一种采集与构建土壤芯式渗漏仪的方案

本实验的总体目标是演示如何采集、组装和灌溉一个完整的土壤芯体渗漏计，以研究氮素在未受干扰的农业土壤中的淋失过程。该方法旨在解答有关养分及其他化学物质可能淋溶至根区以下并进入浅层地下水的问题。该技术的主要优势在于操作快速且简便。

我们发现需要进行四到五次重复实验才能获得显著结果。尽管在本视频中我们关注的是硝酸盐淋失，但该方法也可用于研究许多其他化合物，例如磷、药物、激素或砷等金属。首先，清除采集区域表面的植被、石块及其他杂物。

将两个渗滤仪主体放置在准备安装渗滤仪的水平地面上。确保渗滤仪处于水平状态，从而使柱内土壤深度均匀。使用专门设计的、安装在拖车上的落锤装置，将其锤击至渗滤仪主体上方的预定位置。

当落锤就位后，启动液压支腿，将钢制平台调平至与地面及蒸渗仪主体顶部齐平。支腿还可为落锤提供稳定性。借助机械绞车，将重达1,180千克的钢制平台部分提升至3米高的塔架上。

释放钢板，使其锤击将柱体打入土壤中。重复此步骤数次，直至柱体边缘高出土壤表面约 2 cm。通过测量柱体内、外土壤的深度，检查渗滤仪内部是否存在土壤压实现象。

如果柱体内部的土壤比柱体外部的土壤低超过1 cm，则说明土壤已被压实，不适合用于研究。将一块胶合板圆盘放入柱体边缘内，以防止污染。使用反铲在土芯旁边挖掘一条沟槽，沟槽应略深于柱体底部。

使用铁锹或镐扩大孔洞，并尽可能暴露柱体外侧。将一根沉重的金属掘土杆沿柱体侧面全长向下插入，使其位于土壤与柱体外壁之间。来回撬动掘土杆，直至柱体底部的土壤界面被破坏，然后将柱体滑入沟槽中央。

将提升剪叉装置围绕在溶质渗漏仪顶部，为取出土壤芯做准备。两人分别握住剪叉两侧的横杆，向上提起，直至剪叉紧密夹住土柱，然后将溶质渗漏仪从孔洞中提起。将溶质渗漏仪放置在平坦的工作面上，例如一块平整的木板。

将土壤芯翻转，使底面朝上，用直边工具轻轻将土壤表面刮平至与PVC管边缘齐平。使用笔刀或螺丝刀移除突出管口平面的石块。同时松动土壤，暴露其中的自然表面结构。

使用化学惰性的填缝沙填充所有空隙，并轻轻压实。用直边工具将沙面刮平至与渗漏计底部齐平，并清除多余的沙子。接着，在渗漏计边缘周围均匀挤出一条连续的透明硅酮密封胶。

密封胶的厚度应足以将穿孔盘底部与溶质提取器密封，防止泄漏。将穿孔盘放置在边缘上，滤膜朝向砂层，并用力按压，确保盘与溶质提取器之间良好接触。然后在盘的边缘均匀钻八个导向孔，并使用1英寸不锈钢螺钉和电钻驱动器将穿孔盘固定。

将柔性管接头套入称重式蒸渗仪底部，使接头约有 2 cm 高出蒸渗仪边缘。将改装后的 PVC 封盖插入柔性管接头中，并向下推压，直至封盖与蒸渗仪本体接触。然后将紧固带放入接头的凹槽内，轻轻固定，但不要压紧接头。

使用手持六角扳手拧紧金属环，直至溶出仪盖子牢固固定。溶出仪现已准备就绪，可进行翻转并运送至气候可控的设施中。安装水分传感器时，首先在溶出仪壁上分别于5 cm和25 cm深度处划出一条5 cm长的水平线。

从土壤表面开始测量，而非从渗滤仪的边缘。在标记线的两端，分别穿过渗滤仪壁钻出直径为1 cm的孔。使用旋转切割工具将钻孔之间剩余的3 cm塑料部分切除。

接下来，在土壤中凿出一个厚1 cm、长5 cm的狭缝，以容纳水分传感器的外壳。将水分传感器推入孔中，插入清理好的槽内，直至传感器探针完全牢固地埋入土壤中，仅电线部分从溶出仪中露出。使用刷子或布将槽壁上的土壤清理干净。

在槽内涂抹一层较厚的硅胶密封胶，以防止水渗漏。待密封胶干燥后，再涂抹第二层硅胶，确保传感器周围孔洞的所有缝隙均被密封。使用密封胶密封土壤与溶出液收集器壁之间的缝隙，以减少水分沿溶出液收集器内壁发生优先流的风险。

首先，将一支透明硅酮密封胶管刺穿，并装入标准的打胶枪中。将胶管的尖端置于待填充土壤的缝隙与溶出仪本体的内壁面之间。然后将打胶枪的尖端推入土壤下方约 2 cm 处。

挤压胶管，使填缝胶填充空隙并渗出土壤表面。按照文本方案中所述检查土壤芯是否水平后，将生料带缠绕在带螺纹的尼龙管接头上，顺时针将接头旋入盖帽中。使用可调扳手拧紧接头，直至看不到任何螺纹。

将一段0.5英寸的软管套在尼龙接头的带刺端，并剪裁软管，使其深入收集瓶口约4厘米。将容器置于溶出仪下方，并将软管放入收集瓶内。用纱布或其他化学惰性网状材料（如窗纱）覆盖土壤表面，以保护和维持土壤团聚体及地表残留物。

用量筒量取 1,450 ml 模拟雨水，倒入配备有淋浴喷头的浇水壶中。以不扰动土壤表面的速率，将水均匀轻柔地喷洒在窗纱上。等待一段时间，使水渗入并穿过土柱进入盖子和收集容器后，将溶出液收集器向出水孔倾斜，直至溶出液收集器储水盖中的所有水均排入收集容器中。

使用天平称量所收集的渗滤液质量，并将克为单位的质量换算为毫升。将渗滤液样品倒入350 ml无菌塑料采样瓶中。立即使用配备0.45微米滤膜的抽滤漏斗过滤50 ml样品，用于后续通过流动注射分析结合比色法进行硝酸盐分析。

此处展示了灌溉与淋溶实验的代表性结果。四种土壤的平均每周淋出液深度介于 1.12 至 1.95 cm 之间。淋出液回收率表示所施灌溉水的百分比，总体趋势与土壤质地相关，砂质的 Evesboro 和 Sassafras 土壤的回收效率略高于质地较细的 Bojac 和 Quindocqua 土壤。

该图显示了灌溉后5 cm和25 cm深度土壤含水量的变化，反映了质地较粗与较细土壤之间在水分传导上的差异。水分分布曲线表明，灌溉水在质地较粗的Evesboro砂土和Sassafras砂质壤土中移动迅速。该图还显示了施用家禽粪肥前后硝酸盐浓度的变化。

施用禽粪后，淋出液中的硝酸盐浓度增加，但在不同土壤中表现出不同的时间变化模式。淋出液硝酸盐质量损失的差异不仅反映了淋出液中硝酸盐浓度的变化趋势，也反映了淋出液深度的差异。为了评估禽粪施用和淋出液体积对硝酸盐通量的影响，将禽粪施用前的土壤硝酸盐通量从之后每周的通量中扣除。

进行该操作时，安全至关重要。使用电钻或落锤时，务必佩戴听力保护装置。出于安全考虑，切勿在落锤下方作业。

操作落锤时请注意周围人员，并在操作时与落锤保持安全距离。观看本视频后，您应能够掌握如何采集完整的土壤芯样、构建渗滤仪、安装土壤水分传感器、实施灌溉以及收集淋出液。