[发明专利]一种土壤环境在线监测系统与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种土壤环境在线监测系统与方法，属于土壤环境监测的技术领域。

技术背景：

随着社会经济的飞速发展，污染问题随之出现，其中，土壤污染问题也是越发严重，无论是重金属污染还是有机污染物污染都会对土壤中的动植物造成影响，并沿食物链传递，进而威胁人类生存和发展。目前，对土壤生态系统，缺乏有效地监控，不能对土壤环境进行实时的监测和预警，因此，能够快速有效地监测土壤环境质量显得越发的重要。

生物行为变化与周围环境存在一定的相关关系。生物可以通过行为机制的调节在很大程度上将体内环境和外界环境保持一致。因此，随着环境内某些影响因子变化或影响力的升高，土壤动物通过自身行为机制调节，短期内维持体内环境稳定，并逐步适应环境，最大限度的避免遭受污染的水环境对自身造成急性损伤。总之，植物可以很好的表征土壤环境变化，土壤动物面对土壤环境压力具有较大的敏感性。

现有技术中对土壤环境的检测都是通过电子传感器配合控制终端实现或者通过实验室成分化验分析的方法实现。例如，中国专利CN204807500U公开了一种土壤监测系统，包括土壤监测模块、通信模块、数据管理模块、预警模块和报表输出模块；可以监控土壤状况，方便土壤信息管理。电子传感器的土壤检测只是对土壤成分的单一检测，无法对整个土壤环境的生态系统作出检测和评价；而实际情况中，大多数的土壤污染成分可以通过土壤自身的生态系统而消除。

现有技术中，针对水生生物已经有较为成熟的行为信号采集装置—利用电场变化的方式采集行为信号，并在线分析的生物传感器。然而针对土壤环境却缺乏一种快捷，简便的监测技术。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种土壤环境在线监测系统。

本发明还提供一种利用上述系统进行土壤环境在线监测的方法。

本发明的技术方案：

一种土壤环境在线监测系统，包括检测模块和数据处理模块；检测模块包括检测筒、视频监测器和行为信号采集装置；视频监测器和行为信号采集装置设置在检测筒内部；视频监测器和行为信号采集装置分别与数据处理模块连接。

优选的，视频监测器和行为信号采集装置分别设置在检测筒的顶部和底部。

优选的，行为信号采集装置为电场生物传感器或磁场生物传感器。电场或磁场生物传感器(E/M Fields Biosensor)能通过对一定范围内的磁场或电场信号干扰程度对生物行为信号进行捕捉分析。

优选的，检测筒包括筒体、桶盖、筒底和设置在筒体内的隔离滤网；筒体、桶盖和隔离滤网围成的空间为植物生长区；筒体、桶底和隔离滤网围成的空间为动物生长区。

进一步优选的，所述筒底和桶盖分别为滤网筒底和透明桶盖；透明桶盖上设置有气孔。气孔确保筒体内气体流通。

优选的，所述检测模块包括多个检测筒。

一种利用上述系统进行土壤环境在线监测的方法，包括步骤如下：

1)装入土壤样本；

将待检测的不同的土壤样本装入不同的筒体中得到多个实验组；

2)选择受试植物和受试动物；

将受试植物植入筒体中的土壤样本，受试动物放入筒体中的土壤样本；不同的筒体中分别设置不同的受试植物；在不同的监测器内放入不同生长期的受试植物，利用不同时期受试植物的生长状态来衡量土壤环境。

3)视频监测受试植物的生长状态信息；

通过视频监测器观察和记录受试植物的生长状态信息；

4)受试动物行为信号采集；

行为信号采集装置采集受试动物的行为信号信息；如果受试动物的行为信号强度不断降低，则相应的土壤样本有污染且通过土壤自身生态环境无法恢复；如果受试动物的行为信号强度先降后升，则相应的土壤样本有污染但通过土壤自身生态环境可以恢复；如果受试动物的行为信号强度保持不变，则相应的土壤样本无污染。动物的行为信号反映了动物的生命状态，进而反映了土壤的污染状态。

优选的，所述土壤环境在线监测的方法还包括设置对照组的步骤：设置一个空白对照组，空白对照组为装有无污染土壤的筒体。空白对照组用来得到受试动物的行为信号的参考值，将实验组中受试动物的行为强度与空白对照组中受试动物的行为强度进行比较，确定行为信号强度发生变化的实验组。

优选的，所述土壤环境在线监测的方法还包括存储受试植物的生长状态信息和受试动物的行为信号信息的步骤。利用存储的信息可进行后期大数据分析。

优选的，受试植物为拟南芥，受试动物为蚯蚓。在实验室进行培育繁殖，拟南芥作为一种模式生物有较好的研究价值，能够很好地表征土壤环境。