新型沙漠土壤水分真空抽提装置的研制与应用_孙江.pdf

2012年 10月 October 2012 石矿测试 ROCK AND MIIERAL ANAL.YSIS Vc,l. 31 . N,,. 5 842 848 文章编号0254 - 5357 2012 05 - 0842 - 07 新型沙漠土壤水分真率抽提装置的研制与应用 孙 江 1 ，饶文波 h ，孙 雪 ‘ ，周慧芳 1 ，苏治 国 2 1 ．河海大学地球科学与工程学院同位素水文研究所，江苏南京210098 ； 2．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验窜，汀苏 南京210098 摘要稳定同位素分析技术是解译干旱 一 半干旱区沙漠土壤水分运动信息的较好工具 ，该技术难点不是同 位素 测试本身，而是用于 同位素分析的土壤水分抽提。针对这一难点，本研究对传统抽提装置进行改进 改 进 型 土 壤水分抽提装置为支路并联玻璃管路结构，采用真空抽提和液氮 冷凝 结合收集土壤水分。新装置工 作时真空度高且稳定，由实验室原装置的5 Pa提高到0.5 Pa，水分抽提回收率接近100 ；其样品装载最多 可达600 9，水分收集最大容量为 15 nil. ，显 著优 于 国外典型装置 ．条件实验显示，相应水分同位素6值的标 准偏差98 ┃ 98 ┃ 98 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 提取ll.riIIJ/ii]iii ┃ 20（沙样） ┃ 60（沙样） ┃ 120（沙样） ┃ 360（沙样） ┃ ≥30（沙样） ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 样肺炎，魁 ┃ 沙漠沙样 ┃ I样 ┃ 土样、植物样 ┃ 植物样 ┃ 土样、机物样 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 样t1装载啦 ┃ 600 9以内 ┃ 300 9以内 ┃ 少髓 ┃ 少量 ┃ 少艟 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 水分收集最人弈ii/ml. ┃ 15 ┃ 10 ┃ 10 ┃ 5 ┃ 5 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 样，1M|I热力 ‘式 ┃ 温控电热套加热 ┃ 水浴加热 ┃ 水浴加热 ┃ 臼 协4底座加热 ┃ 水浴加热 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 加热温度／℃ ┃ 105 ┃ IOO ┃ 】 00 ┃ 100 ┃ 100 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 水样收集力 ’式 ┃ 液氮冷凝 ┃ 液氮冷凝 ┃ 液氮冷凝 ┃ 特制底胯冷凝 ┃ 液氮冷凝 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 冷却濉度／飞 ┃ - 196 ┃ - 196 ┃ - 196 ┃ - 25 ┃ - 196 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫ ┃ 装髓造价 ┃ 约2万元 ┃ 约5万元 ┃ 约10万元 ┃ 约15万元 ┃ 约10，j兀 ┃ ┗━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┛ 体由玻璃锊路组成，造价大幅降低，f 刊时，在刈含水 率低的沙漠土壤水提取卜优势明显（rC夺度高、提 取时问短，样品允许量及町收集水样b}大） 、，j外， 新装置各接l l处没有使用合金连接头，lnf改川磨砂 并涂真夺封脂的处删办式保持密封 一陀 ，这样换样方 便，可操作 ，陀啦 ，而且，整个装置安装住一个I1r移动 实验平台f．． ’钉更好的便携性 阌此，较脱钉符装置 c斫志 ‘ ，新装K作各主要性能均有明显提I ’j 4 新型装置任同位素水文研究巾的应J11 利川新装氍埘鄂尔多斯盆地东南部河l妇乡风积沙 丘剖j啡}．1IIl进行上壤水的抽提，并刈 ’其进行氖氧M 传 素的测定，以研究该地l 天土壤水分的运移十ff况H 5 在同一地．．j、i，分别钻取一次降雨事什Ⅲ1 1 l 111111左 右）胁后的削m样．＼，lW次采样时问问隔为12 h 卜 ’ t 一 巾f 二、 的沙漠地区由于降m 少 、蒸发大其 土壤含水率通常较低 ． ， 水平衡等传统力 ‘法 住研究该 类地Ix 土壤水分运移机理卜町能存在行较大的以差， 而环境川f证索爪踪法f如于同位素特殊的地球化学行 为则有叫娃的优势 1卜” 。如图5所示，沙匠削面2 m 处以卜层化rm后土壤水分同位素组成6DJ 6 Ⅲ 0 明显负于I嘶仃此次降雨及降雨后形成的地丧径流 6D、6 0 f|f（分另IJ为 一8I ．4c 、 一 10.25。相I一81．O。、 一lO ．66c ，明{I点小于沙丘剖面水分I 司位素值。沙丘 剖面2 rn处以l层f谴中水分同位素组成在降雨前后 的较大蓐别究个此次降雨所敏 、在2 m处以下层 位中降f N前后洲嘶水分位素值差别较小 ，这衷I刿此 次降雨人渗似乎还未到达沙丘剖面2 n．处以下层位．． 由此可知，以采样时间间隔为12 11|人 J，降雨人渗深度 为2 m一 通过汁算，降【 阿入渗的平均速率约为l6.2 cH∥h ，这丧删J鄂尔多斯地区当地降m通过沙ft补给 地下水有较高的入渗速率一这一结果进 一步支持 r 大气降雨为该地Ⅸ地下水主要补给源的观点1 24 -引 。 可见，新装咒对低含水率沙漠样品土壤水分精 确高效的提取，为土壤水分运移机理的深入研究提 供保障，因而彳r较I ’i的实际利用价值 。 图5降雨rY171izUifiiI壤氯氧问位素值随深度变化IIII线 Fig.5 Vc-Jtic-al 8D alul 8u pn,filvs lefocr ancl aflPr a lrcjcipilalj{,j] 5 结语 改进型沙漠土壤水分真空抽提装置工作时的真 空度高0.5 Paf|．稳定，通过引入调控阀门有效结合 了真空泵抽提 ‘ j液氮冷凝两种土壤水分收集模式，使 其样品抽提效率较原有装置提高将近一倍。 L． j闲外 典型装置相比，新装嚣样品装载量和水分收集最大容 量明显提高，适合小H湿度类型的样品抽提Ft水分抽 提回收率商，同叫 。还 L￡ 有造价低廉、操作灵活及易维 护等特点。条件实验一卜相应水分同位素6值的标准 - 847 ChaoXing 第5期 岩矿 http∥www 测 试 vkrs．a-．【 ．n 2012年 偏差 1c，表明新装置达到n日位索测试要求． 新型抽提装置对低含水率样曲土壤水的有效提 取，在I 二旱一 半干旱地区同位素水文研究中有着较 高的应川价值。为了进一步提高工作效率，考虑多 组子单元并联的方式同时抽提是今后装置结构改进 的方向。I川时，需要加强对其他类型样（如植物 根、爷等）水分提取方案的探讨，完簿新装置叮抽提 样，l舢勺类型，以提高新装置应用的J’ ．泛 一陀 [ 14] [15] 6 参考文献 [1] 朱震达，吴正，刘恕．中幽沙漠慨沦[M j ．北京科学 [16』 版社，19801- 107． [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 19] [10] [12] 张志才，陈喜．土壤水运移的数仉儆拟研究[J]．L程 Lrjj,2007827 -31. ;azis C,Feng X. A stablr is’“’pF stuclyJIl s“iJ wakr liiviclence for mixing and preferential flc,w paths[Jl. ＆f,erma, 2004, 119 97 - Ill. Walker C R. Woocls P H, Allison;lj Interlahoraiory “,mlarisc,nf nwthods Io cltjtermine cht hcalle isotope . ‘JIllposllion of soil “ater[J J.Clu-mitnl Ce“logv, 1994, 111 297 - 306. u hite JⅦ ’ .Cnok li R. I.auli-Jlt.t.J R.13nwc-kt-rⅥ 7 S. Thr l/H Ratis‘汀sal,Incs linpliralic,“.i 1,,r waWr sc,unTs and