土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法及所用取樣裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，包括無蓋的方形盒體（1），在方形盒體（1）的內(nèi)腔由下往上設(shè)置相互平行的至少2塊的分割片（2），所述分割片（2）與方形盒體（1）的內(nèi)腔相吻合；分割片（2）平行于方形盒體（1）的底面；相鄰的分割片（2）兩兩之間無縫隙的貼合，位于方形盒體（1）內(nèi)腔最下方的分割片（2）與方形盒體（1）的底面無縫隙的貼合。本發(fā)明還同時提供了利用上述取樣裝置所進(jìn)行的土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法。本發(fā)明適用于研究淹水土壤環(huán)境，易化了土-水界面垂直方向上毫米級微域土層的取樣方法，實現(xiàn)了適用于土壤生物和生物化學(xué)性質(zhì)測定的土壤毫米級微域的區(qū)分。
【專利說明】土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法及所用取樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法及所用取樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自2008年Science上發(fā)表文章明確提出微生物是驅(qū)動地球表層生物地球化學(xué)循環(huán)的引擎、以及2010年Environment Science&Technology出版氧化-還原的生物地球化學(xué)過程的?？?，圍繞淹水土壤中受土 -水界面氧化-還原反應(yīng)調(diào)控下由微生物驅(qū)動的農(nóng)藥界面降解行為的研究成為近三年來國際土壤科學(xué)和環(huán)境科學(xué)交叉領(lǐng)域內(nèi)的最新科學(xué)前沿。
[0003]淹水土壤在垂直方向上存在好氧-兼性厭氧-厭氧的氧化還原梯度微環(huán)境。這種氧化還原梯度的存在使土壤環(huán)境生物地球化學(xué)過程更加多樣化(包括污染物的遷移轉(zhuǎn)化)。目前研究主要以厘米或米為環(huán)境跨度研究土壤不同深度污染物的降解以及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化(Vryzas等，Chemosphere, 2012, 89:1330-1338),對毫米級微域土壤樣品的采集在方法上則相對單一且有一定的局限性。
[0004]常規(guī)土壤剖面樣品微尺度的采集多采用冷凍薄層切片法。這種方法首先通過將土樣在液氮中速凍，再將冷凍土塊置于冰凍切片樣的樣品臺上，用可控的切片刀在_4°C的溫度下將土塊切成薄片(Noll 等，Environmental Microbiology, 2005, 7:382_395)。薄片的正確厚度需要通過土塊的表面積和土壤容重來計算，并且液氮超低溫冷凍方法可能導(dǎo)致土壤中微生物細(xì)胞的損害。冷凍速率的控制決定了微生物的存活率，必須控制一個適宜的冷凍與解凍速度提高微生物存活率，并且冷凍法對不同微生物的存活率存在極大的差異(Dumont 等，Applied and Environmental Microbiology2004, 70:268 ?272)。最終導(dǎo)致研究者在評價受試土壤微生物指標(biāo)時產(chǎn)生偏頗。
[0005]上述方法由于其在具體操作上需要進(jìn)行冰凍處理，會導(dǎo)致土壤的原有理化及生物學(xué)性狀發(fā)生改變，如氧化-還原電位、微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性等，且切片實際厚度需要通過后期計算獲得，因而無法對毫米級微域中土壤生物及生物化學(xué)性質(zhì)在目標(biāo)污染物脅迫下的響應(yīng)變化進(jìn)行追蹤。由此，常規(guī)研究法在技術(shù)上的固有缺陷不利于開展目標(biāo)污染物在氧化-還原狀況梯度變化的環(huán)境微域中遷移轉(zhuǎn)化細(xì)致研究，迫切需要對土壤剖面微域的現(xiàn)有取樣方法進(jìn)行創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供能實現(xiàn)區(qū)分土水界面垂直方向不同毫米級微域土層的取樣裝置及相應(yīng)的取樣方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，包括無蓋的方形盒體，在方形盒體的內(nèi)腔由下往上設(shè)置相互平行的至少2塊的分割片，分割片與方形盒體的內(nèi)腔相吻合；分割片平行于方形盒體的底面；相鄰的分割片兩兩之間無縫隙的貼合，位于方形盒體內(nèi)腔最下方的分割片與方形盒體的底面無縫隙的貼合。[0008]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的改進(jìn):分割片中設(shè)有貫通分割片整個厚度的通道。
[0009]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的進(jìn)一步改進(jìn):分割片的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂電路板。
[0010]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的進(jìn)一步改進(jìn):方形盒體的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。
[0011]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的進(jìn)一步改進(jìn):分割片的厚度為1- 15?1.25mm。
[0012]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的進(jìn)一步改進(jìn):分割片的厚度為1.2mm。
[0013]作為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的進(jìn)一步改進(jìn):每個分割片的通道由2個相互獨立、且相互平行的小通道組成，被夾在2個小通道之間的局部的分割片能作為加強筋，從而起到保持分割片不易變型的作用。
[0014]本發(fā)明還同時提供了利用上述取樣裝置所進(jìn)行的土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法，依次包括如下步驟:
[0015]先在方形盒體的內(nèi)腔中由下至上放置分割片，然后在每個分割片的每個小通道中填充待測土壤并壓實待測土壤，從而使每個分割片的每個小通道中均充滿待測土壤；然后將整個取樣裝置放置于實際所需的環(huán)境中；至取樣期，自上而下逐一取出每個分割片，每取出一個分割片，就利用采樣刮刀沿著下一分割片的上表面刮取土壤。
[0016]本發(fā)明的垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置實際使用時，先在方形盒體內(nèi)由下至上放置分割片，分割片的數(shù)量可根據(jù)實驗需求而定，然后在分割片的通道內(nèi)填充待測土壤；從而實現(xiàn)用于采集離土壤表面不同距離深度的土壤樣品，這樣就能實現(xiàn)土壤垂直剖面微域中不同毫米級土層的原位分離采集。設(shè)計如本發(fā)明所示的取樣裝置，能實現(xiàn)土 -水界面垂直方向上各目標(biāo)土層間彼此物理分離的同時，又確保了土壤微生物及污染物等的層間遷移活動。至取樣期那天，從上而下逐層取出分割片，用采樣刀小心刮下附著在每層分割片上的土壤用于檢測。
[0017]本發(fā)明的取樣裝置，極大降低了設(shè)備費用的投入，簡化了樣品處理過程并且避免了冰凍過程的影響。在針對目標(biāo)污染物在土壤垂直剖面不同毫米級微域土層中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的細(xì)致研究方面意義重大。
[0018]本發(fā)明的取樣裝置，適用于研究淹水土壤環(huán)境，解決了傳統(tǒng)研究中垂直剖面新鮮土壤(特別是毫米級微域土壤)采集的技術(shù)難題，易化了土 -水界面垂直方向上毫米級微域土層的取樣方法，實現(xiàn)了適用于土壤生物和生物化學(xué)性質(zhì)測定的土壤毫米級微域的區(qū)分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]圖1為本發(fā)明的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置的立體狀態(tài)示意圖(方形盒體I局部被剖切);
[0021]圖2是圖1的俯視示意圖；
[0022]圖3是圖1中的分割片2的結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖4是采樣刮刀3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024](A)為采樣刮刀3的主視示意圖；(B)為(A)的右視圖；
[0025]圖5是采樣的模擬示意圖(即本發(fā)明的實際使用狀態(tài)示意圖)；
[0026]圖6是土壤剖面五氯酚的空間變化；
[0027]圖7是土壤剖面二價鐵的空間變化；
[0028]圖6和圖7中，代表3天，□代表120天。
【具體實施方式】
[0029]實施例1、圖1、圖2和圖3結(jié)合給出了本發(fā)明所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，包括無蓋的方形盒體I (即，方形盒體I的頂部呈敞開狀態(tài))，該方形盒體I由有機(jī)玻璃制成；方形盒體I的側(cè)壁與底面為密封相連，從而確保方形盒體I的內(nèi)腔不會產(chǎn)生滲漏等現(xiàn)象。
[0030]在方形盒體I的內(nèi)腔由下往上設(shè)置相互平行的至少2塊的分割片2 ;分割片2與方形盒體I的內(nèi)腔相吻合，即，分割片2的橫截面的尺寸等同于方形盒體I的內(nèi)腔橫截面的尺寸。每個分割片2均平行于方形盒體I的底面；上下相鄰的分割片2兩兩之間無縫隙的貼合(即，位于上方的分割片2的下表面緊貼位于下方的分割片2的上表面)，位于方形盒體I內(nèi)腔最下方的分割片2與方形盒體I的底面無縫隙的貼合。
[0031]每個分割片2的具體結(jié)構(gòu)如下:
[0032]每個分割片2中設(shè)有貫通分割片2整個厚度的通道，該通道由2個相互獨立、且相互平行的小通道21組成，被夾在2個小通道21之間的局部分割片2能作為加強筋22，從而起到保持分割片2不易變型的作用。
[0033]分割片2的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂電路板，分割片2的厚度為1.2mm。備注說明:環(huán)氧樹脂電路板具有化學(xué)穩(wěn)定、質(zhì)地堅硬且膨脹系數(shù)小的特性，因此能實現(xiàn)嚴(yán)格控制微域內(nèi)各目標(biāo)土層1.2mm的厚度大小。
[0034]實際使用時，先在方形盒體I的內(nèi)腔中由下至上放置分割片2，分割片2的數(shù)量可根據(jù)實驗需求而定，然后在每個分割片2的每個小通道21中填充待測土壤(即試驗所用土壤)并壓實待測土壤，從而使每個分割片2的每個小通道21中均充滿待測土壤。然后將整個取樣裝置按照實際所需放置于特定環(huán)境內(nèi)；至取樣期，自上而下逐一取出每個分割片2，每取出一個分割片2，利用采樣刮刀3 (采樣刮刀3的結(jié)構(gòu)如圖4所示，操作方式如圖5所示)沿著下一分割片2的上表面刮取土壤(即，利用采樣刮刀3刮取高出下一分割片2的上表面的土壤)。
[0035]備注說明:每個分割片2取出時，該分割片2通道21中填充的土樣是無法隨同該分割片2被一同取出的；該分割片2通道21中填充的土樣會仍然被留在下一層分割片2的上部。此是，我們需要用采樣刮刀3沿著下一層分割片2的上表面刮下原來屬于填充于上一層分割片2的通道21內(nèi)的土樣，因此，刮下的土層的厚度就是分割片的厚度；從而達(dá)到垂直剖面微域不同毫米級土層分離采集的目的。
[0036]實驗1、采用實施例1所述的取樣裝置，用于研究揭示出五氯酚在淹水稻田土水界面降解行為的細(xì)致研究，發(fā)現(xiàn)在稻田土-水界面垂直方向上，由于氧化-還原狀況存在梯度變異，可還原五氯酚的降解同時存在氧化降解和還原脫氯降解兩種作用，且降解的時空變異特征與該界面中Fe(II)和Fe(III)含量的時空動態(tài)變化存在顯著相關(guān)關(guān)系。這對淹水土壤(特別是水稻土)污染化學(xué)等土壤和環(huán)境科學(xué)交叉領(lǐng)域的縱深研究來說，本發(fā)明的垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置為相關(guān)研究領(lǐng)域提供技術(shù)支撐。
[0037]具體結(jié)果如圖6和圖7所示。
[0038]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:包括無蓋的方形盒體(1)，在方形盒體(I)的內(nèi)腔由下往上設(shè)置相互平行的至少2塊的分割片(2)，所述分割片(2)與方形盒體(I)的內(nèi)腔相吻合；分割片(2)平行于方形盒體(I)的底面；相鄰的分割片(2)兩兩之間無縫隙的貼合，位于方形盒體(I)內(nèi)腔最下方的分割片(2)與方形盒體(I)的底面無縫隙的貼合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:所述每個分割片(2)中均設(shè)有貫通分割片(2)整個厚度的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:所述分割片(2)的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂電路板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:所述方形盒體(I)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:所述分割片(2)的厚度為1.15?1.25mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:所述分割片(2)的厚度為1.2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2?6任一所述的土壤垂直剖面毫米級微域土層的取樣裝置，其特征是:每個分割片(2)的通道由2個相互獨立、且相互平行的小通道(21)組成，被夾在2個小通道(21)之間的局部的分割片(2)能作為加強筋(22)，從而起到保持分割片(2)不易變型的作用。
8.利用如權(quán)利要求1?7任意一種取樣裝置所進(jìn)行的土壤垂直剖面毫米級微域土層取樣方法，其特征是依次包括如下步驟: 先在方形盒體(I)的內(nèi)腔中由下至上放置分割片(2)，然后在每個分割片(2)的每個小通道(21)中填充待測土壤并壓實待測土壤，從而使每個分割片(2)的每個小通道(21)中均充滿待測土壤；然后將整個取樣裝置放置于實際所需的環(huán)境中；至取樣期，自上而下逐一取出每個分割片(2)，每取出一個分割片(2)，就利用采樣刮刀(3)沿著下一分割片(2)的上表面刮取土壤。
【文檔編號】G01N1/04GK103604660SQ201310539152
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】徐建明, 何艷, 林加獎 申請人:浙江大學(xué)