蠟封-容量瓶法測定土壤團(tuán)聚體孔隙度

吳新亮，魏玉杰，閆 露，馬仁明，張友輝

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070)

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，測定團(tuán)聚體孔隙度對認(rèn)識團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性具有重要意義。目前測定團(tuán)聚體孔隙度的方法有Brasher等[1]提出的用薩冉樹脂包裹土塊的方法、中科院南京土壤研究所[2]提出的石蠟填充法、Sarli等[3]提出的根據(jù)在不同液體中的浮力差計(jì)算孔隙度的方法，但這些方法都需要專門的天平裝置，不易推廣。彭新華等[4]對蠟封法進(jìn)行了改進(jìn)，解決了需要等臂天平的問題，但其方法存在石蠟包裹不完全和石蠟填充孔隙等問題，而且對于小團(tuán)聚體(7～1 mm)孔隙度測定的適用性有待考證。針對已有方法存在的問題，我們在石蠟填充法的基礎(chǔ)上，借鑒土粒密度的測定方法[5]，對團(tuán)聚體孔隙度的測定方法進(jìn)行了改進(jìn)，從而使團(tuán)聚體孔隙度的測定更加準(zhǔn)確、簡單、易行。

1 原理與方法

1.1 測定原理

先將團(tuán)聚體放入加熱的液體石蠟中，石蠟會(huì)將團(tuán)聚體中的空氣排擠出去并填充到孔隙中，然后利用容量瓶排水法計(jì)算蠟封團(tuán)聚體的體積，最后根據(jù)團(tuán)聚體的質(zhì)量和體積計(jì)算其總孔隙度。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 儀器和試劑

電子天平(精度0.000 1 g)；1 000 mL燒杯兩個(gè)；100 mL容量瓶；溫度計(jì)(0—200 ℃)；由帶孔的環(huán)刀蓋制成的“托盤”；石蠟；95%酒精；電爐；石棉網(wǎng)和濾紙等。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)從干篩法中選取待測粒徑的團(tuán)聚體20～30粒，用電子天平稱量，記作m1(g)，之后將其分散于“托盤”中(盤內(nèi)墊濾紙)，將“托盤”緩慢浸沒于盛有熔解石蠟(約150 ℃)的燒杯中。當(dāng)氣泡停止逸出時(shí)，將“托盤”轉(zhuǎn)移至盛有熔解石蠟(約80 ℃)的燒杯中冷卻，然后將團(tuán)聚體與“托盤”分離，轉(zhuǎn)移到鋪有濾紙的熱石棉網(wǎng)上，用大頭針將團(tuán)聚體沿濾紙滾動(dòng)，直到團(tuán)聚體表面無明顯的石蠟?zāi)橹?。將蠟封好的團(tuán)聚體冷卻后在空氣中稱量，記作m2(g)。

(2)取100 mL的容量瓶，用95%的酒精定容至刻度線，稱量，記為m0(g)；將酒精倒出，把蠟封好的團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移到容量瓶中，然后用酒精定容至刻度線，稱量，記作m3(g)。此外還可以利用容量瓶測定95%的酒精密度ρ(g/mL)。

1.2.3 結(jié)果計(jì)算

計(jì)算公式為

(1)

(2)

式中：ρb為團(tuán)聚體容重，g/cm3；ρs為土粒密度，一般取2.65 g/cm3；f為孔隙度，%；ρ為酒精密度，g/mL；ω為土樣風(fēng)干含水率；m0為容量瓶+酒精質(zhì)量，g；m1為團(tuán)聚體質(zhì)量，g；m2為蠟封后團(tuán)聚體質(zhì)量，g；m3為容量瓶+酒精+蠟封團(tuán)聚體質(zhì)量，g。

2 實(shí)例分析

實(shí)驗(yàn)所用土樣采自江西進(jìn)賢第四紀(jì)黏土發(fā)育的紅壤，土地利用類型為馬尾松林地，采取兩種侵蝕程度不同的土樣：Q1為表層土樣，Q2為表層被侵蝕后裸露的B層土樣。風(fēng)干后篩分出7—5、5—2、2—1 mm三種粒徑的團(tuán)聚體備用。團(tuán)聚體孔隙度測定中每個(gè)粒級團(tuán)聚體重復(fù)3次，測定結(jié)果見表1。

由表1可知，對于第四紀(jì)黏土發(fā)育的紅壤，隨著團(tuán)聚體粒徑減小，團(tuán)聚體容重逐漸減小，孔隙度增大，這與張維[6]的研究結(jié)果相似；容重和孔隙度的標(biāo)準(zhǔn)差也隨著粒徑的減小而增大，這可能是因?yàn)?/p>

表1 不同粒徑小團(tuán)聚體的容重和孔隙度

粒徑越小，團(tuán)聚體表面的石蠟越難以去除干凈，進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平行影響較大。對于7—5 mm粒徑團(tuán)聚體，Q1孔隙度顯著大于Q2(p<0.05)，這主要是下層土壤結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)的緣故；對于5—2 mm團(tuán)聚體，Q1孔隙度低于Q2，但是兩者差異不顯著；對于2—1 mm團(tuán)聚體，Q1和Q2兩者的孔隙度比較接近(p>0.05)。

3 結(jié) 論

用蠟封-容量瓶法測定土壤團(tuán)聚體孔隙度，對實(shí)驗(yàn)裝置要求簡單，測定結(jié)果精確，而且操作簡單易行，因此該方法對于團(tuán)聚體(尤其是7—2 mm粒徑)孔隙度的測定切實(shí)可行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Brasher B R,Franzmeier D P,Valassis V,et al.Use of saran resin to coat natural soil clods for bulk density and water retention measurements[J].Soil Science,1996,101(2):108-109.

[2] 中科院南京土壤研究所土壤物理研究室.土壤物理性質(zhì)測定法[M].北京:科學(xué)出版社,1978:91-95.

[3] Sarli G O,Filgueira R R,Gimenez D. Measurement of soil aggregate density by volume displacement in two non-mixing liquids[J].Soil Science Society of America Journal,2001,65(5):1400-1403.

[4] 彭新華,張斌,李江濤,等.對多孔介質(zhì)物體孔隙度-蠟封法改進(jìn)的探討——以土壤團(tuán)聚體為例[J].土壤通報(bào),2003,34(1):19-20.

[5] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000:266-271.

[6] 張維.不同粒徑土壤團(tuán)聚體中孔隙分布特征的影響[D].重慶:西南大學(xué),2009.