一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器及其使用方法与流程

本发明涉及一种根土复合体样品取样器及其使用方法。
背景技术：
：我国东北黑土区与乌克兰大平原黑土区、美国密西西比河流域黑土区并称为世界著名的三大片黑土区。东北黑土区主要分布在松嫩平原东部地区，包括黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古自治区的90个市县区。黑土是具有强烈胀缩和扰动特性的粘质土壤，是一种性状好，适合植物生长的土壤。东北黑土区是我国最重要的商品粮基地，在国民经济总体构架中占据重要地位。因此，关于黑土上生长的农作物以及经济作物的研究也收到广泛关注。科学家也对此进行深入研究。根系是吸收水分和养分的重要器官，在植物的生长发育过程中起着非常重要的作用。根系在土壤中的空间分布与植物吸收水分和养分的关系十分密切。为此，科学家高度关系根系在土壤中的构型分布，并对此开展深入研究。而研究根系在土壤空间中分布的最直接有效的方法是将根系及其所在土壤一起取出，而后用水将土壤冲洗干净，从而得到根系样品，用于进一步分析之用。取样时，通常是按照不同土层深度进行取样，在同一个水平深度的土层中，按照距离植株不同远近分别获得一定体积的长方体或是正方体土块。而田间取土时，经常因为没有专门的取土器械，而导致所取得的长方体或是正方体土块在操作时发生土体脱离现象，从而影响正常的取样实验操作，或是所取得的土体下方切面发生倾斜而无法与上方切面平行；导致取样得到的土体为正常体或是长方体的概率低于70％，土体中生长根系完整性的概率低于60％。因此，在取根土样品过程中，需要一种可以将根土复合体准确取出，操作简便的用具。技术实现要素：本发明目的是要解决现有黑土区取长方体或正方体土块时发生土体脱离现象，或取得的长方体或正方体土块下方切面无法与上方切面平行的问题，而提供一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器及其使用方法。一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器由可调式伸缩框架和水平推进式切刀组成；所述可调式伸缩框架包括受力横梁、两个支撑杆、伸缩后壁、两个侧壁、侧壁刻度线、后壁交叠线、切刀刃和切刀凹槽；所述伸缩后壁由两个伸缩壁组成，两个伸缩壁按照对接形式沿后壁交叠线对接在一起，且两个伸缩壁与后壁交叠线平行的另一侧边分别与一个侧壁垂直固定连接在一起，在两个侧壁的顶部侧边上分别固定连接一个支撑杆，两个支撑杆与受力横梁连接在一起，在两个侧壁外部侧面上刻有侧壁刻度线；在伸缩后壁和两个侧壁底部均设有切刀刃，在两个侧壁内表面、切刀刃上方设置切刀凹槽；所述水平推进式切刀由水平推进式切刀刀体、水平推进式切刀刀刃和水平推进式切刀受力柄组成，所述水平推进式切刀刀刃和水平推进式切刀受力柄平行设置在水平推进式切刀刀体的一对平行侧边上，在水平推进式切刀刀体的另一对侧边作为卡接壁，用于与可调式伸缩框架的切刀凹槽匹合卡接在一起。所述伸缩后壁和两个侧壁底部设有切刀刃顶端处于同一平面。所述由受力横梁和两个支撑杆组成的平面与两个侧壁相互垂直。所述伸缩后壁的长度为20cm，高度在15cm～20cm之间伸缩。所述两个侧壁的长度为15cm，高度为20cm。所述伸缩后壁和两个侧壁除底部设置的切刀刃外，伸缩后壁的厚度与两个侧壁的厚度相同。一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器的使用方法，具体是按以下步骤完成的：一、取样区域的准备：在需要取样的土体外侧挖出一个操作沟，沟深度大于等于取样深度；二、根土复合体的获取：根据实际需求深度调节伸缩后壁长度，再将可调式伸缩框架放在需要取样的水平土壤平面上，在受力横梁上施加压力，将可调式伸缩框架压入需要取样的水平土壤中，根据侧壁上的侧壁刻度线确定可调式伸缩框架的入土深度，当达到实际需求深度后，受力横梁停止施加压力，然后将水平推进式切刀的水平推进式切刀刀刃对准可调式伸缩框架两个侧壁上的切刀凹槽，在水平推进式切刀刀体上施加推力，使水平推进式切刀沿着切刀凹槽水平推进，直至水平推进式切刀刀刃与伸缩后壁接触，停止对水平推进式切刀刀体施加推力；三、收获样品：在受力横梁上施加拉力，将黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器从需要取样的水平土壤中提取出，将带有土壤根土复合体的黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器放置在收集土壤的器皿中，拉动水平推进式切刀刀体，直至水平推进式切刀脱离可调式伸缩框架的切刀凹槽，将土壤根土复合体取出，完成一个土壤根土复合体取样单元的采样工作。本发明优点：一、本发明的装置利用可调式伸缩框架和水平推进式切刀组成腔体将取样目标(一个根土复合体的取样单元)与所在区域土壤隔离，保证取样目标以正方体或长方体形式整体取出，避免对所取土块的破坏，从而保证在此土体中生长根系的完整性。二、本发明的装置设有切刀凹槽，水平推进式切刀沿着切刀凹槽水平推进，保证所取根土复合体的下切面在水平方向上的平行，进而最大限度地减小人为操作带来的不确定性。三、本发明的装置结构简单，操作简便，便于使用。四、利用本发明装置通过多次取样，确定按照本发明提供方法正常操作，取样得到的土体为正方体或是长方体的概率可达到98％以上，土体中生长根系完整性概率可达到95％以上。本发明主要用于东北黑土区土壤取样。附图说明图1是具体实施方式一所述一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器的可调式伸缩框架结构示意图，图中1为受力横梁，2为支撑杆，3为伸缩后壁，4为侧壁，5为侧壁刻度线，6为后壁交叠线，7为切刀刃，8为切刀凹槽；图2是具体实施方式一所述一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器的水平推进式切刀结构示意图；图中9为水平推进式切刀刀体，10为水平推进式切刀刀刃，11为水平推进式切刀受力柄。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器，它由可调式伸缩框架和水平推进式切刀组成；所述可调式伸缩框架包括受力横梁1、两个支撑杆2、伸缩后壁3、两个侧壁4、侧壁刻度线5、后壁交叠线6、切刀刃7和切刀凹槽8；所述伸缩后壁3由两个伸缩壁组成，两个伸缩壁按照对接形式沿后壁交叠线6对接在一起，且两个伸缩壁与后壁交叠线6平行的另一侧边分别与一个侧壁4垂直固定连接在一起，在两个侧壁4的顶部侧边上分别固定连接一个支撑杆2，两个支撑杆2与受力横梁1连接在一起，在两个侧壁4外部侧面上刻有侧壁刻度线5；在伸缩后壁3和两个侧壁4底部均设有切刀刃7，在两个侧壁4内表面、切刀刃7上方设置切刀凹槽8；所述水平推进式切刀由水平推进式切刀刀体9、水平推进式切刀刀刃10和水平推进式切刀受力柄11组成，所述水平推进式切刀刀刃10和水平推进式切刀受力柄11平行设置在水平推进式切刀刀体9的一对平行侧边上，在水平推进式切刀刀体9的另一对侧边作为卡接壁，用于与可调式伸缩框架的切刀凹槽8匹合卡接在一起。原理：由于可调式伸缩框架的伸缩后壁3和两个侧壁4是互相垂直的，且互相关联，通过上方的受力横梁1可以一次性取样，进而可以最大限度的扰动土壤，最大限度地使根系土壤样品保持原样，且所取根系土壤样品为一个整体，避免因为施力不均而造成部分土块提前脱落的现象。从而保证试验更加精确可靠。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述伸缩后壁3和两个侧壁4底部设有切刀刃7顶端处于同一平面。其他与具体实施方式一相同。当伸缩后壁3和两个侧壁4底部设有切刀刃7顶端处于同一平面时，在两个侧壁4上设置切刀凹槽8组成的平面与伸缩后壁3和两个侧壁4底部设置切刀刃7组成的平面相平行。保证所取根土复合体的下切面在水平方向上的平行。本实施方式切刀刃7顶端处于同一平面目的是在可调式伸缩框架入土过程中受力均衡，保证可调式伸缩框架匀速入土。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述由受力横梁1和两个支撑杆2组成的平面与两个侧壁4相互垂直。其他与具体实施方式一或二相同。本实施方式这种用设计目的是保证可调式伸缩框架入土和拔出过程中受力均衡，保证取样目标以正方体或长方体形式整体取出，防止受力不均导致所取土块的破坏。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述伸缩后壁3的长度为20cm，高度在15cm～20cm之间伸缩。其他与具体实施方式一至三相同。本实施方式所述伸缩后壁3由两个伸缩壁组成，伸缩壁长度为10cm，高度在15cm～20cm之间伸缩。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述两个侧壁4的长度为15cm，高度为20cm。其他与具体实施方式一至四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述伸缩后壁3和两个侧壁4除底部设置的切刀刃7外，伸缩后壁3的厚度与两个侧壁4的厚度相同。其他与具体实施方式一至五相同。具体实施方式七：本实施方式是一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器的使用方法，具体是按以下步骤完成的：一、取样区域的准备：在需要取样的土体外侧挖出一个操作沟，沟深度大于等于取样深度；二、根土复合体的获取：根据实际需求深度调节伸缩后壁3长度，再将可调式伸缩框架放在需要取样的水平土壤平面上，在受力横梁1上施加压力，将可调式伸缩框架压入需要取样的水平土壤中，根据侧壁4上的侧壁刻度线5确定可调式伸缩框架的入土深度，当达到实际需求深度后，受力横梁1停止施加压力，然后将水平推进式切刀的水平推进式切刀刀刃10对准可调式伸缩框架两个侧壁4上的切刀凹槽8，在水平推进式切刀刀体9上施加推力，使水平推进式切刀沿着切刀凹槽8水平推进，直至水平推进式切刀刀刃10与伸缩后壁3接触，停止对水平推进式切刀刀体9施加推力；三、收获样品：在受力横梁1上施加拉力，将黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器从需要取样的水平土壤中提取出，将带有土壤根土复合体的黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器放置在收集土壤的器皿中，拉动水平推进式切刀刀体9，直至水平推进式切刀脱离可调式伸缩框架的切刀凹槽8，将土壤根土复合体取出，完成一个土壤根土复合体取样单元的采样工作。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：步骤二中在受力横梁1上施加压力，将可调式伸缩框架以匀速入土的方式压入需要取样的水平土壤中，入土速度为0.5cm/s～5.0cm/s，根据侧壁4上的侧壁刻度线5确定可调式伸缩框架的入土深度，当达到实际需求深度后，受力横梁1停止施加压力。其他与具体实施方式七相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八之一不同点是：步骤二中在水平推进式切刀刀体9上施加推力，使水平推进式切刀以匀速的推进方式沿着切刀凹槽8水平推进，推进速度为0.5cm/s～5.0cm/s，直至水平推进式切刀刀刃10与伸缩后壁3接触，停止对水平推进式切刀刀体9施加推力。其他与具体实施方式七或八相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同点是：步骤三中在受力横梁1上施加拉力，将黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器以匀速的拔出方式从需要取样的水平土壤中拔出，拔出速度为0.25cm/s～3.0cm/s。其他与具体实施方式七至九相同。本
发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。采用下述试验验证本发明效果实施例1：一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器，它由可调式伸缩框架和水平推进式切刀组成；所述可调式伸缩框架包括受力横梁1、两个支撑杆2、伸缩后壁3、两个侧壁4、侧壁刻度线5、后壁交叠线6、切刀刃7和切刀凹槽8；所述伸缩后壁3由两个伸缩壁组成，两个伸缩壁按照对接形式沿后壁交叠线6对接在一起，且两个伸缩壁与后壁交叠线6平行的另一侧边分别与一个侧壁4垂直固定连接在一起，在两个侧壁4的顶部侧边上分别固定连接一个支撑杆2，两个支撑杆2与受力横梁1连接在一起，在两个侧壁4外部侧面上刻有侧壁刻度线5；在伸缩后壁3和两个侧壁4底部均设有切刀刃7，在两个侧壁4内表面、切刀刃7上方设置切刀凹槽8；所述水平推进式切刀由水平推进式切刀刀体9、水平推进式切刀刀刃10和水平推进式切刀受力柄11组成，所述水平推进式切刀刀刃10和水平推进式切刀受力柄11平行设置在水平推进式切刀刀体9的一对平行侧边上，在水平推进式切刀刀体9的另一对侧边作为卡接壁，用于与可调式伸缩框架的切刀凹槽8匹合卡接在一起。本实施例所述伸缩后壁3和两个侧壁4底部设有切刀刃7顶端处于同一平面。本实施方式切刀刃7顶端处于同一平面目的是在可调式伸缩框架入土过程中受力均衡，保证可调式伸缩框架匀速入土。本实施例所述由受力横梁1和两个支撑杆2组成的平面与两个侧壁4相互垂直。本实施方式这种用设计目的是保证可调式伸缩框架入土和拔出过程中受力均衡，保证取样目标以正方体或长方体形式整体取出，防止受力不均导致所取土块的破坏。本实施例所述伸缩后壁3的长度为20cm，高度在15cm～20cm之间伸缩。本实施方式所述伸缩后壁3由两个伸缩壁组成，伸缩壁长度为10cm，高度在15cm～20cm之间伸缩。本实施例所述两个侧壁4的长度为15cm，高度为20cm。本实施例所述伸缩后壁3和两个侧壁4除底部设置的切刀刃7外，伸缩后壁3的厚度与两个侧壁4的厚度相同。实施例2：如实施例1所述一种黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器的使用方法，具体是按以下步骤完成的：一、取样区域的准备：在需要取样的土体外侧挖出一个操作沟，沟深度大于等于取样深度；二、根土复合体的获取：根据实际需求深度调节伸缩后壁3长度，再将可调式伸缩框架放在需要取样的水平土壤平面上，在受力横梁1上施加压力，将可调式伸缩框架以匀速入土的方式压入需要取样的水平土壤中，入土速度为0.5cm/s～5.0cm/s，根据侧壁4上的侧壁刻度线5确定可调式伸缩框架的入土深度，当达到实际需求深度后，受力横梁1停止施加压力，然后将水平推进式切刀的水平推进式切刀刀刃10对准可调式伸缩框架两个侧壁4上的切刀凹槽8，在水平推进式切刀刀体9上施加推力，使水平推进式切刀以匀速的推进方式沿着切刀凹槽8水平推进，推进速度为0.5cm/s～5.0cm/s，直至水平推进式切刀刀刃10与伸缩后壁3接触，停止对水平推进式切刀刀体9施加推力；三、收获样品：在受力横梁1上施加拉力，将黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器以匀速的拔出方式从需要取样的水平土壤中拔出，拔出速度为0.25cm/s～3.0cm/s，将带有土壤根土复合体的黑土区用于挖掘法的可调式根土复合体取样器放置在收集土壤的器皿中，拉动水平推进式切刀刀体9，直至水平推进式切刀脱离可调式伸缩框架的切刀凹槽8，将土壤根土复合体取出，完成一个土壤根土复合体取样单元的采样工作。按照实施例2提供方法在东北黑土区10个地块取样，每个地块取样100个土壤根土复合体取样单元，记录结果如表1所示。表1取样土体破碎个数取样土体中生长根系完整的个数取样1号地块199取样2号地块0100取样3号地块099取样4号地块099取样5号地块198取样6号地块197取样7号地块0100取样8号地块099取样9号地块099取样10号地块198当前第1页12