不同方法测定土壤粒度分布的对比研究

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时间:2018-07-07

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1、不同方法测定土壤粒度分布的对比研究摘要:分别用筛分-沉降法和激光粒度法测定了四种土壤样品的粒度分布。对两种测定方法所获结果进行了系统的对比分析。结果表明:筛分-沉降法操作程序复杂,重现性差;激光法测试效率高,重现性好。砾石含量高的土壤样品仍适用于筛分法,粉砂粒和粘粒含量高的土壤样品适用于激光法。中国1/vie  关键词:土壤粒度;分布;筛分-沉降法;激光粒度法  土壤粒度组成是土壤一个稳定的自然属性,土壤颗粒大小与土壤物理、化学以及生物性质密切相关,所以土壤的粒度分析是地质、农业、环境等学科领域的重要研究内容。目前,常见的土壤粒度分布测试手段有筛分法、沉降法(包括吸管法和比重法)、激光法

2、等[1-2],其中筛分法和沉降法技术成熟,但前者仅适用于粒径大于75μm的土壤颗粒,后者适用于粒径小于125μm的颗粒测试(但粒度小于0.001μm的颗粒无法测定),存在测试过程繁琐、时间长、效率低的缺点。近年来,由于激光法分析粒度分布具有操作简单、样品量小(0.01-5g)、效率高、适合批量样品测定的特点,因此利用激光粒度分析仪测试土壤粒度分析的报道十分广泛[3]。但土壤粒度分布情况复杂,激光法测试适用范围及与筛分法、沉降法比较的重现性如何,一直未有深入研究。基于此,本文选择四种不同类型的土壤为试验样品,分析、评价筛分-沉降法和激光粒度仪的测试结果。  1实验  1.1原料及试剂  四

3、种不同类型土壤(分别标记为为1#、2#、3#、4#),六偏磷酸钠,H2O2,盐酸。  1.2实验方法  1.2.1筛分-沉降法  测量原理:用筛分法测定大于75μm土壤颗粒的粒径分布,小于75μm土壤颗粒用的粒径分布沉降法测定,土壤样品经物理、化学方法处理成悬浮液并定容。根据斯托克斯(Stokes)定律,假定土壤颗粒是非弹性的光滑的实心圆球,在液体介质中做自由落体运动,并且不做布朗运动。  测量过程:(1)计算出土壤的水分换算系数;(2)称取通过2mm筛孔30g风干的土壤样品并置于500mL锥形瓶内,加入200mL10%的H2O2煮沸至完全反应,然后加入200mL、10%的HCl溶液并煮

4、沸至碳酸盐完全反应;将锥形瓶中注满蒸馏水并静置一夜,抽取水中清水,加入50mL、六偏磷酸钠浓度为0.5mol/L的溶液,然后加蒸馏水使悬浮溶液至250mL,并完全摇匀;用75μm的方孔筛去除粗颗粒后,剩余悬液转至1000mL的量筒中,大于75μm的土壤颗粒被留在洗筛中,洗出、烘干、称重,用筛分法测定其粒级分布;小于75μm的土壤颗粒则留在沉降量筒内,根据Stokes定律,用比重计测定不同的时间段数据,读出的数据需要通过比重计校正表进行校正;(3)根据相应的计算公式得出各个粒级的质量百分比。每种土壤开展三次平行试验。  1.2.2激光粒度法  测量原理:根据光的Fraunhofer衍射理论

5、或者Mie散射理论,假设所测的颗粒为球体。  测量过程:使用的仪器是美国贝克曼库尔特仪器公司生产的LS13320型激光粒度分析仪,其操作过程如下:(1)样品前处理与1.1.2类似,称取土壤样品1g,置于50mL锥形瓶中,加入10mL10%的H2O2煮沸至反应完全,然后加入10mL10%的HCl溶液并煮沸至样品中所含的碳酸盐完全反应;将锥形瓶中加满蒸馏水并静置一晚,抽取水中清水,加入10mL、0.5mol/L六偏磷酸钠溶液,充分摇匀待测;(2)打开仪器检查管路连接,清洗仪器,然后预热,使其稳定;(3)设置关键参数,开始测试。每种土壤开展三次平行试验。激光法测试中的加样量与样品细度有密切关系

6、。一般来说,土壤颗粒越小加样量越少,土壤颗粒越大加样量越多。  影响激光法粒度分析三个主要参数为:超声强度、分散时间和泵速。为避免LS13320自带超声波发生器分散产生气泡为测试带来误差,因此在�y样过程中我们一般是将样品放于额外的超声波分散器中分散,设定超声波频率为40KHz,分散时间定为1分钟。由于不同颗粒需要的泵速不同,泵速太大可能产生过度翻滚带来气泡,而泵速太低则会将大颗粒样品无法带入测试区,因此在本实验中我们根据实际情况和测试经验将泵速调节为45-55%。遮光度设置在8%-12%的范围之间,测量快照次数为1000次/秒,其它的测试参数保持固定不变。  2结果与讨论  2.1筛分

7、-沉降法  筛分-沉降法测试的粒度分布结果见图1和表1所示。结果表明,筛分法测试的土壤粗粒的重现性差,呈现出颗粒越粗误差越大的特点。对于天然的不规则土壤,所能通过筛孔的土壤颗粒大小是由土壤的中径而决定的。另外,土壤颗粒在机械振荡过程中的破碎、筛孔变形和其成分之间存在的密度差异,都会导致在测量结果上出现误差[4]。筛分法取样时颗粒越粗则需要较多样品来代表其真实粒度分布,因此试验结果的出现可能与样品筛分取样相对较少也有一定关系。筛分法结

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