根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法，包括步驟：用半挖法挖出的根系，并將根周圍的土壤裝袋；用環(huán)刀法，取回原狀土測(cè)定土壤干密度；用鋁盒取土樣測(cè)定土壤含水量；將取回的根系保存在4℃中；依據(jù)野外土壤含水量，計(jì)算所需的水量，往土樣上噴灑然后密封；測(cè)定根的直徑，布設(shè)根系于第3層土壤裝入之前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同設(shè)計(jì)，布設(shè)于邊長(zhǎng)為20cm立方形樣器中，而后裝入土壤。用根系拉拔試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明提出的方法，通過人工操控土壤含水量、干密度，避免了測(cè)量地點(diǎn)和取樣地點(diǎn)太遠(yuǎn)導(dǎo)致的結(jié)果不準(zhǔn)確；同樣的方法可擬合不同含水量、土壤干密度條件，確定根土復(fù)合體的相互關(guān)系；布設(shè)根系的方式更加接近真實(shí)生長(zhǎng)情況，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。
【專利說明】根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于樹木根系測(cè)量的領(lǐng)域，具體涉及一種根系樣品的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]植被在自然界中具有重要的生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，調(diào)節(jié)小氣候，植物固碳，保持水土、保護(hù)生物多樣性等各項(xiàng)功能。尤其從水土保持角度出發(fā)，針對(duì)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來越受到重視。在一些坡地上，采取植被固坡措施，已在各種工程開發(fā)中常見，植物固坡主要是靠著發(fā)達(dá)的根系錨固土壤，交錯(cuò)縱橫的根系構(gòu)成了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，分布于坡面巖土體中，林木根系既往縱向生長(zhǎng)，也往橫向生長(zhǎng)，起到了錨固土壤、加筋的作用，提高了土壤摩擦性能，有利于穩(wěn)定坡面，需要掌握植物根系固著土壤的能力的各項(xiàng)參數(shù)。不同的植物根系固著土壤的特性存在較大的差別，根土復(fù)合體的摩擦性能不一。在野外直接測(cè)定根系與土壤之間的摩擦性能存在較大的困難，因而，室內(nèi)試驗(yàn)成為了了解植物根土摩擦能力的主要手段，
[0003]現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)中，取樣地點(diǎn)通常選自野外或森林，測(cè)定根土復(fù)合體的摩擦性能的前期處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且土壤樣品的風(fēng)干再模擬野外實(shí)地土壤，根系的清洗，剪切等過程處理不當(dāng)，造成了檢測(cè)結(jié)果失真的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:
[0006]一種根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法，包括步驟:
[0007]S1、在林地，用半挖法，將挖出的根系，按不同的根直徑簡(jiǎn)單的分級(jí)，密封以保持根系含水量，并將根周圍的土壤裝袋；
[0008]S2、野外取樣時(shí)，同時(shí)用環(huán)刀法，取回原狀土以便測(cè)定土壤干密度；用鋁盒取土樣以便測(cè)定土壤含水量。各個(gè)指標(biāo)重復(fù)4-6次。
[0009]S3、將取回的根系保存在4°C中，將裝袋的土壤平鋪風(fēng)干，同時(shí)將帶有土壤的環(huán)刀、鋁盒內(nèi)土壤測(cè)定土壤干密度、土壤含水量；
[0010]S4、挑去根系、石塊，將風(fēng)干的土壤過2mm 土壤篩備用。
[0011]S5、過篩的風(fēng)干土壤，平鋪，依據(jù)野外土壤含水量，計(jì)算所需的水量；
[0012]S6、將計(jì)算的加水量裝土噴霧設(shè)備(見圖2)，然后，往平鋪的過篩風(fēng)干土噴灑，并充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｈ缓?，將土壤裝入干燥塑料桶中密封，桶口涂上凡士林密封。靜置6-8小時(shí)備用。
[0013]S7、將野外采集的根系，測(cè)定根的直徑，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量根系上、中、下三個(gè)部位直徑取平均值；按照不同的直徑分類，在水龍頭下，用軟毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，將洗凈的根系剪斷備用。[0014]S8、將S6制備的土樣裝入長(zhǎng)為20cm、寬為20cm、高20cm的立方形樣器(見圖3)中，裝入的土量依據(jù)立方形樣器體積以及土壤干密度計(jì)算所得。例如:干密度為1.0g/cm3，那么裝入的土量為 1.0g/cm3X8000cm3=8000g。
[0015]S9、布設(shè)根系于第3層土壤裝入之前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同設(shè)計(jì)，布設(shè)于立方形樣器中，而后依次裝入第4、第5層土壤。
[0016]S10、將S9制備好的試樣,置于北京林業(yè)大學(xué)植被力學(xué)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的根系拉拔試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定不同的參數(shù)，測(cè)定根土復(fù)合體摩擦力的大小。
[0017]其中，野外取樣時(shí)，用環(huán)刀法，取回原狀土以便測(cè)定土壤干密度；同時(shí)，用鋁盒取土樣以便測(cè)定土壤含水量。各個(gè)指標(biāo)重復(fù)5次。
[0018]其中，野外取樣時(shí)，挖出的根系為50-60cm長(zhǎng)，裝在塑料袋中密封，保存溫度為
4。。。
[0019]其中，所述S7剪斷根系的長(zhǎng)度依據(jù)埋深而定，所述埋深為5-15cm，剪斷根系的長(zhǎng)度為 20_30cm
[0020]例如:埋深5cm，那么夾頭夾持的根系長(zhǎng)度為10cm，設(shè)定的夾頭與控件之間長(zhǎng)度為5cm,則需要根系長(zhǎng)度為5cm+10cm+5cm=20cm,依次類推:埋深為8cm的根系長(zhǎng)需要為23cm,埋深為IOcm的根系長(zhǎng)則為25cm,埋深為12cm的根系長(zhǎng)則為27cm,埋深為15cm的根系長(zhǎng)則為30cm，處理好的根系以備用。
[0021]其中，所述S9用擊實(shí)器分5層將土壤擊實(shí)；其中，下一層土壤裝入前，要對(duì)下一層的錘擊面進(jìn)行鑿毛，以達(dá)到土壤較好的結(jié)合。
[0022]其中，所述S9中根系的布置方法包括布置在立方形樣器中布設(shè)I根?3根根系，根系與水平的夾角為30-90°。
[0023]其中，所述SlO根系拉拔試驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)裝置包括長(zhǎng)為20cm、寬為20cm、高20cm的六面立方形容器，頂面可活動(dòng)，頂面上有放置根系的長(zhǎng)方形縫隙。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]通過人工操控土壤含水量、干密度，避免了測(cè)量地點(diǎn)和取樣地點(diǎn)太遠(yuǎn)導(dǎo)致的結(jié)果不準(zhǔn)確；同樣的方法可擬合不同含水量、土壤干密度條件，確定根土復(fù)合體的相互關(guān)系；
[0026]通過實(shí)驗(yàn)比較，確定的布設(shè)根系的方式更加接近真實(shí)生長(zhǎng)情況，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為方形樣器立體圖；
[0028]圖2為布設(shè)根系之后，拉拔實(shí)驗(yàn)前的試件裝置圖；
[0029]圖3為布設(shè)根系的示意圖；
[0030]圖4為擊實(shí)器。
[0031]圖中，I為方形試件盒,2為頂蓋,201為縫隙,202為螺栓,3為夾頭,4為根系,5為土壤，6為擊實(shí)器，7為鋼錘，8為鋼管。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)以以下實(shí)施例來說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中使用的手段，如無特別說明，均使用本領(lǐng)域常規(guī)的手段。[0033]實(shí)施例1:
[0034]S1、在林地，用半挖法，將挖出的根系(50-60cm長(zhǎng))，按不同的根直徑簡(jiǎn)單的分級(jí)，放入自封袋中，密封以保持根系含水量，并保存在保溫箱中；并將根周圍的土壤裝袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。
[0035]S2、野外取樣時(shí)，用環(huán)刀法，取回原狀土以便測(cè)定土壤干密度；同時(shí)，用鋁盒取土樣以便測(cè)定土壤含水量。各個(gè)指標(biāo)重復(fù)5次。
[0036]S3、將運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室的根系保存在4°C中，將土壤平鋪風(fēng)干，同時(shí)將帶有土壤的環(huán)刀、鋁盒采用中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T1213-1999 ;LY/T1224_1999)測(cè)定土壤干密
度、土壤含水量。
[0037]S4、挑去根系、石塊，將風(fēng)干的土壤過2mm 土壤篩備用。
[0038]S5、稱取適量的過篩風(fēng)干土，平鋪在干燥的直徑Im塑料盆中，依據(jù)野外土壤含水量，計(jì)算所需的水量。
[0039]S6、將計(jì)算的加水量裝入噴霧設(shè)備，然后，往平鋪的過篩風(fēng)干土噴灑，并充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后，將土壤裝入干燥塑料桶中，桶口涂上凡士林密封。靜置6-8小時(shí)備用。
[0040]S7、將野外采集的根系，測(cè)定根的直徑，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量根系上、中、下三個(gè)部位直徑取平均值；按照不同的直徑分類，在水龍頭下，用軟毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，將洗凈的根系剪斷，其長(zhǎng)度依據(jù)埋深而定，例如:埋深5cm，那么夾頭夾持的根系長(zhǎng)度為10cm，設(shè)定的夾頭與控件之間長(zhǎng)度為5cm,則需要根系長(zhǎng)度為5cm+10cm+5cm=20cm,依次類推:埋深為8cm的根系長(zhǎng)需要為23cm,埋深為IOcm的根系長(zhǎng)則為25cm,埋深為12cm的根系長(zhǎng)則為27cm,埋深為15cm的根系長(zhǎng)則為30cm,處理好的根系以備用。
[0041]S8、將S6制備的土樣裝入長(zhǎng)為20cm、寬為20cm、高20cm的立方形樣器(見圖3,圖
3中有一側(cè)沒有鋼板。使用的時(shí)候四壁均設(shè)鋼板)中，裝入的土量依據(jù)立方形樣器體積以及土壤干密度計(jì)算所得，用擊實(shí)器(見圖4)分5層將土壤擊實(shí)；其中，下一層土壤裝入前，要對(duì)下一層的錘擊面進(jìn)行鑿毛，以達(dá)到土壤較好的結(jié)合。
[0042]S9、布設(shè)根系于第3層土壤裝入之前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同設(shè)計(jì)，布設(shè)于立方形樣器中，而后依次裝入第4、第5層土壤。分別采用圖3a的垂直(即根系與水平夾角90° )布設(shè)；圖3b根系與水平夾角60°布設(shè)、圖3c根系與水平夾角45°布設(shè)、圖3d根系與水平夾角30°布設(shè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著夾角的減小，與土壤摩擦力越大。而自然界中的根系生長(zhǎng)在土壤中，分布形式不一，應(yīng)當(dāng)將不同的布設(shè)方式進(jìn)行組合，測(cè)定的結(jié)果更接近真值。
[0043]S10、將S9制備好的試樣，置于北京林業(yè)大學(xué)植被力學(xué)實(shí)驗(yàn)室自值的根系拉拔試驗(yàn)機(jī)(如圖2)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定不同的參數(shù)，進(jìn)行測(cè)定。I)加載橫梁移動(dòng)速度V=0.01-5mm/s (IkHz) ; 2)定位精度0.05，重復(fù)定位精度0.03; 3)最大推力10kN(lkHz/48VDC/4N.m)。此試驗(yàn)機(jī)通過向上推動(dòng)橫梁對(duì)根系提供拔出荷載，橫梁上裝有可平行滑動(dòng)的用于夾根的夾頭。參見圖2，拉拔力量的方向?yàn)榇怪毕蛏?圖2中的箭頭):夾頭3與試驗(yàn)機(jī)結(jié)合，利用電機(jī)向上運(yùn)動(dòng)帶來的力，拔出根系并計(jì)算摩擦力。盛裝根土的方形試件盒I是邊長(zhǎng)200mm的立方鋼盒，其頂蓋2為可裝卸活動(dòng)面，四角的四個(gè)螺栓202為圓環(huán)形狀，在裝或卸頂蓋的時(shí)候用手抒該螺栓。頂蓋2的中央部位有一長(zhǎng)42mm、寬IOmm縫隙201用于放根。與此試件盒配套有擊實(shí)器6，包括用于擊實(shí)土體的4kg鋼錘7，裝在擊實(shí)器6上，套在鋼管8內(nèi)。鋼管8焊接在鋼板上。擊實(shí)的時(shí)候側(cè)壁封上鋼板，擊實(shí)器6垂直向下?lián)魧?shí)土體。
[0044]以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種根土復(fù)合體摩擦試驗(yàn)的樣品前處理方法，其特征在于，包括步驟: 51、在野外的林地，用半挖法，將挖出的根系，按不同的根直徑簡(jiǎn)單的分級(jí)，放入自封袋中密封；并將根周圍的土壤裝袋； 52、野外取樣時(shí)，同時(shí)用環(huán)刀法，取回原狀土以便測(cè)定土壤干密度；用鋁盒取土樣以便測(cè)定土壤含水量； 53、將取回的根系保存在4°C中，將裝袋的土壤平鋪風(fēng)干測(cè)定土壤干密度、土壤含水量; 54、挑去根系、石塊，將風(fēng)干的土壤過2_土壤篩備用； 55、過篩的風(fēng)干土壤平鋪，依據(jù)野外土壤含水量，計(jì)算所需的水量； 56、將計(jì)算的加水量裝入噴霧設(shè)備，往平鋪的過篩風(fēng)干土噴灑，并充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后，將土壤裝入干燥塑料桶中密封，桶口涂上凡士林密封靜置6-8小時(shí)備用； 57、將野外采集的根系，測(cè)定根的直徑，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量根系上、中、下三個(gè)部位直徑取平均值；按照不同的直徑分類，在水龍頭下，用軟毛刷，刷洗根表面的土壤；然后，將洗凈的根系剪斷備用； 58、將S6制備的土樣裝入長(zhǎng)為20cm、寬為20cm、高20cm的立方形容器中，裝入的土量依據(jù)立方形樣器體積以及土壤干密度計(jì)算所得； 59、布設(shè)根系于第3層土壤裝入之前，布設(shè)于立方形樣器中，而后依次裝入第4、第5層土壤； S10、將S9制備好的試樣,置于北京林業(yè)大學(xué)植被力學(xué)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的根系拉拔試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定不同的參數(shù)，測(cè)定根土復(fù)合體摩擦力學(xué)參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的樣品前處理方法，其特征在于，野外取樣時(shí)，用環(huán)刀法，取回原狀土以便測(cè)定土壤干密度；同時(shí)，用鋁盒取土樣以便測(cè)定土壤含水量。
3.如權(quán)利要求1所述的樣品前處理方法，其特征在于，野外取樣時(shí)，挖出的根系為50-60cm長(zhǎng)，裝在塑料袋中密封，保存溫度為3-5°C。
4.如權(quán)利要求1所述的樣品前處理方法，其特征在于，所述S7剪斷根系的長(zhǎng)度依據(jù)埋深而定，所述埋深為5-15cm，剪斷根系的長(zhǎng)度為20-30cm。
5.如權(quán)利要求1所述的樣品前處理方法，其特征在于，所述S9中分5層將土壤擊實(shí)，擊實(shí)的力量為4-6kg。
6.如權(quán)利要求6所述的樣品前處理方法，其特征在于，所述S9中分5層將土壤擊實(shí)其中，下一層土壤裝入前，要對(duì)下一層的錘擊面進(jìn)行鑿毛。
7.如權(quán)利要求1所述的樣品前處理方法，其特征在于，所述S9中根系的布置方法為布置在立方形樣器中布設(shè)1-3根根系，根系與水平的夾角為30-90°。
8.如權(quán)利要求1-4任一所述的樣品前處理方法，其特征在于，所述SlO根系拉拔試驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)裝置包括長(zhǎng)為20cm、寬為20cm、高20cm的六面立方形容器,頂面可活動(dòng),頂面上有放置根系的長(zhǎng)方形縫隙。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK103852356SQ201410022867
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】余新曉, 涂志華, 陳麗華, 賈國棟, 趙陽, 鄭力文, 吳海龍, 孫豐賓, 王賀年, 鄧文平, 賈劍波, 孫佳美, 梁鴻儒 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)