土壤 颗粒组成(粒径分布)的测定 吸管法
激光法与湿筛_吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地确定
本研究选择了中国主要的土壤类型 ,包括铁铝 土 (砖红壤 ) 29个 、富铁土 (红壤 ) 67 个 、均腐土 (黑 土 ) 23个 、新成土 (冲积土 ) 33个 、淋溶土 (棕壤 ) 54 个 、人为土 (水稻土和 土 ) 59 个 ,共 6 个土纲 265 个土壤样品 。按照湿筛 - 吸管法测定结果和美国
长期以来传统的湿筛 - 吸管法积累了大量数 据 ,这些历史资料对于研究具有重要的价值 。而近 年来土壤学和环境科学等利用激光粒度仪测定获 得的数据迅速增加 。由于两种测定结果之间的差 异 ,使得两种方法测定的数据不能够通用 ,对这些 数据的应用受到一定的影响 。传统方法已有比较 成熟的土壤颗粒分类体系 ,而且与土壤的其他理化 性质之间已经建立了某些数据上的联系 。要使激光 粒度仪测定的数据与传统湿筛 - 吸管法的数据接轨 , 使新老体系的成果可以共用 ,也为了使方便 、快捷、精 确的仪器测定能够在土壤学领域得到更好地应用 ,有 必要通过大量不同土壤类型样品的测定 ,建立新老体 系不同粒级之间的对比关系 ,同时得出激光法测定土 壤颗粒的分级标准 ,这将具有重要的价值。
仪器 标 样 应 用 的 是 COULTER SOURCE, H i2 aleah, FL 33014,包括 GB500的玻璃珠 、G15的石榴 石和 L300 的 聚 苯 乙 烯 , 平 均 值 分 别 为 54815 ± 3415μm , 15196 ±118 μm 和 01294 ±01013 μm , S1D1 ( Standard deviation)分别为 45121 ±2215 μm , 8103 ±2125μm 和 01043 ±01010 μm。该仪器测定 结 果 的 平 均 值 分 别 为 54919 μm , 15157 μm 和 01293μm; S1D1 分 别 为 45157 μm , 71598 μm 和 01042μm ,测定结果完全符合要求 。
用激光粒度仪与吸管法对土壤粒径的测试对比和转化
用激光粒度仪与吸管法对土壤粒径的测试对比和转化土壤质地是土壤最基本的物理性质之一,它能表明不同的土壤的粒径分布和粒径组分比例。
目前,有多种通过物理方法对土壤粒径进行测试,其中的吸管法是根据不同大小粒子的沉降速度来测粒径,是目前认为的标准方法。
随着科技的发展,激光散射等光学测试法也逐渐被用于土壤粒径的测试。
但不用的物理方式(此文基于激光散射)测得的结果与传统的沉降法的结果不是1:1的关系,这导致很多研究者不愿意接受激光散射技术。
随着多线性回归模型的发展,使得传统沉降法的结果可以与激光散射法之间进行转化,需要注意激光散射与传统吸管法的转化影响因素很多,目前处于研究阶段而没有一个统一的标准,一方面是不同的样品制备过程和不同仪器和设置,另一方面,国家之间不同的标准。
我们尝试这按国内的方法将传统法与激光散射进行了对比,并通过统计学进行评估。
国内外在这方面的研究都显示,激光散射法与吸管法的结果存在不一致。
因此我们对河床深度在15-20cn和40-45cm的河床土壤132个样本用激光散射法进行了分析,再将结果与吸管法对比。
并应用线性函数、指数函数、幂函数、多项式推导回归关系,并对回归系数(R2)较高的函数进行了进一步的研究。
选用的测试方法要满足所选土壤范围,如果土壤粒径分布的范围超过仪器,就先得通过筛分,采集的时候也要有意思采样,特殊的粒径组分比例的分析可以采用特殊的方法(砂粒通过筛分,粘粒通过沉降法或光学法)。
采集了河床111个点,每个点取深度15-20cm和40-45cm2个样,一共222个样品。
所有样品经过沉淀法测试粒径,粒径分成5个粒径组分。
粒径组分的分类如下:取132个中等细度土壤进行散射分析。
分析前进行干燥,大块被压碎,过2mm的筛,通过4分法得到同质的样品。
10g 加入到10ml的0.05M的偏磷酸钠中,得到浓的土壤悬浊液,分散24h,分析前超声5min,然后立即进行分析。
充分分散,合适的浓度对分析非常重要,仪器分散器分干式和湿式,干式适合细小的、易流动的、与水反应的颗粒,需要的的样品量比湿式多,这就增加了样品的制备。
激光法与湿筛_吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地确定 - 副本
第46卷第5期土 壤 学 报V o l 146,N o 152009年9月ACTA P EDOLOG I CA S I N I CASep .,2009*国家自然科学基金项目(No 140625001;40601040)和土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放基金资助作者简介:杨金玲(1973~),女,硕士,助理研究员,主要从事土壤发生和土壤生物地球化学研究。
E-m ai:l jlyang @i ssas 1ac 1c n 收稿日期:2008-06-20;收到修改稿日期:2008-10-31激光法与湿筛-吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地确定*杨金玲 张甘霖 李德成 潘继花(土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所),南京 210008)摘 要 湿筛-吸管法是测定土壤颗粒组成(PSD )的传统方法,而激光法则是新兴的土壤颗粒测定方法,为了明确二者测定数据间的转换关系,应用两种方法分别测定了中国6个主要土纲的265个土壤样品。
结果表明,激光法测定的土壤黏粒含量明显地小于湿筛-吸管法测定的数据,激光法测定的土壤粉粒含量明显地大于湿筛-吸管法测定的数据,而对于土壤砂粒含量的测定结果二者互有高低。
两种方法测定的黏粒、粉粒和砂粒间均分别具有很好的相关性,甚至按照美国的7级分类标准,每个粒度级别在两种方法间均具有很好的相关性。
按照激光法和吸管法测定数据间的转换关系式得出了用激光法测定数据的砂土、壤土和黏土质地划分界限,从而能够应用激光法测定的数据直接进行质地划分,这对于推动激光法在土壤学中的进一步应用和推动土壤科学的发展均具有重要意义。
关键词 土壤颗粒组成;土壤质地;吸管法;激光法中图分类号 S152 文献标识码 A土壤粒度大小及其特征是重要的土壤性质,它决定着诸多其他的土壤物理化学行为,因此土壤颗粒组成(PSD)的测定及质地的确定一直是土壤学研究中的一个主要内容。
20世纪90年代以前,粒度测量普遍采用湿筛-沉降法,而沉降法中最普遍和经典的是吸管法,其测量过程完全依靠人工操作[1,2]。
土壤—微团聚体组成的测定—吸管法
FHZDZTR0010 土壤微团聚体组成的测定吸管法F-HZ-DZ-TR-0010土壤—微团聚体组成的测定—吸管法1 范围本方法适用于土壤微团聚体组成的测定。
2 原理土壤中小于0.25mm的团聚体为微团聚体。
土壤中由原生颗粒所形成的微团聚体标志着土壤在浸水状况下的结构性能和分散强度。
土壤微团聚体测定与土壤颗粒组成吸管法测定基本相同,也是根据司笃克斯定律,利用不同直径微团聚体的沉降时间不同,将悬浮液分级。
所不同的是在颗粒分散时,为了保持土壤的微团聚体免遭破坏,在分散过程中只用物理方法(振荡)处理分散样品,而不加入化学分散剂。
然后根据土壤微团聚体测定结果与土壤颗粒组成测定结果中的小于0.002mm粒级含量计算出土壤分散系数和结构系数。
土壤分散系数用作表示土壤微团聚体在水中被破坏的程度,土壤分散系数愈大,则微团聚体的稳固性愈低。
土壤结构系数用作鉴定微团聚体的水稳定性。
3 仪器3.1 振荡机。
3.2 土壤颗粒分析吸管(图1)。
图1 土壤颗粒分析吸管3.3 搅拌棒(图2)。
3.4 量筒,1000mL 。
3.5 土壤筛,孔径2mm 、1mm 、0.5mm 。
3.6 烧杯,50mL ,200mL 。
3.7 洗筛,直径6cm ,孔径0.25mm 。
3.8 锥形瓶,500mL 。
4 操作步骤4.1 称取通过2mm 筛孔的10g (精确至0.001g )风干土样置于500mL 锥形瓶中,加入200mL 水,加塞浸泡24h ,然后在振荡机上振荡2h 。
在1000mL 量筒上放一大漏斗,在量筒口放一孔径0.25mm 洗筛,将悬浮液通过筛孔洗入量筒中,留在锥形瓶内的土粒,用水全部洗入洗筛内,注意切不可用橡皮头玻璃棒洗擦土粒,以免破坏微团聚体,最后将量筒内的悬浮液用水加至1000mL 。
图2 搅拌棒将盛有悬浮液的1000mL 量筒放在温度变化较小的平稳试验台上,避免振动,避免阳光直接照射。
将留在洗筛内的砂粒洗入已知质量的50mL 烧杯(精确至0.001g )中,烧杯置于低温电热板上蒸去大部分水分,然后放入烘箱中,于105℃烘6h ,再在干燥器中冷却后称至恒量(精确至0.001g )。
土壤颗粒分析(吸管法)
土壤颗粒分析(吸管法)1.仪器(1)移液枪(2)搅拌棒,下端装上带孔铜片或厚胶板。
(3)沉降筒,即1000mL量筒。
(4)土壤筛(孔径分别为1,0.5mm)洗筛(直径6cm,孔径为0.5、0.25mm)。
(5)三角瓶(500mL),漏斗(直径7cm)。
(6)天平(0.0001)。
(7)烘箱,真空干燥器,漏斗架2.试剂(1)氢氧化钠溶液(酸性土壤):0.5mol/L,20g氢氧化钠,加水溶解后稀释至1000mL。
(2)六偏磷酸钠溶液(石灰性土壤):0.5mol/L,51g六偏磷酸钠溶于水,加水稀释至1000mL。
(3)草酸钠溶液(中性):0.5mol/L,33.5g草酸钠溶于水,加水稀释至1000mL。
(4)异戊醇3.操作步骤(1)样品处理称取通过2mm筛孔的10g(精确至0.001g)风干土样1份,测定吸湿水,另称3份,其中一份测定洗失量(指需要去除有机质或碳酸盐的样品),另外两份作制备颗粒分析悬液用。
去除有机质:对于含大量有机质又需去除的样品,则用过氧化氢去除有机质。
其方法是:将上述三份样品,分别移入250mL高型烧杯中,加蒸馏水约20mL,使样品湿润,然后加6%的过氧化氢,其用量(20~50mL)视有机质多少而定,并经常用玻璃棒搅拌,使有机质和过氧化氢接触,以利氧化。
当过氧化氢强烈氧化有机质时,发生大量气泡,会使样品溢出容器,需滴加异戊醇消泡,避免样品损失。
当剧烈反应结束后,若土色变淡即表示有机物已基本上完全分解,若发现未完全分解,可追加H2O2。
剧烈反应后,在水浴锅上加热2小时去除多余的H2O2。
去除有机质完毕后,其中一份样品洗入已知重量的烧杯中,放在电热板上蒸干后再放入烘箱,在105~110℃下烘干6小时,取出置于干燥器内冷却、称重,计算洗失量。
(2)制备悬液将上述处理后的另两份样品,分别洗入500mL三角瓶中,(根据土壤pH值)加入10mL0.5N 氢氧化钠,并加蒸馏水至250mL,充分摇匀,盖上小漏斗,于电热板上煮沸。
浙大环资学院考研土壤与植物营养综合,95到09历年真题word文档总结版(全部附答案)
1.有机-矿质复合体:土壤中腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体2.土壤三相比:土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率,称为固相率、液相率(即容积含水量或容积含水率,可与质量含水量换算)和气相率。
三者之比即是土壤三相组成。
3.电荷数量:土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数来表示。
4.土链(Catena):把在相同气候、母质、成土年龄下,由于地形条件差异引起的具有不同特征的一系列土壤称为土链(Catena)5.显域土:在排水条件比较好而又比较平稳的地形条件下形成的,气候条件明显大于其他因素影响的土壤。
6.物理性粘粒:在卡钦斯基制粒级制中细土(《1mm的土粒)部分中,粒径小于的土粒。
7.物理性砂粒:在卡钦斯基制粒级制中细土(《1mm的土粒)部分中,粒径大于的土粒。
8.土壤酸化:土壤中盐基离子被淋失而氢铝离子积累、酸度增高的过程。
9.土壤碱化度(ESP):土壤胶体吸附的交换性钠占阳离子交换量的百分率。
碱化度(%)=交换性钠/阳离子交换量 10010.土壤肥力(Soil fertility):土壤为植物正常生长提供并协调营养物质和环境条件的能力。
经常地适时适量地供给并协调植物生长发育所需要的水分、养分、空气、温度、扎根条件和无毒害物质的能力。
11.自然肥力natural fertility:土壤在自然因素的作用下所发展起来的肥力,是成土作用的产物12.人为肥力authropogenic fertility:在耕作熟化过程中发展起来的,是人为因素作用下产生的,是劳动的产物。
13.土壤生产力Soil producity:土壤在其土壤肥力、环境条件和人为因素的综合作用下所能产生的经济效益。
14.矿物:是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体,是组成岩石的基本单位。
15.原生矿物:是指那些经过不同程度的物理风化,为改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物,主要分布在土壤的砂粒和粉粒中,主要是硅酸盐和铝硅酸盐矿物,如石英、长石、云母等。
吸管法-学生实验用
一、土壤质地测定——吸管法一、操作步骤1、称样称取过2毫米筛孔的风干样品10克左右(精确到0.01克)测定吸湿水,另称10克左右于高脚烧杯中用作制备颗粒分析悬液用。
2、制备悬液往盛有土样的600毫升高脚烧杯中,加入10毫升0.5molL-1氢氧化钠,并加软水至250毫升左右,于电热板上煮沸,煮沸后需保持1小时(本次25分钟),使样品充分分散。
冷却后将悬液通过0.25毫米孔径洗筛,并用橡皮头玻棒轻轻地将土粒洗净,用软水冲洗,使< 0.25毫米的土粒全部洗入沉降筒中,直至筛下流出的水澄清为止。
但洗水量不能超过1000毫升;> 0.25毫升砂粒本次不用计算结果。
3.样品悬液的吸取(1)将已洗入沉降筒内的悬液,加软水定容至1000毫升刻度后放于吸管仪平台上。
(2)按司笃克斯定律之公式计算各粒级在水中沉降25厘米、10厘米所需的时间,即为吸液时间(自己制表)。
本次测定按美国制测定<0.05和0.002mm的粒级的含量。
<0.05mm的吸取深度按25cm 计算;<0.002mm的吸取深度按10cm计算。
每次查表确定吸取时间之前都需要测定悬液的温度。
测定温度之前,将沉降筒上下颠倒摇动几次,使悬液上下温度一致。
按悬液的温度查表确定特定吸取深度特定粒级所需的时间。
(3)记录开始沉降时间和各级吸液时间。
将沉降筒盖好,上下垂直颠倒摇动60次,摇动时不用刻意去做水平方向圆形的摇动,避免颗粒产生螺旋式下降。
摇动结束时放置在桌面上即为开始沉降时间。
在吸液前就将吸管放于规定深度处,再按所需粒径与预先计算好的吸液时间提前10秒钟开启活塞吸悬液25毫升。
吸取25毫升悬液约须20秒钟,速度不可太快,以免涡流影响颗粒沉降规律。
将吸取的悬液移入有编号的已知重量的50毫升小烧杯中,并用少量水洗尽吸管内壁附着的土粒,全部移入50毫升小烧杯。
另外,含有机质多而未去除有机质的样品,在搅拌时会引起不少气泡,而影响吸管浓度刻线的观察,因而必须立即滴加戊醇消泡。
土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法土壤是农田中最重要的资源之一,它对农作物的生长发育起着至关重要的作用。
而土壤机械组成则是土壤力学中的一个重要概念,它是指土壤颗粒的粒径分布及其所占比例。
吸管法是一种常用的测定土壤机械组成的方法,它通过利用土壤孔隙中水分的运动情况来推测土壤颗粒的粒径分布。
本文将对土壤机械组成吸管法进行详细介绍,以便读者更好地理解和应用该方法。
一、吸管法的原理吸管法是利用土壤中的孔隙和毛细力来测定土壤机械组成的一种方法。
其原理是:通过将吸管插入土壤中,使吸管内的水分受到土壤颗粒的吸附作用而上升,根据水分上升的高度和时间来推测土壤颗粒的粒径分布。
二、吸管法的步骤1. 准备工作:选择合适的吸管,并在吸管上标定刻度。
2. 实验操作:将吸管插入土壤中,直至吸管底部与土壤表面齐平。
然后用标尺测量吸管内水分的初始高度。
3. 观察记录:观察吸管内水分的上升情况,并记录吸管内水分的高度随时间的变化。
4. 数据处理:根据吸管内水分的高度和时间的变化,结合吸管的尺寸,利用公式计算土壤颗粒的粒径分布。
三、吸管法的优缺点吸管法作为一种测定土壤机械组成的方法,具有以下优点:1. 操作简单:吸管法操作简单易行,不需要复杂的仪器设备。
2. 成本低廉:吸管法所需材料简单易得,成本低廉。
3. 结果可靠:吸管法通过观察吸管内水分的上升情况,能够准确推测土壤颗粒的粒径分布。
然而,吸管法也存在一些缺点:1. 数据处理较为繁琐:吸管法需要根据吸管内水分的高度和时间的变化,结合吸管的尺寸进行复杂的数据处理。
2. 依赖操作人员经验:吸管法的结果很大程度上依赖于操作人员的经验和观察力。
四、吸管法的应用吸管法广泛应用于农田土壤的机械组成测定。
通过测定土壤颗粒的粒径分布,可以评估土壤的质地、水分保持能力和通透性等重要性质,为农作物的生长和土壤改良提供科学依据。
总结:土壤机械组成吸管法是一种简单易行、成本低廉且结果可靠的土壤分析方法。
它通过观察吸管内水分的上升情况来推测土壤颗粒的粒径分布,为评估土壤质地和水分保持能力提供了一种有效的手段。
土壤粒径分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解土壤粒径分布的基本原理和方法;2. 掌握土壤粒径分析实验的操作步骤;3. 分析土壤粒径分布特征,为土壤改良和利用提供科学依据。
二、实验原理土壤粒径分布是指土壤中不同粒径颗粒的组成比例。
土壤粒径分析是土壤学研究的基础内容之一,对于了解土壤的物理性质、化学性质和生物性质具有重要意义。
本实验采用比重计法进行土壤粒径分析。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:土壤样品、去离子水、比重计、烧杯、漏斗、滤纸等;2. 实验仪器:电子天平、分析天平、恒温箱、磁力搅拌器、离心机等。
四、实验步骤1. 样品准备:将土壤样品风干、研磨,过筛,选取粒径小于2mm的土壤样品;2. 样品处理:将土壤样品放入烧杯中,加入适量去离子水,搅拌均匀,静置24小时;3. 比重计法:将处理后的土壤样品倒入比重计中,记录初始读数;4. 离心分离:将比重计放入离心机中,以3000r/min的速度离心分离30分钟;5. 计算粒径分布:根据比重计读数和土壤样品质量,计算不同粒径土壤颗粒的百分含量。
五、实验结果与分析1. 土壤粒径分布结果根据实验数据,土壤样品的粒径分布如下:粒径(mm) | 百分含量(%)-----------|-----------0.01-0.05 | 30.50.05-0.1 | 20.20.1-0.25 | 15.30.25-0.5 | 10.00.5-1.0 | 8.51.0-2.0 | 5.52. 结果分析从实验结果可以看出,土壤样品中0.01-0.05mm粒径的土壤颗粒含量最高,其次是0.05-0.1mm和0.1-0.25mm粒径的土壤颗粒。
这说明该土壤样品属于沙质土壤,具有较高的渗透性和保水性。
六、实验讨论1. 实验误差:本实验中,土壤样品的处理、比重计读数和离心分离等步骤均可能存在误差,影响实验结果的准确性;2. 土壤质地:土壤质地对土壤的物理性质、化学性质和生物性质具有重要影响。
本实验结果表明,该土壤样品属于沙质土壤,适宜于种植根系发达、耐旱的植物;3. 土壤改良:针对该土壤样品的粒径分布特征,可以通过增加有机质、改良土壤结构等措施,提高土壤的保水保肥能力。
吸管法测定土壤颗粒组成流程
吸管法测定土壤颗粒组成流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法是一种测定土壤机械组成的方法。
本方法采用吸管法,首先将土样经2mm筛分成各粒径级别,然后将每级土样放入相应的玻璃管内,用直径为20mm的与玻璃管长度相等的吸管在土样中抽气,利用土颗粒沉降的速度确定土颗粒的沉降速度,并根据Stokes' law计算土颗粒的直径,最后通过计算得出土壤的机械组成。
土壤机械组成是指一个土样中各种粒径的土颗粒所占比例。
土壤机械组成是土壤研究的基础,它对土壤的物理、化学、生物性质都有很大的影响。
测定土壤机械组成可以帮助我们了解土壤的物理性质,如孔隙度、渗透性、保水性等;同时还可以为土壤改良和作物生长提供有用的信息。
本方法的特点是简单易行、成本低廉,只需一些基本的实验器材即可进行。
同时,与传统的分级筛分法相比,吸管法可以测定更小的粒径(约为0.01mm),因此可以更精确地测定土壤的机械组成。
此外,吸管法不会破坏土壤的结构,因此可以更好地保持土壤的代表性。
但是需要注意的是,吸管法测量的仅仅是土颗粒的沉降速度,没有考虑粘结剂、腐植酸等物质对土颗粒沉降速度的影响,因此得到的机械组成数据可能略有偏差。
此外,吸管法需要将每个粒径级别的土壤样品均匀地放置在玻璃管内,因此在操作过程中需要小心谨慎。
总之,土壤机械组成吸管法是一种简单、经济、精确的测定土壤机械组成的方法。
它可以被广泛应用于土壤物理学、土壤改良和农田管理等领域。
土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法
土壤机械组成吸管法是一种常用的土壤力学试验方法,用于测定土壤颗粒的粒径分布和粒度组成。
该方法基于贯通性原理,通过吸管抽取土壤样品,并将其通过筛分分析仪进行分析,从而确定土壤中不同粒径的颗粒所占的比例。
具体操作步骤如下:
1. 准备土壤样品,将其置于干燥室中干燥至恒重。
2. 使用筛分分析仪将土壤样品分为不同粒径组,通常使用的筛网为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.125mm和0.063mm。
3. 将分好的土壤样品分别称入吸管中,并在吸管顶部加上一个吸头。
4. 将吸头放入水中,并用橡皮管将吸头与水泵连接起来。
5. 钳紧吸管,打开水泵,使水从底部注入吸管,并使土壤样品悬浮在水中。
6. 关闭水泵,等待土壤颗粒充分沉降。
7. 通过读取吸管中水的高度,计算出各个粒径组的颗粒所占的比例。
土壤机械组成吸管法具有操作简单、精度高、样品消耗少等优点,被广泛应用于土壤力学和土力学领域。
- 1 -。
土粒粒径分析实验
颗粒 类别
风干 土样
烘干 土样
1mm ~ 0.25mm
0.25~ 0.05mm
0.05mm~ 0.01mm
0.001 ~ 0.01 颗
<0.001mm
颗粒 颗粒 颗粒
粒
颗粒
时间
52s 21m42s 1h26m49s 25h19m4s
编号 m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m8
烧瓶 -
分析表明 30 号土为壤土 9.注意事项:将悬液在电热板上煮沸,在沸腾前应用玻棒经常搅动土 粒,以防止土粒粘底,保持沸腾 1h。煮沸时特别要注意用异戊醇消 泡,级所占百分比。
烘干土质量 m2=
(1)1mm~0.25mmm1颗 粒含量%=
m3 100 m2 (2) 0.25mm~0.05mm 颗粒含量%=
(m3 m4) ts 100 m2
(3)0.05mm~0.01mm 颗粒含量%=
(m4 m5 ) ts 100 m2
土粒粒径分析实验 1.实验方法:吸管法。 2.实验原理:粒的粒径分析大致分为分散、筛分和沉降 3 个步骤。 向土壤中加入六偏磷酸钠使土粒分散。然后再进行土粒筛分,筛分的 细土粒(<0.1mm)依据司笃克斯(G. G. Stokes)定律。按公式计算 某一粒径的土粒沉降到深度 L(L 一般取 10cm 和 7cm)所需时间。 在测定前用特制的搅拌棒均匀地搅拌颗粒悬液,在沉降一开始记时, 按公式计算的沉降时间用移液管在深度 L 处缓慢吸取一定容量的悬 液,烘干称重,由此可计算小于某一相应粒径土粒的累积量。两次测 定的累积量相减可得某一粒径范围的土粒量。 3.仪器设备:吸管;吸管架;搅拌棒;洗耳球;沉降筒(1000mL 量筒, 洗筛直径 6cm);,筛网孔径 0.25mm;50mL 量筒;皮头玻棒; 250mL 高型烧杯;50mL 小烧杯,电热板;烘箱;天平(感量 0.01g;感量 0.001g;感量 0.0001g)等。 4.化学试剂:六偏磷酸钠溶液{c[1/6(NaPO3)6] = 0.5mol·L-1}:51g 六偏 磷酸钠[1/6(NaPO3)6, 化学纯] 溶于水,稀释至 1L(用于碱性土壤)。 过氧化氢溶液[ω(H2O2)=6%]:200mL 过氧化氢溶液[ω(H2O2)=30%] 稀释至 1L。异戊醇[(CH3)2CHCH2CH2OH,化学纯] 5.操作步骤 (1)样品处理 a 称取过 1mm 筛的风干土样约 20g---m1,精确至 0.01g,放入 250ml 高型烧杯中。根据换算系数 K 求得烘干土质量 m2。
土壤质地测定——吸管法
实验一 土壤颗粒组成分析(吸管法)1. 称样:称取通过2mm 筛孔的10.000g 风干土样(酸性土)两份,一份放入已知质量的铝盒中作含水量的测定,一份放入高脚烧杯中作颗粒分析用。
(碱性土,酸性土,中性土所用的分散剂各不相同.酸性土用氢氧化钠,碱性土用六偏磷酸钠)2. 分散土样:将样品放入高脚烧杯中,加入10ml0.5mol/L 的氢氧化钠,加软水至250ml ,搅拌均匀,盖上小漏斗,置于电热板上煮沸,煮沸后保持1小时(间断搅拌),使样品充分分散,使样品冷却。
3. 悬液的制备:将分散好的样品通过0.25mm 孔径筛洗入沉降筒中。
将留在筛孔上的砂粒洗入已知重量的50ml 烧杯中,测量其烘干重量。
4. 样品悬液吸取:定容1000ml ;初步摇匀。
测量温度:查表1确定25cm 或10cm 深度所需要的时间。
记录开始时间和各级吸取时间(0.05mm, 0.002mm 两级)。
悬液充分搅拌均匀。
在吸取前,将吸管放于规定深度处,按所需时间提前10s 开始吸,吸取25ml 时间控制在20秒。
将吸取的悬液全部移入已知重量的烧杯中,并用软水将吸管冲洗干净。
将盛有悬液的小烧杯放在电热板上蒸干,然后放入烘箱,在105-110℃下烘6小时至恒重,取出置于真空干燥器内,冷却20分钟后称重。
5.空白读数 6. 结果计算:① 土壤水分换算系数 1m mK =式中: K —— 水分换算系数 m —— 烘干土重量,gm 1 —— 风干土重量,g② K g ⨯=风干土质量)颗粒分析烘干土质量()(m 2 ③ 2-0.25mm 粒级含量计算100(%)25.0~223⨯=m m 粒级含量 式中: m 3 —— 2~0.25mm 粒级烘干重,gm 2——样品烘干重,g④粉粒(0.05~0.002mm)粒级含量计算1001000)((%)264⨯⨯⨯-吸管容积=粉粒m m m式中: m 4 —— <0.05mm 粒级的烘干重,gm 6 —— <0.002mm 粒级的烘干重,g⑤粘粒(<0.002mm)粒级含量计算1001000)(%)256⨯⨯⨯-吸管容积(=粘粒m m m式中:m 5 —— 空白读数,g ⑥砂粒(2~0.05mm )粒级含量计算:粉粒%-粘粒%%砂粒-=100(%)附:表1 土壤颗粒分析各级粒级吸取时间表。
土壤 粒度的测定吸液管法和比重计法(HJ 1068-2019)
前 言.................................................................................................................................................ii 1 适用范围......................................................................................................................................... 1 2 规范性引用文件.............................................................................................................................1 3 术语和定义..................................................................................................................................... 1 4 方法原理......................................................................................................................................... 1 5 干扰和消除..................................................................................................................................... 1 6 试剂和材料..................................................................................................................................... 2 7 仪器和设备..................................................................................................................................... 3 8 样品................................................................................................................................................. 5 9 分析步骤......................................................................................................................................... 6 10 结果计算与表示...........................................................................................................................8 11 精密度......................................................................................................................................... 12 12 质量保证和质量控制...................................................................................13 13 注意事项..................................................................................................................................... 14
土壤机械组成的测定吸管法仪器
土壤机械组成的测定吸管法仪器1. 引言1.1 研究背景土壤机械组成是土壤中不同粒径颗粒的组成和比例的一种重要性质,对土壤的物理性质和生物学过程有重要影响。
了解土壤机械组成可以帮助我们更好地了解土壤的结构和性质,为土壤管理和农业生产提供科学依据。
传统的测定方法主要包括筛选法、横移筛法等,这些方法操作繁琐、耗时且结果精度较低。
尽管吸管法仪器具有快速、准确等优点,但也存在一些缺点,例如对土壤样品要求较高、易受人为操作影响等。
未来,随着技术的不断发展和改进,吸管法仪器将在土壤研究和农业生产中有更广泛的应用前景。
我们可以进一步完善吸管法仪器的设计和操作流程,提高其测定精度和稳定性,为土壤科学研究和生产实践提供更好的服务。
1.2 目的本次研究的目的是探讨土壤机械组成的测定吸管法仪器在土壤工程领域的应用价值,进一步完善该仪器的设计和性能。
通过深入研究吸管法仪器的原理和组成,我们旨在提高其测定土壤机械组成的准确性和稳定性,为土壤力学性质的研究提供可靠的技术支持。
我们还希望通过总结吸管法仪器的优缺点,探讨其在实际工程中的应用效果,为土壤工程实践提供科学依据。
通过本次研究,我们旨在为土壤机械组成的测定方法提供新的思路和技术支持,推动土壤工程技术的进步和发展。
1.3 意义土壤是农田生态系统中最重要的组成部分,土壤机械组成是土壤性质的重要指标之一。
了解土壤的机械组成可以帮助我们更好地了解土壤的工程特性和植物生长环境,从而指导土壤的管理和利用。
通过测定土壤的机械组成,可以评价土壤的质地、结构和孔隙度,为农田的施肥、灌溉和栽培提供科学依据。
研究土壤机械组成的测定吸管法仪器具有重要的意义。
通过深入探讨该仪器的优缺点,可以进一步完善土壤机械组成的测定方法,提高测定数据的准确性和可靠性。
探讨吸管法仪器的应用前景和研究展望,能够为未来的土壤科学研究和土壤管理实践提供新的思路和方法。
【2000字】2. 正文2.1 土壤机械组成的测定方法土壤机械组成的测定方法是通过对土壤颗粒的大小和分布进行分析,以揭示土壤的物理性质。
土壤粒度测定吸管法
土壤粒度测定吸管法标题:土壤粒度测定吸管法:从简到繁的有效工具导语:土壤是自然界中不可或缺的资源之一,其特性对农业生产、环境保护等领域起着重要作用。
而了解土壤的粒度分布情况对土壤特性的研究具有重要意义。
本文将重点介绍土壤粒度测定中的吸管法,并探讨其作为一种简单易行、经济实用的测定方法的优点和局限性。
一、土壤粒度测定的意义及基本概念1.1 土壤粒度的意义土壤粒度是指土壤中不同颗粒大小的分布情况,它直接影响着土壤的透水性、通气性、质地等特性,对农作物生长和土壤保育具有重要影响。
1.2 粒度分析的基本概念粒度分析是指对土壤颗粒径进行定量分析和描述的方法,通过测定不同颗粒级配的分布情况,可以了解土壤的粒度分布特性。
二、土壤粒度测定中的吸管法介绍2.1 吸管法的原理吸管法是一种简单易行、经济实用的土壤粒度测定方法,其原理基于细颗粒在水中的悬浮性和大颗粒沉降速度与液体的粘度成反比的规律。
2.2 吸管法的步骤步骤一:准备样品步骤二:制备试剂步骤三:浸泡土样步骤四:制备吸管步骤五:注满水并晾干步骤六:测量管内水位步骤七:计算乃至绘图三、吸管法的优点与局限3.1 优点吸管法操作简便,仪器简单且易于获取,其成本相对较低,适合在基础研究和田间调研中使用。
该方法无需过多的样品预处理和仪器校准,更节省时间和资源。
3.2 局限性吸管法依赖于人眼的观测,结果的准确性受到操作者主观判断的影响。
吸管法对颗粒形状和密实度等因素较为敏感,容易受到土壤颗粒的表面电荷和颗粒间的吸附作用等影响,因此在一些特殊情况下,其结果可能存在误差。
四、对土壤粒度测定吸管法的个人观点和理解作为一种简单易行、经济实用的土壤粒度测定方法,吸管法在土壤科学研究中具有一定的应用前景。
尽管其存在一些局限性,但通过不断改进和配合其他粒度测定方法,可以最大程度上减小其误差,并提高结果的可信度。
在实际应用中,我们可以根据具体需求选择合适的土壤粒度测定方法来进行科学研究或决策支持。
吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比
第43卷第3期2023年6月水土保持通报B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .43,N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-09-13 修回日期:2022-11-01 资助项目:国家自然科学基金项目 黄土高原植被恢复影响切沟侵蚀的动力机制与模拟 (42130701);地表过程与资源生态国家重点实验室重点项目 典型黑土区冻融循环特征及其对水力侵蚀的影响机制 (2021-Z D -05) 第一作者:彭婷婷(1998 ),女(苗族),贵州省遵义市人,硕士研究生,研究方向为土壤侵蚀与水土保持㊂E m a i l :t t p e n g@m a i l .b n u .e d u .c n ㊂ 通信作者:杨扬(1987 ),女(汉族),福建省将乐县人,博士,副教授,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究㊂E m a i l :y a n g .y a n g@b n u .e d u .c n ㊂吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比彭婷婷1,2,白雪1,2,杨扬1,2,高晓飞1,刘瑛娜1(1.北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室,北京100875;2.北京师范大学地理科学学部地理学院,北京100875)摘 要:[目的]利用扫描电镜法(s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y ,S E M )评估吸管法(p i p e t t em e t h o d ,P M )对中国水蚀区不同土壤粒径分布(p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n ,P S D )的测定结果,以期为各典型土壤P S D 的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考㊂[方法]以5个水蚀二级区的典型土壤 黑土㊁褐土㊁黄土㊁紫色土和红壤为研究对象,利用S E M 测定P M 所得<100μm 各粒级悬液的粒径分布,分析两种方法测得的粒径分布差异并探讨其原因㊂[结果]P M 所得绝大多数土壤悬液中都存在粒径大于对应粒级的颗粒㊂随着悬液粒级减小,S E M 所得相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均降低㊂在<100μm 悬液中,S E M 测得黑土㊁褐土和紫色土颗粒集中于20~53μm ,平均体积直径(m e a nv o l u m e d i a m e t e r ,MV D )较小;黄土和红壤颗粒集中于20~53,53~100μm ,MV D 较大㊂相比S E M ,P M 对黄土<100μm 悬液P S D 的测定结果差异不大,但高估了其余土壤<2μm 黏粒含量,低估了黑土㊁褐土和紫色土20~53μm 粒级含量及红壤20~100μm 含量,所测各土壤平均重量直径(m e a nw e i g h td i a m e t e r ,MWD )均小于S E M 所测MV D ㊂P M 与S E M 所测土壤P S D 的差异使85.6%的土壤样品质地类型发生了变化㊂通过S 曲线对P M所测P S D 进行转换后可使质地类型不一致的样品占比下降至61.5%㊂[结论]以S E M 结果为基准,P M 对水蚀区各土壤粒径分布的测定普遍存在误差㊂两种方法之间的差异因土壤类型而异,主要与土壤矿物组成和黏土矿物类型有关㊂关键词:土壤粒径分布;吸管法;扫描电镜法;中国水蚀区文献标识码:B 文章编号:1000-288X (2023)03-0165-11中图分类号:S 152.3文献参数:彭婷婷,白雪,杨扬,等.吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比[J ].水土保持通报,2023,43(3):165-175.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .2023.03.021;P e n g T i n g t i n g ,B a iX u e ,Y a n gY a n g ,e t a l .C o m p a r i s o no f p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n sd e t e r m i n e db yp i p e t t em e t h o da n ds c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y f o r t y p i c a l s o i l s i nw a t e r e r o s i o nr e gi o no fC h i n a [J ].B u l l e t i no fS o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,43(3):165-175.C o m p a r i s o no fP a r t i c l e S i z eD i s t r i b u t i o n sD e t e r m i n e db y P i pe t t e M e t h o da n dS c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p yf o rT y pi c a l S o i l s i n W a t e rE r o s i o nR e gi o no fC h i n a P e n g T i n g t i n g 1,2,B a iX u e 1,2,Y a n g Y a n g 1,2,G a oX i a o f e i 1,L i uY i n gn a 1(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y E a r t hS u r f a c eP r o c e s s e s a n dR e s o u r c eE c o l o g y ,F a c u l t y o fG e o g r a p h i c a lS c i e n c e ,B e i j i n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100875,C h i n a ;2.S c h o o l o f G e o g r a p h y ,F a c u l t y o f G e o g r a p h i c a lS c i e n c e ,B e i j i n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100875,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n s (P S D )o f d i f f e r e n t s o i l sm e a s u r e db y s c a n n i n g el e c t r o n m i c r o s c o p y (S E M )a n db y t h e p i p e t t em e t h o d (P M )i nt h ew a t e r e r o s i o nr e g i o no fC h i n aw a s c o m pa r e d i n o r d e r t o p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r t h ed e t e r m i n a t i o no f t y p i c a l s o i lP S D sa n dt h e i r a p pl i c a t i o n s i ns o i l e r o s i o n m o d e l s .[M e t h o d s ]F i v e t y p i c a l s o i l s c o r r e s p o n d i n g t o t h e f i v ew a t e r e r o s i o n s u b r e gi o n s o f C h i n a (i .e .,b l a c k Copyright ©博看网. All Rights Reserved.s o i l,c i n n a m o n s o i l,l o e s s,p u r p l e s o i l,a n d r e d s o i l)w e r e c o l l e c t e d a n d a n a l y z e db y P Ma n dS E M.S p e c i f i c a l l y, s o i l s u s p e n s i o n s o f d i f f e r e n t s i z e c l a s s e s o b t a i n e db y P M(i.e.,<100,<53,<20,<10,<5a n d<2μm) w e r em e a s u r e du s i n g S E M.T h eP S Dr e s u l t s d e t e r m i n e db y P Ma n dS E M w e r e c o m p a r e da n d t h e c a u s e s f o r t h e i r d i f f e r e n c ew e r e d e t e r m i n e d.[R e s u l t s]F o rm o s t s o i l s u s p e n s i o n s o b t a i n e db y P M,p a r t i c l e s l a r g e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g s i z ec l a s s e so f t h es u s p e n s i o n sw e r ed e t e c t e db y S E M.A s t h es i z ec l a s s e so fs o i l s u s p e n s i o n s d e c r e a s e d,b o t h t h e c o u n t a n dv o l u m e f r a c t i o n s o f t h e c o r r e s p o n d i n g s i z e s,a sm e a s u r e db y S E M,d e c r e a s e d.F o r t h e s u s p e n s i o n s<100μm,t h e p a r t i c l e s o f t h e b l a c k,c i n n a m o n,a n d p u r p l e s o i l s f e l lm a i n l y i n t h e20 53μmc l a s s,r e s u l t i n g i n r e l a t i v e l y l o w e r v a l u e s o f S E M-d e r i v e dm e a n v o l u m e d i a m e t e r(MV D).I n c o n t r a s t, t h e p r i m a r y s i z e c l a s s e s o f t h e l o e s s a n d r e d s o i l w e r e20 53a n d53 100μm,l e a d i n g t o l a r g e rMV D.L i t t l e d i f f e r e n c ew a s o b s e r v e d i n t h eP S D s o f l o e s s b e t w e e nP Ma n dS E Mf o r t h e s u s p e n s i o n<100μm.C o m p a r e d w i t hS E M,P M o v e r e s t i m a t e d t h e c l a y f r a c t i o n s<2μmo f t h eo t h e r s o i l s a m p l e s,a n du n d e r e s t i m a t e d t h e s i z e f r a c t i o n s o f20 53μmf o r t h e b l a c k,c i n n a m o n,a n d p u r p l e s o i l s,a sw e l l a s t h e f r a c t i o n s o f20 100μm f o r t h e r e ds o i l.A sa r e s u l t,t h eP M-d e r i v e d m e a nw e i g h td i a m e t e r s(MWD)w e r es m a l l e r t h a nt h eS E M-d e r i v e d MV Df o r a l l o f t h e i n v e s t i g a t e d s o i l s.A d d i t i o n a l l y,t h eP S Dd i s c r e p a n c i e s b e t w e e n t h e t w o a n a l y t i c a l m e t h o d s s h i f t e d t h e t e x t u r a l c l a s s e s o f84.6%o f t h e t o t a l s o i l s a m p l e s.C o n v e r t i n g t h eP M-d e r i v e dP S Dw i t h t h e o p t i m a l S-c u r v em o d e l s,t h e p r o p o r t i o no f t h e s a m p l e sw i t hd i f f e r e n t t e x t u r a l c l a s s e sd u e t oP S Da n a l y t i c a l m e t h o dd e c r e a s e d t o61.5%.[C o n c l u s i o n]B a s e d o n t h e S E Mr e s u l t s,P Mt e n d e d t om i s e s t i m a t e t h eP S D s o f a l l o f t h e f i v e t y p i c a l s o i l s i n t h ew a t e r e r o s i o n r e g i o n.T h eP S Dd i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t w om e t h o d s v a r i e d w i t hs o i l t y p e a n dw e r em a i n l y r e l a t e d t o s o i lm i n e r a l c o m p o s i t i o na n d c l a y m i n e r a l t y p e s.K e y w o r d s:s o i l p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n;p i p e t t em e t h o d;s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y;w a t e r e r o s i o n r e g i o n o f C h i n a土壤粒径分布(p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n,P S D)是土壤最重要的物理性质之一,直接决定土壤质地,对土壤结构和抗侵蚀能力具有重要影响㊂在土壤侵蚀模型如通用土壤流失方程(u n i v e r s a ls o i ll o s s e q u a t i o n,U S L E)[1]和水蚀预报模型(w a t e re r o s i o n p r e d i c t i o n p r o j e c t,W E P P)[2]中,土壤P S D都是计算土壤可蚀性因子K的重要参数㊂因此,准确测定土壤P S D对于土壤侵蚀的模拟和预报具有重要意义㊂湿筛 吸管法是测定土壤P S D的传统方法㊂>100μm的土壤颗粒经湿筛㊁烘干并称重后计算质量百分比;<100μm的各粒级颗粒则基于S t o k e s公式计算的沉降时间进行土壤悬液的吸取㊁分离,同样经烘干㊁称重后计算对应的颗粒含量[3]㊂该方法成本低㊁易操作,在世界范围内应用广泛㊂然而,针对<100μm土壤颗粒的吸管法(p i p e t t em e t h o d,P M)步骤繁琐㊁耗时冗长[3-4]㊂更重要的是,该方法将多呈盘状和片状的黏粒等所有土壤颗粒都假定为完美球形进行沉降时间的计算,其结果往往会高估黏粒含量[5]㊂此外,P M还假设所有土壤颗粒的密度一致,均为2.65g/c m3;但土壤颗粒的密度主要取决于其矿物组成,多介于1.8~3.2g/c m3之间,不同大小的土壤颗粒密度可能差异巨大[6-7]㊂扫描电镜法(s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y,S E M)是一种基于电子光学的P S D测定方法㊂该方法可对颗粒表面进行直接测量[8],被大量研究视作P S D测定的基准方法[5,9-10]㊂然而,由于S E M对样品制备的要求较高㊁测量的土壤颗粒数量少,费用昂贵,多用于较小颗粒的测定[11]㊂目前,关于P M对土壤P S D的测定缺陷已有共识[12],但关于各粒级误差如何,不同土壤之间是否存在差异的问题,仍有待系统㊁深入地探讨和研究㊂中国是全球土壤侵蚀最严重的国家之一,水土流失区域差异明显㊂为更好地开展水土流失调查和管理,水利部将中国水蚀区划分为5个二级类型区[13]㊂本研究以这5个水蚀二级区的典型土壤 黑土㊁褐土㊁黄土㊁紫色土和红壤为研究对象,利用扫描电镜法测定吸管法所得<100μm范围内不同粒级土壤悬液的粒径分布,分析吸管法对不同土壤的测定差异并探讨其原因,以期为各典型土壤P S D的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考㊂1材料与方法1.1研究区概况本研究所用土壤采自中国5个水力侵蚀二级类型区,区内的主要土壤类型为黑土㊁褐土㊁黄土㊁紫色土和红壤㊂其中,黑土采自黑龙江省嫩江县(48ʎ57'N, 125ʎ12'E),属水蚀二级类型区中的东北黑土区,气候类型为温带半湿润大陆性季风气候,降水集中于6 9月㊂土壤有机碳含量高,但由于长期不合理的连作661水土保持通报第43卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.及水土保持措施缺乏,该区侵蚀强烈,水土流失严重㊂褐土采自北京市密云区(40ʎ13'N ,116ʎ39'E ),属北方土石山区,气候类型为温带大陆性季风气候,降水主要集中在6 9月,多暴雨㊂土壤养分含量较低,抗侵蚀能力较弱,以水力侵蚀为主㊂黄土取样于陕西省神木市(38ʎ13'N ,109ʎ40'E ),母质为沙黄土,属西北黄土高原区,气候类型为温带大陆性季风气候,冬春干旱多风,夏秋多暴雨,生态环境十分脆弱㊂紫色土采自四川省屏山县(28ʎ37'N ,104ʎ01'E ),属西南紫色土区,气候类型为亚热带湿润季风气候,降水丰富,常发生于6 9月㊂土壤有机质含量低㊁结构较差,在强烈的人为活动下土壤侵蚀严重㊂红壤采自福建省将乐县(26ʎ15'N ,117ʎ38'E ),属南方红壤区,气候类型为亚热带季风气候,降水充沛且集中于3 9月㊂该区地势起伏大,加之对山地的人为过度开发,土壤侵蚀日益严重㊂各土壤采样点均处于所属水蚀二级区的核心位置[14]或分布着该区的典型土壤㊂1.2 土壤样品采集土壤样品共26个,除褐土6个样品外,其余4种土壤各5个样品㊂其中,黑土样品于2018年7月采自黑龙江省嫩江县鹤北小流域的典型土壤剖面,剖面深度100 200c m 不等,土地利用类型为草地和耕地,根据土壤发生层分层采集代表性样品共52个㊂褐土样品于2016年8月采自当地的典型耕地,布设样带后在每个样点间隔10c m 深度采集土壤样品,直至100c m 深度或母质层,共得到样品277个㊂黄土㊁紫色土和红壤样品则分别于2017年7月㊁2018年7月和2019年1月进行采集,均为0 20c m 的表层土壤,样品个数依次为45,50,41,涉及的土地利用类型为草地㊁耕地㊁林地㊁园地和裸地中的2~4种㊂根据吸管法所测黏粒(<2μm )含量对5种土壤的样品分别进行排序,然后等间距选取5~6个代表性样品进行S E M 测定㊂各土壤样品所属亚类[15]㊁对应样点的土地利用类型㊁采样深度㊁粒径分布㊁土壤质地[16]见表1㊂表1 土壤样品基本情况T a b l e 1 B a s i c i n f o r m a t i o no f s o i l s a m pl e s 土壤类型亚类编号土地利用类型采样深度/c m 土壤粒径分布/%黏粒(<2μm )粉粒(2~53μm )砂粒(53~2000μm )土壤质地B 1耕地58 8019.9131.6948.40壤土B 2耕地46 6029.2138.8331.96黏壤土黑土典型黑土B 3耕地18 3231.8240.8527.33黏壤土B 4耕地18 3033.1444.0222.83黏壤土B 5耕地18 3537.6748.9913.34粉黏壤土C 1耕地50 6026.3651.0722.57粉壤土C 2耕地70 8027.2057.1715.62粉黏壤土褐土淋溶褐土C 3耕地90 10027.8955.4516.66粉黏壤土C 4耕地80 9028.6457.8113.55粉黏壤土C 5耕地90 10028.9959.4211.58粉黏壤土C 6耕地60 7031.9237.9030.18黏壤土L 1草地0 202.5261.1136.38粉壤土L 2草地0 2010.9536.0253.03砂壤土黄土淡栗钙土L 3草地0 2011.7438.8749.38壤土L 4草地0 2012.4840.0647.45壤土L 5草地0 2015.5544.4140.04壤土P 1草地0 201.114.6794.22砂土P 2林地0 2012.0128.1659.83砂壤土紫色土石灰性紫色土P 3园地0 2014.7130.4054.90砂壤土P 4耕地0 2020.7839.4439.78壤土P 5园地0 2023.6542.7233.64壤土R 1林地0 2014.0318.8067.17砂壤土R 2草地0 2017.4627.3155.23砂壤土红壤典型红壤R 3草地0 2019.6528.9051.46壤土R 4林地0 2029.4122.8047.79砂黏壤土R 5林地0 2033.1623.3543.49黏壤土761第3期彭婷婷等:吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比Copyright ©博看网. All Rights Reserved.1.3土壤预处理将所有土壤样品风干后过2mm筛,除去砾石㊁枯落物和草根㊂用盐酸去除土壤中的碳酸钙,用双氧水去除有机质㊂然后根据土壤p H值选择不同的分散剂,呈酸性的黑土和红壤使用氢氧化钠作为分散剂,呈碱性的褐土㊁黄土和紫色土则以六偏磷酸钠为分散剂㊂1.4吸管法(P M)称取20g土壤样品,经充分分散后通过100μm 筛,>100μm颗粒经烘干称重后得到100~2000μm 粒级含量,<100μm土壤悬液则转入1L的量筒中㊂利用S t o k e s公式计算<53,<20,<10,<5,<2μm 颗粒的沉降时间,依次吸取对应粒级悬液至烧杯中,烘干称重后得到20~53,10~20,5~10,2~5和<2μm粒级颗粒的质量并分别计算各粒级占<100μm颗粒的百分比含量,53~100μm颗粒含量则由100%减去以上5个粒级含量得到㊂1.5扫描电镜法(S E M)测定不同粒级土壤悬液的粒径分布称取20g土壤样品,重复1.4中P M的操作步骤,得到<100,<53,<20,<10,<5,<2μm粒级的土壤悬液,采用S E M进行P S D测定㊂测量设备为日本日立公司生产的S-4800型高分辨场发射扫描电镜㊂将稀释到一定浓度的土壤悬液滴在40mmˑ40mm的锡箔纸上,待其风干后,裁剪5mmˑ5mm 颗粒均匀分布㊁表面平整的部分置于扫描电镜的圆形样品台上,用导电胶进行固定并对样品进行喷金处理㊂使用扫描电镜进行观测时,将工作电压设置为10.0k V,物镜焦距为8mm左右,不断调节放大倍数直至视野中的颗粒呈现出清晰的边界㊂D u r等[11]发现将<2μm土壤悬液稀释至100~ 200m g/L时,土壤颗粒数量合适㊁分布均匀㊂因此,本研究在每种土壤中随机选取2个样品,吸取<2μm土壤悬液,将悬液分别稀释至250,200,150m g/L后进行SE M测量,比较土壤颗粒的分布状况并确定最佳稀释浓度㊂以紫色土样品P2为例,将土壤悬液稀释至250m g/L时,土壤颗粒分布密集,重叠较多,各颗粒难以有效区分;稀释至150m g/L时,图像中的颗粒分布稀疏且数目较少,代表性略有不足;而当稀释至200m g/L时,土壤颗粒分布均匀且数量充足(图1)㊂据此,将紫色土<2μm土壤悬液的稀释浓度确定为200m g/L㊂利用该方法,将<100,<53, <20,<10和<5μm土壤悬液的最佳稀释浓度依次确定为1200,1000,700,600,400m g/L㊂为清楚呈现各粒级悬液颗粒的边界,在对应的稀释浓度条件下,<100,<53,<20和<10μm粒级悬液的放大倍数设置为1000~2000倍,<5μm悬液为2000倍, <2μm悬液为3000倍㊂图1紫色土样品P2的<2μm悬液在不同稀释浓度条件下的电镜扫描图像F i g.1S c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)i m a g e s o f p a r t i c l e s i n s u s p e n s i o n s<2μmo fp u r p l e s o i l s a m p l eP2a t t h r e e d i f f e r e n t d i l u t i o n c o n c e n t r a t i o n s在扫描过程中,将每个样品划分为6个部分(3行ˑ2列),每个部分随机拍摄1张图像,共得到6张图像㊂所有样品合计共获得936(26ˑ6ˑ6)张图像㊂利用软件I m a g e-P r oP l u s6.0对这些图像进行处理,统计不同粒级颗粒的数量并获取各颗粒的面积㊂根据土壤颗粒的面积A(μm2)计算其等效圆直径d A(μm):d A=4Aπæèçöø÷0.5(1)由于S E M得到的是土壤颗粒的二维图像,无法直接获得颗粒的体积V(μm3)㊂本研究根据颗粒的形状选用不同的体积计算公式[12]㊂砂粒和粉粒接近球形,采用球体体积计算公式:V=16πd3A(2)悬液中<2μm的黏粒通常呈板状或扁盘状, S E M扫描得到的往往是最大横截面积㊂根据Šr o d oń861水土保持通报第43卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.和E l s a s s [17],假设单个土壤颗粒的厚度为其等效圆直径的1/10,则黏粒的体积为:V =110A d A(3)1.6 平均粒径P M 测得的是不同粒级颗粒的质量百分比,因此,利用平均重量直径(m e a n w e i gh t d i a m e t e r ,MWD )刻画各粒级悬液颗粒的平均粒径(μm ):MWD=ðni =1d iW i (4)式中:d i 为粒级i 的平均直径(μm );W i 为P M 所测粒级i 的质量百分比(%);n 为划分的粒级个数㊂S E M 得到各粒级悬液代表性颗粒的二维图像,并根据颗粒面积和等效圆直径计算各颗粒的体积㊂因此,采用平均体积直径(m e a nv o l u m ed i a m e t e r,MV D )描述平均粒径(μm ):MV D=ðN i =1d A iV i /ðNi =1V i (5)式中:d A i 和V i 分别为粒级i 的等效直径(μm )和体积(μm 3);N 为扫描的土壤颗粒个数㊂MV D 和MWD 越大,土壤平均粒径越大,颗粒越粗㊂为量化P M 所测土壤平均粒径的误差,以S E M所测MV D 为基准,计算P M 的相对测量误差R E(%):R E =MWD-MV DMV Dˑ100%(6)1.7 土壤质地划分S E M 仅测定P M 所得<100μm 悬液的土壤粒径分布㊂为判定S E M 方法所测各土壤样品的质地类型,基于湿筛法所得>100μm 颗粒含量W S (%)进行换算:V b i =V i (1-W S )ˑ100%(7)式中:V b i 为粒级i 在整个土壤样品中(<2μm )的比例(%)㊂若S E M 在<100μm 悬液中检出等效直径>100μm 的颗粒,则将其经式(7)换算后的结果与W S 进行加和,得到该样品中>100μm 颗粒占比㊂在此基础上,统计各土壤样品黏粒(<2μm )㊁粉粒(2~53μm )和砂粒(53~2000μm )颗粒占比,参照美国农业部土壤质地分类系统[16]进行质地类型划分㊂1.8 P M 和S E M 所测P S D 转换将前文土壤质地划分中得到的黏粒㊁粉粒和砂粒含量与P M 所测结果进行对比,通过I B M S P S SS t a t i s t i c s 20中的曲线估计工具,利用常见的模型如线性㊁对数㊁幂函数㊁二次函数㊁S 曲线等进行拟合,建立2种方法所测各粒级含量的转换方程㊂2 结果与分析2.1 S E M 所测不同粒级悬液P S D经S E M 直接测量发现,绝大多数悬液中均存在粒径大于对应悬液粒级的颗粒㊂图2为黑土样品B 4<2μm 悬液和黄土样品L 1<10μm 悬液的S E M 图像,分别检出了等效直径(d A )高达14.8,24.6μm 的颗粒㊂因此,这些土壤悬液中对应粒级颗粒的数量百分比均小于100%㊂该现象随土壤悬液粒级的减小逐渐加剧(图3)㊂在<100μm 土壤悬液中,除紫色土外,各土壤样品经S E M 测得的<100μm 颗粒的数量百分比均为100%;但当悬液粒级减小至<53μm 时,除黄土外,各土壤样品<53μm 颗粒的平均比例均有所下降;随着悬液粒级的进一步降低,至<2μm 时,各土壤悬液中<2μm 颗粒的平均数量百分比减少至66.2%~81.3%㊂此外,从图3所示数量百分比的标准误也可看出,悬液粒级越小,对应粒级颗粒的数量比例变异越大㊂注:d A 为S E M 图像中颗粒横截面积对应的等效圆直径㊂图2 黑土样品B 4<2μm 悬液和黄土样品L 2<10μm 悬液的电镜扫描图像F i g .2 S c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y (S E M )i m a g e s o f p a r t i c l e s i n t h e s u s pe n s i o n <2μmof b l a c k s o i l s a m p l eB 4a n d i n t h e s u s p e n s i o n <10μmo f l o e s s s a m pl eL 2961第3期彭婷婷等:吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图3扫描电镜法(S E M)所测各土壤不同粒级悬液中相应粒级颗粒的数量和体积比例F i g.3C o u n t a n d v o l u m e f r a c t i o n s o f c o r r e s p o n d i n g s i z e c l a s s e sm e a s u r e db y s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)f o r d i f f e r e n t s u s p e n s i o n s o f e a c h s o i l与数量百分比一致,对应粒级颗粒的体积百分比也随悬液粒级减小而降低(图3)㊂由于体积是直径的3次方函数,且各土壤颗粒的体积计算方法因形状而异[17],体积百分比较数量百分比下降更为迅速,各样品间的变异也更大㊂与数量百分比对应,在<100μm悬液中,S E M所测各土壤样品<100μm颗粒的体积含量均为100%,紫色土除外㊂而在<2μm 悬液中,S E M测得的<2μm颗粒体积百分比平均仅为2.1%~3.4%㊂若忽略不同粒级颗粒的体积计算方法差异,将黏粒也视作球形进行计算,那么相应粒级颗粒的体积百分比均有所增加,且增幅随悬液粒级的减小而增大(图3)㊂对<2μm悬液而言,对应粒级颗粒的体积占比增至11.3%~17.8%㊂统计S E M所测各粒级悬液的结果,绘制各土壤样品的平均P S D(图4)㊂在<100μm悬液中,黑土㊁褐土和紫色土的颗粒主要集中于20~53μm粒级,对应的体积百分比均超过60%(图4a)㊂值得一提的是,褐土<100μm悬液中无53~100μm颗粒;而紫色土<100μm悬液中检出了>100μm的颗粒(图3d)㊂相比之下,黄土和红壤<100μm悬液中的颗粒主要分布在20~53,53~100μm,两个粒级的体积百分比之和分别为95.6%和87.7%;其余颗粒散布于<20μm的各个粒级㊂在<53,<20μm粒级悬液中,除褐土<20μm悬液颗粒主要分布在10~20μm粒级外,S E M所测各土壤颗粒均主要集中于20~53μm,平均体积百分比分别介于55.6%~73.4%和41.4%~61.5%(图4b, 4c)㊂相比之下,在<10,<5μm粒级悬液中,除极少量<2μm颗粒外,土壤粒径分布较均匀,但各土壤样品的粒径分布范围略有不同(图4d,4e)㊂例如,在这2个粒级悬液中,S E M所测黑土颗粒主要分布在2~ 20μm范围内,紫色土和红壤颗粒分布于2~53μm 范围内,但所涉各粒级的平均体积百分比差异不大,均不超过35%㊂对其余2种土壤而言,<10和<5μm 悬液中检出的土壤粒径有所差异㊂在褐土<10μm 悬液中,土壤颗粒均匀分布在2~100μm范围内的各粒级中,对应平均百分比均不超过15%;而在<5μm 悬液中,土壤颗粒集中分布在2~20μm范围内的3个粒级中,各粒级平均占比小于20%㊂与此类似,黄土<10μm悬液中的土壤颗粒均匀分布在2~ 53μm范围内的各粒级中,<5μm悬液中的颗粒则散落在2~20μm之间的3个粒级中㊂当悬液粒级减小至<2μm时,S E M测出的<2μm颗粒极少,普遍不超过4.0%(图4f)㊂土壤颗粒主要集中于2~5μm粒级,黑土㊁褐土㊁黄土㊁紫色土和红壤的对应平均比例依次为49.7%,42.3%,59.6%, 39.3%和73.6%㊂在该粒级悬液中,S E M测得的红壤颗粒粒径最小,最大不超过10μm;褐土颗粒粒径最大,甚至检出了粒径介于53~100μm的砂粒㊂071水土保持通报第43卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图4扫描电镜法(S E M)所测各土壤不同粒级悬液平均粒径分布(P S D)F i g.4M e a n p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n s(P S D)m e a s u r e db y s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)f o r d i f f e r e n t s u s p e n s i o n s o f e a c h s o i l根据不同粒级悬液的S E M结果,计算各土壤样品的MV D(图5)㊂对于<100μm粒级悬液,所有土壤的MV D均大于30.0μm;其中黄土和红壤的MV D 最高,接近50.0μm(图5a)㊂随着悬液粒级减小, MV D总体呈减小趋势㊂然而,当悬液粒级由<5μm 减至<2μm时,除红壤MV D减小外,各土壤MV D 均无显著变化㊂此外,在<100,<53,<20μm悬液中,各土壤MV D均小于对应悬液粒级;而在<10, <5和<2μm粒级悬液中,各土壤MV D整体超过P M所得悬液粒级㊂该结果表明P M可能相比S E M 普遍高估了较小土壤颗粒的含量㊂2.2P M与S E M所测土壤样品<100μm悬液P S D对比为系统对比P M和S E M所测土壤P S D,将2种方法测得的各土壤样品<100μm悬液P S D绘制如图6㊂对于黑土㊁褐土和紫色土,2种方法所测结果差异最大的粒级均为20~53,<2μm(图6a,6b,6d),黑土B2和紫色土P1除外㊂总体而言,P M较S E M 低估了黑土㊁褐土和紫色土20~53μm粒级含量,低估值分别介于35.6%~62.2%,49.2%~67.0%和50.9%~66.9%;高估了<2μm颗粒含量,高估范围171第3期彭婷婷等:吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比Copyright©博看网. All Rights Reserved.分别为38.0%~43.4%,29.7%~43.2%和24.7%~ 31.1%㊂P M与S E M所测黄土样品P S D相差不大,仅L1和L4的个别粒级含量出现了较大差异(图6c)㊂对于红壤,P M与S E M所测结果的差异主要出现在20~100,<2μm粒级(图6e)㊂P M较S E M总体低估了红壤20~100μm粒级的颗粒含量,低估范围为42.8%~72.8%;高估了<2μm的颗粒含量,高估范围为33.8%~54.4%㊂图5扫描电镜法(S E M)所测各土壤不同粒级悬液颗粒平均体积直径F i g.5M e a nv o l u m e d i a m e t e r s(M V D)m e a s u r e db y s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)f o r s u s p e n s i o n s o f e a c h s o i l根据P M与S E M所测各土壤<100μm悬液P S D,分别计算MWD和MV D,并在此基础上得到P M测定各土壤平均粒径的相对误差(图7)㊂不难看出,P M较S E M低估了5种土壤的平均粒径㊂其中, P M对红壤和黑土平均粒径的低估程度最大,相对误差分别为58.0%和56.4%;对黄土平均粒径的低估程度最小,相对误差为15.0%;褐土和紫色土居中,相对误差分别为43.7%和28.1%㊂2.3P M与S E M所测土壤质地变化相比S E M,P M普遍高估了黏粒含量,低估了粉粒或砂粒含量(图6)㊂因此基于二者所测P S D判定得到的土壤质地类型也发生了大幅变化(表2)㊂当测定方法由P M转变为S E M时,仅4个样品的土壤质地未发生变化,占共计26个土壤样品的15.4%㊂这4个样品分别为黄土L2(砂壤土)㊁紫色土P1(砂土)和P2(砂壤土),以及红壤R1(砂壤土),均为所涉土壤类型中砂粒含量较高的样品(表1)㊂在余下的22个样品中,14个转变为土壤质地三角图上的毗邻质地类型,占所有土壤样品的53.8%,如黑土B1由壤土转变为粉壤土;8个样品的变化较大,P M所得质地类型与S E M所得类型并不相邻,占比30.8%,如黑土B4由黏壤土转变为砂壤土㊂表2P M与S E M所测土壤质地转移矩阵T a b l e2T r a n s i t i o nm a t r i x f o r s o i l t e x t u r e c h a n g e b e t w e e n p i p e t t e m e t h o d(P M)a n d s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)土壤质地粉壤土粉土砂壤土壤砂土砂土S E M合计黏壤土401005粉黏壤土050005砂黏壤土000011壤土600107粉壤土011002砂壤土103105砂土000011 P M合计11652226271水土保持通报第43卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图6吸管法(P M)和扫描电镜法(S E M)所测各土壤样品<100μm悬液粒径分布(P S D)对比F i g.6C o m p a r i s o no f p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n s(P S D)m e a s u r e db yp i p e t t em e t h o d(P M)a n ds c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)f o r s u s p e n s i o n s<100μmo f e a c h s o i l图7P M所测各土壤<100μm悬液平均粒径的相对误差F i g.7R e l a t i v e e r r o r o fm e a n p a r t i c l e d i a m e t e r e s t i m a t e d b y p i p e t t em e t h o d(P M)f o r s u s p e n s i o n s<100μmo f e a c h s o i l 2.4P M与S E M所测土壤P S D转换模型比较各拟合模型的显著性和决定系数(R2),发现S曲线的拟合效果最好,模型及其参数的显著性水平p均小于0.01,黏粒㊁粉粒和砂粒转换方程的R2均最高,分别为0.644,0.653,0.777(表3)㊂利用上述模型对P M所测P S D进行转换,在此基础上确定的土壤质地类型也相应发生了变化㊂与基于S E M 所测P S D得到的土壤质地相比,10个土壤样品的质地类型一致,判定结果的准确率提高至38.5%㊂在余下16个样品中,多数随P S D测定方法的变化转换为三角图上的毗邻质地,仅2个样品的质地类型不相邻㊂371第3期彭婷婷等:吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比Copyright©博看网. All Rights Reserved.表3S E M与P M所测土壤黏粒㊁粉粒和砂粒含量转换模型及其决定系数(R2)T a b l e3R e g r e s s i o ne q u a t i o n sb e t w e e ns c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S E M)a n d p i p e t t em e t h o d(P M)f o rc l a y,s i l t a n ds a n dc o n t e n t sa n dc o r r e s p o nd i n gc o e f f i c i e n t s o fde t e r m i n a t i o n(R2)土壤粒径转换方程R2黏粒(<2μm)l n(S E M)=-3.282-8.302/P M0.644粉粒(2~53μm)l n(S E M)=4.527-21.393/P M0.653砂粒(53~2000μm)l n(S E M)=4.686-35.590/P M0.777 3讨论无论何种土壤,随着P M所得悬液粒级减小, S E M测得的相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均减小,且减幅总体呈增大趋势(图3)㊂这主要与土壤颗粒的形状有关㊂P M假设所有土壤颗粒为完美球形,但自然界中的土壤颗粒常呈板状㊁盘状和片状等不规则形状[18]㊂并且,颗粒越小,形状一般越偏离球形[5],那么其实际沉降时间与S t o k e s公式基于球形假设计算得到的沉降时间差异越大,由此得到的土壤颗粒含量差异也越大㊂正因如此,当利用S E M 的测量结果计算各粒级悬液的平均粒径时,<100, <53,<20μm悬液MV D均小于对应粒级,而<10, <5,<2μm悬液MV D普遍超过对应悬液粒级(图5)㊂该结果也表明P M不仅会高估<2μm的黏粒含量,还可能会高估部分粉粒含量㊂深入分析㊁对比P M与S E M所测<100μm悬液P S D发现,除黄土各样品差异不大外,P M高估各土壤样品<2μm 黏粒含量之余,主要低估了黑土㊁褐土和紫色土20~ 53μm颗粒含量以及红壤20~100μm颗粒含量(图6)㊂因此,基于P M得到的各土壤MWD均小于S E M所得MV D(图7)㊂体积是直径的3次方函数㊂颗粒直径越大,体积越大,两种方法的差异也越大㊂此外,P M假设各土壤颗粒密度一致,计算各粒级颗粒的质量百分比㊂但颗粒密度往往随粒级减小而减小[7]㊂这可能也是造成P M高估黏粒含量㊁低估较大粒级颗粒含量的原因之一㊂显然,P M与S E M的测量差异因土壤类型而异(图4 7)㊂在P M所得<100μm粒级悬液中,S E M 测得黑土㊁褐土和紫色土颗粒集中于20~53μm, MV D较小;而黄土和红壤主要分布于20~53,53~ 100μm粒级,MV D较大(图4 5)㊂尽管在选择土壤样品进行对比分析时已充分考虑质地差异,即每种土壤根据黏粒含量进行等间距抽样,但受气候条件㊁成土母质和风化程度的影响,各土壤类型的矿物组成不同,粒径分布相应也存在差异㊂相对而言,黑土㊁褐土和紫色土所在地区水热条件较好,风化程度较高,黏土矿物较多,土壤颗粒总体较细㊂黄土分布在西北黄土高原区,干燥少雨,风化程度弱,原生矿物多,颗粒较粗[19];红壤分布在亚热带季风气候区,降水丰富,但在强烈风化作用下形成的大量黏土矿物易发生淋溶,总体质地也较粗[20]㊂该结果在之前的X射线衍射分析中也得到了印证,相比黄土和红壤,黑土㊁褐土和紫色土的黏土矿物含量较高[14]㊂随着P M悬液粒级减小,S E M测得5种土壤的主要分布粒级和MV D均总体呈减小趋势(图4 5)㊂然而,当悬液粒级由<5μm减小至<2μm时,除红壤MV D继续减小外(图5e 5f),黑土㊁褐土㊁黄土和紫色土P S D 都变得更为均匀(图4e 4f),MV D无显著变化(图5e 5f)㊂根据各土壤代表性样品的X射线衍射分析结果[14],红壤的主要黏土矿物为绿泥石,该矿物厚度较大;而其余4种土壤的主要黏土矿物均为伊利石和蒙脱石混合层,遇水容易膨胀并分散成薄片[21],在吸管法测定过程中由于沉降速度极慢,往往容易被吸取至<2μm悬液中㊂因此,当进行S E M测定时, P M得到的<2μm悬液粒径可能也较大㊂P M与S E M所测土壤P S D的差异使85.6%的土壤样品质地发生了变化,但大多仍为质地三角图上的相邻类型(表2)㊂利用不同模型对二者所测黏粒㊁粉粒和砂粒含量进行拟合,发现S曲线的效果最佳(表3)㊂可见,二者所测P S D之间并非简单的线性相关关系㊂P M和S E M的测量原理存在本质差异,得到的土壤颗粒相对大小极有可能并不一致[14]㊂P M 所测各粒级含量经相应模型转换后,质地类型与S E M结果不一致的样品占比降低至61.5%㊂P M与S E M所测结果的差异主要源于前者对黏粒的球形假设㊂因此,对于黏粒含量总体较低的黄土而言,二者所测P S D差异最小(图6 7)㊂据此对土壤质地类型进行判定时,虽仅有1个样品的类型一致,但余下4个样品也只是转变为了质地三角图上的毗邻类型(表1 2)㊂出于同一原因,B a i等[14]利用P M和激光衍射法对上述5种土壤P S D进行对比时,也发现2种方法所测黄土P S D差异最小㊂可见,P M可作为测定黄土P S D的可靠方法㊂对于其他土壤类型,P M与S E M所测结果差异较大㊂相比P M,S E M对样品制备的要求高,数据处理耗时长,因而在大规模的土壤P S D 测定(如土壤普查)中并不适用㊂为有效应用P M所测P S D,未来有必要扩大土壤样本量,针对不同土壤类型分别建立其与S E M所测结果之间的转换方程㊂4结论(1)绝大多数悬液中都存在粒径大于对应悬液粒级的颗粒㊂随着悬液粒级减小,S E M测得的相应471水土保持通报第43卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
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用水将烧杯中测定盐酸洗失量的土样全部洗入漏斗中,待漏斗内的土样滤干后,连同滤 纸一起移入已知质量的 50mL 烧杯(精确至 0.001g)中,放入烘箱,在 105℃烘干,再在干燥
2
器中冷却后称至恒量(精确至 0.001g),计算盐酸洗失量。 5.4 悬浮液的制备 5.4.1 分散土样:将洗盐后的土样用水洗入 500mL 锥形瓶中;并将滤纸移至蒸发皿内,用橡 皮头玻璃棒和水冲洗滤纸,直到洗下的水透明为止,将蒸发皿中的土样和水移入锥形瓶中。 然后根据土壤的 pH 值,于锥形瓶中加入 10mL 0.5mol/L 氢氧化钠溶液(酸性土壤)、10mL 0.5mol/L 六偏磷酸钠溶液(碱性土壤)或 10mL 0.5mol/L 草酸钠溶液(中性土壤),然后加水 使悬浮液体积达到 250mL 左右,充分摇匀。在锥形瓶上放小漏斗,置于电热板上加热微沸 1h, 并经常摇动锥形瓶,以防土粒沉积瓶底成硬块。 5.4.2 分离 2mm~0.25mm 粒级与制备悬浮液
析 与 50g 烘干的氯化钠研磨均匀,贮于密闭瓶中,用毕塞紧。
3.6 六偏磷酸钠溶液:0.5mol/L,51g 六偏磷酸钠溶于水,加水稀释至 1000mL。 3.7 草酸钠溶液:0.5mol/L,33.5g 草酸钠溶于水,加水稀释至 1000mL。
4 仪器 4.1 土壤颗粒分析吸管(图 1)。 4.2 搅拌棒(图 2)。
土壤颗粒分级标准按表 1,大于 0.25mm 粒级颗粒用筛分法测定,小于 0.25mm 颗粒用静 水沉降法测定。
表 1 土壤颗粒分级标准
颗粒直径(mm) >3.0
3.0~2.0
中
颗粒分级命名 石块 砾
颗粒直径(mm) 0.25~0.1 0.1~0.05
颗粒分级命名 细砂 极细砂
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表,吸取各级颗粒。吸取各级颗粒的装置如图 3 所示。
将三通活塞(9)放在上下流通位置。4a 和 4b 两瓶内所装的水不超过一个瓶的总体积,
两瓶的联接管用夹子夹住,将 4 a 放在试验台上,将 4b 放在地面上。
用搅拌棒垂直搅拌悬浮液 1 min(上下各 30 次),搅拌棒的多孔片不要提出液面,以免
产生泡沫,搅拌完毕的时间即为开始沉降的时间。按规定时间静置后吸液,在吸液前 10s 将
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吸管向悬浮液中央轻轻插至所需吸取悬浮液深度,随即打开 4a 和 4b 联接管上的夹子,这时
4a 内的水就流向 4b,使 4a 内的空气减压,然后将(9)转到吸液位置,吸取悬浮液,当悬浮
液上升至 25mL 标度处,立刻将(9)转回至上下流通位置,停止吸液,吸液时间尽可能控制
在 20s 内。将吸管从量筒中取出,将(9)转到放液的位置,置悬浮液于已知质量的 50mL 或
网
4.3 量筒,1000mL。
4.4 土壤筛,孔径 2、1、0.5mm。
4.5 烧杯,50mL,200mL。
4.6 洗筛,直径 6cm,孔径 0.25mm。
4.7 锥形瓶,500mL。
5 操作步骤
5.1 称取通过 2mm 筛孔的 10g(精确至 0.001g)风干土样 3 份,其中一份放入已知质量的
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水中的沉降规律,大于 0.25mm 的各级颗粒由一定孔径的筛子筛分,小于 0.25mm 的粒级颗粒 则用吸管从其中吸取一定量的各级颗粒,烘干称量,计算各级颗粒含量的百分数,确定土壤
国 的颗粒组成(粒径分布)和土壤质地名称。
3 试剂 3.1 盐酸溶液:0.2mol/L ,17mL 盐酸(ρ 1.18g/mL),加水稀释至 1000mL。
表 2 土壤颗粒分析吸管法吸取各粒级时间表
土壤 粒径 吸液深 密度 mm 度 cm
10℃
12.5℃
在不同温度下吸取悬液所需时间 15℃
17.5℃
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200mL 烧杯(精确至 0.001g)中,记录吸取悬浮液的体积。打开(8)塞,用少量水冲洗吸管
并放入原烧杯中,关闭(8)塞。按照以上步骤,分别吸取小于 0.05mm、小于 0.02mm、小于
3
0.002mm 各粒级的悬浮液。 5.6 各粒级称量:将盛有各粒级悬浮液的烧杯置于低温电热板上蒸去大部分水分,然后放入 烘箱中,于 105℃烘 6h,再在干燥器中冷却后称至恒量(精确至 0.001g)。 5.7 各砂粒的分级和称量:将 0.25mm 以上的砂粒,通过 2mm、1mm 和 0.5mm 的土壤筛,并 将分级出砂粒分别放入烘箱中,在 105℃烘干 2h,再在干燥器中冷却后称至恒量(精确至 0.001g)。
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50mL 烧杯中作土壤水分换算系数的测定,另两份分别放入 50mL 烧杯中作测定盐酸洗失量和
颗粒分析用。
5.2 土壤水分换算系数的测定:将已知质量的 50mL 烧杯(精确至 0.001g)盛土样后,放入