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土壤颗粒分析原理

已有 10712 次阅读 2014-6-7 11:15 |系统分类:科普集锦

土壤颗粒分析

   (1) 土壤质地

自然界的土壤中,矿物质颗粒大小分布差别很大,很少由单一粒级组成,而是沙粒、粉粒、黏粒混合在一起,只不过各粒级所占的比例不同而已。土壤质地即土壤机械组成,是指土壤的矿物质颗粒大小的配合比例,或百分组成。土壤中沙粒、粉粒和黏粒三组粒级含量的比例,是土壤较稳定的自然属性,也是影响土壤一系列物理性质与化学性质的重要因子。土壤质地对土壤孔隙状况、保肥性、保水性、耕性等均有重要影响。根据土壤中沙粒、粉粒和黏粒三级含量,并参考砾石量,可划分为三大质地类型,即沙土类、壤土类和黏土类。    

表1我国土壤质地分类

                                       颗粒组成%

 质地类型     质地名称        沙粒           粗粉粒            黏粒

                         0.05~1mm      0.01~0.05 mm       <0.001 mm

沙土

 

 

 

 

壤土

 

 

黏土

 

 

 

粗沙土      >70

细沙土      60~70                  

面沙土      50~60

沙粉土      >20          >40          <30

       <20          >40

粉壤土      >20         <30

黏壤土      >20          <40

沙黏土      >50                      >30

粉黏土                             30-35

黏壤土                             35-40

                              >40

 

   (2) 土壤颗粒分析原理

土壤颗粒各粒级的定量测定称为土壤颗粒分析。由土壤颗粒分析得出的土壤颗粒百分含量是土壤结构的基本参数,是计算土壤渗透率的重要依据。根据土壤颗粒百分含量可以确定土壤质地。土壤颗粒影响土壤的水、热、气、养分等状况。土壤颗粒分析先要进行分散,然后对分散分离出来的各级土壤颗粒进行定量,对于大于0.25mm的粗粒采用筛分测定,对于小于0.25mm土壤颗粒依据司笃克斯(Stokes)定律,用吸管法或比重计法进行测定。

在静水中,当一个土粒密度为 $\rho _{tu}$ 、半径为r的球形颗粒在水的密度为 $\rho _{shei}$ 、黏滞度系数为V的液体水中沉降时,受到重力F、浮力F和黏滞力F三个力作用。三个力的大小分别为:

Fmg= $\rho _{tu}$ V= $\rho _{tu}$ g $\frac{4\pi r^{3}}{3}$                       ﹙1﹚

m为土壤颗粒质量,V为土壤颗粒体积,重力方向向下。

 Fmg= $\rho _{shei}$ Vg $\rho _{shei}$ g $\frac{4\pi r^{3}}{3}$                         ﹙2﹚

m为土壤颗粒排出液体水的质量,浮力方向向上。

 F=6πr $\nu$ u                                ﹙3﹚

为土壤颗粒沉降的速度,黏滞力方向向上。由式(3)可知黏滞力随土壤颗粒沉降速度的增加而增加。

静水中静止的土壤颗粒,由于土粒密度大于水的密度,所以重力F  大于浮力F,土壤颗粒在外力的作用下做向下的加速运动。土壤颗粒运动速度的产生伴随着黏滞力的产生,而且黏滞力随土壤颗粒沉降速度的增加而增加,当向下的重力与向上的浮力、黏滞力相等时,合外力为零,土壤颗粒向下沉降是匀速运动。即:

 FFF=0                                ﹙4﹚

把式﹙1﹚、﹙2﹚、﹙3﹚代入式﹙4﹚整理得到司笃克斯公式:

    $d=\sqrt{\frac{1800\nu }{981\left ( \rho _{tu}-\rho _{shei} \right )}}$   . $\sqrt{\frac{L}{t}}$

式中:d—土粒直径(mm);

$\rho _{tu}$ —土粒密度(g·cm-3);

$\rho _{shei}$ —水的密度(g·cm-3);

 L— 土粒有效沉降深度(cm);

 t— 土粒沉降时间(s);

$\nu$ —水的黏性系数(g·cm-1·s-1);

981—重力加速度(cm·s-2)。

司笃克斯公式不仅可以用于土壤颗粒组成分析,同时也阐明了静水中比水密度大的水中漂浮物的运动规律,这对解释土壤水分特征曲线的滞后现象提供了科学依据。




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