探测土壤生物孔隙结构和种类的方法、探测装置与流程

本发明涉及土壤孔隙探测技术领域，特别是涉及一种探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，以及该方法使用的探测装置。

背景技术：

生物孔隙是土壤大孔隙的一种，主要是指在土壤环境中由根系和动物所形成的大孔隙。其中由根系形成的生物孔隙主要包含腐根和活根系这两个来源。生物孔隙呈管状且直径较大，有较好的连通性。土壤环境中的生物孔隙相互连接使得进入土壤中的水和溶质沿着孔隙通道优先运移至深层土壤。由腐根和动物活动遗留形成的生物孔隙还会为根系生长提供空间。因此生长于生物孔隙的根系会改变孔隙内部结构，并影响孔隙环境，进而影响生物孔隙的水力性质。

对生物孔隙结构的研究通常利用工业ct技术、空间模型、电子显微镜等技术进行重建分析，实现土壤微观结构的测量。如ct技术可以对土壤在受力过程中内部微观结构变化进行动态无损测量，再进行定量分析，以实现对土壤微观结构的观测和研究。

但土壤环境复杂，探测仪器昂贵笨重，不便携，导致利用现有技术很难在野外实现对生物孔隙内部情况进行准确获取。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，以及该方法使用的探测装置，以解决现有技术中土壤孔隙结构探测困难、不方便的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，包括：

s1、挖掘带竖直剖面的坑；

s2、在所述竖直剖面上确定待探测区域；

s3、筛选出所述区域内待探测的生物孔隙；通过窥视单元获取各生物孔隙的探测数据；记录所述探测数据；依据所述探测数据对所述生物孔隙进行分类；

s4、在垂直所述竖直剖面的方向且与所述竖直剖面相隔设定距离的位置处重新制取竖直剖面；重复步骤s2～s3。

其中，所述确定待探测区域通过格网实现，所述格网为方形，将所述格网紧贴所述竖直剖面放置并固定，所围区域即所述待探测区域。

其中，所述筛选出待探测的生物孔隙通过筛选单元进行筛选。

其中，所述筛选单元包括设定尺寸的正方形透明片材。

其中，所述设定尺寸为大于等于3.9mm。

其中，在进行步骤s2之前，还对所述竖直剖面进行清理。

其中，步骤s3中所述分类依据所述生物孔隙的孔壁性质、孔内根系及动物情况。

其中，步骤s4中所述重新制取竖直剖面通过去除土壤的方式实现。

本发明还提供一种探测装置，该探测装置用于实现如上所述的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，所述探测装置包括定位单元、筛选单元、窥视单元；

所述定位单元用于确定待探测区域；

所述筛选单元用于筛选出所述区域内待探测的生物孔隙；

所述窥视单元用于获取所述生物孔隙内部的图像和/或视频信息。

其中，所述定位单元包括方形格网，所述格网包括硬质边框和细线，所述细线在所述硬质边框内搭成多个方形子网格；

所述筛选单元包括设定尺寸的正方形透明片材；

所述窥视单元为工业内窥镜，所述工业内窥镜包括主机、手持式显示操作机、探头。

(三)有益效果

本发明提供的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，以及该方法使用的探测装置，通过利用简单易操作的定位装置和筛选装置，筛选出符合要求的生物孔隙，再通过窥视装置观察生物孔隙内部结构，进而实现孔隙分类，为了解该处土壤状况提供帮助。本发明提供的方法和装置，操作过程简单、成本低，且不会对土壤的生态环境造成影响，适用于多种土地状况的探测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的装置示意图；

图3为本发明实施例提供的格网示意图；

图中，1、边框；2、探头；3、子网格；4、生物孔隙；5、手持式显示操作机；6、细线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法流程图；图2为本发明实施例提供的装置示意图；图3为本发明实施例提供的格网示意图。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，包括：

s1、挖掘带竖直剖面的坑。

具体地，选择地势较为平坦的林地作为研究点，用铁锹在待探测点先挖取一个深坑，然后将坑的某一面修整为面积足够大的竖直剖面，如，修整出一个大小大于1m×1m的竖直剖面，方便后续操作。

进一步地，在进行下一步骤之前，还对竖直剖面进行清理，方便探测。如利用平头小铲子对竖直剖面进行平整，并利用剪刀对露出剖面之外的根系进行修剪，最后利用工业真空吹(吸)土机对剖面残留的松散土壤进行清理，并利用小刷子对剖面上孔隙周边碎土进行清理，从而获得边界清晰的大孔隙。

s2、在竖直剖面上确定待探测区域。为方便记录和研究探测数据，需在限定范围内进行研究。本发明实施例中划定待探测区域借助工具实现，例如借助具有固定形状的边框将待探测区域围起来，或者通过钢钉与绳子在竖直剖面上围出一个区域。优选的，确定待探测区域通过格网实现。格网为方形，正方形长方形均可。将格网紧贴竖直剖面放置并固定，但不要压迫竖直剖面所围区域，即待探测区域。

s3、筛选出所述区域内待探测的生物孔隙；通过窥视单元获取各生物孔隙的探测数据；记录所述探测数据；依据所述探测数据对所述生物孔隙进行分类。

具体地，筛选区域内的待探测的生物孔隙。本实施例中提供的方案中，受现有技术中的窥视单元中设备的限制，适合对孔径大于等于3.9mm的生物孔隙进行探测，因此在探测前需筛选出孔径大于等于3.9mm的孔，随技术的进入，能探测直径更小的孔，此筛选方法同样适用。

进一步地，筛选过程通过筛选单元进行筛选，例如通过标尺量、通过定尺寸的圆管测试等。更进一步地，筛选单元包括设定尺寸的正方形透明片材。这样既不会破坏待测孔隙，又能节省成本，效率还高。在上述实施例的基础上，正方形透明片材设定尺寸为大于等于3.9mm，材质为聚碳酸酯，厚度为1mm。通过将透明薄片直接覆盖在孔隙上，若生物孔隙的孔径大于片材的尺寸，则会与片材的边之间留有一定距离，此时该孔即为待探测的生物孔隙；若片材完全将孔隙覆盖，则表明该孔隙不是需要被探测的孔。

待筛选出待探测孔隙后，通过窥视单元对孔隙内部结构进行探测，获取数据，再依据获得的数据对孔隙进行分类。本实施例中采用工业内窥镜进行探测，为了避免自然光对图像清晰度的影响，在拍摄照片时须深入洞中5cm深度进行拍摄照片和视频。进一步地，依据生物孔隙4的孔壁性质、孔内根系及动物情况对生物孔隙进行分类。

s4、在垂直竖直剖面的方向且与竖直剖面相隔设定距离的位置处重新制取竖直剖面；重复步骤s2～s3。

具体地，可以以10cm土壤为一层进行探测，探测完成后，通过去除土壤的方式重新制取竖直剖面，进行下一层的探测，探测方式如步骤s2～s3。总共探测多层，如可探测5层，得出每层的探测数据。

本发明提供的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，以及该方法使用的探测装置，通过利用简单易操作的定位装置和筛选装置，筛选出符合要求的生物孔隙，再通过窥视装置观察生物孔隙内部结构，进而实现孔隙分类，为了解该处土壤状况提供帮助。本发明提供的方法和装置，操作过程简单、成本低，且不会对土壤的生态环境造成影响，适用于多种土地状况的探测。

本发明还提供一种探测装置，如图2和图3所示，该探测装置用于实现如上所述的探测土壤生物孔隙结构和种类的方法，该探测装置包括定位单元、筛选单元、窥视单元。

定位单元用于确定待探测区域。具体地，采用方形格网实现，格网包括硬质边框1和细线6，如图3中所示，细线6在硬质边框1内搭接成多个方形子网格3，这样方便对区域内的孔隙进行顺序探测，以免漏检。

筛选单元用于筛选出区域内待探测的生物孔隙4。例如通过采用设定尺寸的正方形透明片材进行筛选。

窥视单元用于获取生物孔隙4内部的图像和/或视频信息。本实施例中，窥视单元为工业内窥镜，工业内窥镜包括主机、手持式显示操作机5、探头2。其中主机主要由可充电离子电池、led光源、内存卡组成；手持式显示操作机主要由数字化真彩色液晶显示屏、手动摇杆方向控制器组成；探头部分长1m，直径3.9mm，端部探头为彩色ccd摄像头，探头拥有自动白平衡曝光以及自动对焦功能，探头弯曲范围为-90°～90°，工作温度范围为-20°～60°。

通过采用上述设备，能方便地确定生物孔隙的种类、个数等，为研究该处的土壤生态环境提供数据支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。