土壤質(zhì)地的測定

土壤質(zhì)地的測定（一）實驗?zāi)康暮鸵饬x土壤質(zhì)地是指土壤中各粒級土粒的配合比例或各粒級土粒在土壤總重量中所占的百分?jǐn)?shù)，又稱為土壤機械組成。根據(jù)我國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，把土壤劃分為砂土、壤土和粘土三大類。土壤質(zhì)地的粗細(xì)直接影響土壤蓄水性、透氣性和保肥性。一般而言土壤粒徑較大的砂質(zhì)土通透性較強，而蓄水性和保肥力較差，土壤溫度的變幅也較大；相反粘性土雖然通透性較差，但蓄水保肥力都高，土壤溫度的變幅也較??；而壤土則介于二者之間。所以說土壤的質(zhì)地是影響土壤理化性質(zhì)和土壤肥力狀況的主要因素，并與植物的生長發(fā)育具有密切的關(guān)系。了解土壤質(zhì)地狀況，根據(jù)土壤類型選擇合適的作物進行種植，并能根據(jù)土壤的質(zhì)地狀況對土壤進行改良，從而指導(dǎo)我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。土壤質(zhì)地的室內(nèi)測定一般采用“比重計法”和“吸管法”，野外則采用“干試法”和“濕試法”進行簡易速測。其中，吸管法操作較為繁瑣，但測定結(jié)果較為精確，而比重計法操作較為簡單，但精度較差，計算也較為繁瑣，一般多用于大批量樣品分析。（二）野外速測法干試法砂土：在手掌中研磨時有砂粒的感覺，放到手上會從指縫間自動流下，用手指碾時散碎；用肉眼觀察則幾乎完全由砂粒組成；土壤干燥時土粒分散，不成團。砂壤土：在手掌中研磨時主要是砂的感覺，也有細(xì)土粒的感覺，土壤干燥時土塊用手指輕壓則易碎。但表面較為粗糙；用肉眼觀察則主要是砂粒，有20-30%的粘土粒；干燥時手指需用較大的力才能將土塊破壞。中壤土：在手掌中研磨時感覺砂質(zhì)和粘質(zhì)的比例大致相同，用手指碾成的小片光滑但不光亮；用肉眼觀察則還可看到砂粒；干燥時土壤結(jié)成塊且用手指難于將土塊破壞。重壤土：在手掌中研磨時感覺有少量的砂粒，用肉眼觀察則幾乎看不到砂粒，干燥時用手指不可能將土塊弄碎。粘土：在手掌中研磨時感覺主要是粘粒，是很細(xì)的勻質(zhì)土，用肉眼觀察則為勻質(zhì)的細(xì)粉末，干燥時形成堅硬的土塊，用錘擊仍不能使其粉碎。濕試法取小塊土壤樣品（比算盤株略大些），用手指捏碎，揀掉土壤樣品內(nèi)的細(xì)礫、新生體和侵入體等，加入適量水（土壤加水充分濕潤以擠不出水為宜，手感為似粘手又不粘手），調(diào)勻，放在手掌心用手指來回揉搓，搓成球-成條-成環(huán)的順序進行，最后將環(huán)壓扁成土片，觀察各個環(huán)節(jié)狀況從而加以綜合判斷。砂土：不能搓成條、團或球狀、片狀。砂壤土：可搓成球但不可搓成條，勉強搓成條也極易裂成小片段。輕壤土：可搓成條，但提起時易斷。中壤土：可搓成球、條，將細(xì)條彎成環(huán)狀時有裂痕，壓扁時斷裂。重壤土：可搓成球、條，將細(xì)條彎成環(huán)狀時無裂痕，壓扁時有大裂痕。粘土：可搓成球、條，將細(xì)條彎成環(huán)狀時無裂痕，壓扁時也無裂痕。（三）簡易比重計法1、實驗原理土樣的分散處理：土壤比重計法測定土壤機械組成的原理就是采用各種方法，把土壤顆粒物按照它的粒徑大小分成若干等級，并測出不同顆粒等級土壤顆粒物的含量，從而求出土壤的機械組成。一般而言，對于土壤粒徑大于0.25mm級分離開來，對于土壤粒徑較細(xì)的土粒篩分析有困難，而且結(jié)果也不精確，則需要通過制備懸液的方法進行沉降分離。一起形成微團粒體結(jié)構(gòu)，在測定的時候需要對其進行分散處理，使其成為單粒狀態(tài)，才能進行測定。華北地區(qū)的土壤中碳酸鈣、硫酸鈣等較多，均為阻礙土粒分散的物質(zhì)，一般采用六偏磷酸鈉作為分散劑，其主要作用是利用其弱酸性質(zhì)來破壞含于土壤中的碳酸鈣，溶解碳酸鈣，并加入堿溶液，可使土壤絮凝和化學(xué)膠結(jié)等過程中所形成的穩(wěn)固的微結(jié)構(gòu)性團粒體受到破壞。對于不含碳酸鹽的中性土壤可加入分散劑草酸納，酸性土壤可加入氫氧化鈉處理，分散劑加入的量可根據(jù)土壤的代換量決定，過少則分散不完全，過多則又會使之凝聚。為分散完全，除加入分散劑外，還必須對土壤樣品加以震蕩或煮沸。重力的作用土粒開始沉降，此時土粒受到重力、浮力和阻力三個力的作用，沉降一開始土粒速度增加，因此引起的阻力也隨之增加，當(dāng)重力、浮力和阻力達到平衡時，土粒開始做勻速沉降，根據(jù)Stokes定律，其沉降速度與土粒的半徑成正比，與介質(zhì)粘滯系數(shù)成反比即：式中，V指土壤的沉降速度（cm/sec）g指重力加速度（980cm/s）r指土粒的半徑(cm)d1指土粒的比重，平均值為2.65(g/cm3)d2(g/cm3)η(g/cm.s)可見，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟾鞑煌降耐亮Ｔ诮橘|(zhì)中是均勻分布的，在一定深度只存在小于某一粒徑的土粒均勻地分布著。在土粒沉降的過程中懸液的比重也在不斷的隨之發(fā)生變化，懸液比重與懸液中所含土粒的重量之間的關(guān)系如下：式中，ρ(g/cm3)ρ(g/cm3)ρ土指土粒的比重（假定為2.65g/cm3）Vw土指懸液中土粒的重量測出懸液比重后，可以根據(jù)上式計算出懸浮土粒的重量，為了免去復(fù)雜的計算，鮑尤考斯設(shè)計了一種所謂甲種比重計，這種比重計可以直接讀出懸液中所含有的土粒濃度（g/L）中按照不同溫度下土粒沉降時間（下表），直接測出所需粒徑的土粒含量，再根據(jù)土壤質(zhì)地的分類標(biāo)準(zhǔn)即可一般性的了解土壤質(zhì)地。2、操作步驟稱樣：稱取通過1mm孔篩的風(fēng)干土壤樣品50克（精確到0.01克），置于500毫升三角瓶中，加蒸餾水濕潤樣品。另稱取10克樣品置于鋁盒內(nèi)，在105量。分散：根據(jù)土壤的pH值分別選用分散劑石灰性土壤：用0.5mol六偏磷酸鈉60毫升中性土壤：用0.5mol20酸性土壤：用0.5mol氫氧化鈉40毫升加入分散劑后，為使得樣品充分分散，需對樣品進行分散處理，常用的物理分散方法有以下三種：煮沸法：將分散劑加入盛有樣品的500mL三角瓶內(nèi)，再加入蒸餾水約250mL，蓋上小漏斗，搖勻后放在電熱板上加熱，并不時搖動三角瓶，以免土粒粘結(jié)。煮沸后降低電熱板的溫度，使得懸液保持微沸1小時。震蕩法：將分散劑加入盛有樣品的500mL三角瓶內(nèi)，再加入蒸餾水約250mL，然后放于震蕩機內(nèi)持續(xù)震蕩8小時。研磨法：將稱好的樣品置于瓷蒸發(fā)皿中，加一部分分散劑使之呈稠糊狀，靜置半小時，使分散劑充分作用，然后用帶橡皮球的玻璃棒研磨20分鐘，使之分散完全。加入剩余分散劑。大于0.25mm的土粒篩分：在1000毫升的沉降筒上置于漏斗，漏斗上放一篩孔直徑為0.25mm的銅篩，用洗瓶洗出三角瓶中冷卻的所有土粒。篩上殘留的沙粒用橡皮頭玻璃棒輕輕擦洗，同時用蒸餾水沖洗，使得小于0.25mm出清水為止。注意沖洗時控制每次用水量，以免超過總量1000毫升，最后定容。將篩上大于0.25mm0.5mm1-0.25mm0.25-0.5mm中砂粒，分別稱重并計算其重量百分?jǐn)?shù)，記為d1、。測定懸液比重：將沉降筒置于晝夜溫度變化較小的平穩(wěn)實驗臺上，用溫度計（±0.1℃）測定懸液溫度，根據(jù)所測液體溫度，結(jié)合小于某一粒徑顆粒沉降時間表，查出小于0.05mm、小于0.01mm、小于、小于0.001mm土粒所對應(yīng)的比重計讀數(shù)時間分別記為t1、、t3、t4。用攪拌棒攪拌懸液1分鐘（上下各約30次），當(dāng)攪拌棒提離懸液液面時立即計錄時間，記為t。在、t+t2、t+t3、t+t4時刻分別使用比重計測定懸液比重。測定時要提前10-15秒將比重計輕輕插入懸液中，到了選定時間立即記錄比重計讀數(shù)，記為d3、d4d5d6，分別代表小于0.05mm、小于0.01mm、小于0.005mm、小于0.001mm土粒的含量。每次測定讀數(shù)后，取出比重計放在盛有蒸餾水的量筒中備用。判斷土壤質(zhì)地：根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)（下表），判斷測定土壤樣品的土壤質(zhì)地。我國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)3、結(jié)果計算土壤最大吸濕水測定校正比重計讀數(shù)校正值=分散劑校正值+溫度校正值校正后的讀數(shù)=比重計讀數(shù)-校正值粒徑含量計算4、實驗儀器及試劑電子天平，1000壤篩，沖洗篩，帶橡皮頭的玻璃棒，三角瓶，藥勺，干燥器，烘箱，洗瓶0.5M氫氧化鈉：稱取20克氫氧化鈉于燒杯內(nèi)，加少量蒸餾水溶解后，通過多次清洗燒杯的方法轉(zhuǎn)移到1000毫升容量瓶內(nèi)，洗瓶定容搖勻，待用。0.25M草酸鈉：稱取33.5克草酸鈉于燒杯內(nèi)，加少量蒸餾水溶解后，通過多次清洗燒杯的方法轉(zhuǎn)移到1000毫升容量瓶內(nèi)，洗瓶定容搖勻，待用。0.5M六偏磷酸鈉：稱取51克六偏磷酸鈉于燒杯內(nèi)，加少量蒸餾水溶解后，通過多次清洗燒杯的方法轉(zhuǎn)移到1000毫升容量瓶內(nèi)，洗瓶定容搖勻，待用。（四）吸管法、實驗原理經(jīng)充分混勻的土壤懸液沉降一段時間后，在一定深度，只存在小于某一粒徑的土粒均勻分布著（下圖），只要在這個時間和這個深度的液層中吸取一定量的懸液烘干、稱重、便能計算出小于該粒徑土粒的含量。因此，在給定深度和不同時間吸液，便可以將不同粒徑的土粒分離并計算其百分含量。只要規(guī)定了吸液深度，便可根據(jù)Stokes公式求出不同溫度下，不同比重的土壤，其各粒徑土粒在水中沉降至該深度所需要的時間，因為在勻速運動中，其中，t指沉降時間（秒）s指沉降深度（厘米）v指速度（厘米/秒）其余指標(biāo)同上2、操作步驟樣品處理＞1mm石礫處理：將土樣風(fēng)干，揀去粗有機質(zhì)，磨碎，過1mm篩，大于1mm附于石礫上的土粒全部懸浮與水中。傾出濁水，再加水煮洗。如此反復(fù)進行，直至石礫清洗干凈。將石礫烘干，過3mm篩，分別稱重，并稱量通過1mm1mm稱重：稱取過1mm篩的風(fēng)干土樣（已去除有機質(zhì)殘體）測定其吸濕水量。再稱10克風(fēng)干土壤樣品三份，其中一份測定洗矢量，兩份制備制備成土粒懸液供顆粒分析用。去除有機質(zhì)：若土壤有機質(zhì)含量高，需先去除?？蓪⑸鲜鋈萃寥罉悠贩謩e移入250mL高型燒杯中，先加少量水使土壤濕潤，再加過氧化氫，用淀帚攪勻土液，蓋好表玻璃，在水浴或電熱板上加溫，使有機質(zhì)充分氧化。對于含有大量有機質(zhì)的土樣，應(yīng)增加過氧化氫的濃度。在過氧化氫氧化有機質(zhì)的時候會發(fā)生大量氣泡，可低價異戊醇以防止泡沫溢出燒杯。氧化過程中應(yīng)經(jīng)常用淀帚攪拌土樣，反應(yīng)減弱后，在添加過氧化氫，直至土色變淡，表示土壤有機質(zhì)已基本分解完全。過量的過氧化氫可煮沸排除，冷卻后，傾棄去上面清液。脫鈣和洗矢量的測定：含碳酸鹽的土壤樣品在有機質(zhì)分解后逐次加入0.2MHCl，每次約10mL，直至無二氧化碳產(chǎn)生為止。為保證鹽酸有足夠的濃度，每次加入鹽酸前應(yīng)先傾去土樣上面的清液。碳酸鹽含量高的土樣，鹽酸濃度可適當(dāng)增加。去除土樣中的碳酸鹽后，用 0.05M鹽酸沖洗土樣至濾紙上過濾（其中測定洗矢量用的濾紙必須事先稱得干紙重）。再用0.05M鹽酸繼續(xù)淋洗土樣（使膠體上的鈣離子和鎂離子完全為氫離子所代換，土粒充分分散），直至濾液中無鈣離子為止。脫鈣后的土樣再用水淋洗，洗盡多余的鹽酸，直至濾液中無氯離子為止（如發(fā)現(xiàn)濾液渾濁，表明土壤膠體已透過濾紙，應(yīng)立即停止淋洗）。將測定洗矢量的一份土樣，連同濾紙一起放于已知重量的燒杯中，在105度干燥箱中烘干，稱至恒重，計算洗矢量。制備懸液仔細(xì)地用水將另外兩份顆粒分析用的土樣從濾紙上分別洗入500mL三角瓶中，加入0.5M氫氧化鈉10mL，加水至250mL左右。三角瓶口蓋上一個小漏斗，放在電熱板上加熱，并不時的搖動三角瓶以免土粒粘結(jié)。煮沸后，降低電熱板溫度，使懸液保持微沸1小時。將冷卻后的懸液通過0.25mm孔徑篩洗入沉降筒，用水沖洗篩網(wǎng)，并用淀帚輕輕擦洗上面的砂粒，務(wù)必使篩及放置洗篩的漏斗上的土粒全部沖洗至沉降筒中，向沉降筒中加水制備成 1升的懸液。洗篩上＞0.25mm粒徑的砂粒，用水洗入鋁盒或稱量瓶，烘干，稱重，計算粗砂粒（1-0.25mm）占烘干樣品重的百分?jǐn)?shù)。對于不含碳酸鹽也不需要去除有機質(zhì)的土樣，在稱取10克土樣后，直接放入500mL三角瓶中。然后根據(jù)土樣的pH加入不同的分散劑。對10g土樣來說，石灰性土壤加入0.5M六偏磷酸鈉中性土壤加入0.5M草酸鈉溶液10mL，酸性土壤加入氫氧化鈉10mL，再加250mL水浸泡過夜。把土液搖勻，放在電熱板上微沸1小時。通過0.25mm孔徑洗篩，用淀帚洗入沉降筒，以后步驟同上面所述、沉降分析測量實驗室當(dāng)時的水溫，按水溫查出不同粒徑土粒沉降到 10cm處所需的時間。用攪拌棒攪拌懸液1min，攪拌懸液時上下速度要均勻一般速度為上下各30次。攪拌棒攪拌懸液時向下一定要觸及沉降筒的底部，使全部土粒都能懸浮。攪拌棒向上時有孔金屬片不能漏出液面，一般至液面下3-5cm即可，否則會使空氣壓入懸液，致使懸液產(chǎn)生渦流，影響土粒沉降規(guī)律。沉降時間以攪拌結(jié)束為起始時間。用吸管吸取懸液操作事先應(yīng)反復(fù)練