一种红树林土壤采样器及红树林土壤组合式采样装置的制作方法

1.本发明属于生态化学计量学技术领域，具体涉及一种红树林土壤采样器及红树林土壤组合式采样装置。


背景技术：

2.生态化学计量学是新兴的一门生态交叉学科，为分析 c、n、p 等主要元素的生物地球化学循环和生态学过程提供了一种新思路，已成为揭示植物养分限制状况及其适应策略的重要手段。近些年，海南部分红树林生态系统的退化趋势明显，但对其退化过程和驱动机制的认识却很有限。若结合生态化学计量学相关理论，进行植物群落调查、叶片和土壤 c、n、p 的测定分析，研究红树林不同退化类型中植物和土壤养分含量及生态化学计量学的时空动态特征以及植物与土壤化学计量特征间的关系，判断红树林不同退化阶段植物的限制性营养元素，揭示红树林退化过程中植物的化学计量比特征，探讨红树林演替进程对土壤-植物系统中营养元素在化学计量上的响应，研究结果将有利于揭示红树植物对环境的适应策略以及退化过程中的驱动机制，为海南岛退化红树林生态系统的恢复和保护策略的制定提供科学依据，对红树林湿地资源的保护和恢复具有重要的科学意义和现实意义。
3.目前，红树林湿地土壤样品采样主要是通过pvc管（管体长度根据采样深度需要而定）进行采样操作，即将pvc管插入土壤中至预定深度，通常每10cm或20cm为一层，再将取出的土按不同深度划分并保存。这种方式比较费时费力，尤其是样点较多的情况，工作量非常大；而且，由于pvc管底部管口敞开，而红树林土壤含水量较高，采集的土壤容易从管口泄漏，影响土样完整性以及准确性，无法满足红树林土壤生态化学计量学数据分析需求。为此，研发一种能够解决上述问题的红树林土壤采样器及红树林土壤组合式采样装置是非常必要的。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于提供一种红树林土壤采样器。
5.本发明的第二目的在于提供一种红树林土壤组合式采样装置。
6.本发明的第一目的是这样实现的，包括基座、电机、连接台、调节套管、滑环、移动杆、连接板、采样管、活动封门，所述基座底部设有电机，所述连接台上端与电机动力输出部连接，下端与采样管顶端连接，所述连接台外表面设有外螺纹，且外螺纹的上、下边缘分别设有限位螺孔，调节套管内设有内螺纹，所述调节套管套设于连接台外，且螺纹配合，调节套管外侧设有螺纹通孔，螺纹通孔与限位螺孔之间通过限位螺栓连接，所述调节套管底部设有一圈凹槽，凹槽相对的调节套管内壁开设有一圈滑槽，所述滑环外缘设有若干个滑轮，滑环嵌入调节套管底部凹槽中，且滑轮与滑槽滑动配合，所述滑环两边底部分别设有移动杆，移动杆下端与连接板7一端通过销轴转动连接，所述采样管底部边缘分别通过铰链铰接有两个活动封门，两个活动封门均为半圆形且相互对称，两活动封门相对的边缘为齿状结构，且齿状结构相互咬合，活动封门的铰链之转动部与对应的连接板另一端固接。
7.本发明的第二目的是这样实现的，包括所述红树林土壤采样器，还包括蓄电池电控箱、横架、平移调节滑套、高度调节滑杆、封座、握持杆，所述蓄电池电控箱外侧水平设有横架，沿横架长度方向在横架上开设有槽孔，且槽孔端部为敞开结构，所述平移调节滑套套设于横架上，且平移调节滑套侧面的第一螺栓手柄将横架侧面抵住，平移调节滑套自上而下设有通孔，所述高度调节滑杆竖向穿过平移调节滑套的通孔以及槽孔，所述平移调节滑套侧面的第二螺栓手柄将高度调节滑杆抵住，所述封座通过锁扣设于槽孔端部敞开结构处，将槽孔端部封住，所述握持杆竖向穿过封座，且握持杆与封座固接，所述高度调节滑杆下端与红树林土壤采样器的基座底部固接，蓄电池电控箱通过电缆与电机电连接。
8.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：1、本发明红树林土壤采样器采用电动采样设计，齿状结构的活动封门配合辅助破土，具有使用方便、采样效率高、劳动强度低的优点，土壤采样完毕后，只需简单操作即可将活动封门关闭，避免上提采样管土样泄漏，保持土样完整以及不同深度土样的采样准确性，特别适合红树林土壤采样使用；2、本发明红树林组合式土壤采样装置，将多个采样器组合在一起，实现采样点周围同时多点位采样，采样结果更加准确，满足红树林生态化学计量学数据分析需求；红树林组合式土壤采样装置操作简单、使用方便，还具有采样器位置调节功能，点位采样准确；3、本发明特别适用于红树林土壤，采样高效、方便，而且能够确保土样完整，所取土样能够准确代表目标深度土层，满足红树林生态化学计量学数据分析需求，为红树林生态系统退化过程与驱动机制研究奠定基础。
附图说明
9.图1为红树林土壤采样器的主视结构示意图；图2为活动封门的结构示意图；图3为图1中红树林土壤采样器下端活动封门打开时的使用状态结构示意图；图4为图1中红树林土壤采样器下端活动封门关闭时的使用状态结构示意图；图5为调节套管、滑环、滑轮的结构示意图；图6为子管与第一弧形外盖、堵塞板的结构示意图；图7为第二弧形外盖、圆形切板的结构示意图；图8为红树林土壤组合式采样装置的主视结构示意图；图9为图8的俯视结构示意图；图中：1-基座，2-电机，3-连接台，4-调节套管，5-滑环，6-移动杆，7-连接板，8-采样管，9-活动封门，10-限位螺孔，11-限位螺栓，12-滑槽，13-滑轮，14-导向环，15-第一弧形外盖，16-堵塞板，17-第二弧形外盖，18-圆形切板，19-蓄电池电控箱，20-横架，21-平移调节滑套，22-高度调节滑杆，23-封座，24-握持杆，25-槽孔，26-把手。
具体实施方式
10.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
11.如附图1~图7所示本发明红树林土壤采样器包括基座1、电机2、连接台3、调节套管
4、滑环5、移动杆6、连接板7、采样管8、活动封门9，所述基座1底部设有电机2，所述连接台3上端与电机2动力输出部连接，下端与采样管8顶端连接，所述连接台3外表面设有外螺纹，且外螺纹的上、下边缘分别设有限位螺孔10，调节套管4内设有内螺纹，所述调节套管4套设于连接台3外，且螺纹配合，调节套管4外侧设有螺纹通孔，螺纹通孔与限位螺孔10之间通过限位螺栓11连接，所述调节套管4底部设有一圈凹槽，凹槽相对的调节套管4内壁开设有一圈滑槽12，所述滑环5外缘设有若干个滑轮13，滑环5嵌入调节套管4底部凹槽中，且滑轮13与滑槽12滑动配合，所述滑环5两边底部分别设有移动杆6，移动杆6下端与连接板7一端通过销轴转动连接，所述采样管8底部边缘分别通过铰链铰接有两个活动封门9，两个活动封门9均为半圆形且相互对称，两活动封门9相对的边缘为齿状结构，且齿状结构相互咬合，活动封门9的铰链之转动部与对应的连接板7另一端固接；具体的，基座1可以与其他手持器具连接在一起，即手持本发明采样器进行采样，电机2可外接便携电源，电机2可以是减速电机。
12.所述采样管8有多段子管组成，每段子管长度相等，相邻两子管之间通过锁扣连接；具体的，子管长度可以是10cm或20cm，具体可以根据采样需要灵活选择子管长度以及数量，锁扣具体可以是管道锁扣或管道卡扣，其是本领域常见可拆卸连接件，用于将相邻管道连接在一起，而需要拆卸时拆开锁扣完成管道拆卸，本领域技术人员在安装两子管时，也可根据需要提前在子管管口设置管道快装接头；采样完毕后，可根据采样需要选择不同深度的土壤样品，即不同子管对应不同深度土壤，拆下子管后再采样。
13.还包括导向环14，导向环14固设于子管外侧，移动杆6穿过导向环14，导向环14用于增强移动杆6稳固性。
14.所述锁扣上下两边对应的子管端部之外侧分别开设有开口，第一弧形外盖15内缘固设有堵塞板16，堵塞板16与子管开口形状相同，第二弧形外盖17内缘固设有圆形切板18，所述子管的开口塞有堵塞件16且第一弧形外盖15覆盖于开口外，或圆形切板18由子管的开口插入子管内，将子管端部管口封闭，且第二弧形外盖15覆盖于开口外；采样前，确保第一弧形外盖15以及堵塞板16安装在子管开口，形成封堵；而采样器完成采样并从土层中取出后，先拔出第一弧形外盖15以及堵塞板16，再将圆形切板18从开口插入子管内；全部操作完毕后，每一子管两端均通过圆形切板18形成封堵；在子管拆卸，利于子管内的土壤样品保留，既可现场将子管的样品取出装袋，又可将装有土壤样品的子管直接携带，使用灵活。
15.所述堵塞板16与开口紧密配合，圆形切板18与开口紧密配合。
16.所述第一弧形外盖15与其对应的子管端部之外侧分别设有螺纹孔，螺纹孔之间通过螺栓可拆卸连接，第二弧形外盖17与其对应的子管端部之外侧分别设有螺纹孔，螺纹孔之间通过螺栓可拆卸连接；螺栓固定进一步增强第一弧形外盖15、第二弧形外盖17的稳固性，具体根据需要灵活选择。
17.所述调节套管4外侧设有把手26，通过水平转动把手26，从而方便旋拧调节套管4。
18.所述滑环5底部设有插孔，移动杆6与滑环5插孔之间插接，移动杆6与插孔之间紧密配合，在需要将移动杆6拆下时维护时，直接将移动杆6用力拔掉即可。
19.本发明红树林土壤采样器工作原理和工作过程：首先取下限位螺栓10，旋拧调节套管4，调节套管4在连接台3上转动并上移，而滑环5的滑轮13与滑槽12滑动配合，移动杆6上移时拉动连接板7，使活动封门9转动并打开，活动封门9打开至竖直状，此时安装限位螺
栓11，调节套管4固定，活动封门9保持打开状；将本装置竖直置于待采样点，启动电机2，电机2带动采样管8转动，在转动过程中，活动封门9的齿状结构辅助破土，不断下移采样器，采样管8逐渐进入土层中，土壤进入采样管8内；当到达所需深度后，重复上述旋拧调节套管4过程，使调节套管4下移回到原始位置，活动封门9关闭，将采样器从土层中取出。
20.如附图1~图9所示，红树林土壤组合式采样装置，包括所述红树林土壤采样器，还包括蓄电池电控箱19、横架20、平移调节滑套21、高度调节滑杆22、封座23、握持杆24，所述蓄电池电控箱19外侧水平设有横架20，沿横架20长度方向在横架20上开设有槽孔25，且槽孔25端部为敞开结构，所述平移调节滑套21套设于横架20上，且平移调节滑套21侧面的第一螺栓手柄将横架20侧面抵住，平移调节滑套21自上而下设有通孔，所述高度调节滑杆22竖向穿过平移调节滑套21的通孔以及槽孔25，所述平移调节滑套21侧面的第二螺栓手柄将高度调节滑杆22抵住，所述封座23通过锁扣设于槽孔25端部敞开结构处，将槽孔25端部封住，所述握持杆24竖向穿过封座23，且握持杆24与封座23固接，所述高度调节滑杆22下端与红树林土壤采样器的基座1底部固接，蓄电池电控箱19通过电缆与电机2电连接；其中，蓄电池电控箱19内置有蓄电池以及控制器，蓄电池为电机提供电能。
21.具体的，横架20与蓄电池电控箱19之间可以通过带有锁定功能的铰链连接，在不需要使用时，可将横架20折叠，方便携带，而使用时，将横架20翻起并将铰链锁定，使横架20固定。
22.所述蓄电池电控箱19底部设有激光照准器，激光照准器用于对准预采样点。
23.所述高度调节滑杆22为方形杆，增强稳固性。
24.所述横架20数量为四个，分布于蓄电池电控箱19四周，即组合式采样装置共装有四个采样器，实现采样点周围四点同时采样。
25.所述横架20以及高度调节滑杆22分别设有长度刻度线，用于准确确定移动调节位置。
26.所述握持杆24设有能够控制电机2启停的开关，开关方便工作人员开关电机，开关与电机2以及蓄电池电控箱19之间的连接关系均为本领域公知技术。
27.本发明红树林土壤组合式采样装置的工作原理和工作过程：在需要对采样点周围同时多点位采样时，可使用本发明组合式采样装置，具体操作过程是：先确保每个采样器的活动封门9打开并保持竖直，采样装置移动至采样点，蓄电池电控箱处于本装置的中央，可利用蓄电池电控箱与采样点进行位置参照，工作人员调节各个采样器对应的平移调节滑套21在横架20上的位置，以及高度调节滑杆22的高度，从而调节采样器的位置以及高度至合适位置，拧紧对应的螺栓手柄，平移调节滑套21、高度调节滑杆22固定，特别适合如地面不平整，有坡度等采样点周围土壤环境复杂的情况使用，每个采样器的活动封门9接触土壤表面；开启所有采样器的电机，采样作业完毕后，将活动封门9关闭，再将本采样装置整体提起，采样器从土层中取出。
28.下面结合实施例1~实施例2对本发明作进一步说明。
29.实施例1针对海南岛某红树林样地，按不同退化等级由低到高依次为健康（未出现死亡）、i级（死亡率1%～20%）、ii级（死亡率20%～40%）、iii级（死亡率40%～60%）和iv级（死亡率60%以上）设置样地，每个样方10
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10m并重复5个；根据不同退化程度红树林样地按对角线随机
选5个样点，按0~20cm、20~40cm分为2层采样；使用本发明红树林土壤采样器进行采样，采样后土壤样品无泄漏，完整性好，满足实验需求；5个样点的土壤充分混合均匀后，直接用塑料带装样500g，带回实验室；土样在阴凉处自然风干，防止在太阳底下暴晒，风干后采用四分法取土，使土样充分混合后装入样品袋，做好标记，送检，测定全c、全n、全p以及ph值，土壤ph测定方法：电位法；全c测定方法：铬酸氧还滴定法；全p测定方法：酸溶-钼锑抗比色法；全n测定方法：半微量开氏法；测定结果用于红树林生态化学计量学数据分析。
30.实施例2针对海南岛某红树林样地，按不同退化等级由低到高依次为健康（未出现死亡）、i级（死亡率1%～20%）、ii级（死亡率20%～40%）、iii级（死亡率40%～60%）和iv级（死亡率60%以上）设置样地，每个样方5
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5m并重复10个；根据不同退化程度红树林样地按对角线随机选5个样点，对每个样点周围4个点位均按0~20cm、20~40cm、40~60cm共分为3层采样；使用本发明红树林土壤组合式采样装置进行采样，采样后土壤样品无泄漏，完整性好，满足实验需求；每个样点周围4个点的土壤样品分层混匀作为该采样点土样；5个样点的土样充分混合均匀后，直接用塑料带装样1000g，带回实验室；土样在阴凉处自然风干，防止在太阳底下暴晒，风干后采用四分法取土，使土样充分混合后装入样品袋，做好标记，送检，测定全c、全n、全p以及ph值，土壤ph测定方法：电位法；全c测定方法：铬酸氧还滴定法；全p测定方法：酸溶-钼锑抗比色法；全n测定方法：半微量开氏法；测定结果用于红树林生态化学计量学数据分析。