CN216133057U - 土壤生态监测装置及*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤生态监测装置及***，用于对土箱内的土壤生态进行监测，所述装置包括：数据采集器、以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、土壤呼吸监测单元、土壤参数监测单元；土壤蒸渗量监测单元包括设置在土箱底部的土壤蒸渗仪；土壤呼吸监测单元包括设置在土箱外的气体分析仪、以及通过气路管及控制单元与气体分析仪连接的采气探头，采气探头安放在土箱内种植的植被间隙；气路管穿过预设在土箱侧壁的通孔，并与所述通孔嵌接；采气探头用于抽取土箱内气体；土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态。利用本实用新型，可以实现对土壤生态全面自动监测，提高监测效率、提高监测数据的质量及客观性。

Description

土壤生态监测装置及***

技术领域

本实用新型涉及生态监测领域，具体涉及一种土壤生态监测装置及***。

背景技术

在多要素生态监测业务中，大部分监测业务仍以人工观测方法为主，观测效率低且观测数据主观因素大。近些年来也出现了一些关于生态监测自动化方面的研究，有的进行单一气象要素的观测，多种类型要素观测需要建立多个单一独立的小***。例如，土壤土柱的水分存储量变化监测使用蒸渗仪***，土壤呼吸监测使用气体分析仪***，土壤多参数监测使用土壤水分站(土壤三参数传感器)***，气象观测使用六要素传感器***，各个***相互独立，观测要素单一，不能满足需要多方位一体化同时连续监测的需要。

一直以来土壤蒸渗、呼吸、多参数的观测手段仍然以人工观测为主，由于观测点与台站距离较远，因此观测起来非常的不方便，费工、费时、费力，同时由于人工观测主观性较大，不同业务人员观测数据误差较大。同时，对于不同监测要还给需要分别建立多个功能单一、独立的观测***，不仅效率低，而且不同监测数据难以集成在一个台站***，数据无法统一分析。以人工观测为主的现状已经不能满足相关科学研究和重大决策服务等的需求，进行科学规范合理高效的生态气象自动化监测研究是我国经济社会可持续发展和气象事业在新世纪新形势下对生态气象观测提出的新要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种土壤生态监测装置及***，以解决现有技术中对土壤蒸渗等生态监测需要使用多个不同设备并单独进行监测的弊端，实现对各项参数统一监测，提高观测效率，并且提高生态观测数据质量及客观性，减轻观测人员劳动强度。

为此，本实用新型提供如下技术方案：

一种土壤生态监测装置，用于对土箱内的土壤生态进行监测，所述装置包括：数据采集器、以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、土壤呼吸监测单元、土壤参数监测单元；

所述土壤蒸渗量监测单元包括：设置在土箱底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取土箱内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器；

所述土壤呼吸监测单元包括：设置在土箱外的气体分析仪、以及通过气路管及控制单元与所述气体分析仪连接的采气探头，所述采气探头安放在土箱内种植的植被间隙；所述气路管穿过预设在土箱侧壁的通孔，并与所述通孔嵌接；所述采气探头用于抽取土壤内气体；所述气体分析仪用于测量所述气体中的成分及浓度，并将测量结果传送给所述数据采集器；

所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。

可选地，所述土箱上设置有可开合并且与所述土箱开口大小相适配的顶盖，所述顶盖用于辅助采气探头抽取土箱内气体。

可选地，所述土箱为长方体结构，所述顶盖的一端与所述土箱一侧的上端部铰接。

可选地，所述采气探头有多个，安放在不同位置及不同高度。

可选地，所述土壤参数监测单元包括以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温度传感器、湿度传感器、盐度传感器、介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器。

可选地，所述装置还包括：

气象监测单元，用于实时监测所述土箱周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

可选地，所述气象监测单元包括以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。

可选地，所述装置还包括：

电源模块，用于对所述装置中各用电单元提供电源。

可选地，所述电源模块为可交流充电的蓄电池、或者为可太阳能充电的蓄电池。

一种土壤生态监测***，所述***包括上述土壤生态监测装置、以及与所述土壤生态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备；

所述数据采集器将接收到的各数据上传至所述远程数据处理设备；

所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，显示分析计算结果。

本实用新型提供的土壤生态监测装置及***，将对土壤生态各项参数的监测集中于一体，利用设置在土箱底部的土壤蒸渗仪实时获取土箱内土壤的重量参数，进而可以使数据采集器或远程数据处理设备确定土柱中的土壤水分存储变化量；同时，利用设置在土箱外的气体分析仪、以及通过气路管与所述气体分析仪连接的采气探头，抽取土箱内气体并得到气体中的成分及浓度；并实时监测土壤自身状态，得到土壤参数。利用本实用新型，可连续自动监测土壤的各项参数，从而可以根据监测数据综合分析土壤水碳循环特点，不仅提高了监测效率、监测数据的质量及客观性，而且大大减轻了观测人员的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型土壤生态监测装置的一种结构示意图；

图2是本实用新型土壤生态监测装置中气体分析仪采气、洗气工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对现有技术中针对土壤蒸渗等生态监测需要使用不同设备并各自单独进行监测所带来的问题，本实用新型提供一种土壤生态监测装置及***，实现对土壤各项参数的连续自动监测，提高监测效率、以及监测数据的质量和客观性。

如图1所示，是本实用新型土壤生态监测装置的一种结构框图。

本实用新型土壤生态监测装置用于对土箱10内的土壤生态进行监测，该装置包括：数据采集器(未图示)、以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元20、土壤呼吸监测单元、土壤参数监测单元。

上述各监测单元可同时自动对土箱10内的土壤进行不同参数的监测，获取监测数据，并将监测数据传送给所述数据采集器。需要说明的是，所述数据采集器设置在监测现场，比如，将所述数据采集器放置在相应的机箱内，将机箱放置在土箱10旁边的地面上，或者在土箱10旁边的地面上安放相应的支架，将所述机箱放在所述支架上，对此本实用新型不做限定。另外，上述各监测单元与所述数据采集器通过线缆连接，通过所述线缆将监测到的数据传送给数据采集器。相应地，所述数据采集器具有存储模块，可以将监测数据保存到所述存储模块。需要说明的是，对于各项监测数据，可以实时进行保存，也可以间隔一定时间保存一次，比如每天保存一次采样数据。

需要说明的是，在实际应用中，所述土箱10可以采用长方体结构、圆柱体结构等规则形状结构，便于后续对监测数据的统计计算，降低数据计算的复杂度。

下面继续结合图1详细说明上述各监测单元的结构及工作过程。

如图1所示，所述土壤蒸渗量监测单元20包括设置在土箱底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取土箱内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器。

蒸渗仪的原理是通过高精度称重传感器和专用测量设备来称量土柱的微量变化，得到土柱中的土壤水分存储变化量，从而得到整体的水分平衡因子，以便计算土柱水分存储变化蒸渗量。

需要说明的是，本实用新型中的蒸渗仪可以采用现有的一些常规蒸渗仪即可，对此不做具体限定。

参照图1，所述土壤呼吸监测单元包括：设置在土箱外的气体分析仪 32、以及通过气路管33及控制单元34与所述气体分析仪32连接的采气探头31，所述采气探头31安放在土箱内种植的植被间隙；所述气路管33穿过预设在土箱10侧壁的通孔，并与所述通孔嵌接；所述采气探头31用于抽取土箱内气体；所述气体分析仪32用于测量所述气体中的成分及浓度，并将测量结果传送给所述数据采集器。在实际应用中，所述采气探头31可以设置有多个，分别安放在不同位置及不同高度。

进一步地，为了使土壤呼吸监测单元得到更准确的监测数据，在所述土箱10上还可设置可开合并且与所述土箱10开口大小相适配的顶盖11，所述顶盖11用于辅助采气探头31抽取土箱内气体。

需要说明的是，在实际应用中，所述顶盖11与土箱10可以是分体结构，比如所述顶盖11可以是面积大于所述顶盖11开口的平板结构或者可以是与土箱10顶部开口形状及大小相适配、并且具有扣接边沿的盖体结构，使用时由人工将其从土箱10上拿开或盖上；为了便于对顶盖11的开合进行控制，还可以将顶盖11与土箱10设计为连体结构，比如所述顶盖11的一端与所述土箱10一侧的上端部铰接；采用连体结构设计，还可以通过设计相应的开合驱动控制结构，使其定时完成自动开合动作。

所述土箱10的材质可以是高强度气密材料，以保证在土壤中采气、释放等工作时气密稳定可靠。

下面对所述土壤呼吸监测单元的工作过程进行详细说明。

在需要对土箱内气体进行抽取时，首先将土箱10的顶盖11闭合，土箱10内的采气探头31抽取气体持续几分钟，抽取的气体通过气路管33输送到气体分析仪32；气体分析仪32依次进行气体浓度含量测定。

气体分析仪32对气体浓度含量测定完成后，管路气体释放，然后进行管路洗气，延迟几秒后打开顶盖11，本次测量完成，等待进入下一个工作待机状态。

需要说明的是，采气及洗气的过程由所述控制单元34来控制。所述控制单元34可以采用现有的一些采气、洗气设备结构，对此本实用新型不做限定。下面仅举例简要说明采气、洗气的过程。

图2是本实用新型土壤生态监测装置中气体分析仪采气、洗气工作原理示意图，图2中显示的是设置有三个采气探头的情况，下面结合图2简要说明气体分析仪采气、洗气的工作过程。

在采气时，控制洗气回路的电磁阀关闭，并依次控制各采气探头所在的采气回路的电磁阀打开，完成采气过程，气体分析仪对采集的气体进行分析，确定其中的成分及深度。在洗气时，与标准气瓶相连的电磁阀及洗气电磁阀打开，计量泵抽取标准气瓶中的零气(即不含CO₂和H₂O)，抽取的零气量由流量计来控制，然后与标准气瓶相连的电磁阀关闭，1#采气探头的洗气罩关闭，与其相连的电磁阀打开，其他采气回路的电磁阀关闭，对1#采气探头的管路进行清洗，清洗完毕后，与净空口相连的电磁阀打开，释放管路中的气体；然后依照上述方式依次清洗2#采气探头的管路、3#采气探头的管路。

当然，上面仅仅是本实用新型中土壤呼吸监测单元的工作原理进行的简要说明，在实际应用中，其中的控制单元并不仅限于上述结构，还可以有其他结构形式，对此不做限定。

这种土壤呼吸测量方式最大的优点是在不干扰植物生长过程的前提下，能连续监测植物光合、呼吸等生长活动及根际微生物呼吸等过程中CO₂浓度变化，便于微环境估计作物生长过程碳分配和氧平衡研究。

所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。所述土壤参数监测单元可以包括但不限于以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温湿盐传感器(即温度传感器、湿度传感器、盐度传感器)401及其他参数传感器402，比如介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器等。通过这些传感器，可以对土壤的温度、水分、盐度、介电常数、有机质含量、 PH、养分含量等参数变化趋势连续监测，进而可以根据监测数据对植被生长过程所需水肥环境精准控制，保证植被的长势良好。

需要说明的是，本实用新型装置中的各用电单元可以由一个电源模块统一供电，也可以由多个电源模块独立供电，对此不做限定。另外，所述电源模块可以采用可交流充电的蓄电池、或者采用可太阳能充电的蓄电池。

通常，植被的长势不仅受到土壤环境因素的影响，还会受到其所在地理位置的气象环境因素的影响，因此在本实用新型另一实施例中，所述装置还可进一步包括：气象监测单元，用于实时监测所述土箱周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

在实际应用中，所述气象监测单元可以包括但不限于以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。利用这些监测器，可以对植被周围的生长环境(大气和地表土壤状态)进行监测，包括气温、湿度、降水、风速风向、光合有效辐射及地表植被生态指数(NDVI、植被长势、生物量)等环境因子，从而可以为植被生长状态的评价提供更多参考数据。

需要说明的是，上述各监测器可以布设在土箱的周围，比如可以在土箱旁边安装门子架，将上述各监测器安装在所述门子架上。另外，为了可同步监测土箱内植被的生长状态，还可以在所述门子架上安装摄像头，根据需要设定其工作时间以及拍摄照片次数，并将拍摄的照片传送给数据采集器。

本实用新型提供的土壤生态监测装置，将对土壤生态各项参数的监测集中于一体，利用设置在土箱底部的土壤蒸渗仪实时获取土箱内土壤的重量参数，进而可以使数据采集器或远程数据处理设备确定土柱中的土壤水分存储变化量；同时，利用设置在土箱外的气体分析仪、以及通过气路管与所述气体分析仪连接的采气探头，抽取土箱内气体并得到气体中的成分及浓度；并实时监测土壤自身状态，得到土壤参数。利用本实用新型，可连续自动监测土壤的各项参数，观测要素全面，省时省力，不仅提高了监测效率、监测数据的质量及客观性，而且大大减轻了观测人员的劳动强度，可以以较低的成本获取尽可能多的有用的信息要素。

该装置采用一体化结构设计，体积小，安装方便，另外，在实际使用时，可以根据需要自由选配土壤温湿盐度传感器、气象六要素传感器、植被长势监测设备等。

进一步地，本实用新型还提供一种土壤生态监测***，该***包括上述土壤生态监测装置、以及与所述土壤生态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备。其中，所述数据采集器将接收到的各数据上传至远程数据处理设备；所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，显示分析计算结果。

需要说明的是，在实际应用中，所述土壤生态监测装置中的数据采集器可以将接收到的各项监测数据实时或定时上传给所述远程数据处理设备，比如每天上传一次。相应地，所述远程数据处理设备可以对接收的数据进行存储，在需要这些数据时，调取数据并进行数据分析。进一步地，所述远程数据处理设备还可以将相应数据及分析结果实时显示在监控界面。

本实用新型提供的土壤生态监测装置及***，结构简单，功能强大，监测的要素指标全面，数据采集量大，解决了传统人工进行土壤蒸渗、土壤呼吸以及其他要素生态观测单一分析的诸多弊端，通过自动化的实时监测，对提高生态观测资料的客观性和数据质量、减轻观测人员劳动气强度、提高观测效率等具有重要的意义，对于农业、林业、生态学、环境科学、地球表层***科学等领域的观测业务均可应用，填补了土壤多要素监测自动化测量的空白。

本实用新型提供的土壤生态监测装置及***，可作为野外研究土壤蒸发、水分平衡的重要工具，可用于测定土壤蒸渗量、研究作物耗水规律、测定土壤水向下的渗漏量；也可用于研究土壤呼吸作用，测定土壤释放CO2 或吸收O2的强度，根据监测数据可综合分析土壤水碳循环特点，评价土壤微生物总量指标或者土壤肥力指标。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及装置；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种土壤生态监测装置，用于对土箱内的土壤生态进行监测，其特征在于，所述装置包括：数据采集器、以及分别与所述数据采集器连接的土壤蒸渗量监测单元、土壤呼吸监测单元、土壤参数监测单元；

所述土壤蒸渗量监测单元包括：设置在土箱底部的土壤蒸渗仪，用于实时获取土箱内土壤的重量，并将重量信息传送给所述数据采集器；

所述土壤呼吸监测单元包括：设置在土箱外的气体分析仪、以及通过气路管及控制单元与所述气体分析仪连接的采气探头，所述采气探头安放在土箱内种植的植被间隙；所述气路管穿过预设在土箱侧壁的通孔，并与所述通孔嵌接；所述采气探头用于抽取土壤内气体；所述气体分析仪用于测量所述气体中的成分及浓度，并将测量结果传送给所述数据采集器；

所述土壤参数监测单元用于实时监测土壤自身状态，获取土壤参数，并将所述土壤参数传送给所述数据采集器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述土箱上设置有可开合并且与所述土箱开口大小相适配的顶盖，所述顶盖用于辅助采气探头抽取土箱内气体。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述土箱为长方体结构，所述顶盖的一端与所述土箱一侧的上端部铰接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采气探头有多个，安放在不同位置及不同高度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述土壤参数监测单元包括以下任意一种或多种安放在土壤中的传感器：温度传感器、湿度传感器、盐度传感器、介电常数传感器、有机质含量传感器、PH传感器、养分含量传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

气象监测单元，用于实时监测所述土箱周围的环境，并将监测结果传送给所述数据采集器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气象监测单元包括以下任意一种或多种设置在所述植被周围的监测器：温度监测器、湿度监测器、降水量监测器、风速风向监测器、光合有效辐射监测器、地表植被生态指数监测器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电源模块，用于对所述装置中各用电单元提供电源。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电源模块为可交流充电的蓄电池、或者为可太阳能充电的蓄电池。

10.一种土壤生态监测***，其特征在于，所述***包括如权利要求1至9任一项所述的土壤生态监测装置、以及与所述土壤生态监测装置通过无线通信网络连接的远程数据处理设备；

所述数据采集器将接收到的各数据上传至所述远程数据处理设备；

所述远程数据处理设备对所述数据进行存储及分析计算，并显示分析计算结果。

Images