土壤顆粒分析(吸管法)測定裝置

一、土壤顆粒分析測定裝置分析原理
粒徑分析目前為常用的方法為吸管法和比重計(jì)法。吸管法操作雖然繁瑣，但度較高，計(jì)算也比較簡單。無論是采用吸管法還是比重計(jì)法，土粒的粒徑分析大致分為分散、篩分和沉降三個(gè)步驟。
二、土壤顆粒分析測定裝置儀器結(jié)構(gòu)
該測定裝置主要由吸管、吸管架、沉降筒(1000ml量筒，直徑約6cm，高約45cm)、分樣篩(2mm)、洗篩(直徑約6cm，篩網(wǎng)孔徑0.2mm)、兩通活塞、小漏斗、攪拌棒、橡皮頭玻棒、真空泵等組成。
三、土壤顆粒分析測定裝置吸管架技術(shù)指標(biāo)
鏡面橫向移動(dòng)距：2 cm
縱 向 移 動(dòng) 距：30 cm
鏡架上下移動(dòng)距：25cm，可旋轉(zhuǎn)360°

土壤基質(zhì)中含有不同數(shù)量的各級土粒，完善的表達(dá)方式是用粒徑分布曲線，一般用對數(shù)坐標(biāo)。曲線 的橫坐標(biāo)為粒徑d(mm)，縱坐標(biāo)為單位質(zhì)量土樣小于某一粒級土粒含量的累積百分?jǐn)?shù)，如以粘土、粉砂 壤土和砂壤土為例，圖示：

圖23-3 三種類型土壤的粒徑分布圖

一、土壤顆粒分析測定裝置分析原理
粒徑分析目前*為常用的方法為吸管法和比重計(jì)法。吸管法操作雖然繁瑣，但*確度較高，計(jì)算也 比較簡單。無論是采用吸管法還是比重計(jì)法，土粒的粒徑分析大致分為分散、篩分和沉降三個(gè)步驟。
1、土粒的分散
田間或自然土壤，除風(fēng)砂土和堿土外，絕大部分或全部都是相互團(tuán)聚成粒徑不同的團(tuán)粒，微團(tuán)粒是 粘粒直接凝聚而成，粗團(tuán)粒則主要由腐殖質(zhì)和某些情況下土壤的石灰物質(zhì)、游離鐵的作用膠結(jié)而成。在 中性土壤中主要是交換性Ca2+起作用，在酸性土壤中還有交換性Al3+的作用，土壤溶液中鹽類溶質(zhì)濃度 高也促使粘粒團(tuán)聚。因此傳統(tǒng)的分散處理包括用H2O2－HCl處理和添加含Na+的化合物作為分散劑。H2O2 的作用是為了破壞有機(jī)質(zhì)，稀 HCl的作用是為了溶解游離的 CaCO3和其他膠結(jié)劑，并用 H+代換有凝聚作 用的 Ca2+、Al3+等離子和淋洗土壤溶液中的溶質(zhì)。交換性H+也有凝聚作用，必須用分散粘粒的Na+代換之，
所用 Na+的數(shù)量不能過多，不能超過土壤的交換量。
凡此種種，不僅手續(xù)繁雜費(fèi)時(shí)，且在稀 HCl淋洗中，也可能淋出一部分粘粒的組分，如無定形的二 三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCl淋洗液進(jìn)行化學(xué)分析測定。更重要的是腐殖質(zhì)和碳酸鹽 也是土壤固相的一部分，若去除它們則與田間情況不一致。因此近年來常對供分析的土樣直接投入可固 定Ca2+、Al3+離子的Na鹽，通常是酸性土壤加氫氧化鈉，中性土壤加草酸鈉，堿性土壤加六偏磷酸鈉。
然后用各種機(jī)械的方法進(jìn)行攪拌，使其分散。常用的方法是煮沸法，也有用震蕩法或高于大氣壓的 氣流激蕩的方法。
2、粗土粒的篩分
粒徑大于0.6mm的粗土粒，用孔徑粗細(xì)不同的篩，相繼篩分經(jīng)分散處理的土樣懸液，可得到不同粒 徑的土粒數(shù)量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)篩的情況，篩孔＞o.6mm允許5%的篩孔偏離規(guī)定值，篩孔孔徑在O.6mm～0.125mm 之間為7.5%，篩孔孔徑＜O.125mm 則可高達(dá)10%。所以，常規(guī)粒徑分析應(yīng)該只對＞0.25mm 的土粒進(jìn)行篩 分，但由于＞0.1mm的土壤顆粒在水中沉降速度太快，用吸管吸取懸液常常得不到較好的結(jié)果，因此篩 分范圍可放寬到 0.1mm，即對＞0.1mm的土粒進(jìn)行篩分。
3、細(xì)土粒的沉降分離
無法篩分的細(xì)土粒(＜0.1mm＝依據(jù)司篤克斯(G.G.Stokes)定律，按土粒在水中沉降的快慢區(qū)分不同
粒徑的土粒。顆粒在真空中沉降不受任何阻力，只是受重力作用而呈現(xiàn)自由落體運(yùn)動(dòng)。在水中沉降除重力作用外，還受與重力作用方向相反的摩擦力作用。摩擦力 Fr 應(yīng)等于： Fr＝6πηｒυ
式中：η－水的粘滯度(g/cm·s)；ｒ－顆粒半徑(cm)；υ－顆粒沉降速度(cm/s)
顆粒開始沉降，沉降速度隨時(shí)間增大，摩擦力 Fr 也隨之增加，當(dāng)顆粒所受摩擦力與所受重力在數(shù)
量上相等時(shí)，這時(shí)沉降速度不再增加，顆粒以均速(沉降速度)沉降，這時(shí)的沉降速度稱為終端速度。顆 粒所受重力Fg可由下式計(jì)算：
Fg＝4/3 πｒ3(ρs－ρf)g
式中：4/3 πｒ3是球體顆粒的體積；ρs為顆粒密度(g/cm3)；ρf為流體(水)的密度(cm/s3)
g為重力加速度(981cm/s2)。
當(dāng)Fr＝Fg時(shí)可得：
υt＝d 2(ρs－ρf)g / 1800η
式中：υt為終端速度；d為穎粒直徑(mm)
假定沉降速度幾乎在終端過程一開始就立即達(dá)到，則可計(jì)算一定直徑顆粒沉降到深度 L(cm)所需時(shí)
間(s)：
t＝1800Lη / d 2(ρs－ρf)g
土壤顆粒分析測定裝置利用沉降法進(jìn)行顆粒分析，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)假設(shè)：
(1) 顆粒是堅(jiān)固的球體且表面光滑；
(2) 所有顆粒密度相同；
(3) 顆粒直徑應(yīng)大到不受流體(水)布朗運(yùn)動(dòng)的影響；
(4) 供沉降分析的懸液必須稀釋到顆粒沉降互不干擾，即每一個(gè)顆粒的沉降都不受相鄰顆粒影響；
(5) 環(huán)繞顆粒的流體(水)保持層流運(yùn)動(dòng)，沒有顆粒的過快沉降引起流體的紊流運(yùn)動(dòng)。
以上幾點(diǎn)：除(3)、(4)可以大致滿足外，(5)很難保證，(1)、(2)兩條根本無法滿足。細(xì)土粒 不是球形的(大多為扁平狀)，表面也不光滑，其密度也不相同，只有大多數(shù)硅酸鹽的密度在 2.6～2.7 之間，其他重礦物和氧化鐵的密度可達(dá)到5.0g/cm3或更高，所以粒徑分析只能給出近似的結(jié)果。