬土的改良、促進農業的可持續發展、保護生態環境等方面都有重要的指導意義。
2 觀測系統設計
2.1 目標
土壤水熱、溶質耦合運移是一個十分復雜的物理化學過程，經過國內外科研工作者近數十年的努力，目前已經建立了很多理論模型。但模擬研究得出的模型亟需在田間實際條件下進行驗證和擬合，從20世紀70年代起，研究工作開始由實驗室走向田間，研究者發現室內研究結果跟田間有很大差別。因此，更加深入的研究需要更為先進的觀測手段。
AZ-S0210土壤水熱、溶質耦合運移觀測系統以水分及溶質在土壤系統中的傳遞為紐帶，充分考慮土壤水熱及溶質在不同層次和水平面上的傳遞過程，進行土壤水熱相關的原位長期定位監測，數據采集器自動采集數據；同時在不同深度對孔隙水和排水進行原位抽提取樣，測定不同層次土壤溶質的組成。為深入研究土壤水熱和溶質耦合運移的規律以及土壤水熱和物質平衡提供先進的觀測手段和科學技術。
AZ-S0210土壤水熱、溶質耦合運移觀測系統將實驗室模擬土柱單元作為可選項，滿足室內模擬試驗研究的需要。該單元采用某一特定高度的微型土柱，填裝原狀土樣，沿土體剖面埋設高精度土壤水分和水勢、土壤溫度傳感器，數據采集器自動采集數據，從而精確測量土壤水分的變化梯度；沿土體剖面埋設土壤溶液自動取樣器，利用全自動離子分析單元土壤溶質濃度及梯度分析。
2.2 樣品采集及傳感器布設
原狀土柱樣品通常為直徑1m，高度2m的土體，應用**設計的原狀土取樣技術，采用不帶有圓形切割刀具的開挖工具，可以避免土壤擾動及土柱罐體附近土壤的流動。然后在罐體30cm、60cm、120cm和180cm深的位置分層分別安裝土壤水分、土壤水勢、土壤溫度傳感器以及土壤溶液抽提取樣器。此外在罐體周圍的田間，依照罐體內傳感器的層次埋設對應傳感器，以實時監測原狀土柱內外參數的變化和修正其偏差。
室內模擬試驗土柱，根據研究需要選擇直徑30cm、高度為30cm或60cm或120cm的罐體，采集原狀土或用進行了預處理的特定類型土壤，進行裝填。300mm高的土柱沿土體剖面按3個層次（5，15和25cm）、600mm高的土柱沿土體剖面按4個層次（5，10，30和55cm）、1200mm高的土柱沿土體剖面按5個層次（10，30，55，80和115cm）分別安裝土壤水分、土壤水勢傳感器和土壤溶液抽提取樣器。
2.3 數據采集頻率
土壤水分、土壤水勢和土壤溫度的數據采集時間間隔可通過數采進行統一設置為1、5、10、30s，或1、5、10、30min，或1、2、4、12、24h，也可每個通道單獨設定合適的采集時間間隔。
土壤溶液抽提取樣通常情況下每2周取樣一次，植物生長季頻率適當增高。每當有降雨或灌溉操作，則在降雨或灌溉之后幾個小時內進行抽提取樣。
2.4 觀測指標
土壤水熱參數：土壤水分、土壤水勢、土壤溫度及其梯度變化。
土壤溶質參數：亞硝酸鹽、硝酸鹽+亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、銨離子、鈣離子、氯離子、鐵離子、總磷、總氮、硫酸鹽、堿度、硬度、氯化物、六價鉻、氰化物、聯氨、揮發酚等濃度及其梯度變化。
2.5 觀測系統組成
AZ-S0210土壤水熱、溶質耦合運移觀測系統由土壤水分、土壤水勢和土壤溫度剖面觀測單元，原狀土柱罐體或者實驗室土柱，土壤離子自動分析單元共同組成。
3 數據處理
從數據采集器定期下載土壤水分、土壤水勢和土壤溫度的數據，分析其與土壤溶質濃度及遷移速率的關系，建立其相互之間的函數相關關系。建立*接近于真實條件、具有廣泛適應性的土壤水熱和溶質運移理論模型。
4 應用案例
4.1 澳作MS-LY土壤溶質運移觀測系統948引進項目取得重要進展
----來源：黑龍江省水利科學研究院
黑龍江省水利科學研究院承擔的水利部“948”計劃項目進展順利。該項目的重要環節，引進、安裝澳作公司**代理的德國UMS公司生產的土壤科學蒸滲儀工作，已于2009年5月26日至5月29日，在黑龍江省水利科學研究院綜合試驗研究基地完成，標志著該項目的技術引進工作已經結束，即將進入技術的消化、吸收再創新階段。
課題組全體人員與德國2名專業技術人員、北京澳作生態儀器有限公司3名技術人員，在現場共同完成了引進設備的取原狀土、傳感器安裝、土柱吊裝、儀器調試、現場培訓等工作，整個安裝調試過程進展順利。目前，土壤溶質運移觀測系統地表區域已經種植了玉米，并開始試應用和試驗研究工作。
4.2 巴伐利亞國家水管理局在河漫灘安裝土壤水熱溶質耦合運移觀測系統來研究水通量及溶質的運移
巴伐利亞國家水管理局Michael Gierig教授在位于慕尼黑南40公里處的河漫灘安裝了8套土壤水熱溶質耦合運移觀測系統，規格均為1米直徑，2米深。主要研究目的是在實際條件下測量污染區域的污染物如何滲透到地下水中去的，此調查涉及的污染物范圍較為廣泛，包括重金屬（如砷、鉛、鉻、鎘、鉈）和多環芳烴等。
