CN113640041B - 一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喀斯特石漠化区岩‑土界面形态及土壤信息采集方法，属于岩‑土界面形态及土壤信息采集领域，首先选取研究样地；样地至少包含一个出露岩石；再根据出露岩石的大小，在样地上设置样方；样方包括大样方以及大样方内的若干小样方；对大样方两条对角线穿过的所有小样方进行岩‑土界面形态调查，得到岩‑土界面形态调查结果；按照由表及下、由外到内的顺序对小样方进行剖面开挖；同时采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品；根据岩‑土界面形态调查结果，对土壤样品进行岩‑土界面形态特征描述和土壤信息分析。该方法能够实现对喀斯特石漠化区的岩‑土界面形态及土壤信息的准确、有效地量化采集和分析。
Description
技术领域
本发明涉及岩-土界面形态及土壤信息采集领域，特别是涉及一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法。
背景技术
喀斯特石漠化区裸露的基岩与土壤交错分布，形成广泛分布的岩-土界面。一定面积的出露岩石岩面汇集水分、有机碳及其他物质输入其周围的土壤系统，对该界面及周围的土壤有着积极或负面的影响。喀斯特石漠化区出露岩石几何形状极其不规则，目前尚无现成的方法用于描述岩-土界面形态特征。土壤样品采集作为获取岩-土界面土壤信息的关键环节，目前亦没有可行的采集方法，借鉴已有的田间土壤、岩溶裂隙土壤等采样方法很难采集到贴近岩面最能反映岩面土壤特征的薄层土壤。同时，岩-土界面土壤水分、养分在垂直和水平方向的空间变异性大，受岩-土界面岩石不规则性影响，现有采样方法都不能准确地定性、定量描述岩-土界面的土壤层次。因此，现有技术中缺少对喀斯特石漠化区的岩-土界面形态及土壤信息的较为有效的量化采集方法。
基于此，如何准确地采集喀斯特石漠化区的岩-土界面形态及土壤信息，并得到准确的土壤分析结果，是本领域中亟待解决的一个核心问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，以实现对喀斯特石漠化区的岩-土界面形态及土壤信息的准确、有效地量化采集，并得到准确、可靠的岩-土界面形态描述及土壤信息分析结果，提升土壤样品采集和分析的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提出了一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，包括：
选取研究样地；所述样地至少包含一个出露岩石；
根据所述出露岩石的大小，在所述样地上设置样方；所述样方包括大样方以及所述大样方内的若干小样方，各个所述小样方的面积相等，且通过分割所述大样方得到若干所述小样方；
对所述大样方两条对角线穿过的所有所述小样方进行岩-土界面形态调查，得到岩-土界面形态调查结果；
按照由表及下、由外到内的顺序对所述小样方进行剖面开挖；
在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品；所述土壤样品用于岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。
可选的，所述选取研究样地，具体包括：
选择多个代表研究区石漠化特征的岩石出露样地，所述样地至少包含一个出露岩石，所述出露岩石为在地块中具有代表性的且裸露出地面的岩石。
可选的，所述根据所述出露岩石的大小，在所述样地上设置样方，具体包括：
根据所述出露岩石的大小，在所述样地内设置一个所述大样方；
将所述大样方均匀分割为多个相同的网格，得到若干个所述小样方；所述小样方包括包括仅有土壤无出露岩石的样方、仅有出露岩石无土壤的样方以及既有土壤也有出露岩石的样方；其中，所述出露岩石与土壤表面的接触线将所述小样方分割为两部分，包括土壤部分和岩石部分。
可选的，所述对所述大样方两条对角线穿过的所有所述小样方进行岩-土界面形态调查，得到岩-土界面形态调查结果，具体包括：
从所述大样方内的若干小样方中，选取所述大样方两条对角线穿过的所有所述小样方；
对选取的所述小样方进行岩-土界面形态测量，包括测量对角线穿过既有土壤也有所述出露岩石的小样方内的岩-土界面的轨迹长度及直线长度、岩石倾斜度和岩石高度；其中，所述岩-土界面的轨迹长度指的是所述出露岩石与土壤表面的接触线的总长度；所述岩-土界面的直线长度指的是所述出露岩石与土壤表面的所述接触线围成的形状内的最大直线长度；所述岩石倾斜度指的是所述出露岩石顶部至所述出露岩石与土壤表面接触位置的整体倾斜程度；所述岩石高度指的是以土壤表面为水平面，所述出露岩石的最大高度；
对于对角线穿过既有土壤也有出露岩石的小样方，定义以该小样方边界与所述出露岩石和土壤表面接触线的两个交叉点的直线长度为半样方的长边，所述直线长度的1/2为所述半样方的短边，所述长边和两个所述短边与岩-土界面紧邻构成一个所述半样方；所述半样方与对立的延伸在岩石上的所述半样方共同构成一个新的完整小样方；
根据所述新的完整小样方内的土壤面积与所述半样方内所述出露岩石的投影面积的大小关系，判断所述岩-土界面的类型；当所述新的完整小样方内的土壤面积等于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为平直型；当所述新的完整小样方内的土壤面积大于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为内凹型；当所述新的完整小样方内的土壤面积小于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为外凸型；
测量所述岩-土界面形态的最凹点或最凸点到所述两个交叉点的直线之间的垂线距离；
将岩-土界面形态测量结果、岩-土界面类型以及所述垂线距离作为所述岩-土界面形态调查结果。
可选的，所述按照由表及下、由外到内的顺序对所述小样方进行剖面开挖，具体包括：
选取所述小样方或者所述半样方，并除掉所述小样方或者所述半样方内的杂草和表面的碎石块，得到待剖面开挖样方；
采用由表及下的顺序对所述待剖面开挖样方内的土壤进行分层，将所述土壤分为表层土和深层土；
采用由外到内的顺序将所述待剖面开挖样方划分为岩-土界面土壤部分和非岩-土界面土壤部分；
以岩-土界面上岩石的最凹点、最凸点和平直中间点作为散土样采集点，所述散土样采集点的两侧作为原状土采样点，根据所述散土样采集点和所述原状土采样点进行分层剖面开挖。
可选的，所述在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品，具体包括：
采用环刀采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层原状土；
在保留散土样土壤的前提下，挖出所述环刀，并采用铝盒在所述环刀附近位置处采集预设重量的土样；采用削土刀削除所述环刀以外的多余的土壤；
采用所述削土刀削平所述散土样采集点周围的土壤，使所述散土样采集点处形成一个长方体土体；将所述环刀打入到第二层的原状土上，并盖好所述环刀的顶盖；
根据岩-土界面的形状，采用所述削土刀分别采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层土壤并装袋，在袋子上进行标记；
清除表层残余土壤，循环步骤“在保留散土样土壤的前提下，挖出所述环刀，并采用铝盒在所述环刀附近位置处采集预设重量的土样；采用削土刀削除所述环刀以外的多余的土壤；采用所述削土刀削平所述散土样采集点周围的土壤，使所述散土样采集点处形成一个长方体土体；将所述环刀打入到第二层的原状土上，并盖好所述环刀的顶盖；根据岩-土界面的形状，采用所述削土刀分别采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层土壤并装袋，在袋子上进行标记”，采集第二层的土壤样品，直至按需采集完所有土壤层为止；
待样品采集结束后，回填挖出的非样品土壤。
可选的，在步骤“在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品”之后，还包括：
根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。
可选的，所述根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析，具体包括：
根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析；其中，所述岩-土界面形态特征描述包括对岩土面积比、相对起伏度和伸长率进行描述；所述土壤信息分析包括对土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱、含水量、土壤质地和土壤养分含量进行分析。
可选的，所述岩土面积比的计算公式为：
其中，P表示岩土面积比，Sc表示半样方内出露岩石投影面积，St表示土壤面积；
所述相对起伏度的计算公式为：
其中，R表示相对起伏度，l表示岩-土界面形态的最凹点或最凸点到两个交叉点的直线之间的垂线距离，d表示半样方的长边；
所述伸长率的计算公式为：
其中，e表示伸长率，Lg表示样方内的岩-土界面的轨迹长度，Ld表示样方内的岩-土界面的直线长度。
可选的，所述土壤样本中的原状土土壤样品用于测量土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量，所述土壤样本中的散土样土壤样品用于分析土壤质地和土壤养分含量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，首先根据需求选取研究样地；样地至少包含一个出露岩石；然后根据出露岩石的大小，在样地上设置样方；样方包括大样方以及大样方内的若干小样方；再对大样方两条对角线穿过的所有小样方进行岩-土界面形态调查，得到岩-土界面形态调查结果；然后按照由表及下、由外到内的顺序对小样方进行剖面开挖，通过采用“由表及下、由外到内”的剖面开挖方法，兼顾了表层土壤和深层土壤、岩石界面土壤和非岩石界面土壤的位置特点，在剖面开挖以及土壤样品采集过程中，都能够较好地避免岩-土界面不同位置土壤的交叉混合污染，能够有效保证土壤采集以及样品分析处理的准确性，实现岩-土界面形态描述及其土壤信息采集的科学性、合理性；在剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品，层层取样的方法即对同一个层次的土壤样本采集完后再开挖并采集下一层次的土壤，从而能够防止多层土壤之间进行混合，使采集的各层土壤样品均保留有原始特征，能够避免岩-土界面不同位置土壤的交叉混合污染的问题，使得土壤样品的物理、化学性质分析更准确；最后根据岩-土界面形态调查结果，对土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。并且，该方法操作简单方便、成本低、易实施，具有很强的可实施性和实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明实施例1提供的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法的流程图；
图2为本发明实施例1提供的设置的大样方和小样方的示意图；
图3为本发明实施例1提供的设置的岩-土界面半样方的示意图；
图4为本发明实施例1提供的半样方内土壤采集位置的示意图；
图5为本发明实施例1提供的岩-土界面土壤采集的示意图；
图6为本发明实施例2提供的平直型岩-土界面形态的半样方及采样的示意图；
图7为本发明实施例3提供的内凹型岩-土界面形态的半样方及采样的示意图；
图8为本发明实施例4提供的外凸型岩-土界面形态的半样方及采样的示意图。
标号说明：
1-样地中的土壤；2-出露岩石；3-大样方；4-小样方；5-对角线网格小样方；6-仅有出露岩石无土壤的样方；7-既有土壤也有出露岩石的样方；8-仅有土壤无出露岩石的样方；9-短边；10-交叉点；11-半样方；12-土壤面积；13-轨迹长度；14-长边；15-垂线距离；16-原状土采集点；17-圈定标尺；18-非岩-土界面土壤部分；19-岩-土界面土壤部分；20-分层厚度标尺；21-岩-土界面土壤部分0-2cm的土壤范围；22-岩-土界面土壤部分的土壤区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
岩-土界面在喀斯特石漠化区十分常见，是喀斯特生态系统的一个“微系统”，其对周围相邻土壤物理、化学性质、水分入渗等有着不同程度的影响。岩-土界面是深入认识喀斯特区石漠化特征、水文过程及地下漏失研究的关键点，岩-土界面形态认识及其岩-土界面处土壤采集是开展这一研究的重要手段，但岩-土界面形态定量认识及其土壤采集，缺乏科学的定性、定量描述方法，利用常规取样方法采集土壤时由于岩石面的不规则，如何实现紧贴岩石面的土壤被取下来，即对岩-土界面处的土壤样品进行准确采集，目前技术未能实现。
本发明的目的是提供一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，为科学认识岩-土界面形态提供定量化的描述和采集方法，实现对喀斯特石漠化区的岩-土界面形态及土壤信息的准确、有效地量化采集，为喀斯特石漠化区土壤特性、石漠化治理措施效应及水土流失的研究提供了一套科学分析的方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，该方法能够通过样方法和半样方法，测量岩-土界面几何形状、倾斜程度、起伏程度等形态特征，并通过设置岩-土界面土壤采样厚度实现岩-土界面土壤样品采集，供喀斯特石漠化区土壤特征分析、石漠化治理措施效应评价及水土流失的研究提供新思路与方法。该方法主要包括选取研究样地、设置样方、形态调查、剖面开挖、样品采集及形态和样品分析等过程，具体包括以下步骤：
步骤S1、选取研究样地；所述样地至少包含一个出露岩石2。具体包括：
根据研究内容，选择多个能够代表研究区石漠化特征的岩石出露样地，所述样地至少包含一个出露岩石2，所述出露岩石2为在地块中具有代表性的且裸露出地面的岩石。如图2和图3所示，图中包括样地中的土壤1和样地中的出露岩石2。
步骤S2、根据所述出露岩石2的大小，在所述样地上设置样方；所述样方包括大样方3以及所述大样方3内的若干小样方4，各个所述小样方4的面积相等，且通过分割所述大样方3得到若干所述小样方4，具体包括：
步骤S2.1、根据所述出露岩石2的大小，在所述样地内设置一个所述大样方3。
本实施例中，大样方3的大小根据出露岩石2的大小决定，本实施例优选长宽分别为2m×2m～10m×10m的正方形的大样方3，设置的大样方3需要通过目测其岩石出露率与研究样地的岩石出露率大致相同。
步骤S2.2、将所述大样方3均匀分割为多个相同的网格，得到若干个所述小样方4，如图2所示；所述小样方4包括包括仅有出露岩石无土壤的样方6、既有土壤也有出露岩石的样方7以及仅有土壤无出露岩石的样方8；其中，所述出露岩石2与土壤表面的接触线将所述小样方4分割为两部分，包括土壤部分和岩石部分。
本实施例中将大样方3等分为多个网格形成无数个小样方4，等分间距可取研究区样地出露岩石2的长度、宽度或直径，本实施例将等分间距设置为0.5m，将2m×2m的大样方3按0.5m的间距可分为16个0.5m×0.5m的网格小样方4，这些小样方4包括仅有土壤无出露岩石2的样方、既有土壤也有出露岩石2的样方、仅有出露岩石2无土壤的样方，本实施例中需要进行调查的样方为既有土壤也有出露岩石2的样方，这些样方内的出露岩石2与土壤表面的接触线将小样方4一分为二，分为土壤部分与岩石部分。应说明的是，上述样方的具体数值并不是固定的、唯一的，可根据实际需求自行设定。
步骤S3、对所述大样方3两条对角线穿过的所有所述小样方4进行岩-土界面形态调查，得到岩-土界面形态调查结果。具体包括：
步骤S3.1、从所述大样方3内的若干小样方4中，选取所述大样方3两条对角线穿过的所有所述小样方4；
步骤S3.2、对选取的所述小样方4进行岩-土界面形态测量，包括测量对角线穿过既有土壤也有所述出露岩石2的小样方4内的岩-土界面的轨迹长度13及直线长度、岩石倾斜度和岩石高度；其中，所述岩-土界面的轨迹长度13指的是所述出露岩石2与土壤表面的接触线的总长度；所述岩-土界面的直线长度指的是所述出露岩石2与土壤表面的所述接触线围成的形状内的最大直线长度；所述岩石倾斜度指的是所述出露岩石2顶部至所述出露岩石2与土壤表面接触位置的整体倾斜程度；所述岩石高度指的是以土壤表面为水平面，所述出露岩石2的最大高度；
步骤S3.3、为了更好地描述岩-土界面形态特征，对于对角线穿过既有土壤也有出露岩石2的小样方4，定义以该小样方4边界与所述出露岩石2和土壤表面接触线的两个交叉点10的直线长度为半样方11的长边14，所述直线长度的1/2为所述半样方11的短边9，所述长边14和两个所述短边9与岩-土界面紧邻构成一个所述半样方11；所述半样方11与对立的延伸在岩石上的所述半样方11共同构成一个新的完整小样方4，如图3所示；
步骤S3.4、根据所述新的完整小样方4内的土壤面积12与所述半样方11内所述出露岩石2的投影面积的大小关系，判断所述岩-土界面的类型；当所述新的完整小样方4内的土壤面积12等于所述半样方11内所述出露岩石2的投影面积时，所述岩-土界面形态为平直型；当所述新的完整小样方4内的土壤面积12大于所述半样方11内所述出露岩石2的投影面积时，所述岩-土界面形态为内凹型；当所述新的完整小样方4内的土壤面积12小于所述半样方11内所述出露岩石2的投影面积时，所述岩-土界面形态为外凸型；
步骤S3.5、针对此半样方11进行上述形态调查，并测量所述岩-土界面形态的最凹点或最凸点到所述两个交叉点10的直线之间的垂线距离15；将岩-土界面形态测量结果、岩-土界面类型以及所述垂线距离15作为所述岩-土界面形态调查结果。本发明采用“大样方3+小样方4+半样方11”的三种样方的形式，实现了岩-土界面形态的定量化描述。
步骤S4、按照由表及下、由外到内的顺序对所述小样方4进行剖面开挖。具体包括：
步骤S4.1、按需选取所述小样方4或者所述半样方11，并除掉所述小样方4或者所述半样方11内的杂草和表面的碎石块，得到待剖面开挖样方。本实施例中采用枝剪剪刀小心地割除掉样方内的杂草，并剔除样方表面的碎石块，使样方内保留有表层土壤和出露岩石2，从而保证采集的土壤样品的干净度，提升采集准确性。
步骤S4.2、采用由表及下的顺序对所述待剖面开挖样方内的土壤进行分层，将所述土壤分为表层土和深层土。如图5所示，在采集岩-土界面土壤时，分层厚度采用分层厚度标尺20进行测量，在实际应用时分层厚度根据实际需求自行确定，本实施例将分层厚度设置为10cm。
步骤S4.3、采用由外到内的顺序将所述待剖面开挖样方划分为岩-土界面土壤部分19和非岩-土界面土壤部分18。其中，本实施例中，非岩-土界面土壤部分18一般距岩-土界面水平等距距离≥20cm，且该位置无其他邻近出露岩石2。由于一般情况下在出露岩石2临近与土壤接触的位置上仍然会存在一定厚度的土壤，这部分土壤称为岩-土界面土壤部分19，需要利用分层厚度标尺20进行测量。本实施例中，岩-土界面土壤部分19距岩-土界面水平等距距离0-10cm范围，岩-土界面土壤部分19又可细分为0-2cm、2-4cm、4-6cm、6-8cm以及8-10cm的距岩-土界面等距距离的五个部分。如图5所示，图5中采用分层厚度标尺20测量出了岩-土界面土壤部分0-2cm的土壤范围21以及岩-土界面土壤部分的土壤区域22，在分层厚度标尺20上直接读数确定岩-土界面土壤部分0-2cm的土壤范围21，即图5中虚线内圈定的土壤范围，还可以通过分层厚度标尺20确定其他厚度的土壤。容易理解的是，本实施例上述的分层厚度、等距距离的具体数值仅仅是优选值，并不是固定的、唯一的，可根据实际需求自行设定。
步骤S4.4、以岩-土界面上岩石的最凹点、最凸点和平直中间点作为散土样采集点，从左到右分成三部分，以所述散土样采集点的两侧作为原状土采集点16，根据所述散土样采集点和所述原状土采集点16进行分层剖面开挖。如图4所示。本实施例采用圈定标尺17用来对散土样采集点进行圈定，圈定标尺17内的土壤位置即为散土样采集点，其中，圈定标尺17实际上就是带有刻度线的钢尺，图4中的三根细条矩形表示圈定标尺17，图4中间的曲线表示出露岩石2与土壤的接触线，不规则多边形表示出露岩石2部分。将所述散土样采集点设置于样方内岩石形态的最凹点、最凸点和平直中间点，以保证土壤样品的典型性和代表性，从而获得更加准确、更能够反映真实情况的土壤样品。
本发明通过采用“由表及下、由外到内”的剖面开挖方法，兼顾了表层土壤和深层土壤、岩石界面土壤和非岩石界面土壤的位置特点，在剖面开挖以及土壤样品采集过程中，都能够较好地避免岩-土界面不同位置土壤的交叉混合污染，有效保证了土壤采集以及样品分析处理的准确性。
步骤S5、在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品。所述土壤样品用于岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。具体包括：
步骤S5.1、首先采用环刀采集所述岩-土界面土壤部分19和所述非岩-土界面土壤部分18的表层原状土。本实施例使用的环刀容积为100cm3，采集岩-土界面土壤部分19距出露岩石20-5cm位置，以及非岩-土界面土壤部分18距出露岩石220-25cm位置处的表层原状土，左右两侧的原状土采集点16的原状土的土壤性质接近，可作为重复样品。
步骤S5.2、在保留散土样土壤的前提下，挖出所述环刀(所述环刀的深度不超过分层采样的分层间隔)，并采用已知重量的铝盒在所述环刀附近位置处采集预设重量的土样，本实施例采用铝盒采集20-30g的土样；然后采用削土刀削除所述环刀以外的多余的土壤，并将其妥善放置；
步骤S5.3、采用所述削土刀削平所述散土样采集点周围的土壤，使所述散土样采集点处形成一个近似长方体土体，以便更好的采集散土样。其中，所述长方体土体的长、宽分别根据所需采集土样数量而定，例如长23cm、宽10cm、高10cm的长方体土体表示将采集到的非岩-土界面的土壤数量为3cm×10cm×10cm，若需要更多的土壤数量则可适当扩大长度和宽度，高取决于土样样品分层间隔，一般该长方体土体的长≥20cm+采样长度、长方体土体宽＝采样宽度≥10cm。然后将所述环刀打入到第二层的原状土上，并盖好所述环刀的顶盖，防止土壤交叉污染；
容易理解的是，本实施例上述的环刀容积、原状土取土位置、铝盒采集土样重量以及长方体土体的尺寸等具体数值仅仅是用于举例说明，这些数值并不是固定的、唯一的，不应作为对本发明保护范围的限定，均可根据实际需求自行设定。
步骤S5.4、根据岩-土界面的形状，采用所述削土刀以“切豆腐”的方式分别采集所述岩-土界面土壤部分19和所述非岩-土界面土壤部分18的表层土壤并装袋，在袋子上进行标记；其中，所述“切豆腐”的方式，即采用削土刀将土壤分别横向、竖向均匀划开，然后从底部将土壤样品托起并装袋。本发明在采集土壤样品的过程中，样品采集装袋之前较少的面积暴露在外，较好的保留了原有成分和性状，从而能够保持所采集的土壤样品的原始状态，进而使得岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析结果更加准确、可靠。
步骤S5.5、清除表层残余土壤，挖出第二层的环刀，然后循环步骤S5.2至步骤S5.4，采集第二层的土壤样品，待第二层的土壤样品采集完毕后，继续循环步骤S5.2至步骤S5.4，直至按需采集完所有土壤层为止。
步骤S5.6、待样品采集结束后，回填挖出的非样品土壤。
本发明采用层层取样的方法对土壤样品进行采集，实现了岩-土界面各层次土壤的准确采集。同一个层次的土壤样本采集完后再开挖下一层次的土壤，即挖开一层土壤就采集完成一层的土壤样本，同一层次中首先在两侧的原状土采集点16采集岩-土界面的原状土，然后削平散土样采集点周围的土壤，保留散土样采集点处形成一个近似长方体土体，以便更好的采集散土样。散土样采集完成后，仔细清除该层多余的土壤，以防混合至下层土壤样品中，使采集的各层土壤样品均保留有原始特征，避免了岩-土界面不同位置土壤的交叉混合污染的问题，使得土壤样品的物理、化学性质分析更准确。
步骤S6、根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。具体包括：
根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析；其中，所述岩-土界面形态特征描述包括对岩土面积比、相对起伏度和伸长率进行描述；所述土壤信息分析包括对土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱、含水量、土壤质地和土壤养分含量进行分析。
其中，所述土壤样本中的原状土土壤样品可用于测量土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量等指标，所述土壤样本中的散土样土壤样品可带回到实验室自然风干，可用于分析土壤质地和土壤养分含量等指标。
本实施例中，所述岩土面积比的计算公式为：
其中，P表示岩土面积比，Sc表示半样方11内出露岩石2投影面积，St表示土壤面积12。
当所述岩土面积比P大于1时，表示岩-土界面形态为外凸型；当所述岩土面积比P小于1时，表示岩-土界面形态为内凹型；当所述岩土面积比P等于1时，表示岩-土界面形态为平直型。
所述相对起伏度的计算公式为：
其中，R表示相对起伏度，l表示岩-土界面形态的最凹点或最凸点到两个交叉点10的直线之间的垂线距离15，d表示半样方11的长边14。
所述相对起伏度R越趋于1/2，表示岩-土界面越外凸或内凹；所述相对起伏度R越趋于0，则表示岩-土界面越趋于平直。
所述伸长率的计算公式为：
其中，e表示伸长率，Lg表示样方内的岩-土界面的轨迹长度13，Ld表示样方内的岩-土界面的直线长度。
所述伸长率e等于0时，表示岩-土界面为平直型，所述伸长率e的值越大，则表示岩-土界面的起伏程度越大。
本发明提供了一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，该方法采用“大样方3+小样方4+半样方11”的三种样方的形式，实现了岩-土界面形态的定量化描述。同时，还兼顾了表层土壤和深层土壤、岩石界面土壤和非岩石界面土壤的位置特点，避免了岩-土界面不同位置土壤的交叉混合污染，消除了现有采集方式因各层土壤容易交叉混合污染造成的土壤检测结果精度低、可靠性差的问题，提升了采集和分析的准确性，实现了岩-土界面形态描述及其土壤信息采集的科学性、合理性。并且，该方法操作简单方便、易实施，所用材料成本低，容易获取，具有很强的可实施性和实用性。
为了使本发明方法更加容易被理解，下面分别列举三种不同的岩-土界面形态的实例进行说明：
实施例2
本实施例提供了一种喀斯特石漠化区的平直型岩-土界面形态及土壤信息采集方法，本实施例在贵州省长顺县干河村选择具有代表性的石漠化坡耕地作为研究样地，该样地位于26°1′31″N，106°29′58″E，海拔1002m，岩石类型为石灰岩，岩石裸露率30％，玉米株间距1.5m×1.5m。
在上述研究样地用50m卷尺测量出一个10m×10m的大样方3，样方内的岩石具有孤立性，形态具有典型性，且其岩石出露率与研究样地的岩石出露率大致相同；将大样方3等分为400个0.5m×0.5m网格小样方4，对角线网格小样方5共计39个。
针对上述对角线既有土壤也有出露岩石2的小样方4进行形态调查，这里以对角线样方中岩-土界面为平直型的网格小样方4进行详细说明。用圈定标尺17在此平直型岩土界面地表紧贴岩面拼成一个25cm×50cm的方形框，如图6所示，其中，圈定标尺17实际上就是带有刻度线的钢尺，图6中的三根细条矩形表示圈定标尺17，图6中间的曲线表示出露岩石2与土壤的接触线，整体趋近于平直型，图中上方的不规则多边形表示出露岩石2部分，下方的黑点表示土壤部分。针对此岩-土界面按本发明方法设置岩-土界面半样方11，测量半样方11内岩-土界面轨迹长度13为51.8cm，其直线长度为50cm，岩石倾斜度为64°、岩石高度为48cm、样方内岩-土界面最凹、凸点与所述两个交叉点10的直线的垂线距离15为0.5cm。
在上述半样方11内，用枝剪剪刀小心割除样方内杂草并剔除表面碎石块，以岩-土界面平直中间点作为散土样采集点，从左到右分成3部分，左右两侧为原状土采集点16。先在两侧的原状土采集点16采集岩-土界面的原状土，然后削平散土样采集点周围的土壤，保留散土样采集点处形成一个近似长方体土体，该长方体土体长23cm、长方体土体宽10cm、分层厚度10cm。
在半样方11的岩-土界面处，先用环刀(100cm3)采集岩-土界面(距岩石0-5cm)和非岩-土界面(距岩石20-25cm)的表层原状土；在保留散土样土壤的前提下，挖出环刀(深度不超过10cm)，并用已知重量的铝盒在环刀临近位置取20-30g土壤以测定原状土容重等指标；用削土刀削除散土样采集点周围的土壤，保留散土样土壤形成一个近似长23cm、宽10cm、高10cm长方体土体；然后根据岩-土界面形状，采用削土刀以“切豆腐”的方式平直地分别采集非岩-土界面(距离岩-土界面20-23cm等距处)、岩-土界面(按距离岩石倒顺序依次为等距岩-土界面8-10cm处、6-8cm处、4-6cm处、2-4cm处、0-2cm处的表层土壤装袋；上述步骤完成后，清除表层残余土壤后，挖出深层(第二层)的环刀，然后重复上述步骤，采集深层(10-20cm)土壤样品；样品采集结束，回填挖出的非样品土壤。
利用上述数据，首先对岩-土界面形态特征进行分析描述，计算得到岩土面积比P趋近于1，表示岩土界面形态为平直型；相对起伏度R＝0.5cm/50cm＝0.01，表示岩-土界面趋于平直；伸长率e＝(51.8cm-50cm)/50cm＝0.036，表示岩-土界面为平直型。
然后进行土壤信息分析，将采集得到的原状土用于测定土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量等；散土样土壤样品带回，在实验室自然风干，可用于分析土壤质地、土壤养分含量等指标指标，岩-土界面与非岩-土界面原状土部分土壤理化性质结果如表1所示：
表1平直型岩-土界面土壤理化性质
实施例3
本实施例提供了一种喀斯特石漠化区的内凹型岩-土界面形态及土壤信息采集方法，本实施例在贵州省长顺县干河村选择具有代表性的石漠化退耕灌木林地作为研究样地，该样地位于26°1′30″N，106°29′59″E，海拔1005m，岩石类型为石灰岩，岩石裸露率45％，植被覆盖率60％。
在上述研究样地用50m卷尺测量出一个10m×10m的大样方3，样方内的岩石具有孤立性，形态具有典型性，且其岩石出露率与研究样地的岩石出露率大致相同；将大样方3等分为400个0.5m×0.5m网格小样方4，对角线网格小样方5共计39个。
针对上述对角线既有土壤也有出露岩石2的小样方4进行形态调查，这里以对角线样方中岩-土界面为内凹型的网格小样方4进行详细说明。用圈定标尺17在此内凹型岩土界面地表紧贴岩面拼成一个25cm×50cm的方形框，如图7所示。针对此岩-土界面按本发明方法设置岩-土界面半样方11，测量半样方11内岩-土界面轨迹长度13为58cm，其直线长度为50cm，岩石倾斜度为64°、岩石高度为91cm、样方内岩-土界面最凹、凸点与所述两个交叉点10的直线的垂线距离1510cm。
在上述半样方11内，用枝剪剪刀小心割除样方内杂草并剔除表面碎石块，以岩-土界面最凹点作为散土样采集点，从左到右分成3部分，左右两侧为原状土采集点16。首先在两侧的原状土采集点16采集岩-土界面的原状土，然后削平散土样采集点周围的土壤，保留散土样采集点处形成一个近似长方体土体，该长方体土体长23cm、长方体土体宽10cm、分层厚度10cm。
在半样方11的岩-土界面处，首先用环刀(100cm3)采集岩-土界面(距岩石0-5cm)和非岩-土界面(距岩石20-25cm)的表层原状土；在保留散土样土壤的前提下，挖出环刀(深度不超过10cm)，并用已知重量的铝盒在环刀临近位置取20-30g土壤以测定原状土容重等指标；采用削土刀削除散土样采集点周围的土壤，保留散土样土壤形成一个近似长23cm、宽10cm、高10cm长方体土体；然后根据岩-土界面形状用削土刀以“切豆腐”的方式内凹地分别采集非岩-土界面(距离岩-土界面20-23cm等距处)、岩-土界面(按距离岩石倒顺序依次为等距岩-土界面8-10cm处、6-8cm处、4-6cm处、2-4cm处、0-2cm处的表层土壤装袋；上述步骤完成后，清除表层残余土壤后，挖出深层(第二层)的环刀，然后重复上述步骤，采集深层(10-20cm)土壤样品；样品采集结束，回填挖出的非样品土壤。
利用上述数据，首先对岩-土界面形态特征进行分析描述：计算得到岩土面积比P趋近于1/2，表示岩少土多，岩土界面形态为内凹型；相对起伏度R＝10cm/50cm＝0.20，表示岩-土界面内凹起伏0.20；伸长率e＝(58cm-50cm)/50cm＝0.16，表示岩-土界面内凹伸长率0.16。
然后进行土壤信息分析，将采集得到的原状土用于测定土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量等；散土样土壤样品带回，在实验室自然风干，可用于分析土壤质地、土壤养分含量等指标指标，岩-土界面与非岩-土界面原状土部分土壤理化性质结果如表2所示：
表2内凹型岩-土界面土壤理化性质
实施例4
本实施例提供了一种喀斯特石漠化区的外凸型岩-土界面形态及土壤信息采集方法，本实施例在贵州省长顺县干河村选择具有代表性的石漠化退耕荒草地作为研究样地，该样地位于26°1′30″N，106°30′0″E，海拔1003m，岩石类型为石灰岩，岩石裸露率35％，植被覆盖率65％。
在上述研究样地用50m卷尺测量出一个10m×10m的大样方3，样方内的岩石具有孤立性，形态具有典型性，且其岩石出露率与研究样地的岩石出露率大致相同；将大样方3等分为400个0.5m×0.5m网格小样方4，对角线网格小样方5共计39个。
针对上述对角线既有土壤也有出露岩石2的小样方4进行形态调查，这里以对角线样方中岩-土界面为外凸型的网格小样方4进行详细说明。用圈定标尺17在此外凸型岩土界面地表紧贴岩面拼成一个25cm×50cm的方形框，如图8所示。针对此岩-土界面按本发明方法设置岩-土界面半样方11，测量半样方11内岩-土界面轨迹长度13为63cm，其直线长度为50cm，岩石倾斜度为46°、岩石高度为50cm、样方内岩-土界面最凹、凸点与所述两个交叉点10的直线的垂线距离1518cm。
在上述半样方11内，用枝剪剪刀小心割除样方内杂草并剔除表面碎石块，以岩-土界面最凸点作为散土样采集点，从左到右分成3部分，左右两侧为原状土采集点16。先在两侧的原状土采集点16采集岩-土界面的原状土，然后削平散土样采集点周围的土壤，保留散土样采集处形成一个近似长方体土体，该长方体土体长23cm、长方体土体宽10cm、分层厚度10cm。
在半样方11的岩-土界面处，首先用环刀(100cm3)采集岩-土界面(距岩石0-5cm)和非岩-土界面(距岩石20-25cm)的表层原状土；在保留散土样土壤的前提下，挖出环刀(深度不超过10cm)，并用已知重量的铝盒在环刀临近位置取20-30g土壤以测定原状土容重等指标；用削土刀削除散土样采集点周围的土壤，保留散土样土壤形成一个近似长23cm、宽10cm、高10cm长方体土体；然后根据岩-土界面形状用削土刀以“切豆腐”的方式外凸地分别采集非岩-土界面(距离岩-土界面20-23cm等距处)、岩-土界面(按距离岩石倒顺序依次为等距岩-土界面8-10cm处、6-8cm处、4-6cm处、2-4cm处、0-2cm处的表层土壤装袋；上述步骤完成后，清除表层残余土壤后，挖出深层(第二层)的环刀，然后重复上述步骤，采集深层(10-20cm)土壤样品；样品采集结束，回填挖出的非样品土壤。
利用上述数据，首先对岩-土界面形态特征进行分析描述：计算得到岩土面积比P趋近于3/1，表示岩土界面形态为外凸型；相对起伏度R＝18cm/50cm＝0.36，表示岩-土界面外凸起伏0.36；伸长率e＝(63cm-50cm)/50cm＝0.26，表示岩-土界面内凹伸长率0.26。
然后进行土壤信息分析，将采集得到的原状土用于测定土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量等；散土样土壤样品带回，在实验室自然风干，可用于分析土壤质地、土壤养分含量等指标指标，岩-土界面与非岩-土界面原状土部分土壤理化性质结果如表3所示：
表3外凸型岩-土界面土壤理化性质
容易理解的是，上述各个具体数值仅仅是为了举例说明而列举出的数值，不应作为对本发明保护范围的限定，这些数值并不是固定的、唯一的，还可以采用其他数值，可视实际情况自行设定。
本发明通过样方法和半样方法，测量岩-土界面几何形状、倾斜程度、起伏程度等实现岩-土界面形态特征描述，并通过岩-土界面原状土壤和混合土壤样品采集，定量地描述了喀斯特石漠化区岩-土界面各个层次的土壤信息，结合实验室土样测试分析，揭示喀斯特石漠化区岩-土界面对其周围土壤系统的影响，更有效地描述岩-土界面土壤物理、化学性质在岩-土界面垂直、水平方向的变异性。
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。
Claims (8)
1.一种喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，包括：
选取研究样地；所述样地至少包含一个出露岩石；
根据所述出露岩石的大小，在所述样地上设置样方；所述样方包括大样方以及所述大样方内的若干小样方，各个所述小样方的面积相等，且通过分割所述大样方得到若干所述小样方；
对所述大样方两条对角线穿过的所有所述小样方进行岩-土界面形态调查，得到岩-土界面形态调查结果，具体包括：
从所述大样方内的若干小样方中，选取所述大样方两条对角线穿过的所有所述小样方；
对选取的所述小样方进行岩-土界面形态测量，包括测量对角线穿过既有土壤也有所述出露岩石的小样方内的岩-土界面的轨迹长度及直线长度、岩石倾斜度和岩石高度；其中，所述岩-土界面的轨迹长度指的是所述出露岩石与土壤表面的接触线的总长度；所述岩-土界面的直线长度指的是所述出露岩石与土壤表面的所述接触线围成的形状内的最大直线长度；所述岩石倾斜度指的是所述出露岩石顶部至所述出露岩石与土壤表面接触位置的整体倾斜程度；所述岩石高度指的是以土壤表面为水平面，所述出露岩石的最大高度；
对于对角线穿过既有土壤也有出露岩石的小样方，定义以该小样方边界与所述出露岩石和土壤表面接触线的两个交叉点间的直线为半样方的长边，半样方另一长边与直线长度相等，直线长度的1/2为所述半样方的短边，两个长边和两个短边围成一个半样方；在直线的两边围成两个半样方，两个半样方共同构成一个新的完整小样方；
根据所述新的完整小样方内的土壤面积与所述半样方内所述出露岩石的投影面积的大小关系，判断所述岩-土界面的类型；当所述新的完整小样方内的土壤面积等于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为平直型；当所述新的完整小样方内的土壤面积大于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为内凹型；当所述新的完整小样方内的土壤面积小于所述半样方内所述出露岩石的投影面积时，所述岩-土界面形态为外凸型；
测量所述岩-土界面形态的最凹点或最凸点到所述两个交叉点的直线之间的垂线距离；
将岩-土界面形态测量结果、岩-土界面类型以及所述垂线距离作为所述岩-土界面形态调查结果；
按照由表及下、由外到内的顺序对所述新的完整小样方进行剖面开挖；
在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品；所述土壤样品用于岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。
2.根据权利要求1所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述选取研究样地，具体包括：
选择多个代表研究区石漠化特征的岩石出露样地，所述样地至少包含一个出露岩石，所述出露岩石为在地块中具有代表性的且裸露出地面的岩石。
3.根据权利要求1所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述根据所述出露岩石的大小，在所述样地上设置样方，具体包括：
根据所述出露岩石的大小，在所述样地内设置一个所述大样方；
将所述大样方均匀分割为多个相同的网格，得到若干个所述小样方；所述小样方包括仅有土壤无出露岩石的样方、仅有出露岩石无土壤的样方以及既有土壤也有出露岩石的样方；其中，所述出露岩石与土壤表面的接触线将所述小样方分割为两部分，包括土壤部分和岩石部分。
4.根据权利要求1所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述按照由表及下、由外到内的顺序对所述新的完整小样方进行剖面开挖，具体包括：
选取所述新的完整小样方或者所述半样方，并除掉所述新的完整小样方或者所述半样方内的杂草和表面的碎石块，得到待剖面开挖样方；
采用由表及下的顺序对所述待剖面开挖样方内的土壤进行分层，将所述土壤分为表层土和深层土；
采用由外到内的顺序将所述待剖面开挖样方划分为岩-土界面土壤部分和非岩-土界面土壤部分；
以岩-土界面上岩石的最凹点、最凸点和平直中间点作为散土样采集点，所述散土样采集点的两侧作为原状土采样点，根据所述散土样采集点和所述原状土采样点进行分层剖面开挖。
5.根据权利要求4所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品，具体包括：
采用环刀采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层原状土；
在保留散土样土壤的前提下，挖出所述环刀，并采用铝盒在所述环刀附近位置处采集预设重量的土样；采用削土刀削除所述环刀以外的多余的土壤；
采用所述削土刀削平所述散土样采集点周围的土壤，使所述散土样采集点处形成一个长方体土体；将所述环刀打入到第二层的原状土上，并盖好所述环刀的顶盖；
根据岩-土界面的形状，采用所述削土刀分别采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层土壤并装袋，在袋子上进行标记；
清除表层残余土壤，循环步骤“在保留散土样土壤的前提下，挖出所述环刀，并采用铝盒在所述环刀附近位置处采集预设重量的土样；采用削土刀削除所述环刀以外的多余的土壤；采用所述削土刀削平所述散土样采集点周围的土壤，使所述散土样采集点处形成一个长方体土体；将所述环刀打入到第二层的原状土上，并盖好所述环刀的顶盖；根据岩-土界面的形状，采用所述削土刀分别采集所述岩-土界面土壤部分和所述非岩-土界面土壤部分的表层土壤并装袋，在袋子上进行标记”，采集第二层的土壤样品，直至按需采集完所有土壤层为止；
待样品采集结束后，回填挖出的非样品土壤。
6.根据权利要求4所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，在步骤“在所述剖面开挖的同时，采用层层取样的方法分别对各层土壤进行样品采集，得到土壤样品”之后，还包括：
根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析。
7.根据权利要求6所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析，具体包括：
根据所述岩-土界面形态调查结果，对所述土壤样品进行岩-土界面形态特征描述和土壤信息分析；其中，所述岩-土界面形态特征描述包括对岩土面积比、相对起伏度和伸长率进行描述；所述土壤信息分析包括对土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量、土壤质地和土壤养分含量进行分析；
其中，所述岩土面积比的计算公式为：
其中，P表示岩土面积比，Sc表示半样方内出露岩石投影面积，St表示土壤面积；
所述相对起伏度的计算公式为：
其中，R表示相对起伏度，l表示岩-土界面形态的最凹点或最凸点到两个交叉点的直线之间的垂线距离，d表示半样方的长边；
所述伸长率的计算公式为：
其中，e表示伸长率，Lg表示样方内的岩-土界面的轨迹长度，Ld表示样方内的岩-土界面的直线长度。
8.根据权利要求7所述的喀斯特石漠化区岩-土界面形态及土壤信息采集方法，其特征在于，所述土壤样品中的原状土土壤样品用于测量土壤容重、孔隙度、田间含水量和饱和含水量，所述土壤样品中的散土样土壤样品用于分析土壤质地和土壤养分含量。
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