一种适用于林间土壤整段标本采集的取土装置及方法与流程

本发明涉及一种取土装置及方法，具体涉及一种适用于林间土壤整段标本采集的取土装置及方法。

背景技术：

各类取土器在农业、矿业、建筑业中有着广泛的应用。在开展各类与土壤相关的活动时，及时对土壤的各类理化性状进行了解十分重要。在土壤作业中，主要通过土工取样采集土壤标本，并送交实验室进行各类测定。目前，在林业科学的研究中，主要通过以下两种方法对林间土壤进行取样：（1）通过土壤取样器对土壤进行取样；（2）通过环刀对土壤进行取样。其中，方法（1）通过旋进土壤取样器进行取样，取土后土壤样品需要人工推出，不同深度的土壤样品以混合状态装入储存容器中，无法确定土壤性状沿深度方向的变化；方法（2）通过敲击环刀进行土壤取样，其采样深度低于方法（1）。方法（2）在取样时受植物根系的影响较大，操作时的劳动强度大于土壤取样器，虽然可以提取包含深度信息的土壤样本，但取样后仍不便于运输。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种适用于林间土壤整段标本采集的取土装置及方法。本发明所取样品为整段土壤，可以保留土壤样品中的深度信息，取样深度大于现有的方法（2），取样后能够将土壤样品自动贮存于便于运输的样品贮藏筒中，使土壤深度信息在送至实验室研究前不丢失，在操作时的劳动强度、组装难度、运输难度均低于市面现有产品。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于林间土壤整段标本采集的取土装置，包括操作杆、脚踏、样品贮藏筒、钻头总成，其中：

所述操作杆包括把手、操作杆主体、顶杆、限位挡片、菱形把手；

所述钻头总成包括贮藏筒筒体、旋进钻、切断头；

所述把手固连在操作杆主体的上端；

所述操作杆主体的下部设置有顶杆出口；

所述顶杆为“7”型，上端由顶杆出口穿出，下端由操作杆主体下端穿出；

所述顶杆出口处设置有限位挡片、菱形把手；

所述菱形把手螺纹连接在限位挡片的下端；

所述脚踏为可拆卸部件，可以独立拆装，使用时安装在贮藏筒筒体的外壁上；

所述旋进钻的下端设置有切断头；

所述贮藏筒筒体焊接在旋进钻的上部；

所述贮藏筒筒体的筒壁上设置有标记线，筒内壁设置有滑槽；

所述旋进钻的内部中空，样品贮藏筒位于贮藏筒筒体和旋进钻的内部；

所述顶杆的下端位于滑槽内，样品贮藏筒的上端被顶杆的下端定位。

一种利用上述取土装置进行林间土壤样品采集的方法，包括如下步骤：

第一步：将样品贮藏筒放入取土装置的钻头总成内部，并操作操作杆上的顶杆，将其固定；

第二步：使用操作杆上的限位挡片与菱形把手锁定顶杆位置；

第三步：根据取样量将脚踏安装在贮藏筒筒体相应标记线处，双手握紧操作杆上的把手，将脚放在脚踏上，使取土装置以垂直于地面的姿态插入土壤中，直至取土装置立稳；

第四步：利用操作杆上的把手，以顺时针方向将取土装置旋进到土壤中；

第五步：当靠近脚踏底部的标记线没入土壤表面时，即可认为取样深度已达到，通过操作杆上的把手，以逆时针方向将装置旋出地面；

第六步：去除钻头总成上多余的泥土，旋出菱形把手，打开限位挡片并拉开顶杆，将样品贮藏筒取出；

第七步：以胶塞固定取样后的样品贮藏筒两端，避免样品洒出。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用同时具有旋进与切断功能的土壤钻头，更适应植物根系较多的森林土壤取样，减少取样人员的操作难度与劳动强度，便于林业研究人员进行林间土壤取样研究，从而提高研究效率。

2、本发明采用样品贮藏筒储存所取样品，使得土壤深度信息得到极好的保存，同时更便于试验后的样品运输。

3、本发明操作简便、体积小巧，适用于森林内的各种地形。

4、本发明通过对取土装置的钻头及样品贮存方式进行改进，使其可以对森林环境中饱含植物根系的土壤进行取样。

附图说明

图1为本发明取土装置的总体布局示意图；

图2为操作杆的结构示意图；

图3为钻头总成的结构示意图；

图4为取样后的样品贮藏筒示意图；

图5为装置旋进时的载荷施加示意图；

图6为装置旋出时的载荷施加示意图；

图7为取样结束后的钻头总成剖面图；

图中：1为操作杆，2为脚踏，3为样品贮藏筒，4为钻头总成，5为把手，6为操作杆主体，7为顶杆，8为限位挡片，9为菱形把手，10为贮藏筒筒体，11为旋进钻，12为切断头，13为胶塞，14为样品贮藏筒，15为所取样品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种适用于林间土壤整段标本采集的取土装置，如图1所示，所述取土装置包括操作杆1、脚踏2、样品贮藏筒3和钻头总成4，其中：操作杆1用于控制取土装置在土壤中的旋进和旋出；脚踏2便于操作者在旋进作业时施加载荷，利于降低操作者在使用取土装置时的劳动强度；样品贮藏筒3负责贮藏所取样品，能够将土壤标本延深度方向完整保存，且在取样后能够拆卸并独立包装、运输；钻头总成4包含旋进与切断的功能，负责取土装置进入土壤，同时切断土壤内阻碍取土装置进入的植物根系，适用于森林土壤中较多植物根系的复杂情况。

如图2所示，所述操作杆1包括把手5、操作杆主体6、顶杆7、限位挡片8、菱形把手9，其中：把手5负责控制取土装置的旋进与旋出，操作杆主体6负责连接把手5与钻头总成4；顶杆7用于固定样品储藏筒3，限位挡片8和菱形把手9可以在取样作业时锁定顶杆7的位置。

如图3所示，所述钻头总成4包括贮藏筒筒体10、旋进钻11、切断头12。在操作时，顶杆7、贮藏筒筒体10负责固定样品贮藏筒3，在操作时，其径向与底部依靠贮藏筒筒体10定位，顶部依靠被锁定的顶杆7定位。旋进钻11外部特征与钻头近似，利于取土装置以垂直于地面的姿态旋进土壤中。切断头12由两个齿刃组成，负责切断土壤中阻碍取土装置进入的植物根系。

如图1、图2和图3所示，所述把手5固连在操作杆主体6的上端；所述操作杆主体6的下部设置有顶杆出口；所述顶杆7为“7”型，上端由顶杆出口伸出，下端由操作杆主体6下端伸出；所述顶杆出口处设置有限位挡片8、菱形把手9；所述菱形把手9螺纹连接在限位挡片8的下端；所述脚踏2为可拆卸部件，使用时安装在贮藏筒筒体10的外壁上，在运输状态时可折叠；所述旋进钻11的下端设置有切断头12；所述贮藏筒筒体10焊接在旋进钻11的上部；所述贮藏筒筒体10的筒壁上设置有标记线，筒内壁设置有滑槽；所述旋进钻11的内部中空，样品贮藏筒3为可拆卸部件，取样时固定于贮藏筒筒体10和旋进钻11的内部；所述顶杆7的下端位于滑槽内，样品贮藏筒3的上端被顶杆7的下端定位。

本发明中，所述顶杆7、限位挡片8、菱形把手9设置在操作杆1上。在工作状态时，将顶杆7的伸出段沿钻头总成4上的滑槽滑动到底部并旋转一定角度，使样品贮藏筒3固定。限位挡片8将顶杆7锁定在工作位置，菱形把手9使限位挡片8保持在锁定位置。取土装置的工作过程中，操作者可以通过脚踏2与把手5操作取土装置进行取土作业。

如图5和6所示，在使用本发明取土装置采集土壤样本的过程中，载荷施加方式为：

旋进时，通过把手5施加扭矩m1，通过脚踏2施加力f1；

旋出时，通过把手5施加扭矩m2和力f2。

如图1、图4、图5、图6和图7所示，本发明取土装置的工作原理如下：

本发明通过在钻头总成4内放置可拆卸的样品贮藏筒3使所采样本可以完整地随着样品贮藏筒3被取出。本发明中的钻头总成4兼具切断与旋进/旋出功能。在取样时，切断头12可以将土壤中的植物根系打碎，利于旋进；旋进钻11有利于取土装置在作业时垂直于地面，以免土壤深度信息误差较大。在工作时，土壤样本由钻头总成4下部开孔进入，并停留在样品贮藏筒3中。在工作结束后，可以将样品贮藏筒3取出并独立包装运输。

利用上述取土装置进行林间土壤样品采集的具体实施步骤如下：

第一步：将样品贮藏筒3放入取土装置的钻头总成4内部，并操作操作杆1上的顶杆7，将其固定；

第二步：使用操作杆1上的限位挡片8与菱形把手9锁定顶杆7的位置；

第三步：根据取样量将脚踏安装在贮藏筒筒体10相应标记线处，双手握紧操作杆1上的把手5，将右脚放在脚踏2上，使取土装置以垂直于地面的姿态插入土壤中，直至取土装置立稳；

第四步：利用操作杆1上的把手5，以顺时针方向将取土装置旋进到土壤中，如遇到植物根系一时无法切断，可以适当的控制取土装置正反转，直至阻碍取土装置运动的根系切断；

第五步：在操作时，当靠近脚踏底部的标记线没入土壤表面时，即可认为取样深度已达到；通过操作杆1上的把手5，以逆时针方向将取土装置旋出地面；

第六步：去除钻头总成4上多余的泥土，旋出菱形把手9，打开限位挡片8并拉出顶杆7，将样品贮藏筒3取出；

第七步：以胶塞13固定取样后的样品贮藏筒3两端，避免样品洒出。