CN111272465A - 一种便携式原位土壤图谱采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式原位土壤图谱采集设备，包括土壤采集箱体、检测试剂盒、箱顶连接盖、折叠式人力踩压杆和便携式多用土壤扫描仪。箱顶连接盖和折叠式人力踩压杆或其他打桩式设备及动力采样设备连接构成动力模块，使土壤采集箱体插入土层并获取土壤样本。检测试剂盒和便携式多用土壤扫描仪构成的指标检测模块可使实验人员在采样现场进行根系图、酶谱图等土壤图谱现场采集，并通过物联网技术，实现野外现场和实验室的数据实时共享。该发明简化实验流程，避免环境污染，操作简便快捷。

Description

一种便携式原位土壤图谱采集设备

技术领域

本发明是一种便携式原位土壤图谱采集设备，属于土壤样品获取与图谱采集技术领域。

背景技术

在涉及对植物根系生物学功能、根际效益、土壤时空变化等众多研究中，“根系—土壤—微生物”系统结构的协同作用是研究中不可忽视的部分。其中对土壤物质分布、颗粒结构及植物根系形态等图谱的获取及分析是基础的实验。而当前野外样本的采集和室内的图谱获取分析是两个独立的实验过程，难以同时进行且耗时耗力。因此，一种集野外土壤及根系样本采集与根系形态分析一体化的设备可以解决这一难题。

在实际的实验过程中，为了保证能够在实验室中准确地测定土壤及根系相关图谱，实验人员需要选用合适的保存手段及运输方法以保证样品的有效性及完整性。如果样本需要长时间的运输，整个实验流程的难度也会相应地增加。而大多数的土壤采集设备仅能完成样本采集工作，对样本的转移与形态保存需要人工完成，如专利公开号为CN207215490U的实用新型公开的一种植株根系土壤采集器，具有实现根系土壤采集标准化的优点，但是无法完成后续样本的转运和分析工作。同时，大量对野外土壤的采集运输会一定程度地破坏原来环境的景观特征和生态功能。如专利公开号为CN110864934A的发明专利公开的一种暂存库中污染土壤的分层采样装置及方法，该专利能够通过对土壤内部钻孔使得土壤的采集过程更加简便，但过多钻取采集土壤存在破坏原有土壤生态系统的风险。

无论是从实验设计的难度方面，还是从保护原有环境景观及生态功能方面考虑，一种能够在野外实地做好土壤及根系图谱测定的设备必不可少。

发明内容

本发明提出的是一种便携式原位土壤图谱采集设备，其目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，设计一种能够在实地对土壤样本进行采集，同时借助相应的实验方法现场完成对土壤特性或根系形态的测定，在实验结束后能将所采集的样本归于原处的设备。这种设备可以通过物联网技术对现场分析得出的结果进行远程传输，节约人力财力。

本发明的技术解决方案：一种便携式原位土壤图谱采集设备，结构包括土壤采集箱体1、活动隔离板11、检测试剂盒2、箱顶连接盖3和便携式多用土壤扫描仪5，所述土壤采集箱体1一侧设有开口，开口处设有插槽，土壤采集箱体1可插接安装活动隔离板11、检测试剂盒2或便携式多用土壤扫描仪5，箱顶连接盖3安装于土壤采集箱体1顶部。

箱顶连接盖3上设有螺孔31，用于与其他打桩设备或动力采样设备连接，便于土壤采集箱的深入。

打桩设备为折叠式人力踩压杆4，折叠式人力踩压杆4包括握把41、踏板42、折叠杆43、收缩杆44，使用时手握握把41同时脚踏踏板42实现人力采集土壤，不使用时折叠折叠杆43和收缩杆44方便携带及运输。

插槽包括外固定插槽14和内固定插槽15，进行土壤采集时，活动隔离板11安装在内固定插槽15里形成密闭空间用于填充土壤样本；土壤采集后，进行指标孵育测定时，卸下活动隔离板11，将装有培养基质的检测试剂盒2安装在内固定插槽15里进行孵育；土壤形态特征分析时，将便携式多用土壤扫描仪5安装在内固定插槽15内进行分析；指标测定时，将检测试剂盒2置于便携式多用土壤扫描仪5内进行扫描分析。

插槽包括外固定插槽14和内固定插槽15，检测试剂盒2或便携式多用土壤扫描仪5可反向安装于外固定插槽14内，将土壤采集箱体1中土壤倾倒后重新插入土坑内，对箱外土壤进行原位测定或扫描分析。

土壤采集箱体1两侧设有三角形齿链12，便于省力地从较深土层取出土壤采集箱体1，底部设有倒漏斗式采集槽13，防止取出土壤样本时土壤样品从下部滑漏。

三角形齿链12和倒漏斗式采集槽13底部布有尖刺，利于土壤采集箱体1插入土壤。

检测试剂盒2上设有置物槽21，用于浇筑培养基质或放置试纸。

便携式多用土壤扫描仪5包括LED灯板51、数据接口及电源52、滑竿53、扫描头54和物联网芯片，通过滑竿53及扫描头54实时检测指标结果，通过接入便携式多用土壤扫描仪5中的数据接口及电源52或内置物联网芯片完成数据传输，建立野外现场与实验室的数据共享；所述LED灯板51可拆卸安装，便于选择合适波长及强度的光源。

本发明的有益效果：

一、本设备对比同类型装置在土壤样本采集的基础上增添现场分析和实时数据传递功能，简化了原本复杂的实验流程，避免了对样本的保存运输和环境破坏。

二、本设备带有便携式检测试剂盒，可根据研究内容需要提前制备好所需检测试剂或培养基质并保存于检测试剂盒的凹槽中便于实验人员现场进行土壤特性或根系形态指标测定。

三、本设备采用双凹槽设计，可对箱体内外土壤图谱进行同时采集。

四、本设备对便携式多用土壤扫描仪的光源设计成可随时更换调整的LED灯光源，目的在于适用不同实验的显色需要，如对土壤中几丁质酶活性测定中，采用荧光法需要用到波长360nm到480m范围的紫外光源。

五、本设备结合物联网技术实现数据传递，在便携式多用土壤扫描仪处设置数据接口可连接控制终端，建立野外现场与实验室的数据共享。

六、本设备采集箱结构设计做到省力，通过折叠式人力踩压杆、三角形齿链、尖刺设计的运用保证实验人员可以在野外方便快捷地采取样本且对环境破坏力小。

七、本设备采用模块化设计，可根据具体实验要求自由组装拆卸，且便于携带，便于运输清洗，便于更新维护。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的采集箱体结构示意图。

附图3是本发明的动力模块正视图

附图4是本发明的指标检测模块结构图。

图中1是土壤采集箱体，2是检测试剂盒、3是箱顶连接盖、4是折叠式人力踩压杆、5是便携式多用土壤扫描仪、11是活动隔离板、12是三角形齿链、13是倒漏斗式采集槽、14是外固定插槽、15是内固定插槽、21是置物槽、31是螺孔、41是握把、42是踏板、43是弯曲杆、44是收缩杆、51是可拆卸LED灯板、52是数据接口、53是滑竿、54是扫描头。

具体实施方式

如图1所示，一种便携式原位土壤图谱采集设备包括土壤采集箱体1、检测试剂盒2、箱顶连接盖3、折叠式人力踩压杆4和便携式多用土壤扫描仪5。所述的土壤采集箱体1可以与检测试剂盒2、箱顶连接盖3和便携式多用土壤扫描仪5组装，所述折叠式人力踩压杆4连接在箱顶连接盖3上方，供实验人员踩压取样。

如图2所示，所述的土壤采集箱体1设置有外固定插槽14和内固定插槽15。进行土壤采集时，活动隔离板11安装在内固定插槽15里形成密闭空间用于填充土壤样本。土壤采集后，进行根系分泌物、土壤酶、微生物等指标孵育测定时，卸下活动隔离板11并将装有凝胶或其他培养基质的检测试剂盒2安装在内固定插槽15里，使得根系分泌物或土壤酶能够在基质上孵育。同样的，也可将外固定插槽14中活动隔离板11替换为检测试剂盒2，对土壤采集箱体1外部土壤进行测定。最后进行指标测定时，实验人员可卸下检测试剂盒2置于便携式多用土壤扫描仪5内进行扫描分析。便携式多用土壤扫描仪5也可以直接与外固定插槽14连接对土壤形态特征进行分析。将土壤采集箱体1中土壤倾倒后，重新插入土坑内，可将便携式多用土壤扫描仪5反向插入，对箱外土壤进行原位扫描分析。此外所述的土壤采集箱体1两侧设有三角形齿链12便于省力地从较深土层取出土壤采集箱体1，倒漏斗式采集槽13防止取出土壤样本时土壤样品从下部滑漏。所述的三角形齿链12和倒漏斗式采集槽13底部布有尖刺，利于土壤采集箱体1插入土壤。

如图3所示，所述的箱顶连接盖3和折叠式人力踩压杆4构成动力模块。采集土壤样本时，将所述的箱顶连接盖3盖在土壤采集箱体1上，并通过连接折叠式人力踩压杆4供实验人员踩压。具体地，实验人员可手握握把41同时脚踏踏板42实现人力采集土壤。所述折叠式人力踩压杆4设有折叠杆43及收缩杆44，在不使用状态下进行折叠，从而方便携带及运输。在有其他打桩式设备或动力采样设备的情况下，所述的箱顶连接盖3设有螺孔31可供其他设备连接。

如图4所示，所述的检测试剂盒2和便携式多用土壤扫描仪5构成指标检测模块。所述检测试剂盒2可定制为多种规格，可在置物槽21中浇筑凝胶、放置浸有荧光剂的试纸等介质，通过土壤中的酶或微生物在检测试剂盒2上的孵育过程，便携式多用土壤扫描仪5通过滑竿53及扫描头54可以实时检测指标结果。为了应对不同实验的显色要求，所述的便携式多用土壤扫描仪中的可拆卸LED灯板51可拆卸调换，供实验人员选择波长及强度最为合适的光源。在指标检测完成后，实验人员可以接入便携式多用土壤扫描仪5中的数据接口及电源52或内置物联网芯片完成数据传输，建立野外现场与实验室的数据共享。

将土壤样品获取设备与图谱采集设备一体化，再结合物联网信息传递模块实时传输数据图像，实验人员可以避免对样本的保存于运输问题，最后将测定分析完的土壤样本还原于原有环境中去也能减少对环境的破坏。本发明将土壤样本的获取过程与图谱采集过程一体化，可以做到实地采样、实地测定形态指标并利用物联网技术实时传输数据，大大简化了实验流程并保护原有生态环境。

实施例1：测定土壤样本蛋白酶活性及分布特征表征根系形态

首先根据野外采样的需要提前在检测试剂盒中准备好用于蛋白酶测定的原位凝胶。在野外组装好土壤采集箱体，连接箱顶连接盖和折叠式人力踩压杆，将活动隔离板固定在内固定插槽中。取出土壤及根系样本后，取下活动隔离板并安装在外固定插槽，营造黑暗环境，将装有原位凝胶的检测试剂盒固定在内固定插槽里进行孵育。孵育完成后取出装有原位凝胶的检测试剂盒在便携式多用土壤扫描仪里进行分析测定、数据传输。最后将土壤样本归于原处。

实施例2：测定土壤样本几丁质酶活性及分布特征表征根系形态

首先根据野外采样的需要提前在检测试剂盒中准备好用于几丁质测定的荧光底物。土壤样本的采集和荧光底物的孵育过程与实施例1相同。孵育完成后取出装有荧光底物的检测试剂盒，同时在波长360nm到480nm的范围内选取5个梯度的紫外光源装于便携式多用土壤扫描仪里测定几丁质酶的荧光强度，最终选择灵敏度较高的图像结果进行数据分析与传输。最后将土壤样本归于原处。

虽然通过上述附图对本发明进行了原理描述，但是本发明并不局限于上述的两个具体实施方式，上述的具体实施方式非限制性的表述，本领域的实验技术人员在本发明的指导下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多调整与外形改变，但这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是结构包括土壤采集箱体（1）、活动隔离板（11）、检测试剂盒（2）、箱顶连接盖（3）和便携式多用土壤扫描仪（5），所述土壤采集箱体（1）一侧设有开口，开口处设有插槽，土壤采集箱体（1）可插接安装活动隔离板（11）、检测试剂盒（2）或便携式多用土壤扫描仪（5），箱顶连接盖（3）安装于土壤采集箱体（1）顶部。

2.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述箱顶连接盖（3）上设有螺孔（31），用于与其他打桩设备或动力采样设备连接，便于土壤采集箱的深入。

3.根据权利要求2所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述打桩设备为折叠式人力踩压杆（4），折叠式人力踩压杆（4）包括握把（41）、踏板（42）、折叠杆（43）、收缩杆（44），使用时手握握把（41）同时脚踏踏板（42）实现人力采集土壤，不使用时折叠折叠杆（43）和收缩杆（44）方便携带及运输。

4.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述插槽包括外固定插槽（14）和内固定插槽（15），进行土壤采集时，活动隔离板（11）安装在内固定插槽（15）里形成密闭空间用于填充土壤样本；土壤采集后，进行指标孵育测定时，卸下活动隔离板（11），将装有培养基质的检测试剂盒（2）安装在内固定插槽（15）里进行孵育；土壤形态特征分析时，将便携式多用土壤扫描仪（5）安装在内固定插槽（15）内进行分析；指标测定时，将检测试剂盒（2）置于便携式多用土壤扫描仪（5）内进行扫描分析。

5.根据权利要求1或4所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述插槽包括外固定插槽（14）和内固定插槽（15），检测试剂盒（2）或便携式多用土壤扫描仪（5）可反向安装于外固定插槽（14）内，将土壤采集箱体（1）中土壤倾倒后重新插入土坑内，对箱外土壤进行原位测定或扫描分析。

6.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述土壤采集箱体（1）两侧设有三角形齿链（12），便于省力地从较深土层取出土壤采集箱体（1），底部设有倒漏斗式采集槽（13），防止取出土壤样本时土壤样品从下部滑漏。

7.根据权利要求6所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述三角形齿链（12）和倒漏斗式采集槽（13）底部布有尖刺，利于土壤采集箱体（1）插入土壤。

8.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述检测试剂盒（2）上设有置物槽（21），用于浇筑检测试剂或培养基质。

9.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述检测试剂或培养基质为浸有荧光剂的试纸或原位凝胶。

10.根据权利要求1所述的一种便携式原位土壤图谱采集设备，其特征是所述便携式多用土壤扫描仪（5）包括LED灯板（51）、数据接口及电源（52）、滑竿（53）、扫描头（54）和物联网芯片，通过滑竿（53）及扫描头（54）实时检测指标结果，通过接入便携式多用土壤扫描仪（5）中的数据接口及电源（52）或内置物联网芯片完成数据传输，建立野外现场与实验室的数据共享；所述LED灯板（51）可拆卸安装，便于选择合适波长及强度的光源。

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