土粒密度、土壤容重(土壤密度)和孔隙度的測定

1、土粒密度、土壤容重（土壤密度）和孔隙度的測定1測定意義土壤基質(zhì)是土壤的固體部分，它是保持和傳導(dǎo)物質(zhì)（水、溶質(zhì)、空氣）和能量（熱量）的介質(zhì)，它的作用主要取決于土壤固體顆粒的性質(zhì)和土壤孔隙狀況。土粒密度指單位體積土粒的質(zhì)量；土壤容重系指單位容積原狀土壤干土的質(zhì)量；孔隙度是單位容積土壤中孔隙所占的百分率。土粒密度、土壤容重、孔隙度是反映土壤固體顆粒和孔隙狀況最基本的參數(shù)，土粒密度反映了土壤固體顆粒的性質(zhì)；土粒密度的大小與土壤中礦物質(zhì)的組成和有機質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，利用土粒密度和土壤容重可以計算土壤孔隙度，在測定土壤粒徑分布時也須要知道土粒密度值；土壤容重綜合反映了土壤固體顆粒和土壤孔隙的狀況，一般講，土壤

2、容重小,表明土壤比較疏松，孔隙多，反之，土粒密度大，表明土體比較緊實，結(jié)構(gòu)性差,孔隙少；土壤孔隙狀況與土壤團聚體直徑、土壤質(zhì)地及土壤中有機質(zhì)含量有關(guān)，它們對土壤中的水、月巴、氣、熱狀況和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有顯著影響。習(xí)慣上，常用基質(zhì)中三相物質(zhì)比表達土壤三相之間的關(guān)系，并用來定義土壤的一些物理參數(shù)，常用質(zhì)量或容積為基礎(chǔ)表示。下圖為一幅示意圖，圖右側(cè)表示固、液、氣三相物質(zhì)的質(zhì)量，用m表示，圖左側(cè)表示各相位置的容積，用V表示。m,V的下標(biāo)分別用s、w.a表示土壤的固相、液相和氣相，人表示孔隙容積，nu和也分別表示土壤基質(zhì)的總質(zhì)量和總?cè)莘e。容積關(guān)系質(zhì)呈關(guān)系&11!空氣maV.水nkvs固體n112土粒密度的測定

3、（比重瓶法）嚴(yán)格而言，土粒密度應(yīng)稱為土壤固相密度或土粒平均密度，用符號Ps表示。其含義是：=可絕大多數(shù)礦質(zhì)土壤的ps在2.6gcm-32.7gcm之間，常規(guī)工作中多取平均值2.65gcm-3o這一數(shù)值很接近砂質(zhì)土壤中存在量豐富的石英的密度，各種鋁硅酸鹽粘粒礦物的密度也與此相近。土壤中氧化鐵和各種重礦物含量多時則Ps增高，有機質(zhì)含量高時則Ps降低。文獻中傳統(tǒng)常用比重一詞表示P，其準(zhǔn)確含義是指土粒的密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下4C時水的密度之比又叫相對密度（d-Ps-PwOo一般情況下，水的密度取1.0g-cm-3,故比重在數(shù)值上與土粒密度-相等，但量綱不同，現(xiàn)比重一詞已廢止。1.2.1方法選擇測定土粒密度

4、通常采用比重瓶法。1.2.2測定原理將己知質(zhì)量的土樣放入水中（或其他液體），排盡空氣，求出由土壤置換出的液體的體積。以烘干土質(zhì)量（105C）除以求得的土壤固相體積，即得土粒密度。1.2.3儀器和設(shè)備天平（感量O.OOlg）；比重瓶（容積50mL）；電熱板；真空干燥器；真空泵;烘箱。1.2.4操作步驟1、稱取通過2mm篩孔的風(fēng)干土樣約10g（精確至0.OOlg）,傾入50mL的比重瓶內(nèi)。另稱10.0g土樣測定吸濕水含量，由此可求出傾入比重瓶內(nèi)的烘干土樣車m:o2、向裝有土樣的比重瓶中加入蒸飾水，至瓶內(nèi)容積約一半處，然后徐徐搖動比重瓶，驅(qū)逐土壤中的空氣，使土樣充分濕潤，與水均勻混合。3、將比重瓶放

5、于砂盤，在電熱板上加熱，保持沸騰lho煮沸過程中經(jīng)常要搖動比重瓶，驅(qū)逐土壤中的空氣，使土樣和水充分接觸混合。注意，煮沸時溫度不可過高，否則易造成土液濺出。4、從砂盤上取下比重瓶，稍冷卻，再把預(yù)先煮沸排除空氣的蒸懈水加入比重瓶，至比重瓶水面略低于瓶頸為止。待比重瓶內(nèi)懸液澄清且溫度穩(wěn)定后，加滿已經(jīng)煮沸排除空氣并冷卻的蒸鎘水。然后塞好瓶塞，使多余的水自瓶塞毛細(xì)管中溢出，用濾紙擦干后稱重（精確到0.001g）,同時用溫度計測定瓶內(nèi)的水溫tx（準(zhǔn)確到0.1C）,求得m“。5、將比重瓶中的土液傾出，洗凈比重瓶，注滿冷卻的無氣水，測量瓶內(nèi)水溫t2。加水至瓶口，塞上毛細(xì)管塞，擦干瓶外壁，稱取匕時的瓶、水合重（

6、m歸）。若每個比重瓶事先都經(jīng)過校正，在測定時可省去此步驟，直接由h在比重瓶的校正曲線上求得h時這個比重瓶的瓶、水合重1讓“，否則要根據(jù)m沁計算m汶。6、含可溶性鹽及活性膠體較多的土樣，須用惰性液體（如煤油、石油）代替蒸係水，用真空抽氣法排除土樣中的空氣。抽氣時間不得少于0.5h,并經(jīng)常援動比重瓶，直至無氣泡逸出為止。停止抽氣后仍需在干燥器中靜置15min以上。7、真空抽氣也可代替煮沸法排除土壤中的空氣，并且可以避免在煮沸過程中由于土液濺出而引起的誤差，同時較煮沸法快。8、風(fēng)干土樣都含有不同數(shù)量的水分，需測定土樣的風(fēng)干含水量；用惰性液體測定比重的土樣，須用烘干土而不是風(fēng)干土進行測定，且所用液體須

7、經(jīng)真空除氣。9、如無比重瓶也可用50mL,容量瓶代替，這時應(yīng)加水至標(biāo)線。1.2.5結(jié)果計算1、用蒸鎘水測定時可按下式計算：P嚴(yán)All+mbwl-mbwsl式中：Q,土粒密度,gcnr3；式中：ps土粒密度，gcnr3；Pwl一一tiC時蒸飾水密度，gem-3；ms烘干土樣質(zhì)量，g;niwtiC時比重瓶十水質(zhì)量，g：nib.：itiC時比重瓶十水質(zhì)量十土樣質(zhì)量，go當(dāng)tiHt2,必須將t2時的瓶、水合重（mQ校正至tiC時的瓶、水合重（m閱）由表1-1查得h和t2時水的密度，忽略溫度變化所引起的比重瓶的脹縮，ti和t2時水的密度差乘以比重瓶容積（V）即得由t2換算到h時比重瓶中水重的校正數(shù)。比重

8、瓶的容積由下式求得：P2式中：1山比重瓶質(zhì)量，g：Pw212時水的密度，g-cm3o1-1不同溫度下水的密度（g-cm3）溫度（C）密度genr3溫度（C）密度g-enr3溫度（C）密度g-enr30.01.50.999920.50.998130.50.99552.06.51.000021.00.998031.00.99547.0&00.999921.50.997931.50.99528.59.50.999822.00.997832.00.995110.010.50.999722.50.997732.50.994911.011.50.999623.00.997633.00.994712.012

9、.50.999523.50.997433.50.994613.00.999424.00.997334.00.994413.514.00.999324.50.997234.50.994214.50.999225.00.997135.00.994115.00.999125.50.996935.50.993915.516.00.999026.00.996836.00.993716.50.998926.50.996736.50.993517.00.998827.00.996537.00.993417.50.998727.50.996437.50.993218.00.99862&00.99633&00.

10、993018.50.99852&50.99613&50.992819.00.998429.00.996039.00.992619.50.998329.50.995839.50.992420.00.998230.00.995740.00.99222、用睛性液體測定時，按下式計算:PkPs=Qk一FC時煤油或其他惰性液體的密度，gem3；N烘干土樣質(zhì)量，g;嘰HC時比重瓶十煤油質(zhì)量，g：呱JdfC時比重瓶十煤油質(zhì)量十土樣質(zhì)量，go用煤油功其他惰性液體不知其密度時，可將此液體注滿比重瓶稱重，并測定液體溫度，以液體質(zhì)量除以比重瓶容積，便可求得此液體在該溫度下的密度。1.2.6測定允許誤差樣品須進行兩次

11、平行測定，取其算術(shù)平均值，小數(shù)點后取兩位。兩次平行測定結(jié)果允許差為0.02。1.2.7附錄：比重瓶的校正1、儀器比重瓶（容量50mL）；天平（感量O.OOlg）；溫度計（0.01C）；電熱板；恒溫槽。2、操作步驟（1）冼凈比重瓶，置于烘箱中（105C）烘干，取出放入干燥器中，冷卻后稱其質(zhì)量（精確至0.001g）o（2）向比重瓶內(nèi)加入煮沸過并已冷卻的蒸飾水（或煤油），使水面近至刻度。（3）將盛水的比重瓶全部放入恒溫水槽中，控制溫度，使槽中水的溫度自5C逐步升高到35Co在各不同溫度下，調(diào)整各比重瓶液面到標(biāo)準(zhǔn)刻度（或達到瓶塞口），然后塞緊瓶塞，擦干比重瓶外部，稱其質(zhì)量（精確至0.001g）o（4）

12、用上述稱得的各不同溫度下相應(yīng)的瓶十水（或煤油）質(zhì)量的數(shù)值作縱坐標(biāo)，以溫度為橫坐標(biāo)，繪制出比重瓶校正曲線。每一比重瓶都必須做相應(yīng)的校正曲線。1.3土壤容重的測定嚴(yán)格的講土壤容重應(yīng)稱干容重，乂稱土壤密度，用符號表示，土工上也稱干幺重。其含意是干基物質(zhì)的質(zhì)量與總?cè)莘e之比：一叫_叫總?cè)莘eVt包括基質(zhì)和孔隙的容積，大于V：,因而Pb必然小于P：。若土壤孔隙Vp占土壤總?cè)萘縑t的一半，則Pb為的一半，約為1.30gcm心1.35gcm-3左右。壓實的砂土Pb可高達1.60g-cnr3,不過即使最緊實的土壤Pb也顯著低于5,因為土粒不可能將全部孔隙堵實，土壤基質(zhì)仍保持多孔體的特征。松散的土壤，如有團粒結(jié)構(gòu)的

13、土壤或耕翻耙碎的表土,Pb可低至1.10gcm-31.00gcm-3。泥炭土和膨脹的粘土，Pb也低。所以Pb可以作為表示土壤松緊程度的一項尺度。13.1方法選擇測定的土壤容重通常用壞刀法。此外，還有蠟封法，水銀排出法，填砂法和射線法（雙放射源）等。蠟封法和水銀排出法主要測定一些呈不規(guī)則形狀的堅硬和易碎土壤的容重。填砂法比較復(fù)雜費時，除非是石質(zhì)土壤，一般人量測定都不采用此法。射線法需要特殊儀器和防護設(shè)施，不易廣泛使用。1.3.2測定原理用一定容積的環(huán)刀（一般為100）切割未攪動的自然狀態(tài)土樣，使土樣充滿其中,烘干后稱量計算單位容積的烘干土重量。本法適用一般土壤，對堅硬和易碎的土壤不適用。1.3.

14、3儀器環(huán)刀（容積為100）；天秤（感量為和）；烘箱；環(huán)刀托；削土刀；鋼絲鋸；干燥器。1.3.4操作步驟在田間選擇挖掘土壤剖面的位置，按使用要求挖掘土壤剖面。一般如只測定耕層土壤容重，則不必挖土壤剖面。用修土刀修平土壤剖面，并記錄剖面的形態(tài)特征，按剖面層次，分層取樣，耕層4個，下面層次每層重復(fù)3個。將環(huán)刀托放在已知重量的環(huán)刀上，環(huán)刀內(nèi)壁稍擦上凡士林，將環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿土樣為止。用修土刀切開環(huán)周圍的土樣，取出己充滿土的環(huán)刀，細(xì)心削平環(huán)刀兩端多余的土,并擦凈環(huán)刀外面的土。同時在同層取樣處，用鋁盒釆樣，測定土壤含水量。把裝有土樣的環(huán)刀兩端立即加蓋，以免水分蒸發(fā)。隨即稱重（精確

15、到O.Olg）,并記錄。將裝有土樣的鋁盒烘干稱重（精確到O.Olg）,測定土壤含水量?；蛘咧苯訌沫h(huán)刀筒中取出土樣測定土壤含水量。1.3.5結(jié)果計算mpb=U（l+如式中：Pb土壤容重，m-環(huán)刀內(nèi)濕樣質(zhì)量，V-環(huán)刀容積（），一般為100（）m樣品含水量（質(zhì)量含水量），。1.3.6測定誤差允許平行絕對誤差0.03g,取算術(shù)平均值。（中國科學(xué)南京土壤研究所，1978）土壤孔隙度的測定（計算法）土壤孔隙度也稱孔度，指單價單位容積土壤中孔隙容積所占的分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)，可用下式計算：Vt-Vs_Vp1W_V7大體上，粗質(zhì)地土壤孔隙度較低，但粗孔隙較多，細(xì)質(zhì)地土壤正好相反。團聚較好的土壤和松散的土壤（容重較低）孔隙度較高，前者粗細(xì)孔的比例適合作物的生長。土粒分散和緊實的土壤，孔隙度較低且細(xì)孔隙較多。土壤孔隙度一般都不直接測定，而是由土粒密度和容重計算求