一种螺旋式水田深层土壤采集器的制作方法

本实用新型涉及一种螺旋式水田深层土壤采集器。

背景技术：

目前，在地球化学、微生物生态、环境科学等领域中，关于微生物在深层土壤中的厌氧过程研究越来越多。水田是厌氧微生物重要的生境，特别是水田深层土壤中发生着活跃的厌氧微生物活动，比如微生物催化的甲烷厌氧氧化、铁锰等金属元素的微生物还原以及有机污染物的厌氧降解过程。然而，水田深层土壤样品采集困难，至今没有简单高效的采样器，这极大地制约了相关研究的进一步展开。现有的土样采集器有小型铁铲、环刀、土钻(最常用)等，土钻又可分为矮柄土钻、螺丝头土钻、开口式土钻、套筒式土钻等。一方面，这些土样采集器采集水田土壤样品时，不可避免地将水田中的上覆水和表层泥浆流入采样洞中，污染深层土壤样品，难以采集到不受污染的水田深层土壤样品；另一方面，传统采样装置需要多次操作才能采集到深层土壤样品，费时费力。为了解决目前已有土样采集器采集水田深层土壤时存在的问题，设计一种简单易用、便捷高效的水田深层土壤采集器很有必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服水田深层土壤难以采集的技术难题，提供一种简单高效的水田深层土壤采集装置。

一种螺旋式水田深层土壤采集器，其特征在于：包括采样管、用于固定所述采样管的支架，及固定于所述支架底部的支座；

所述的支座包括支座台、圆形垫块、支杆固定座和隔水筒；所述的支座台中心设有通孔，所述的通孔下端垂直方向上固定安装有内部中空的隔水筒，所述的隔水筒与通孔连通；所述的支座台底部固定设有圆形垫块，所述的圆形垫块对称分布于所述隔水筒的四周；

所述的支架包括支杆盘、支杆一和支杆二；所述支杆盘中间设有支杆盘圆孔，所述的支杆盘圆孔内壁设有内螺纹；所述支杆一和支杆二分别固定于所述的支杆盘的圆周上并以圆心为对称中心，所述支杆一和支杆二分别与所述的支杆盘盘面垂直；所述的支杆盘、支杆一和支杆二固定安装构成下端开口的长方体；所述的支架开口端与所述支座的通孔固定连接，所述的支架与所述的通孔相匹配；所述的支杆二靠近所述的支杆一侧设有滑动凹槽；

所述的采样管包括采样管管体、T型螺杆及将T型螺杆固定于所述采样管管体顶部的固定结构；所述的采样管管体内设有活塞，所述的活塞与所述的采样管管体内径相匹配；所述的采样管管体顶部中间区域设有采样管顶孔，所述的顶孔附近设有通气口，所述的通气口处连有通气管，所述的通气管上设有通气管密封帽；所述的采样管管体一侧设有滑动条，所述的采样管管体的滑动条可在所述的支架内沿着所述的支杆二的滑动凹槽滑动，所述的滑动条内部设有气路通道，所述的气路通道顶部设有气压平衡口，所述的气路通道底部设有气体止逆阀；所述的固定结构包括轴承固定盘、轴承及轴承连接环，所述的轴承固定盘底端固定于所述的采样管管体顶部，所述的轴承固定盘上设有轴承，所述的轴承外圈固定于所述的轴承固定盘上，所述的轴承内圈固定设有轴承连接环，所述的T型螺杆可拆卸式固定于所述的轴承连接环内；所述的支杆盘圆孔内壁和所述的顶孔均与所述的T型螺杆相匹配；

所述的采样管呈气密闭。

进一步，所述的圆形垫块通过T型固定栓固定于所述的支座台的底端；

进一步，所述的支杆盘底部圆周上设有4个支杆盘凹槽，所述的支杆盘的支杆盘凹槽与所述的3根支杆一和1根支杆二的顶部通过支杆螺栓连接。

进一步，所述的隔水筒在通孔处垂直向上的方向上设有延伸段，所述的延伸段为支杆固定座，所述的支杆固定座上开有支座插削孔，所述的支杆一和支杆二下端设有与所述的支座插削孔匹配的支杆插削孔，所述的支座插削孔和所述的支杆插削孔配有支杆插削。

进一步，所述的采样管管体顶部通过轴承螺栓与轴承固定盘固定连接。

进一步，所述的轴承连接环中部设有轴承插削孔，所述的T型螺杆上设有T型螺杆插削孔，所述的轴承插削孔和所述的T型螺杆插削孔中配有T型螺杆插削。

再进一步，优选的，所述的采样管为圆柱形，其材质为不锈钢，圆柱形高度为0.5～1.5m，内径为5～20cm。

再进一步，优选的，所述的T型螺杆高度为0.5～1.5m，半径为1～3cm。

再进一步，优选的，所述的支座台为边长为40～100cm的正方形铁板，圆形垫块厚度为10～20cm，材质为聚苯乙烯泡沫或聚氯乙烯泡沫。

再进一步，优选的，所述的支杆盘为圆盘形，其材质为不锈钢，直径为6～21cm。

再进一步，优选的，所述的支杆一和支杆二的高度为0.5～1.5m，长宽比1.5～3:1；

更进一步，优选的，所述的支杆二的滑动凹槽深度与宽度之比为0.3～0.6:1。

本实用新型所述的螺旋式采集器采集深层土壤样品的方法是：整个水田深层土壤采集过程可分为三个阶段：压管(将采样管压入土壤层内)，提样(将装载有土壤样品的采样管提出土壤层)和取样(将土壤样品从采样管内取出)。压管阶段，先将支座通过圆形垫块和T型固定栓固定于待采样位置，然后排出隔水筒内的上覆水；将轴承的外圈固定在所述的轴承固定盘上，所述轴承的内圈内固定有轴承连接环；将轴承固定盘置于采样管管体上部，通过轴承螺栓将轴承固定盘和采样管管体固定；将T型螺杆顺时针旋入支杆盘圆孔，T型螺杆底部插入轴承连接环内，并将T型螺杆插削插入轴承插削孔和T型螺杆插削孔，将T型螺杆和轴承连接环固定；将支杆一和支杆二插入支杆盘凹槽内，并拧紧支杆螺栓，使支杆一和支杆二与支杆盘固定连接，将所述采样管的滑动条滑入所述支杆二的滑动凹槽内，将所述的支杆一和支杆二下部的支杆插削孔对准支座插削孔，插入支杆插削，使得支座和支架固定连接；采样装置安装完毕后，采样人员双脚站立在所述的支座台上，顺时针旋转所述的T型螺杆，T型螺杆带动所述的采样管压入土壤层内，达到预定深度后，压管过程完毕；提样阶段，先用注射器通过通气管将水注入所述采样管的上部空间，至水从通气管管口溢出，之后通气管管口盖上通气管密封帽；然后逆时针旋转T型螺杆，T型螺杆带动采样管提出土壤层；提样过程中，采样管底部与土壤之间产生真空，大气中的空气依次通过气压平衡口、气路和气体止逆阀进入采样管底部，破坏真空，避免采样管采集获得的土壤柱被拉断；取样阶段，先将采样管从支架中取出，卸下采样管上部的轴承固定盘，拧下通气管密封帽，拔出T型螺杆插削，将T型螺杆从轴承连接环内取出，并顺时针旋入采样管顶部的采样管顶孔内，继续顺时针旋转T型螺杆，T型螺杆推动活塞将土壤样品挤出采样管管体结束整个采样过程。

实用新型与现有技术相比具有的有益效果：

1)传统土壤采样装置需要多次操作才能采集到水田深层土壤样品，费时费力，并且采集到的水田深层土壤样品容易受到表层土壤泥浆和水体的污染，本实用新型一次操作便可采集到水田深层土壤样品，操作简单、高效，采集到的深层土壤样品几乎不受表层土壤泥浆和水体的污染；

2)为了防止提取时深层土壤柱被采样管底部负压拉断，本实用新型设计了气路系统，用于平衡提取时土壤柱底部产生的负压，保证样品采集的顺利和深层土壤柱的完整；

3)本实用新型中T型螺杆具有三种功能(在压管时，可以推动采样管压入土壤层中；在提样时，可以将采样管提出土壤层；在取样时，可以推动活塞，使样品挤出采样管)，提高装置的紧凑性，减少冗余部件，降低制造成本，便于推广应用。

附图说明

图1是螺旋式水田深层土壤采集器示意图；

图2是支座示意图；

图3是支座俯视图

图4是是支架示意图；

图5是采样管示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

图中，1、支座，1.1、支座台，1.2圆形垫块，1.3、T型固定栓，1.4、支杆固定座，1.5、支座插削孔，1.6、支杆插削，1.7、隔水筒，1.8通孔，2、支架，2.1、支杆盘，2.2、支杆一，2.3、支杆二，2.4、支杆盘凹槽，2.5、支杆螺栓，2.6、支杆盘圆孔，2.7、支杆插削孔，2.8、滑动凹槽，3、采样管，3.1、采样管管体，3.2、T型螺杆，3.3轴承外圈，3.4、轴承固定盘，3.5、轴承螺栓，3.6、轴承连接环，3.7、轴承插削孔，3.8、T型螺杆插削，3.9、T型螺杆插削孔，3.10、通气管，3.11、密封帽，3.12、活塞，3.13、滑动条，3.14、气路通道，3.15、气压平衡口，3.16、气体止逆阀，3.17、采样管顶孔。

如图1、2、3、4和5所示，一种螺旋式水田深层土壤采集器包括采样管3、用于固定所述采样管3的支架2，及固定于所述支架2底部的支座1；

所述的支座1包括支座台1.1、圆形垫块1.2、支杆固定座1.4和隔水筒1.7；所述的支座台1.1中心设有通孔1.8，所述的通孔1.8下端垂直方向上固定安装有内部中空的隔水筒1.7，所述的隔水筒1.7与通孔1.8连通；所述的支座台1.1底部固定设有圆形垫块1.2，所述的圆形垫块1.2对称分布于所述隔水筒1.7的四周，所述的圆形垫块1.2通过T型固定栓1.3固定于所述的支座台1.1的底端；

所述的支架2包括支杆盘2.1、3根支杆一2.2和1根支杆二2.3；所述支杆盘2.1中间设有支杆盘圆孔2.6，所述的支杆盘圆孔2.6内壁设有内螺纹；所述的支杆盘2.1底部圆周上对称设有支杆盘凹槽2.4，所述的支杆盘2.1的支杆盘凹槽2.4与所述的支杆一2.2和支杆二2.3的顶部通过支杆螺栓2.5连接；所述支杆一2.2和支杆二2.3分别固定于所述的支杆盘2.1的圆周上并以圆心为对称中心，所述支杆一2.2和支杆二2.3分别与所述的支杆盘2.1盘面垂直；所述的支杆盘2.1、支杆一2.2和支杆二2.3固定安装构成下端开口的长方体；所述的支架2开口端与所述支座1的通孔1.8固定连接，所述的支架2与所述的通孔1.8相匹配；所述的支杆二2.3靠近所述的支杆一2.2侧设有滑动凹槽2.8；

所述的采样管3包括采样管管体3.1、T型螺杆3.2及将T型螺杆3.2固定于所述采样管管体3.1顶部的固定结构；所述的采样管管体3.1内设有活塞3.12，所述的活塞3.12与所述的采样管管体3.1内径相匹配；所述的采样管管体3.1顶部中间区域设有采样管顶孔3.17，所述的顶孔3.17附近设有通气口，所述的通气口处连有通气管3.10，所述的通气管3.10上设有通气管密封帽3.11；所述的采样管管体3.1一侧设有滑动条3.13，所述的采样管管体3.1的滑动条3.13可在所述的支架2内沿着所述的支杆二2.3的滑动凹槽2.8滑动，所述的滑动条3.13内部设有气路通道3.14，所述的气路通道3.14顶部设有气压平衡口3.15，所述的气路通道3.14底部设有气体止逆阀3.16；所述的固定结构包括轴承固定盘3.4、轴承3.3及轴承连接环3.6，所述的轴承固定盘3.4底端固定于所述的采样管管体3.1顶部，所述的轴承固定盘3.4通过轴承螺栓3.5与所述的采样管管体3.1顶部固定连接；所述的轴承固定盘3.4上设有轴承3.3，所述的轴承3.3外圈固定于所述的轴承固定盘3.4上，所述的轴承3.3内圈固定设有轴承连接环3.6，所述的T型螺杆3.2可拆卸式固定于所述的轴承连接环3.6内，所述的轴承连接环3.6中部设有轴承插削孔3.7，所述的T型螺杆3.2上设有T型螺杆插削孔3.9，所述的轴承插削孔3.7和所述的T型螺杆插削孔3.9中配有T型螺杆插削3.8；所述的支杆盘圆孔2.6内壁与所述的T型螺杆3.2相匹配；

所述的隔水筒1.7在通孔1.8处垂直向上的方向上设有延伸段，所述的延伸段为支杆固定座1.4，所述的支杆固定座1.4上开有支座插削孔1.5，所述的支杆一2.2和支杆二2.3下端设有与所述的支座插削孔1.5匹配的支杆插削孔2.7，所述的支座插削孔1.5和所述的支杆插削孔2.7配有支杆插削1.6；

所述的采样管3呈气密闭。

所述的采样管3为圆柱形，其材质为不锈钢，圆柱形高度为0.5～1.5m，内径为5～20cm。

所述的T型螺杆3.2高度为0.5～1.5m，半径为1～3cm。

所述的支座台1.1为边长为40～100cm的正方形铁板，圆形垫块1.2厚度为10～20cm，材质为聚苯乙烯泡沫或聚氯乙烯泡沫。

所述的支杆盘2.1为圆盘形，其材质为不锈钢，直径为6～21cm。所述的支杆一2.2和支杆二2.3的高度为0.5～1.5m，长宽比1.5～3:1；支杆二2.3的滑动凹槽深度与宽度之比为0.3～0.6:1。

螺旋式采集器采集深层土壤样品的方法是：整个水田深层土壤采集过程可分为三个阶段：压管(将采样管压入土壤层内)，提样(将装载有土壤样品的采样管提出土壤层)和取样(将土壤样品从采样管内取出)。压管阶段，先将支座1通过圆形垫块1.2和T型固定栓1.3固定于待采样位置，排出隔水筒1.7内的上覆水；将轴承3.3的外圈固定在所述的轴承固定盘3.4上，所述轴承3.3的内圈固定有轴承连接环3.6；将轴承固定盘3.4置于采样管管体3.1上部，通过轴承螺栓3.5将轴承固定盘3.4和采样管管体3.1固定；将T型螺杆3.2顺时针旋入支杆盘圆孔2.6，至T型螺杆3.2底部插入轴承连接环3.6内，并将T型螺杆插削3.8插入轴承插削孔3.7和T型螺杆插削孔3.9，固定T型螺杆3.2和轴承连接环3.6；所述的3根支杆一2.2和1根支杆二2.3插入支杆盘凹槽2.4内，并拧紧支杆螺栓2.5，固定支杆一2.2和支杆二2.3与支杆盘2.1的连接，将采样管3的滑动条3.13滑入支杆二2.3的凹槽内，将支杆一2.2和支杆二2.3下部的支杆插削孔2.7对准支座插削孔1.5，插入支杆插削1.6，固定支座1和支架2；采样装置安装完毕后，采样人员双脚站立在支座台1.1上，顺时针旋转T型螺杆3.2，T型螺杆3.2带动采样管3压入土壤层内，达到预定深度后，压管过程完毕。提样阶段，先用注射器通过通气管3.10将水注入采样管3的上部空间，至水从通气管3.10管口溢出，之后通气管3.10管口盖上通气管密封帽3.11；逆时针旋转T型螺杆3.2，T型螺杆3.2带动采样管3提出土壤层；提样过程中，采样管3底部与土壤之间产生真空，大气中的空气依次通过气压平衡口3.15、气路3.14和气体止逆阀3.16进入采样管3底部，破坏真空，避免采样管3采集获得的土壤柱被拉断。取样阶段，先将采样管3从支架2中取出，卸下采样管3上部的轴承固定盘3.4，拧下通气管密封帽3.11，拔出T型螺杆插削3.8，将T型螺杆3.2从轴承连接环3.6内取出，并顺时针旋入采样管3顶部的采样管顶孔3.17内，继续顺时针旋转T型螺杆3.2，T型螺杆3.2推动活塞3.12将土壤样品挤出采样管管体3.1结束整个采样过程。