专利名称：土柱冻融模拟装置和基于这种装置的可溶性组分提取方法
技术领域：
本发明涉及一种冻融模拟装置及基于这种装置的可溶性组分提取方法。
背景技术：
冻融作用是季节性冻融区重要的气候因子之一，对土壤物理性质、微生物群落和 组成、温室气体排放，以及土壤中溶解性碳、氮含量都有显著影响。土壤溶液的及时提取和 测定能够准确反映土壤对冻融作用的响应。在以往的研究中，多数培养表层土壤，而忽略了 冻融作用对其它土层的影响。并且土壤溶液的提取采样的是1(2304浸提法，这种方法破坏了 土壤的结构，不能够反映土壤溶液的真实状况。因此，研制一套适用于冻融条件下的原状土 柱模拟装置，并且能够连续非破坏性的采集土壤溶液，至关重要。发明目的本发明是为了解决传统方法仅对单个土层土壤的培养，无法观测冻融驱动下元素 或养分在整个土柱中的迁移转化，以及无法进行连续非破坏性的采集土壤溶液和土样的采 集导致获得的可溶性组分的数据不准确、精度低的问题，从而提供一种土柱冻融模拟装置 和基于这种装置的可溶性组分提取方法。土柱冻融模拟装置，它包括冻融柱、N根土壤溶液提取管、保温材料层和冻融装置， 所述每根土壤溶液提取管均包括陶土头和有机玻璃管，所述陶土头为多孔结构，所述陶土 头上的孔均与有机玻璃管连通，所述陶土头与有机玻璃管的管壁边缘密封连接；冻融柱的 外侧壁上包覆保温材料层；冻融柱内填有N层土壤，所述每层土壤中均对应一根土壤溶液 提取管，所述每根土壤溶液提取管的陶土头均插入其对应层的土壤中；每根土壤溶液提取 管中的有机玻璃管的末端均伸出冻融柱外；冻融装置用于将冻融柱中的土壤进行冻融；所 述N为正整数。基于上述装置的土柱冻融模拟装置的土柱可溶性组分提取方法，它由以下步骤实 现步骤一、在冻融柱中逐层反向填入N层土壤，形成土柱，并在每层土壤中埋入一根 土壤溶液提取管；步骤二、向冻融柱中的土注加水并陈化至土柱结构稳定，使土壤溶液提取管的内 部和外部达到离子平衡；步骤三、采用冻融装置将冻融柱中陈化后的土柱经历一个冻融周期；步骤四、在步骤三所述的冻融周期结束后，分别提取N层土壤的土壤溶液，并在N 层土壤中逐层提取土样，用于进行土样理化性质分析。步骤二中所述向冻融柱中的土注加水并陈化的陈化时间为30天。步骤四中所述提取N层土壤中每层的土壤溶液的方法是采用注射器的针头分别 伸入各土壤溶液提取管中，抽取各土壤溶液提取管中的溶液。本发明能够同时对多个土层土壤的培养，进而观测冻融驱动下元素或养分在整个 土柱中的迁移转化，并且将土柱冻融培养的过程与土壤可溶性组分收集的过程融为一体，降低收集过程中因素，因此检测出的可溶性组分的数据准确、精度高、效率高。相比于常规 方法，本发明的效率提高了 2倍，精度提高20%以上。


图1是本发明装置的的结构示意图；图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本具体实施方式
，土柱冻融模拟装置，它包括冻融 柱1、N根土壤溶液提取管、保温材料层3和冻融装置，所述每根土壤溶液提取管均包括陶土 头21和有机玻璃管22，所述陶土头21为多孔结构，所述陶土头21上的孔均与有机玻璃管 22连通，所述陶土头21与有机玻璃管22的管壁边缘密封连接；冻融柱1的外侧壁上包覆 保温材料层3 ；冻融柱1内填有N层土壤，所述每层土壤中均对应一根土壤溶液提取管，所 述每根土壤溶液提取管的陶土头21均插入其对应层的土壤中；每根土壤溶液提取管中的 有机玻璃管22的末端均伸出冻融柱1外；冻融装置用于将冻融柱1中的土壤进行冻融；所 述N为正整数。本实施方式中，可以根据需要截取冻融柱1管材的高度，外套保温材料3，保证热 量交换主要出现在土柱上表面，与自然状况吻合。
具体实施方式
二、本具体实施方式
与具体实施方式
一所述的土柱冻融模拟装置的 区别在于，每根土壤溶液提取管还包括保护套23，所述保护套23套在陶土头21上，所述保 护套23上开有多个通孔，所述通孔的数量与陶土头21上的孔的数量相同，且一一对应。本实施方式中的保护套23用于保护陶土头21在冻融过程中折断。
具体实施方式
三、本具体实施方式
与具体实施方式
一或二所述的土柱冻融模拟装 置的区别在于，它还包括胶塞4，所述胶塞4与土壤溶液提取管中的有机玻璃管22的末端密 封连接。
具体实施方式
四、本具体实施方式
与具体实施方式
三所述的土柱冻融模拟装置的 区别在于，陶土头21上的通孔的内径为0. 2微米 0. 5微米。本实施方式中的陶土头21上的通孔的内径范围能够保证可溶性组成进入土壤溶 液提取管中。
具体实施方式
五、本具体实施方式
与具体实施方式
一、二或四所述的土柱冻融模 拟装置的区别在于，冻融装置为变温冰柜或冻融机。
具体实施方式
六、本具体实施方式
与具体实施方式
五所述的土柱冻融模拟装置的 区别在于，冻融柱1为PI3R冻融柱。
具体实施方式
七、本具体实施方式
与具体实施方式
一、二、四或六所述的土柱冻融 模拟装置的区别在于，所述每层土壤的厚度均为10cm。
具体实施方式
八、结合图2说明本具体实施方式
，基于具体实施方式
一所述的土 柱冻融模拟装置的土柱可溶性组分提取方法，它由以下步骤实现步骤一、在冻融柱1中逐层反向填入N层土壤，形成土柱，并在每层土壤中埋入一 根土壤溶液提取管；步骤二、向冻融柱1中的土注加水并陈化至土柱结构稳定，使土壤溶液提取管的
4内部和外部达到离子平衡；步骤三、采用冻融装置将冻融柱1中陈化后的土柱经历一个冻融周期；步骤四、在步骤三所述的冻融周期结束后，分别提取N层土壤的土壤溶液，并在N 层土壤中逐层提取土样，用于进行土样理化性质分析。步骤二中所述向冻融柱1中的土注加水并陈化的陈化时间为30天。步骤四中所述提取N层土壤中每层的土壤溶液的方法是采用注射器的针头分别 伸入各土壤溶液提取管中，抽取各土壤溶液提取管中的溶液。本实施方式中，提取的土壤溶液用于对可溶性组分的分析测试，提取的土样用于 分析土壤的固相部分的理化性质的前后变化。
权利要求
土柱冻融模拟装置，其特征是它包括冻融柱(1)、N根土壤溶液提取管、保温材料层(3)和冻融装置，所述每根土壤溶液提取管均包括陶土头(21)和有机玻璃管(22)，所述陶土头(21)为多孔结构，所述陶土头(21)上的孔均与有机玻璃管(22)连通，所述陶土头(21)与有机玻璃管(22)的管壁边缘密封连接；冻融柱(1)的外侧壁上包覆保温材料层(3)；冻融柱(1)内填有N层土壤，所述每层土壤中均对应一根土壤溶液提取管，所述每根土壤溶液提取管的陶土头(21)均插入其对应层的土壤中；每根土壤溶液提取管中的有机玻璃管(22)的末端均伸出冻融柱(1)外；冻融装置用于将冻融柱(1)中的土壤进行冻融；所述N为正整数。
2.根据权利要求1所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于每根土壤溶液提取管还包括 保护套(23)，所述保护套(23)套在陶土头(21)上，所述保护套(23)上开有多个通孔，所述 通孔的数量与陶土头(21)上的孔的数量相同，且一一对应。 >
3.根据权利要求1或2所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于它还包括胶塞(4)，所述 胶塞(4)与土壤溶液提取管中的有机玻璃管(22)的末端密封连接。
4.根据权利要求3所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于陶土头(21)上的通孔的内径 为0. 2微米 0. 5微米。
5.根据权利要求1、2或4所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于冻融装置为变温冰柜 或冻融机。
6.根据权利要求5所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于冻融柱(1)为Pra冻融柱。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的土柱冻融模拟装置，其特征在于所述每层土壤的厚 度均为10cm。
8.基于权利要求1所述的土柱冻融模拟装置的土柱可溶性组分提取方法，其特征是 它由以下步骤实现步骤一、在冻融柱(1)中逐层反向填入N层土壤，形成土柱，并在每层土壤中埋入一根 土壤溶液提取管；步骤二、向冻融柱(1)中的土注加水并陈化至土柱结构稳定，使土壤溶液提取管的内 部和外部达到离子平衡；步骤三、采用冻融装置将冻融柱(1)中陈化后的土柱经历一个冻融周期；步骤四、在步骤三所述的冻融周期结束后，分别提取N层土壤的土壤溶液，并在N层土 壤中逐层提取土样，用于进行土样理化性质分析。
9.根据权利要求6所述的土柱可溶性组分提取方法，其特征在于步骤二中所述向冻 融柱(1)中的土注加水并陈化的陈化时间为30天。
10.根据权利要求6所述的土柱可溶性组分提取方法，其特征在于步骤四中所述提取 N层土壤中每层的土壤溶液的方法是采用注射器的针头分别伸入各土壤溶液提取管中， 抽取各土壤溶液提取管中的溶液。
全文摘要
土柱冻融模拟装置和基于这种装置的可溶性组分提取方法，涉及冻融模拟装置及基于这种装置的可溶性组分提取方法。解决了传统方法仅对单个土层土壤的培养，无法观测冻融驱动下元素或养分在整个土柱中的迁移转化，以及无法进行连续非破坏性的采集土壤溶液和土样的采集导致获得的可溶性组分的数据不准确、精度低的问题。装置冻融柱外包覆保温材料；冻融柱内每层土壤插入一根土壤溶液提取管并延伸出冻融柱。方法在冻融柱中逐层反向填入土壤，并分别埋入一根土壤溶液提取管；向土注加水并陈化至稳定后使其经历一个冻融周期；在冻融周期结束后，提取各层土壤溶液，并逐层提取土样。本发明适用于研究冻融条件下的土壤内部各因子状态。
文档编号G01N1/28GK101915690SQ201010263340
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者于晓菲, 吕宪国, 姜明, 王国平, 邹元春 申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所