[发明专利]一种野外深层土壤取样装置及方法

说明书

本发明提供一种野外深层土壤取样装置及方法：包括基架、定位套筒、重力沉降杆、钻头、吊绳及设置于基架上的吊绳架；释放吊绳，钻头在重力作用下下落，在下落过程中重力沉降杆与吊绳穿过定位套筒，钻头沿自土壤表层向下取样形成的路径下落，钻头下落过程结束后，提拉吊绳，使钻头上升至土壤表层之上，完成一次深度土壤的取样；本发明缩短取样时间消耗，装置易于人力搬运和组装，降低了采样成本。本发明特别适宜于野外生态学研究获取深层土样。

技术领域

本发明涉及野外深层土壤的取样，属于土壤学、生态学研究领域，具体涉及可以便携、高效地完成野外深层土壤取样的装置及方法。

背景技术

深层地下生态学是植被恢复、生态保护研究的重要方向，野外深层土壤样品的获取成为土壤和生态研究科技工作者主要的工作内容之一。研究区域从平地、农地，扩展到坡地、山地、甚至没有道路通达的林地、灌丛、草地。如何获取深层土样成为一大难题。

已有多种野外深层取样(打孔)的技术方案。例如，(1)地质勘探钻机，能够穿透岩层，但是机械设备体积庞大，移动运输成本高、人员费用高、维护成本高。(2)机械取样设备，一种深层土壤取样器(专利号：CN103424280A)公布了一种通过多级液压缸驱动取样杆的取样设备，通过机械力获取深层土样，但是多级液压缸本身重量大，移动需要依靠吊装设备或多个劳力完成。类似的借助机械力代替人工的方法，大部分存在移动困难、移动成本高的问题。(3)旋转式土钻法，这是目前生态学研究野外深层土壤取样的常用方法，常见于相关研究论文的方法描述中。该方法依靠人力旋转下压横杆、通过钻杆将扭力传导到钻头，依靠钻头的尖角切割土壤，并随着钻头的下压过程、将土壤带入钻头空腔中。该方法在获取2m以内土样时，比较轻便。但是2m以下、特别是10m以下，本身10m长的钻杆重量较大，又要依靠下压旋转将扭力通过10m的长度传递，扭力损失严重。也就是说要切割10m以下土层的土壤，地面上需要付出十几倍的旋转力。实践中，此方法钻取10m以下土样时，需要加长横杆，1人坐在横杆上，两边各2人推动横杆、转动钻头。调查发现，按20cm一层、分层获取10m深土样需要2-3天时间，获取15m-20m深土样则需要5-6天时间。因此，该方法获取10m以下土样，非常费时费力。(4)挖掘法，采用挖壕沟的方法，斜坡式下降，土方量非常大，而且10m以下的深度需要防护、以防坍塌危险。

实践中，生态学、土壤学等研究需要多个重复取样，导致取样费用不能太高；野外取样环境的特点是地形复杂、植被类型多样，导致机械移动不方便，甚至是机械无法到达取样点，只能依靠人力进行。另外，科学研究本身具有周期性，取样时间不能拖得太长。因此，生态学、土壤学等研究所需的野外深层土壤取样方案，首先要求能够实现10m以下土样的获取，同时必须满足低成本、取样装置靠少量人力能够搬运、取样效率高的要求。目前还没有便携、快捷、性价比高的取土样的技术方案报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生态学、土壤学等研究中深层土壤取样的问题，提供一种野外深层土壤取样装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种野外深层土壤取样装置，该取样装置包括基架、定位套筒、重力沉降杆、钻头、吊绳及设置于基架上的吊绳架，所述定位套筒包括沿铅锤方向设置于基架上的导管，吊绳架上设置有位于导管上方的滑轮，吊绳设置于滑轮上，重力沉降杆的一端与吊绳相连，另一端与钻头相连，钻头、重力沉降杆和吊绳可沿导管的上下端面贯穿导管。

所述基架包括架腿、连接杆以及基座板，连接杆分层连接于相对设置的两个架腿之间，基座板设置于架腿底部；所述吊绳架由两个三角形支架通过连接杆拼接而成；所述定位套筒还包括与基架相连的横杆，所述导管与横杆相连。

所述重力沉降杆包括若干节杆体单元(例如实心钢管)，多个杆体单元通过丝扣依次相连。

所述吊绳包括不可被拉长的抗拉线芯(例如钢丝)以及设置在抗拉线芯外侧的保护皮层(例如尼龙)。