本發(fā)明涉及土壤樣品采集，具體而言，涉及一種用于草原生態(tài)修復的土壤樣品采集裝置及采集方法。

背景技術：

1、由于自然及人為等因素的作用，近幾十年來區(qū)內濕地出現(xiàn)不同程度退化。過度放牧，水土流失，土壤裸露引起的草原沙化，草原鼠、蟲、有毒雜草危害等草原退化問題影響周邊草地，并形成循環(huán)效應，可能會導致草原二次退化，對草原形成較大破壞作用的災害：首先導致優(yōu)質草場迅速減少；其次，冬季黑土灘的浮土被風吹走，會影響整個草場的土壤和牧民生活；直接致牛羊沒有牧草進食，牧民無法放牧。因此，選擇主要的濕地退化綜合治理與草原退化綜合治理類型研究對象對山水工程生態(tài)修復具有重大參考意義和科學指南。

2、為了比較生態(tài)修復前后的變化，需要選擇一個與修復區(qū)域相似但未修復樣地參照生態(tài)系統(tǒng)，作為生態(tài)修復的基準和對照。為了對生態(tài)修復區(qū)域和參照生態(tài)系統(tǒng)進行調查和監(jiān)測，需要在兩者之間設置一定數量和規(guī)模的樣地和樣方，以獲取各種生態(tài)指標的數據。根據不同的生態(tài)類型和調查目的，采用了觀察、測量、計數、取樣等方法，對樣地和樣方內的水文、土壤、植被、生物量等指標進行了調查和采樣。主要是地上生物量和地下生物量的調查，地上生物量的調查可以采用收獲法，而地下生物量的調查多采用土鉆法，以及通過環(huán)刀法采集土壤原狀土以測量土壤的含水率、孔隙度、容重和土壤有機碳儲量等。在對地下土壤采樣用于檢測時，效率低下，尤其是環(huán)刀法采樣，需要將環(huán)刀垂直對準地表，使用環(huán)刀柄對準環(huán)刀，然后用榔頭敲至環(huán)刀柄貼近地表；拿開環(huán)刀柄，用小鏟子挖出環(huán)刀，使用土刀削去多余泥土；采用環(huán)刀法對同一取樣地不同深度進行取樣時，需要更大的挖掘量，不僅耗時耗力，而且效率低下。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于草原生態(tài)修復的土壤樣品采集裝置及采集方法，其解決了在對地下土壤樣品采樣時，不僅耗時耗力，而且效率低下等問題。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：一種用于草原生態(tài)修復的土壤樣品采集裝置,包括鉆架、扶正座、鉆管、取樣座管和驅動件，所述扶正座可豎向滑動的設置在所述鉆架上，所述扶正座轉動套設在所述鉆管上，所述驅動件設置在所述鉆架上，所述驅動件用于驅動所述鉆管轉動；所述鉆管內同軸轉動設置有所述取樣座管；

3、所述鉆管包括內管、外管、刨土件和取樣鉆頭，所述鉆管上環(huán)繞設置有若干刨土件，所述取樣鉆頭設置在所述鉆管下端，所述外管同軸套設在所述內管上；

4、所述刨土件包括刨爪、導桿和滑套，所述內管上設置有內槽孔，所述外管上設置有與所述內槽孔對應的外槽孔，所述導桿一端與所述內槽孔鉸接，所述導桿另一端與所述刨爪連接，所述滑套滑動套設在所述導桿上，所述滑套與所述外槽孔鉸接。

5、所述導桿靠近所述內槽孔一端轉動設置有連接頭，所述連接頭與所述內槽孔鉸接；

6、所述導桿上傾斜設置有導槽，所述滑套上設置有導向滑鍵，所述導向滑鍵下端置于所述導槽內。

7、所述取樣鉆頭與所述鉆管之間環(huán)形陣列設置有若干通孔，所述通孔內設置有切割刀，所述切割刀上開設有長槽孔，所述切割刀一端與所述外管下端鉸接，所述內管下端設置有導向銷，所述導向銷滑動置于所述長槽孔內。

8、所述外管上環(huán)形陣列設置有若干限位槽孔，所述內管外壁上環(huán)形陣列設置有若干限位桿，若干所述限位桿滑動置于所述限位槽孔內。

9、所述扶正座包括扶正環(huán)和滑塊，所述扶正環(huán)的外壁上環(huán)形陣列設置有若干所述滑塊；所述鉆架上豎向設置有若干滑槽，若干所述滑塊分別滑動置于若干所述滑槽內；

10、所述扶正環(huán)內壁上設置有環(huán)狀的主導軌，所述外管的外壁上環(huán)形陣列設置有若干第一滾輪，若干所述第一滾輪滾動置于所述主導軌上。

11、所述扶正座還包括上夾環(huán)、下夾環(huán)和若干調節(jié)桿，所述上夾環(huán)和下夾環(huán)對稱設置在所述扶正環(huán)的上下兩側，若干所述調節(jié)桿均豎向轉動的設置在所述扶正環(huán)上，所述調節(jié)桿的上下兩端分別設置有第一螺紋和第二螺紋，所述第一螺紋與所述上夾環(huán)螺紋連接，所述第二螺紋與所述下夾環(huán)螺紋配合，所述第一螺紋與所述第二螺紋的螺紋方向相反；

12、所述上夾環(huán)靠近所述外管一側的底部環(huán)繞設置有波浪狀的上導軌，所述下夾環(huán)靠近所述外管一側的頂部環(huán)繞設置有波浪狀的下導軌，所述上導軌與所述下導軌之間形成有環(huán)狀的波浪導槽；

13、所述第一滾輪和所述外管之間同軸設置有第二滾輪，所述第二滾輪滾動置于所述波浪導槽內。

14、還包括定位銷，所述滑槽內豎向間隔設置有若干第一銷孔，所述滑塊上設置有第二銷孔，當所述定位銷同時穿過所述第一銷孔和第二銷孔后，所述扶正座與所述鉆架固定。

15、所述驅動件包括驅動把手、軸管、驅動桿、連接套和減速器，所述軸管豎向設置在所述鉆架上，所述軸管與所述鉆架轉動連接，所述驅動把手套設在所述軸管上，所述驅動桿滑動穿設出所述軸管，所述驅動桿上套設有驅動套，所述驅動套與所述驅動桿滑鍵連接，所述軸管通過減速器與所述驅動套傳動連接；

16、所述驅動桿下端連接有所述連接套，所述內管上端置于所述連接套內并與所述連接套花鍵連接；

17、所述減速器包括太陽輪、行星架、行星輪和齒圈，所述太陽輪套設在所述軸管下端，所述行星架套設在所述驅動套上，所述行星架上環(huán)形陣列的設置有若干所述行星輪，所述齒圈設置在所述鉆架上，所述行星輪同時與所述齒圈和太陽輪嚙合；

18、所述鉆架上還設置有限位座，所述限位座套設在所述驅動套上，所述驅動套與所述限位座間隙配合，所述驅動套上還套設有第一頂推軸承，所述第一頂推軸承的上下兩端分別與所述行星架和限位座抵接；

19、所述驅動桿上端設置有負重塊。

20、所述取樣座管的下端設置有限位環(huán)，所述限位環(huán)的內徑小于所述取樣座管的內徑；

21、所述取樣座管內腔堆疊有交錯分布的取樣環(huán)和補償管，所述取樣座管上端螺紋連接有封蓋，所述封蓋上螺紋配合的設置有限位螺桿，所述限位螺桿下端轉動連接有限位板，所述限位板滑動置于所述取樣座管內；

22、所述限位螺桿上端通過第二頂推軸承與所述連接套抵接。

23、一種用于草原生態(tài)修復的土壤樣品采集方法，采用一種用于草原生態(tài)修復的土壤樣品采集裝置，包括以下步驟：

24、s1、在待生態(tài)修復區(qū)域選擇多個具有典型性與代表性的取樣地，在取樣地內沿圓心0°，120°，240°方向選擇3個小樣方，三個小樣方距圓心處不低于40米；

25、s2、記錄樣地和樣方的位置、時間、天氣等信息，以及采用的取樣方法、工具、儀器參數；記錄小樣方內的坡度、治理方式和土壤類型；

26、s3、采用收獲法獲取樣方內地面以上的所有植物以及凋落物；

27、s4、將所述鉆架設置在樣方內，按0-20cm、20-40cm、40-100cm三個深度層次將所述取樣環(huán)設置在所述取樣座管內，相鄰所述取樣環(huán)之間的距離通過設置不同長度的所述補償管來實現(xiàn)；

28、正向轉動所述驅動把手，通過所述減速器帶動所述驅動桿轉動，所述驅動桿通過所述連接套傳動作用于所述鉆管，在所述負重塊的下壓以及所述鉆管自轉的情況下，所述鉆管攜帶所述取樣座管向下鉆進，直到達到目標深度；

29、使所述定位銷同時穿過所述第一銷孔和第二銷孔，隨后反向轉動所述驅動把手，所述內管和所述外管相對轉動，所述刨爪隨著所述鉆管自轉的同時慢慢向外側展開，將所述鉆管所處的土壤側壁刨松，同時所述切割刀向內側展開，所述切割刀隨著所述鉆管轉動時切割進入所述取樣座管內的土壤與下方的原位土壤，使二者分離；

30、待土壤側壁刨松后，驅動所述調節(jié)桿轉動，進而使所述上夾環(huán)與所述下夾環(huán)相向移動，繼續(xù)反向轉動所述驅動把手，進而鉆管在自轉的同時帶動所述刨爪上下移動，進一步刨松土壤，隨后將所述定位銷與所述第一銷孔和第二銷孔內抽出，將所述鉆管拔出，取出多個所述取樣環(huán)內的樣本；

31、隨后將取樣處的鉆洞進行回填；

32、s5、從每個樣方中取出的土壤樣本，每個深度層次取3次，然后將同一層次的土壤樣本混合，用水沖洗干凈，分離出植物根系；

33、s6、重復步驟s4，從每個樣方中取出的土壤樣本，每個深度層次取3次，測量土壤物理性質，如土壤含水率、孔隙度和容重參數；

34、s7、采集散土，計算土壤有機碳儲量。

35、本發(fā)明的技術方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

36、1.?內管在外管內轉動來展開刨爪時，滑套在導桿上滑動，待刨爪離開外槽孔后，導向滑鍵開始進入到導槽內，隨著滑套進一步向連接頭一側移動，導向滑鍵驅動導桿在滑套內轉動一定角度，進而使刨爪在進一步向外展開時在一定范圍內自轉，通常轉動度左右，使刨爪呈傾斜狀態(tài)，進而擴大刨爪的刨土范圍。通過控制刨爪展開，隨著鉆管轉動可以擴大取樣孔洞，便于鉆管在向下鉆進和取出，尤其是在取出時，不僅可以減少土壤對鉆管的摩擦力，同時當鉆管拔出后，被刨松的土壤也能初步對孔洞進行回填，不僅提高了采樣的效率，還方便了對采樣處的回填，整體采樣工作大幅提高。

37、2.?在內管相對于外管轉動時，導向銷相對于切割刀與內管的鉸接處的距離產生變化，進而導向銷在長槽孔內滑動，同時驅動切割刀向內側展開，隨著鉆管整體自轉時，切割刀對內部的土壤樣品進行切割，使土壤樣品與下方的原位土壤進行分離，便于樣品取出，同時展開的切割刀，也可以對鉆管內部采取好的土壤樣品進行限位，進而在取出鉆管時，土壤樣品不易從取樣座管內脫離。

38、3.當鉆管在鉆進或者拔出鉆洞比較困難時，先將定位銷插入當前高度的第一銷孔內，同時插入到第二銷孔中，使扶正環(huán)與鉆架固定，隨后轉動若干調節(jié)桿，使上夾環(huán)和下夾環(huán)相向移動，進而使上導軌和下導軌相互靠攏，直到下導軌的最低點與主導軌齊平或者略高于，但是上導軌與下導軌不能同時與第二滾輪抵接，再次驅動鉆管轉動，第二滾輪在上導軌和下導軌之間構成的波浪導軌之間移動，進而鉆桿豎向往復運動，下導軌主要用于第二滾輪的抬升，而上導軌主要用于第二滾輪的下降，以此減小鉆桿與土壤之間的摩擦，同時配合展開的刨爪，可以將鉆洞的側壁刨松，進一步減小鉆洞與鉆管之間的摩擦，方便鉆管的鉆進或者拔出，同時將鉆洞擴大并刨松后，在拔出鉆管后，刨松的土壤會堆積在洞低，實現(xiàn)初步回填，再簡單填埋一下即可完成鉆洞的回填，避免鉆洞對過往行人或動物造成傷害。