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

   (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_重、浮力F_浮和黏滞力F_黏三个力作用。三个力的大小分别为：

F_重＝m_土ｇ＝ $\rho _{tu}$ V_土ｇ＝ $\rho _{tu}$ ｇ $\frac{4\pi r^{3}}{3}$ 　　        　           ﹙1﹚

m_土为土壤颗粒质量，V_土为土壤颗粒体积，重力方向向下。

　F_浮＝m_水ｇ＝ $\rho _{shei}$ V_土g＝ $\rho _{shei}$ g $\frac{4\pi r^{3}}{3}$ 　　　　                    ﹙2﹚

m_水为土壤颗粒排出液体水的质量，浮力方向向上。

 F_黏＝６πｒ $\nu$ ｕ　　　　　　　　　　　　　                   ﹙3﹚

ｕ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_重  大于浮力F_浮,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：

　F_重－F_浮－F_黏＝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。