根土复合体摩擦试验的样品前处理方法
【专利摘要】本发明提出一种根土复合体摩擦试验的样品前处理方法，包括步骤：用半挖法挖出的根系，并将根周围的土壤装袋；用环刀法，取回原状土测定土壤干密度；用铝盒取土样测定土壤含水量；将取回的根系保存在4℃中；依据野外土壤含水量，计算所需的水量，往土样上喷洒然后密封；测定根的直径，布设根系于第3层土壤装入之前，根据实验的不同设计，布设于边长为20cm立方形样器中，而后装入土壤。用根系拉拔试验机进行试验。本发明提出的方法，通过人工操控土壤含水量、干密度，避免了测量地点和取样地点太远导致的结果不准确；同样的方法可拟合不同含水量、土壤干密度条件，确定根土复合体的相互关系；布设根系的方式更加接近真实生长情况，测量结果更准确。
【专利说明】根土复合体摩擦试验的样品前处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于树木根系测量的领域，具体涉及一种根系样品的处理方法。
【背景技术】
[0002]植被在自然界中具有重要的生态、社会、经济三大经济价值，调节小气候，植物固碳，保持水土、保护生物多样性等各项功能。尤其从水土保持角度出发，针对水土流失的新形式，植被措施在防止水土流失所起的作用越来越受到重视。在一些坡地上，采取植被固坡措施，已在各种工程开发中常见，植物固坡主要是靠着发达的根系锚固土壤，交错纵横的根系构成了强大的网络，分布于坡面岩土体中，林木根系既往纵向生长，也往横向生长，起到了锚固土壤、加筋的作用，提高了土壤摩擦性能，有利于稳定坡面，需要掌握植物根系固着土壤的能力的各项参数。不同的植物根系固着土壤的特性存在较大的差别，根土复合体的摩擦性能不一。在野外直接测定根系与土壤之间的摩擦性能存在较大的困难，因而，室内试验成为了了解植物根土摩擦能力的主要手段，
[0003]现有测量技术中，取样地点通常选自野外或森林，测定根土复合体的摩擦性能的前期处理时间较长，而且土壤样品的风干再模拟野外实地土壤，根系的清洗，剪切等过程处理不当，造成了检测结果失真的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种根土复合体摩擦试验的样品前处理方法。
[0005]实现本发明目的的技术方案为:
[0006]一种根土复合体摩擦试验的样品前处理方法，包括步骤:
[0007]S1、在林地，用半挖法，将挖出的根系，按不同的根直径简单的分级，密封以保持根系含水量，并将根周围的土壤装袋；
[0008]S2、野外取样时，同时用环刀法，取回原状土以便测定土壤干密度；用铝盒取土样以便测定土壤含水量。各个指标重复4-6次。
[0009]S3、将取回的根系保存在4°C中，将装袋的土壤平铺风干，同时将带有土壤的环刀、铝盒内土壤测定土壤干密度、土壤含水量；
[0010]S4、挑去根系、石块，将风干的土壤过2mm 土壤筛备用。
[0011]S5、过筛的风干土壤，平铺，依据野外土壤含水量，计算所需的水量；
[0012]S6、将计算的加水量装土喷雾设备(见图2)，然后，往平铺的过筛风干土喷洒，并充分搅拌均匀。然后，将土壤装入干燥塑料桶中密封，桶口涂上凡士林密封。静置6-8小时备用。
[0013]S7、将野外采集的根系，测定根的直径，使用游标卡尺测量根系上、中、下三个部位直径取平均值；按照不同的直径分类，在水龙头下，用软毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，将洗净的根系剪断备用。[0014]S8、将S6制备的土样装入长为20cm、宽为20cm、高20cm的立方形样器(见图3)中，装入的土量依据立方形样器体积以及土壤干密度计算所得。例如:干密度为1.0g/cm3，那么装入的土量为 1.0g/cm3X8000cm3=8000g。
[0015]S9、布设根系于第3层土壤装入之前，根据实验的不同设计，布设于立方形样器中，而后依次装入第4、第5层土壤。
[0016]S10、将S9制备好的试样,置于北京林业大学植被力学实验室自主研发的根系拉拔试验机进行试验，同时按实验要求设定不同的参数，测定根土复合体摩擦力的大小。
[0017]其中，野外取样时，用环刀法，取回原状土以便测定土壤干密度；同时，用铝盒取土样以便测定土壤含水量。各个指标重复5次。
[0018]其中，野外取样时，挖出的根系为50-60cm长，装在塑料袋中密封，保存温度为
4。。。
[0019]其中，所述S7剪断根系的长度依据埋深而定，所述埋深为5-15cm，剪断根系的长度为 20_30cm
[0020]例如:埋深5cm，那么夹头夹持的根系长度为10cm，设定的夹头与控件之间长度为5cm,则需要根系长度为5cm+10cm+5cm=20cm,依次类推:埋深为8cm的根系长需要为23cm,埋深为IOcm的根系长则为25cm,埋深为12cm的根系长则为27cm,埋深为15cm的根系长则为30cm，处理好的根系以备用。
[0021]其中，所述S9用击实器分5层将土壤击实；其中，下一层土壤装入前，要对下一层的锤击面进行凿毛，以达到土壤较好的结合。
[0022]其中，所述S9中根系的布置方法包括布置在立方形样器中布设I根?3根根系，根系与水平的夹角为30-90°。
[0023]其中，所述SlO根系拉拔试验采用的实验装置包括长为20cm、宽为20cm、高20cm的六面立方形容器，顶面可活动，顶面上有放置根系的长方形缝隙。
[0024]本发明的有益效果在于:
[0025]通过人工操控土壤含水量、干密度，避免了测量地点和取样地点太远导致的结果不准确；同样的方法可拟合不同含水量、土壤干密度条件，确定根土复合体的相互关系；
[0026]通过实验比较，确定的布设根系的方式更加接近真实生长情况，测量结果更准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为方形样器立体图；
[0028]图2为布设根系之后，拉拔实验前的试件装置图；
[0029]图3为布设根系的示意图；
[0030]图4为击实器。
[0031]图中，I为方形试件盒,2为顶盖,201为缝隙,202为螺栓,3为夹头,4为根系,5为土壤，6为击实器，7为钢锤，8为钢管。
【具体实施方式】
[0032]现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。[0033]实施例1:
[0034]S1、在林地，用半挖法，将挖出的根系(50-60cm长)，按不同的根直径简单的分级，放入自封袋中，密封以保持根系含水量，并保存在保温箱中；并将根周围的土壤装袋，运回实验室。
[0035]S2、野外取样时，用环刀法，取回原状土以便测定土壤干密度；同时，用铝盒取土样以便测定土壤含水量。各个指标重复5次。
[0036]S3、将运回实验室的根系保存在4°C中，将土壤平铺风干，同时将带有土壤的环刀、铝盒采用中华人民共和国林业行业标准(LY/T1213-1999 ;LY/T1224_1999)测定土壤干密
度、土壤含水量。
[0037]S4、挑去根系、石块，将风干的土壤过2mm 土壤筛备用。
[0038]S5、称取适量的过筛风干土，平铺在干燥的直径Im塑料盆中，依据野外土壤含水量，计算所需的水量。
[0039]S6、将计算的加水量装入喷雾设备，然后，往平铺的过筛风干土喷洒，并充分搅拌均匀。然后，将土壤装入干燥塑料桶中，桶口涂上凡士林密封。静置6-8小时备用。
[0040]S7、将野外采集的根系，测定根的直径，使用游标卡尺测量根系上、中、下三个部位直径取平均值；按照不同的直径分类，在水龙头下，用软毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，将洗净的根系剪断，其长度依据埋深而定，例如:埋深5cm，那么夹头夹持的根系长度为10cm，设定的夹头与控件之间长度为5cm,则需要根系长度为5cm+10cm+5cm=20cm,依次类推:埋深为8cm的根系长需要为23cm,埋深为IOcm的根系长则为25cm,埋深为12cm的根系长则为27cm,埋深为15cm的根系长则为30cm,处理好的根系以备用。
[0041]S8、将S6制备的土样装入长为20cm、宽为20cm、高20cm的立方形样器(见图3,图
3中有一侧没有钢板。使用的时候四壁均设钢板)中，装入的土量依据立方形样器体积以及土壤干密度计算所得，用击实器(见图4)分5层将土壤击实；其中，下一层土壤装入前，要对下一层的锤击面进行凿毛，以达到土壤较好的结合。
[0042]S9、布设根系于第3层土壤装入之前，根据实验的不同设计，布设于立方形样器中，而后依次装入第4、第5层土壤。分别采用图3a的垂直(即根系与水平夹角90° )布设；图3b根系与水平夹角60°布设、图3c根系与水平夹角45°布设、图3d根系与水平夹角30°布设。实验结果表明，随着夹角的减小，与土壤摩擦力越大。而自然界中的根系生长在土壤中，分布形式不一，应当将不同的布设方式进行组合，测定的结果更接近真值。
[0043]S10、将S9制备好的试样，置于北京林业大学植被力学实验室自值的根系拉拔试验机(如图2)进行试验，同时按实验要求设定不同的参数，进行测定。I)加载横梁移动速度V=0.01-5mm/s (IkHz) ; 2)定位精度0.05，重复定位精度0.03; 3)最大推力10kN(lkHz/48VDC/4N.m)。此试验机通过向上推动横梁对根系提供拔出荷载，横梁上装有可平行滑动的用于夹根的夹头。参见图2，拉拔力量的方向为垂直向上(图2中的箭头):夹头3与试验机结合，利用电机向上运动带来的力，拔出根系并计算摩擦力。盛装根土的方形试件盒I是边长200mm的立方钢盒，其顶盖2为可装卸活动面，四角的四个螺栓202为圆环形状，在装或卸顶盖的时候用手抒该螺栓。顶盖2的中央部位有一长42mm、宽IOmm缝隙201用于放根。与此试件盒配套有击实器6，包括用于击实土体的4kg钢锤7，装在击实器6上，套在钢管8内。钢管8焊接在钢板上。击实的时候侧壁封上钢板，击实器6垂直向下击实土体。
[0044]以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种根土复合体摩擦试验的样品前处理方法，其特征在于，包括步骤: 51、在野外的林地，用半挖法，将挖出的根系，按不同的根直径简单的分级，放入自封袋中密封；并将根周围的土壤装袋； 52、野外取样时，同时用环刀法，取回原状土以便测定土壤干密度；用铝盒取土样以便测定土壤含水量； 53、将取回的根系保存在4°C中，将装袋的土壤平铺风干测定土壤干密度、土壤含水量; 54、挑去根系、石块，将风干的土壤过2_土壤筛备用； 55、过筛的风干土壤平铺，依据野外土壤含水量，计算所需的水量； 56、将计算的加水量装入喷雾设备，往平铺的过筛风干土喷洒，并充分搅拌均匀，然后，将土壤装入干燥塑料桶中密封，桶口涂上凡士林密封静置6-8小时备用； 57、将野外采集的根系，测定根的直径，使用游标卡尺测量根系上、中、下三个部位直径取平均值；按照不同的直径分类，在水龙头下，用软毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，将洗净的根系剪断备用； 58、将S6制备的土样装入长为20cm、宽为20cm、高20cm的立方形容器中，装入的土量依据立方形样器体积以及土壤干密度计算所得； 59、布设根系于第3层土壤装入之前，布设于立方形样器中，而后依次装入第4、第5层土壤； S10、将S9制备好的试样,置于北京林业大学植被力学实验室自主研发的根系拉拔试验机进行试验，同时按实验要求设定不同的参数，测定根土复合体摩擦力学参数。
2.如权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，野外取样时，用环刀法，取回原状土以便测定土壤干密度；同时，用铝盒取土样以便测定土壤含水量。
3.如权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，野外取样时，挖出的根系为50-60cm长，装在塑料袋中密封，保存温度为3-5°C。
4.如权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，所述S7剪断根系的长度依据埋深而定，所述埋深为5-15cm，剪断根系的长度为20-30cm。
5.如权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，所述S9中分5层将土壤击实，击实的力量为4-6kg。
6.如权利要求6所述的样品前处理方法，其特征在于，所述S9中分5层将土壤击实其中，下一层土壤装入前，要对下一层的锤击面进行凿毛。
7.如权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，所述S9中根系的布置方法为布置在立方形样器中布设1-3根根系，根系与水平的夹角为30-90°。
8.如权利要求1-4任一所述的样品前处理方法，其特征在于，所述SlO根系拉拔试验采用的实验装置包括长为20cm、宽为20cm、高20cm的六面立方形容器,顶面可活动,顶面上有放置根系的长方形缝隙。
【文档编号】G01N1/28GK103852356SQ201410022867
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】余新晓, 涂志华, 陈丽华, 贾国栋, 赵阳, 郑力文, 吴海龙, 孙丰宾, 王贺年, 邓文平, 贾剑波, 孙佳美, 梁鸿儒 申请人:北京林业大学