本發(fā)明涉及土壤孔隙探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，以及該方法使用的探測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

生物孔隙是土壤大孔隙的一種，主要是指在土壤環(huán)境中由根系和動(dòng)物所形成的大孔隙。其中由根系形成的生物孔隙主要包含腐根和活根系這兩個(gè)來(lái)源。生物孔隙呈管狀且直徑較大，有較好的連通性。土壤環(huán)境中的生物孔隙相互連接使得進(jìn)入土壤中的水和溶質(zhì)沿著孔隙通道優(yōu)先運(yùn)移至深層土壤。由腐根和動(dòng)物活動(dòng)遺留形成的生物孔隙還會(huì)為根系生長(zhǎng)提供空間。因此生長(zhǎng)于生物孔隙的根系會(huì)改變孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并影響孔隙環(huán)境，進(jìn)而影響生物孔隙的水力性質(zhì)。

對(duì)生物孔隙結(jié)構(gòu)的研究通常利用工業(yè)ct技術(shù)、空間模型、電子顯微鏡等技術(shù)進(jìn)行重建分析，實(shí)現(xiàn)土壤微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)量。如ct技術(shù)可以對(duì)土壤在受力過程中內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)損測(cè)量，再進(jìn)行定量分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤微觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)和研究。

但土壤環(huán)境復(fù)雜，探測(cè)儀器昂貴笨重，不便攜，導(dǎo)致利用現(xiàn)有技術(shù)很難在野外實(shí)現(xiàn)對(duì)生物孔隙內(nèi)部情況進(jìn)行準(zhǔn)確獲取。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，以及該方法使用的探測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中土壤孔隙結(jié)構(gòu)探測(cè)困難、不方便的缺陷。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，包括：

s1、挖掘帶豎直剖面的坑；

s2、在所述豎直剖面上確定待探測(cè)區(qū)域；

s3、篩選出所述區(qū)域內(nèi)待探測(cè)的生物孔隙；通過窺視單元獲取各生物孔隙的探測(cè)數(shù)據(jù)；記錄所述探測(cè)數(shù)據(jù)；依據(jù)所述探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所述生物孔隙進(jìn)行分類；

s4、在垂直所述豎直剖面的方向且與所述豎直剖面相隔設(shè)定距離的位置處重新制取豎直剖面；重復(fù)步驟s2～s3。

其中，所述確定待探測(cè)區(qū)域通過格網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，所述格網(wǎng)為方形，將所述格網(wǎng)緊貼所述豎直剖面放置并固定，所圍區(qū)域即所述待探測(cè)區(qū)域。

其中，所述篩選出待探測(cè)的生物孔隙通過篩選單元進(jìn)行篩選。

其中，所述篩選單元包括設(shè)定尺寸的正方形透明片材。

其中，所述設(shè)定尺寸為大于等于3.9mm。

其中，在進(jìn)行步驟s2之前，還對(duì)所述豎直剖面進(jìn)行清理。

其中，步驟s3中所述分類依據(jù)所述生物孔隙的孔壁性質(zhì)、孔內(nèi)根系及動(dòng)物情況。

其中，步驟s4中所述重新制取豎直剖面通過去除土壤的方式實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明還提供一種探測(cè)裝置，該探測(cè)裝置用于實(shí)現(xiàn)如上所述的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，所述探測(cè)裝置包括定位單元、篩選單元、窺視單元；

所述定位單元用于確定待探測(cè)區(qū)域；

所述篩選單元用于篩選出所述區(qū)域內(nèi)待探測(cè)的生物孔隙；

所述窺視單元用于獲取所述生物孔隙內(nèi)部的圖像和/或視頻信息。

其中，所述定位單元包括方形格網(wǎng)，所述格網(wǎng)包括硬質(zhì)邊框和細(xì)線，所述細(xì)線在所述硬質(zhì)邊框內(nèi)搭成多個(gè)方形子網(wǎng)格；

所述篩選單元包括設(shè)定尺寸的正方形透明片材；

所述窺視單元為工業(yè)內(nèi)窺鏡，所述工業(yè)內(nèi)窺鏡包括主機(jī)、手持式顯示操作機(jī)、探頭。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，以及該方法使用的探測(cè)裝置，通過利用簡(jiǎn)單易操作的定位裝置和篩選裝置，篩選出符合要求的生物孔隙，再通過窺視裝置觀察生物孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)孔隙分類，為了解該處土壤狀況提供幫助。本發(fā)明提供的方法和裝置，操作過程簡(jiǎn)單、成本低，且不會(huì)對(duì)土壤的生態(tài)環(huán)境造成影響，適用于多種土地狀況的探測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的格網(wǎng)示意圖；

圖中，1、邊框；2、探頭；3、子網(wǎng)格；4、生物孔隙；5、手持式顯示操作機(jī)；6、細(xì)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可視具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的格網(wǎng)示意圖。

如圖1-3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，包括：

s1、挖掘帶豎直剖面的坑。

具體地，選擇地勢(shì)較為平坦的林地作為研究點(diǎn)，用鐵鍬在待探測(cè)點(diǎn)先挖取一個(gè)深坑，然后將坑的某一面修整為面積足夠大的豎直剖面，如，修整出一個(gè)大小大于1m×1m的豎直剖面，方便后續(xù)操作。

進(jìn)一步地，在進(jìn)行下一步驟之前，還對(duì)豎直剖面進(jìn)行清理，方便探測(cè)。如利用平頭小鏟子對(duì)豎直剖面進(jìn)行平整，并利用剪刀對(duì)露出剖面之外的根系進(jìn)行修剪，最后利用工業(yè)真空吹(吸)土機(jī)對(duì)剖面殘留的松散土壤進(jìn)行清理，并利用小刷子對(duì)剖面上孔隙周邊碎土進(jìn)行清理，從而獲得邊界清晰的大孔隙。

s2、在豎直剖面上確定待探測(cè)區(qū)域。為方便記錄和研究探測(cè)數(shù)據(jù)，需在限定范圍內(nèi)進(jìn)行研究。本發(fā)明實(shí)施例中劃定待探測(cè)區(qū)域借助工具實(shí)現(xiàn)，例如借助具有固定形狀的邊框?qū)⒋綔y(cè)區(qū)域圍起來(lái)，或者通過鋼釘與繩子在豎直剖面上圍出一個(gè)區(qū)域。優(yōu)選的，確定待探測(cè)區(qū)域通過格網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。格網(wǎng)為方形，正方形長(zhǎng)方形均可。將格網(wǎng)緊貼豎直剖面放置并固定，但不要壓迫豎直剖面所圍區(qū)域，即待探測(cè)區(qū)域。

s3、篩選出所述區(qū)域內(nèi)待探測(cè)的生物孔隙；通過窺視單元獲取各生物孔隙的探測(cè)數(shù)據(jù)；記錄所述探測(cè)數(shù)據(jù)；依據(jù)所述探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所述生物孔隙進(jìn)行分類。

具體地，篩選區(qū)域內(nèi)的待探測(cè)的生物孔隙。本實(shí)施例中提供的方案中，受現(xiàn)有技術(shù)中的窺視單元中設(shè)備的限制，適合對(duì)孔徑大于等于3.9mm的生物孔隙進(jìn)行探測(cè)，因此在探測(cè)前需篩選出孔徑大于等于3.9mm的孔，隨技術(shù)的進(jìn)入，能探測(cè)直徑更小的孔，此篩選方法同樣適用。

進(jìn)一步地，篩選過程通過篩選單元進(jìn)行篩選，例如通過標(biāo)尺量、通過定尺寸的圓管測(cè)試等。更進(jìn)一步地，篩選單元包括設(shè)定尺寸的正方形透明片材。這樣既不會(huì)破壞待測(cè)孔隙，又能節(jié)省成本，效率還高。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，正方形透明片材設(shè)定尺寸為大于等于3.9mm，材質(zhì)為聚碳酸酯，厚度為1mm。通過將透明薄片直接覆蓋在孔隙上，若生物孔隙的孔徑大于片材的尺寸，則會(huì)與片材的邊之間留有一定距離，此時(shí)該孔即為待探測(cè)的生物孔隙；若片材完全將孔隙覆蓋，則表明該孔隙不是需要被探測(cè)的孔。

待篩選出待探測(cè)孔隙后，通過窺視單元對(duì)孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，獲取數(shù)據(jù)，再依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)孔隙進(jìn)行分類。本實(shí)施例中采用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行探測(cè)，為了避免自然光對(duì)圖像清晰度的影響，在拍攝照片時(shí)須深入洞中5cm深度進(jìn)行拍攝照片和視頻。進(jìn)一步地，依據(jù)生物孔隙4的孔壁性質(zhì)、孔內(nèi)根系及動(dòng)物情況對(duì)生物孔隙進(jìn)行分類。

s4、在垂直豎直剖面的方向且與豎直剖面相隔設(shè)定距離的位置處重新制取豎直剖面；重復(fù)步驟s2～s3。

具體地，可以以10cm土壤為一層進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)完成后，通過去除土壤的方式重新制取豎直剖面，進(jìn)行下一層的探測(cè)，探測(cè)方式如步驟s2～s3?？偣蔡綔y(cè)多層，如可探測(cè)5層，得出每層的探測(cè)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，以及該方法使用的探測(cè)裝置，通過利用簡(jiǎn)單易操作的定位裝置和篩選裝置，篩選出符合要求的生物孔隙，再通過窺視裝置觀察生物孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)孔隙分類，為了解該處土壤狀況提供幫助。本發(fā)明提供的方法和裝置，操作過程簡(jiǎn)單、成本低，且不會(huì)對(duì)土壤的生態(tài)環(huán)境造成影響，適用于多種土地狀況的探測(cè)。

本發(fā)明還提供一種探測(cè)裝置，如圖2和圖3所示，該探測(cè)裝置用于實(shí)現(xiàn)如上所述的探測(cè)土壤生物孔隙結(jié)構(gòu)和種類的方法，該探測(cè)裝置包括定位單元、篩選單元、窺視單元。

定位單元用于確定待探測(cè)區(qū)域。具體地，采用方形格網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，格網(wǎng)包括硬質(zhì)邊框1和細(xì)線6，如圖3中所示，細(xì)線6在硬質(zhì)邊框1內(nèi)搭接成多個(gè)方形子網(wǎng)格3，這樣方便對(duì)區(qū)域內(nèi)的孔隙進(jìn)行順序探測(cè)，以免漏檢。

篩選單元用于篩選出區(qū)域內(nèi)待探測(cè)的生物孔隙4。例如通過采用設(shè)定尺寸的正方形透明片材進(jìn)行篩選。

窺視單元用于獲取生物孔隙4內(nèi)部的圖像和/或視頻信息。本實(shí)施例中，窺視單元為工業(yè)內(nèi)窺鏡，工業(yè)內(nèi)窺鏡包括主機(jī)、手持式顯示操作機(jī)5、探頭2。其中主機(jī)主要由可充電離子電池、led光源、內(nèi)存卡組成；手持式顯示操作機(jī)主要由數(shù)字化真彩色液晶顯示屏、手動(dòng)搖桿方向控制器組成；探頭部分長(zhǎng)1m，直徑3.9mm，端部探頭為彩色ccd攝像頭，探頭擁有自動(dòng)白平衡曝光以及自動(dòng)對(duì)焦功能，探頭彎曲范圍為-90°～90°，工作溫度范圍為-20°～60°。

通過采用上述設(shè)備，能方便地確定生物孔隙的種類、個(gè)數(shù)等，為研究該處的土壤生態(tài)環(huán)境提供數(shù)據(jù)支持。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。