一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置的制作方法

1.本发明涉及试验装置技术领域，具体涉及一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置。


背景技术：

2.目前，微塑料作为一种新型的环境污染物，其污染已成为全球公认的环境问题。微塑料一般是指直径小于5 mm的塑料纤维、颗粒、碎片和薄膜等不同的类型，具有体积相对较小、吸附污染物能力强、较大的持久性和环境危害性等特点，其已经广泛的存在于海洋生态系统、陆地水生环境系统以及土壤环境中，给全球的生态环带来了巨大的挑战。
3.微塑料能够在陆地环境、淡水环境和海洋环境之间进行迁移活动，而由于受到微塑料自身物理性质和环境因素的共同影响，微塑料在环境中的输运过程十分复杂，目前针对水体微塑料迁移过程研究主要集中在海洋和河流，而对灌溉过程中微塑料在农田的迁移累积过程鲜有研究。农田土壤中的微塑料主要通过大气沉降、地表径流、灌溉、肥料施用等过程由外界进入土壤环境中，而在灌溉影响作用下进入农田土壤中的微塑料是农田土壤微塑料累积的主要组成部分。
4.农田土壤生态环境为农产品质量安全提供了保障，而进入农田土壤中的微塑料不仅可以吸附有机污染物，也可作为重金属载体，同时经农田土壤动物的摄食在土壤食物链中积累，微塑料可以改变土壤物理性质，在土壤中积累到一定浓度，将对农田土壤功能及生物多样性产生影响。
5.现有的技术中，主要涉及的是水体或土壤中微塑料的收集和分离提取装置，较少有用于灌溉过程中微塑料运移研究的试验装置。通过开展田间灌溉试验，研究不同类型、粒径和浓度微塑料在灌溉过程中的运移规律，需要耗费大量的人力、物力和时间，且易受到外界环境的限制增加试验难度；同时田间灌溉试验设置不同浓度微塑料的水体不易实现，也不利于收集不同断面含微塑料的水样。基于此，本发明提出一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，可研究不同类型、粒径和浓度微塑料在灌溉过程中的运移规律，且易于收集不同出水断面含微塑料的灌溉水样。


技术实现要素：

6.本发明针对上述问题，提供一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，解决了现有的试验装置不方便在灌溉过程中对微塑料的运移规律进行研究的问题。
7.本发明采用的技术方案为：一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，包括抽水装置、搅拌装置、储液箱、t型灌水管和试验箱；所述储液箱一侧设有若干试验箱，若干所述试验箱高度依次递减设置；最高处的所述试验箱一端上方设有相配合的t型灌水管，所述t型灌水管通过抽水装置与储液箱贯通连接；所述储液箱内另一侧设有搅拌装置；所述试验箱包括支撑装置、开口箱、支撑隔板、无纺布层和土壤层；所述开口箱通过支撑装置设置在待用工作面上，所述开口箱内分别自下而上设有储水槽、支撑隔板、无纺布层和
土壤层，所述土壤层内种有农作物，所述储水槽出水侧设有放水装置；所述支撑隔板上均匀分布有若干与储水槽相贯通的渗水孔；所述t型灌水管设置在开口箱一端进水侧上方，所述开口箱另一端出水侧底部设有取水槽；若干所述取水槽分别与相邻的开口箱进水侧顶部连接。
8.进一步地，所述搅拌装置包括搅拌机、搅拌棒和叶片；所述搅拌机的输出端设有搅拌棒，所述搅拌棒底部安装有叶片，所述叶片设置在储液箱内。
9.更进一步地，所述抽水装置包括增压抽水泵和抽水管，所述储液箱内设有抽水管，所述抽水管另一端连接有增压抽水泵进水端，所述增压抽水泵与t型灌水管的竖壁连接，所述t型灌水管的横壁上设有若干均匀分布的自流孔。
10.更进一步地，所述t型灌水管的竖壁上安装有控制阀门。
11.更进一步地，所述控制阀门为电磁阀门。
12.更进一步地，所述放水装置包括挡板和堵口塞，所述储水槽出水侧设有挡板；所述挡板上设有若干均匀分布的放水孔，所述放水孔内相配合的安装有可拆卸的堵口塞。
13.更进一步地，所述支撑装置包括支架、支撑柱和底轮；所述开口箱底部设有支架，所述支架底部四角分别设有支撑柱，所述支撑柱底部安装有底轮，若干所述支撑柱高度依次递减设置。
14.更进一步地，所述底轮为橡胶轮胎且设有防滑纹路。
15.更进一步地，所述取水槽为直角型凹槽。
16.更进一步地，所述开口箱出水侧的断面宽度处均匀分布有若干流速监测仪。
17.本发明的优点：相对于现有技术，本发明提供了一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，不限于水体中微塑料的收集功能；装置中储液箱可配置不同类型、粒径和浓度微塑料的水体方案，以供研究灌溉试验过程中微塑料的运移规律；搅拌机设有搅拌棒和叶片，当抽水泵抽水时搅拌机开始搅拌水体使水体中的微塑料尽量的均匀分布，且t型灌水管底部设有自流孔使水流可以均匀地进入开口箱中，结构简单，方便有效；开口箱内设有储水槽和支撑隔板，支撑隔板上设有渗水孔，灌溉过程中一部分水体透过土壤层和无纺布层后可通过下支撑隔板上的渗水孔进入储水槽中，当试验结束时通过挡板底部的放水孔将储水槽中的水体放出，以备后续试验，方便快捷；开口箱出水断面设有流速监测仪，能记录各个梯级开口箱出水断面的水体流速，简单有效；开口箱中得土壤层可根据种植不同得农作物设定不同得厚度，支架可根据需要调节高度设置不同梯度，支撑柱底部设有支架底轮，移动便捷；取水槽设置于开口箱出水断面下方，便于收集微塑料水样，方便实用，简单有效。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的自流孔开设示意图；
图3是本发明的开口箱正视图；图4是本发明的开口箱侧视图；图5是本发明的渗水孔开设示意图。
21.附图标记：1-储液箱、2-叶片、3-搅拌棒、4-搅拌机、5-增压抽水泵、6-抽水管、7-控制阀门、8-t型灌水管、9-开口箱、10-农作物、11-土壤层、12-流速监测仪、13-无纺布层、14-放水孔、15-支撑隔板、16-挡板、17-取水槽、18-支架、19-支撑柱、20-底轮、21-自流孔、22-渗水孔、23-储水槽。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.参考图1至图5，一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，包括抽水装置、搅拌装置、储液箱1、t型灌水管8和试验箱；储液箱1一侧安装有若干试验箱，若干试验箱高度依次递减设置，可根据需要调节高度设置不同梯度；最高处的试验箱一端上方安装有相配合的t型灌水管8，t型灌水管8通过抽水装置与储液箱1贯通连接；试验箱包括支撑装置、开口箱9、支撑隔板15、无纺布层13和土壤层11；开口箱9通过支撑装置设置在待用工作面上，开口箱9内分别自下而上设有储水槽23、支撑隔板15、无纺布层13和土壤层11，各层上下顺序不可调换且各梯级开口箱9的结构和形状大小均一致，土壤层11内种有农作物10，储水槽23出水侧设有放水装置；放水装置包括挡板16和堵口塞，储水槽23出水侧设有挡板16；挡板16上设有若干均匀分布的放水孔14，放水孔14内相配合的安装有可拆卸的堵口塞，优选地，堵口塞为橡皮塞，放水孔14在灌溉试验过程中用橡皮塞密封；上述的土壤层10厚度可根据种植的农作物类型进行设定，如种植小麦情况下土壤层厚度设定为10 cm，种植玉米情况下土壤层厚度设定为15 cm；上述各级开口箱9的材料和尺寸可根据试验需求设定，开口箱9材料选用厚度为5 mm或10 mm的聚氯乙烯pvc板或有机玻璃pmma板制作；开口箱9尺寸一般可设置为长
×
宽
×
左侧挡板高=100 cm
×
50 cm
×
25 cm或长
×
宽
×
左侧挡板高=150 cm
×
75 cm
×
35 cm，开口箱9右侧出水挡板16需根据储水槽23高度和土壤层10厚度进行设定；支撑隔板15和无纺布层13的长宽与开口箱9的长宽保持一致；支撑隔板15上均匀分布有若干与储水槽23相贯通的渗水孔22，渗水孔22有助于灌溉过程中水体渗入储水槽23中；t型灌水管8设置在开口箱9一端进水侧上方，开口箱9另一端出水侧底部设有取水槽17，若干取水槽17分别与相邻的开口箱9进水侧顶部连接；其用于收集开口箱9出水断面含微塑料的灌溉水样，取水槽17一侧垂向与上一级开口箱9连接，另一侧水平与下一级开口箱9连接，取水槽17宽度与开口箱9宽度保持一致，且取水槽17两边长度易设置为5 cm或10 cm；取水槽17与开口箱9之间用螺丝固定；储液箱1内另一侧设有搅拌装置；搅拌装置包括搅拌机
4、搅拌棒3和叶片2；搅拌机4的输出端设有搅拌棒3，搅拌棒3底部安装有叶片2，叶片2设置在储液箱1内；抽水装置包括增压抽水泵5和抽水管6，储液箱1内设有抽水管6，抽水管6另一端连接有增压抽水泵5进水端，增压抽水泵5与t型灌水管8的竖壁连接，t型灌水管8的横壁上设有若干均匀分布的自流孔21；t型灌水管8的竖壁上安装有控制阀门7，控制阀门7为电磁阀门。
25.本发明提供了一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，使用时，通过搅拌机4连接搅拌棒3和叶片2置于储液箱1中，且叶片2固定在搅拌棒3底部，试验前需在储液箱1中添加配置的不同类型、粒径和浓度微塑料的水体溶液，如《表一》是微塑料水体溶液具体的配置方案；增压抽水泵5连接抽水管6置于储液箱1的水体中，t型灌水管8连接增压抽水泵5并固定于开口箱9左侧上方；t型灌水管8进水口处设电磁阀门7以实现灌水过程的自动控制，且t型灌水管8位于开口箱9左侧上方部分底部设有均匀的自流孔21以确保灌溉水流平均分布的进入开口箱9中，t型灌水管8需根据开口箱9的大小设定t型灌水管8的宽度，自流孔21直径根据试验需要设定；根据试验需求设定梯级个数，以确定制作试验箱的数量，在开口箱9中装入一定量的土壤后种植农作物；其次，按照图1将各部分器件组装形成梯级灌溉试验装置系统，并将配置的不同类型、粒径和浓度微塑料的水体溶液在每次试验时添加到储液箱1中；再次，待到农作物生长到一定程度后，将t型灌水管8上的电磁阀门打开，启动搅拌机4和增压抽水泵5开始灌溉试验，含有不同微塑料的水体溶液通过灌溉进入开口箱9后一部分水体溶液透过土壤层11和无纺布层13后继而通过下支撑隔板15上的渗水孔22进入储水槽23中，而另一部分水体溶液流出开口箱9进入取水槽17中，并继续流向下一级开口箱9，在灌溉试验过程中从取水槽17中收集含有微塑料水样进行保存，以备检测各出水断面水体微塑料含量；最后，当灌溉试验结束时后将挡板16底部的放水孔14的橡皮塞打开，将储水槽23中的水体溶液放出，为下次灌溉试验做准备。
26.本发明的一实施例中，支撑装置包括支架18、支撑柱19和底轮20；开口箱9底部设有支架18，每级开口箱9整体置于支架18上方，支架18底部四角分别设有支撑柱19，支撑柱19底部安装有底轮20，底轮20设有刹车片，同时底轮20为橡胶轮胎且设有防滑纹路，若干支撑柱19高度依次递减设置，可根据需要调节高度设置不同梯度；开口箱9和支架18可根据灌溉试验的需求设置不同的个数，但在一个梯级灌溉试验装置中开口箱9和支架18的个数保持一致，一种开口箱9和支架18的梯级设定与支撑柱19高度匹配情况如表二所示；本发明的一实施例中，支架18的支撑面尺寸略小于开口箱9底板尺寸，同时可根据高度不同在支撑柱19间设置横杆固定，支架18支撑面尺寸根据开口箱9大小设定，如支架18支撑面长
×
宽=95 cm
×
45 cm或长
×
宽=145 cm
×
70 cm。
27.本发明的一实施例中，取水槽17为直角型凹槽，更方便的开口箱9出水断面含微塑料的灌溉水样。
28.本发明的一实施例中，开口箱9出水侧的断面宽度处均匀分布有若干流速监测仪12，流速监测仪12固定于开口箱9的出水断面，流速监测仪12为自动控制流速监测仪，可根据开口箱9出水断面宽度设置流速监测仪12安装个数和间隔位置，如开口箱9出水断面宽度为50 cm时在出水断面中间位置安装1个流速监测仪，开口箱9出水断面宽度为75 cm时在出水断面1/3和2/3处各安装1个流速监测仪。
[0029] 《表一》是微塑料水体溶液具体的配置方案。配置方案中共设置了三种不同微塑
料、三种不同的粒径大小和三种微塑料浓度，共计二十七种配置方案。
[0030]
《表一》微塑料水体溶液具体的配置方案水体溶液具体的配置方案该表为储液箱中微塑料水体溶液的配置方案，但并不局限于表中所述的微塑料类
型、粒径和浓度，可根据试验要求进行调整，以满足不同试验设计的要求。
[0031]
《表二》开口箱和支架的梯级设定与支撑柱高度匹配情况该表为开口箱和支架的梯级设定与支撑柱高度匹配情况，但不局限于表中所述的梯级个数和支撑住高度，可根据试验要求进行调整，以满足不同试验设计的要求。
[0032]
本发明专利提供一种用于灌溉过程中微塑料运移研究的梯级灌溉试验装置，该装置结构简单紧凑、易于实现、使用方便、效率高、便于组合装机和运输，且可快速收集不同出水断面含微塑料的灌溉水样；另外该试验装置可重复利用，节省了试验成本。
[0033]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。