一种土壤-植被环境监测模拟装置

技术领域

本发明涉及生态监测模拟技术领域，特别涉及一种土壤-植被环境监测模拟装置。

背景技术

近些年全球的温度增高形势，给科学研究带来了新的挑战与机遇。

小麦的生长需要适宜的温度，随着全球气候的变暖，小麦的产量会受到极大的影响。如何研究十壤增温和高温环培下小麦的根系生长情况一直是该领域的难题在科学研究的讨程中如何直实地，现有增温装置，都只是增加空气温度，不能很好的研究增温对小麦根系的影响，根系的长势情况也会极大的影响到小麦的生长情况，因此获得的试验数据不够准确。

公开了申请号为201821217863.4的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的抽屉是盆栽圆桶，通过设置上部敞口的小麦盆栽圆桶和抽拉式的基质层；所述基质设在所述抽屉内；所述盆栽圆桶沿高度方向依次设置多个独立的基质层，以此实现将桶体分成多层之间相互独立小麦根系的生长空间；所述盆栽圆桶的每层周向侧壁上均设置有盘状水路回流加热管单元。

但是存在以下几处缺点：

(1)该方案的抽屉结构相同，不可调，对于重要部位，需要细化采样区域，而抽屉的宽度，无法调整，对实验带来不必要的麻烦，抽屉容易发生位移，需要实时调整。

(2)该方案的土壤夯实程度无法调整，无法使得抽屉箱内的土壤，最大程度接近地面土壤各个土层的夯实程度，影响的实验结果的真实性。

(3)工作人员采样，现有方式，都是通过人工将一个筒子插入土壤内，采样力度较大，较为麻烦，同时盆栽圆桶高度较高，工作人员，手托住采样工具进行采样，同时需要将采样出来的样品，难度系数较大，加大空中作业的时候的安全隐患。

(4)地下水流的模拟没有涉及到，实验结果的准确度较低，无法模拟出，植被生长的真实环境

(5)并没有涉及在室外模拟降水变化(增雨、减雨)的影响的因素；

(6)该盆栽圆桶的结构为矩形结构，容易受到较大风力的影响，使得盆栽圆桶整体发生倾斜，对植被生长模拟产生较多不必要的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种土壤-植被环境监测模拟装置。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种土壤-植被环境监测模拟装置，包括有控制器，所述模拟装置包括有若干个自上而下堆叠的盆栽圆桶、定位骨架和若干个引流装置，所有引流装置一一放置在所有盆栽圆桶内，所述盆栽圆桶包括有圆筒框架和与圆筒框架内表面螺纹配合的伸缩圆筒，圆筒框架的底部设置有网孔板，所述定位骨架包括有立式框架和若干个均能够与立式框架滑动配合的定位机构，所有定位机构与所有盆栽圆桶一一卡接配合，所述引流装置包括有环形管件，圆筒框架、的底端设置有若干个采样孔，环形管件通过若干个导流管与采样孔连通。

进一步的，所述环形管件水平设置且其顶部绕自身中心线等角度差分布有若干个引流孔。

进一步的，所述环形管件的竖直截面为矩形结构，所述环形管件包括有环形槽道和用于封闭环形槽道顶部的环形盖板，所有引流孔均设置在环形盖板上，环形盖板位于每个引流孔旁侧均设置有楔面板，所有楔面板的朝向相呈顺时针分布，环形盖板底部绕自身中心线等角度差分布有V面板，所有V面板的朝向呈逆时针分布。

进一步的，所述伸缩圆筒为由中心线重合且呈回形分布的内圆筒和外圆筒一体成形，内圆筒的外表面设置有外螺纹，圆筒框架的内侧设置有与外螺纹配合的内螺纹，圆筒框架固定安装有与外圆筒卡接配合的弧面板，所述外圆筒的底部绕自身中心线等角度差分布有若干个竖直卡槽，所述弧面板在自身中心线上的一端设置有若干个限位卡槽，所有限位卡槽与若干个竖直卡槽交错配合形成圆柱面结构。

进一步的，所述盆栽圆桶内插设有均与控制器电性连接的电导率传感器、温度传感器、湿度传感器和电热管，位于最上方的盆栽圆桶的顶部安装有喷淋组件。

进一步的，所述定位机构包括有均水平设置的半圆框架、两个圆弧形结构的夹持条板和两个弹力带，夹持条板的一端通过竖直轴与半圆框架的一端转动连接，夹持条板的另一端与弹力带的一端固定连接，弹力带的另一端与半圆框架的中点固定连接，所述圆筒框架外侧的下半段一体成形有环形箍，半圆框架和所有夹持条板的圆弧内侧均设置有与环形箍卡接配合的圆弧槽。

进一步的，所述夹持条板的直径和半圆框架的直径相同，所述夹持条板的直径和半圆框架的开口均朝向内侧，半圆框架的外侧对称安装有三角架，三角架能够与立式框架滑动配合，所述立式框架上自上而下设置有若干个螺纹孔，三角架上螺纹安装有锁紧螺栓。

进一步的，所述立式框架还包括有竖直设置的丝杆滑台，丝杆滑台上传动安装有滑块，该滑块上铰接安装有采样机构和夯实机构，所述夯实机构包括有与滑块铰接的多自由度连杆和夯实组件，所述多自由度连杆包括有若干个依次通过竖直转动轴铰接的连接杆，所有连接杆水平设置，其中一个处在末端的连接杆的一端通过竖直中轴与滑块铰接，夯实组件安装在另一个处在末端的连接杆的端部，所述夯实组件包括有夯实块和夯实块顶部设置有竖直杆，所述竖直杆与连接杆端部滑动配合。

进一步的，所述采样机构包括有采样组件、半圆滑道和圆弧滑条，所述半圆滑道和圆弧滑条均水平设置且共圆心，圆滑滑条和圆滑道的弧度方向相同，圆弧滑条底部通过圆弧滑块与半圆滑道滑动配合，圆弧滑条上设置有圆弧滑槽，所述采样组件与圆弧滑槽(53)滑动配合，半圆滑道的开口正对立式框架，采样组件包括有采样圆柱面板，所述采样圆柱面板的内侧沿着自身中心线方向设置有若干个倒楔板，所有倒楔板均朝向采样圆柱面板的末端。

进一步的，所述夯实块的底部边沿周向一体成形有若干个等间隔分布摊平齿块，所述摊平齿块顶部外边沿倒有斜角。

本发明的一种土壤-植被环境监测模拟装置，有益效果：具有以下技术效果：

其一：本发明在不同土层安装传感器，动态监测土壤温湿度和电导率，可以测定土壤水势，电热管能够可以模拟增温对植被根部生长的影响；

其二：本发明的盆栽圆桶不同土层注入同位素示踪剂，能够检测出土壤中离子的走势；

其三：本发明的引流装置，可以收集不同土层土壤溶液用以做溶质运移过程，当对其中一个导流管注入较多水量，水流经过环形管件，然后从其他导流管流出，水流能够模拟地下水，对植被根系的影响；

其四：本发明的盆栽圆桶的高度可调，每个盆栽圆桶的高度单独可调，可以模拟不同土层厚度，同时对于根部较为复杂的区域，需要重点观察的位置，通过缩减抽屉的高度，对重点区域，划分更细，采样的的宽度较窄，能够满足任意宽度的方式进行分离采样；

其五：本发明的盆栽圆桶底部多个采样孔，将数量不同的温度传感器，分别插入多个采样孔内，多点温度检测，提高温度检测准确度；

其六：本发明每增加一个盆栽圆桶，通过夯实机构即可对该盆栽圆桶内的土壤夯实，通过夯实机构，对不同盆栽圆桶中的土壤进行夯实，最大程度还原土壤中不同土层的夯实程度。

其七：本发明土壤采样机构，随机采样，通过半圆滑道和圆弧滑条的配合，能使得采样组件对盆栽圆桶的所有采样孔进行采集，且不用承受采样组件和样品的重量，大大降低采样的难度；

其八：本发明通过立式框架和定位机构配合，提高盆栽圆桶累加之后的稳定性，同时盆栽圆桶的结构是圆柱形结构，能够将风力卸掉，减小风力的影响，保证整体始终保持竖直，避免植被歪长，能够避免不必要因素影响的实验结果。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明盆栽圆桶的立体结构示意图一；

图3为图2的A处放大图；

图4为本发明盆栽圆桶的立体结构示意图二；

图5为图4的B处放大图；

图6为本发明盆栽圆桶的立体分解结构示意图；

图7为本发明盆栽圆桶和引流装置的立体结构示意图；

图8为图7的H处放大图；

图9为本发明引流装置的立体局部剖视示意图；

图10为本发明定位机构未夹持盆栽圆桶状态的立体结构示意图；

图11为图10的C处放大图；

图12为本发明定位机构夹持盆栽圆桶状态的立体结构示意图；

图13为本发明夯实机构、采样机构和立式框架的局部立体结构示意图；

图14为本发明夯实机构的立体结构示意图；

图15为图14的D处放大图；

图16为本发明采样机构的立体结构示意图；

图17为图16的E处放大图；

图18为图16的F处放大图；

附图标记说明：

1、盆栽圆桶；11、圆筒框架；12、伸缩圆筒；13、网孔板；14、采样孔；15、内圆筒；16、外圆筒；17、弧面板；18、竖直卡槽；19、限位卡槽；191、环形箍；192、波浪形滑道；193、封堵环；

2、定位骨架；21、立式框架；22、竖直轴；23、半圆框架；24、夹持条板；25、弹力带；26、圆弧槽；27、三角架；28、丝杆滑台；

3、引流装置；31、环形管件；32、引流孔；33、环形盖板；34、环形槽道；35、楔面板；36、V面板；37、导流管；

4、夯实机构；41、多自由度连杆；42、竖直杆；43、夯实块；44、滑块；45、摊平齿块；46、驱动电机；47、齿轮辊；48、齿轮；49、缓冲弹簧；491、垫片；

5、采样机构；51、半圆滑道；52、圆弧滑条；53、圆弧滑槽；54、采样圆柱面板；55、倒楔板；

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施例做进一步详细描述：

参照图1至图18所示的一种土壤-植被环境监测模拟装置，包括有控制器，所述模拟装置包括有若干个自上而下堆叠的盆栽圆桶1、定位骨架2和若干个引流装置3，所有引流装置3一一放置在所有盆栽圆桶1内，所述盆栽圆桶1包括有圆筒框架11和与圆筒框架11内表面螺纹配合的伸缩圆筒12，圆筒框架11的底部设置有网孔板13，所述定位骨架2包括有立式框架21和若干个均能够与立式框架21滑动配合的定位机构，所有定位机构与所有盆栽圆桶1一一卡接配合，所述引流装置3包括有环形管件31，圆筒框架11的底端设置有若干个采样孔14，环形管件31通过若干个导流管37与采样孔14连通，本发明通过立式框架21和定位机构配合，提高盆栽圆桶1累加之后的稳定性，同时盆栽圆桶1的结构是圆柱形结构，能够将风力卸掉，减小的风力的影响，保证整体始终保持竖直，避免植被歪长，能够避免不必要因素影响的实验结果。

转动圆筒框架11，即可实现盆栽圆桶1深度的调整，将盆栽圆桶1内装满土壤之后，引流装置3，可以收集不同土层土壤溶液用以做溶质运移过程，所述环形管件31水平设置且其顶部绕自身中心线等角度差分布有若干个引流孔32，注入一定量的水，能够从引流孔32掉入环形管件31内土壤溶解，如此方式可以收集不同土层土壤溶液用以做溶质运移过程，

所述环形管件31的竖直截面为矩形结构，所述环形管件31包括有环形槽道34和用于封闭环形槽道34顶部的环形盖板33，所有引流孔32均设置在环形盖板33上，环形盖板33位于每个引流孔32旁侧均设置有楔面板35，所有楔面板35的朝向相呈顺时针分布，环形盖板33底部绕自身中心线等角度差分布有V面板36，所有V面板36的朝向呈逆时针分布，当对其中一个导流管37注入较多水量，水流经过环形管件31，然后从其他导流管37流出，水流能够模拟地下水，对植被根系的影响；

环形盖板33与环形槽道34的顶部滑动配合，当对其中一个导流管37注入的水流的压力较大，会推动V面板36，带动环形盖板33顺时针转动，带动所有楔面板35转动一定角度，将楔面板35附近的土壤铲下来，落入的环形管件31内，并随着水流流走，水流经过环形管件31，然后从其他导流管37流出，水流能够模拟地下水，对植被根系生长环境的影响；

所述伸缩圆筒12为由中心线重合且呈回形分布的内圆筒15和外圆筒16一体成形，内圆筒15的外表面设置有外螺纹，圆筒框架11的内侧设置有与外螺纹配合的内螺纹，圆筒框架11固定安装有与外圆筒16卡接配合的弧面板17，所述外圆筒16的底部绕自身中心线等角度差分布有若干个竖直卡槽18，所述弧面板17在自身中心线上的一端设置有若干个限位卡槽19，所有限位卡槽19与若干个竖直卡槽18交错配合形成圆柱面结构。

转动伸缩圆筒12，绕圆筒框架11旋转，即可实现盆栽圆桶1的深度调整，转动伸缩圆筒12，然后弧面板17与伸缩圆筒12的竖直卡槽18卡接，将弧面板17固定在圆筒框架11的外侧，则，伸缩圆筒12无法旋转，则伸缩圆筒12在竖直方向无法实现位移，即可实现盆栽圆桶1的高度固定住；

所述圆筒框架11位于采样孔14上套箍有封堵环193，避免土壤从的采样孔14内流出。

本发明的盆栽圆桶1的高度可调，每个盆栽圆桶1的高度单独可调，可以模拟不同土层厚度，同时对于根部较为复杂的区域，需要重点观察的位置，通过缩减抽屉的高度，对重点区域，划分更细，采样的的宽度较窄，能够满足任意宽度的方式进行分离采样；

所述盆栽圆桶1内插设有均与控制器电性连接的电导率传感器、温度传感器、湿度传感器和电热管，位于最上方的盆栽圆桶1的顶部安装有喷淋组件，喷淋组件包括有水泵和与水泵输出端连通的喷淋头，喷淋头(图中未示出)固定在最上方的伸缩圆筒12上，在室外模拟降水变化(增雨、减雨)的影响。

本发明在不同土层安装传感器，动态监测土壤温湿度和电导率，可以测定土壤水势，电热管能够可以模拟增温对植被根部生长的影响，盆栽圆桶1不同土层注入同位素示踪剂，能够检测出土壤中离子的走势；

电导率传感器的型号为404-16(PVC)、温度传感器的型号为HIH-3602、湿度传感器的型号为AM2320，所述控制器的型号为6SL3040-0PA00-0AA1，电导率传感器、温度传感器和湿度传感器的工作原理为现有技术，此处不再详述。

所述定位机构包括有均水平设置的半圆框架23、两个圆弧形结构的夹持条板24和两个弹力带25，夹持条板24的一端通过竖直轴22与半圆框架23的一端转动连接，夹持条板24的另一端与弹力带25的一端固定连接，弹力带25的另一端与半圆框架23的中点固定连接，所述圆筒框架11外侧的下半段一体成形有环形箍191，半圆框架23和所有夹持条板24的圆弧内侧均设置有与环形箍191卡接配合的圆弧槽26。

盆栽圆桶1累加之后，盆栽圆桶1的环形箍191推到半圆框架23内，盆栽圆桶1的环形箍191卡到半圆框架23的圆弧槽26内，弹力带25被顶紧，弹力带25的收缩力带动两个夹持条板24向内收缩，从而将盆栽圆桶1夹持住，防止相邻的两个盆栽圆桶1之间发生位移，同时处在上方的盆栽圆桶1底部为波浪形滑道192，处在下方的盆栽圆桶1伸缩圆筒12的顶部也为波浪形滑道192。

所述夹持条板24的直径和半圆框架23的直径相同，所述夹持条板24的直径和半圆框架23的开口均朝向内侧，半圆框架23的外侧对称安装有三角架27，三角架27能够与立式框架21滑动配合，所述立式框架21上自上而下设置有若干个螺纹孔，三角架27上螺纹安装有锁紧螺栓，当所有盆栽圆桶1累加之后，通过锁紧螺栓将定位机构锁紧柱，提高定位机构和盆栽圆桶1的稳定性。

所述立式框架21还包括有竖直设置的丝杆滑台28，丝杆滑台28上传动安装有滑块44，该滑块44上铰接安装有采样机构5和夯实机构4，所述夯实机构4包括有与滑块44铰接的多自由度连杆41和夯实组件，所述多自由度连杆41包括有若干个依次通过竖直转动轴铰接的连接杆，所有连接杆水平设置，其中一个处在末端的连接杆的一端通过竖直中轴与滑块44铰接，夯实组件安装在另一个处在末端的连接杆的端部，所述夯实组件包括有夯实块43和夯实块43顶部设置有竖直杆42，所述竖直杆42与连接杆端部滑动配合。

工作人员，仅仅需要手推动夯实组件，即可实现夯实组件夯实区域的调整，然后通过丝杆滑台28，驱动夯实组件下压，将土壤夯实。

所述采样机构5包括有采样组件、半圆滑道51和圆弧滑条52，所述半圆滑道51和圆弧滑条52均水平设置且共圆心，圆滑滑条和圆滑道的弧度方向相同，圆弧滑条52底部通过圆弧滑块44与半圆滑道51滑动配合，圆弧滑条52上设置有圆弧滑槽53，所述采样组件与圆弧滑槽(53)滑动配合，半圆滑道51的开口正对立式框架21，采样组件包括有采样圆柱面板54，所述采样圆柱面板54的内侧沿着自身中心线方向设置有若干个倒楔板55，所有倒楔板55均朝向采样圆柱面板54的末端。

本发明土壤采样机构5，随机采样，通过半圆滑道51和圆弧滑条52的配合，能使得采样组件对盆栽圆桶1的所有采样孔14进行采集，且不用承受采样组件和样品的重量，大大降低采样的难度；

所述夯实块43的底部边沿周向一体成形有若干个等间隔分布摊平齿块45，所述摊平齿块45顶部外边沿倒有斜角。

连接干位于竖直杆42旁侧设置有驱动电机46，竖直杆42位于连接杆的正上方设置有缓冲弹簧49，缓冲弹簧49的两端设置有垫片491，驱动电机46的输出轴上设置有齿轮辊47，竖直杆42上安装有齿轮48，齿轮48与齿轮辊47啮合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。