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森林土壤颗粒组成(机械组成)的测定

应新梅 顾培培

江苏国创检测技术有限公司,江苏省南通市,226000

摘要: 土壤粒径分布是最基本的土壤物理性质之一,它强烈地影响着水力热力性质等重要的土壤物理特性。土壤粒径分布的测定方法相对简单便捷,精度也较高,而且在常规的土壤调查资料中也有详细程度不一的粒径分析数据。而土壤水分特征曲线和(非)饱和水力传导率、土壤热导率、土壤热容量等土壤水力、热力性质的直接测定比较费时、昂贵,且精度较低,可重复性差。因此,根据土壤粒径分布来估计土壤的其他水力学性质已经成为相关领域的研究热点。人们已经提出了多种物理或经验模型将粒径分布与土壤水热性质关联起来。在对土壤水热过程的模拟当中,往往也采用了这些模型。但实际资料中往往只有几个间断的粒级分布点,而这些点不能满足这些模型的模拟需要。例如,在公用陆面模式中需要美国制的砂粒、粘粒、粉粒含量来计算土壤的水热特性。为了得到连续的粒径分布或者特定范围的颗粒质量分数,需要借助于土壤粒径分布模型。
关键词: 土壤;粒度
DOI:10.12721/ccn.2022.157075
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一、方法原理

土样经化学及物理处理成悬液定容后,根据司笃克斯定律及土壤密度计浮泡在悬液中所处的平均有效深度,静置不同时间后,用土壤密度计直接读出每升悬液中所含各级颗粒的质量(g),计算它们的含量(g/kg),并定出土壤质地名称。

二、适用范围

森林土壤

三、仪器操作条件

土壤密度计(刻度为0-60g/L),沉降筒(1L平口量筒),洗筛(0.25mm筛孔),土壤筛(孔径分别为2.0,1.1,0.5mm)

四、试剂

除另有说明,分析时均使用符合国家标准的化学纯试剂。

4.1除另有说明,分析时均使用符合国家标准的化学纯试剂。

4.1.1 0.5mol/L多聚偏磷酸钠溶液:51g多聚偏磷酸钠(NaPO3X ,或六偏磷酸钠(NaPO36,加水溶解,用水定容至1L。

4.1.2 0.25mol/L草酸钠溶液:33.5g草酸钠(Na2C2O4),加水700ml,加热使溶解,冷却,用水定容至1L。

4.1.3 0.5mol/L氢氧化钠溶液:20g氢氧化钠,加水溶解并定容至1L。

4.1.4 异戊醇[(CH3)2CHCH2OH]。

五、测试步骤

5.1前处理

5.1.1土壤水分换算系数的测定:把已知质量的铝盒盛土样称量后,放入烘箱内于105℃烘6h后称量,算出土壤水分换算系数(K2)。

5.1.2 称样:称取通过2mm筛孔的风干土样50g(粘土或壤土,沙土100g)于500ml锥形中。

5.1.3 分散土样:根据土壤pH,分别选用下列分散剂:石灰性土样50g,加0.5mol/L多聚偏磷酸钠60ml,中性土样50g,加0.25mol/L草酸钠50ml,酸性土样50g,加0.5mol/L氢氧化钠50ml。于锥形瓶中加水250ml,加入分散剂,摇匀后静置2h。摇动锥形瓶,瓶口放一小漏斗,在电热板上加热,微沸1h。在煮沸过程中要经常摇动锥形瓶,以防土粒沉积瓶底结成硬块。

5.1.4 温度:将摄氏温度计在存有水的1L量筒中,并把它与待测液放在一起,记录水的温度(℃),即代表悬液的温度。

5.2样品测定

5.2.1分离2~0.25mm粒级及制备悬液:在1L量筒上放置大漏斗,在其上放一孔径0.25mm的洗筛。待悬液冷却后,充分摇动锥形瓶,使下沉的土粒分散在悬液中,将悬液通过0.25mm洗筛流至1L量筒中,留在锥形瓶内的土粒用水全部洗如筛内,筛内的土粒用橡皮头玻璃棒轻轻擦洗及用水冲洗,直洗到筛内流下的水不再混浊为止。同时应注意切勿使量筒的液体超过1L.最后向量筒内加水到1L标度。留在筛内的为2~0.25mm的沙粒,用水把它洗入已知质量的铝盒中,把铝盒放在电热板上烘去水分,移入烘箱中在105℃烘6h后称量。再把0.25mm以上的砂粒,通过1.0 及0.5mm筛孔,分别称出它们的烘干质量。

5.2.2测定悬液的土壤密度计读数

将盛有悬液的量筒放在温度变化小的平稳桌上,并避免阳光直接照射。用搅拌棒搅动悬液1min,上下各30次。搅拌时,搅拌棒的多孔片不要提出液面,以免产生泡沫。搅拌结束时间也是开始静置的时间(有机质含量较多的悬液,可在放入密度计前在悬液表面加异戊醇数滴),在选定时间前30s,将土壤密度计轻轻放入悬液中央,尽量勿使其左右摇摆或上下浮沉,记下土壤密度计与弯液面相平的标准读数。查土壤密度计温度校正表,得土壤密度计校正后读数,此值代表直径小于所选选定粒径的颗粒累积含量(g),按上述步骤,分别测定小于0.05、小于0.02及小于0.002mm各粒级的土壤密度计读数。

5.2.1.1 测定小于0.05mm粒级的密度计读数,在搅拌静置1min后放入土壤密度计。

5.2.1.2测定小于0.02mm粒级的密度计读数,搅拌完毕静置5min后放入土壤密度计。

5.2.1.3测定小于0.002mm粒级的密度计读数,搅拌完毕静置8h后放入土壤密度计。

六、结果计算

6.1土壤水分换算系数K2(公式1)及烘干土质量(公式2)计算:

K2=m/m1                     (公式1)

m-----烘干土质量,g;m1------风干土质量,g。

烘干土质量(g)=风干土质量(g)×k2                 (公式2)

6.2小于0.05、小于0.02及小于0.002mm各粒级含量(g/kg)(公式3)计算:

小于某粒级含量(g/kg)=m1/m×1000                   (公式3)                                                              

m1-----小于某毫米粒级的土壤密度计校正后读数;m------烘干土质量,g。

6.3加入分散剂在计算时必须予以校正。各粒级含量(g/kg)是由小于某粒级小于含量(g/kg)依次相减而得。由于小于某粒级含量中都包含等量的分散剂,实际上在依次相减时已将分散量扣除,分散剂量(g/kg)只需在最后一级粘粒(小于0.002mm) 含量(g/kg)中减去。

分散剂占烘干土样质量(g/kg)(公式4)计算:

A(g/kg)=c×v×mA/m×1000        (公式4)

A-----分散剂占烘干土样质量,(g/kg);

c-----分散剂浓度,mol/L;

V-----分散剂体积,ml;

mA----分散剂的摩尔质量,g/m mol;

m------烘干土质量,g。

0.5mol/L氢氧化钠溶液50ml质量为1g(0.5*50*0.04=1); 0.25mol/L草酸钠溶液50ml质量为1.68g(0.25*50*0.134);0.5mol/L偏磷酸钠溶液60ml质量为3.06g(0.5*60*1.02=3.06)。

6.4  各粒级含量(g/kg)的计算

6.4.1砂粒(2.0~0.05mm)粒级含量见公式5

砂粒(2.0~0.05mm)粒级含量(g/kg)=2.0~1.0mm粒级含量(g/kg)+1.0~0.5mm粒级含量(g/kg)+0.5~0.25mm粒级含量(g/kg)+0.25~0.05mm粒级含量(g/kg)               (公式5)

6.4.2细砂+极细砂(0.25~0.05)粒级含量见公式6

细砂+极细砂(0.25~0.05)粒级含量(g/kg)=100-[2.0~1.0mm粒级含量(g/kg)+1.0~0.5mm粒级含量(g/kg)+0.5~0.25粒级含量(g/kg)+0.05~0.02粒级含量(g/kg)+0.02~0.002粒级含量(g/kg)+小于0.02mm粒级含量(g/kg)]                                                            (公式6)  

6.4.3粉(砂)粒(0.05~0.02mm)粒级含量见公式7

粉(砂)粒(0.05~0.02mm)粒级含量(g/kg)=小于0.05mm粒级含量(g/kg)-小于0.02mm粒级含量(g/kg)                                                 (公式7)

6.4.4粉(砂)粒(0.05~0.002mm)粒级含量见公式8

粉(砂)粒(0.05~0.002mm)粒级含量(g/kg)= 0.05~0.02mm粒级含量(g/kg)+0.02~0.002mm粒级含量(g/kg)                                                   (公式8)

6.4.5粉(砂)粒(0.02~0.002mm)粒级含量见公式9

粉(砂)粒(0.02~0.002mm)粒级含量(g/kg)=小于0.02mm粒级含量(g/kg)-小于0.002mm粒级含量(g/kg)                                                   (公式9)

6.4.6粘粒(小于0.002mm)粒级含量见公式10

粘粒(小于0.002mm)粒级含量(g/kg)=小于0.002mm粒级含量(g/kg)-A(g/kg)   (公式10)                             

七、实验记录

7.1计算方法

根据结果计算部分6.1及6.3计算得出T1-T4四类土样的烘干质量及不同分散剂占比的结果,计算结果见表1:

表1  土样烘干质量及分散剂占比表

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T1-T4四类土样分别经过不同分散剂处理,根据结果计算部分6.2及6.4计算得出处理后的不同粒级的测定结果,并根据计算结果判定土壤质地,结果见表2:

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7.2精密度

选取砂质黏壤土,粘土及壤土三类土样进行精密度试验,分别测试各类土样不同粒级的测定结果,通过计算得到各土样不同粒度精密度,结果标准偏差在0.1 g/kg -4.6 g/kg之间,变异系数在0.57%-4.26%之间,符合要求。结果见表3:

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八、技术关键和注意事项

8.1 未分解、半分解及已分解的森林枯枝落叶层不做土壤颗粒组成的测定。

8.2分离粒级及制备悬液时应注意将留在锥形瓶内的土粒用水全部洗如筛内,筛内的土粒用橡皮头玻璃棒轻轻地擦洗及用水冲洗,直到筛内流下的水不再混浊为止。

8.3 制备悬液时应注意切勿使量筒内的液体超过1L。

九、参考资料

LY/T1225-1999森林土壤颗粒组成(机械组成)的测定。