不同方法测定土壤粒度分布的对比研究

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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。　　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

2、）、激光法等[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

3、实验　　1.1原料及试剂　　四种不同类型土壤（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

4、全反应，然后加入200mL、10%的HCl溶液并煮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。　　

5、1.2.2激光粒度法　　测量原理：根据光的Fraunhofer衍射理论或者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）

6、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。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

7、%-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-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。筛分法结果证明，四