攪拌儀在土壤機(jī)械組成測(cè)定中的應(yīng)用

李朝英　鄭路

摘要 為了提高土壤機(jī)械組成測(cè)定精度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，本文使用比重法對(duì)攪拌儀處理的土壤進(jìn)行了土壤機(jī)械組成測(cè)定，同時(shí)與人工攪拌的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，攪拌儀搖臂長(zhǎng)度根據(jù)最佳攪拌行程確定，攪拌行程一致且攪拌充分；搖臂轉(zhuǎn)速調(diào)整為1周/2 s，上下攪拌30次/min，攪拌速度均勻一致，符合國(guó)標(biāo)要求；2種攪拌方式所測(cè)土壤中黏粒和粉砂粒含量無(wú)顯著差異，砂粒含量有顯著差異。攪拌儀操作方便，一次可同時(shí)攪拌多個(gè)樣品，工作強(qiáng)度降低，檢測(cè)準(zhǔn)確高效，可用于批量土壤樣品的機(jī)械組成檢測(cè)分析。

關(guān)鍵詞 土壤機(jī)械組成；比重法；攪拌儀；人工攪拌

中圖分類(lèi)號(hào) S152.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）20-0171-02

Abstract To improve the precision and reduce the labor intensity，a stirrer was made which was used for the determination of soil mechanical composition.The determination of the stirrer and manual stirring were compared by the gravity method.The results showed that the arm length of the stirrer was determined according to the optimal stirring schedule，so as to ensure consistent stirring stroke；the speed of the arm was adjusted to 1 ring/2 s，stirring up and down 30 times/min，the stirring speed was uniform and the particles were dispersed fully，which met the requirements of the national standard；there was no significant differences between the content of the clay grains and the particles in the two stirring ways，and the content of sand grains was significant.The stirrer was easy to operate，could be stirred multiple samples at the same time，reduced work intensity，was accuracy and efficiency，and could be used for bulk samples detection of mechanical composition.

Key words soil mechanical composition；gravity method；stirrer；manual stirring

土壤機(jī)械組成分析是土壤質(zhì)地評(píng)價(jià)的依據(jù)，反映了土壤顆粒與空氣、水分界面間復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過(guò)程，以及能量和物質(zhì)的交換情況，對(duì)研究土壤結(jié)構(gòu)與肥力有重要意義[1-2]。土壤機(jī)械組成主要測(cè)定方法有比重法和吸管法，這2種方法均要求土壤懸液攪拌后測(cè)定，國(guó)標(biāo)及林業(yè)行標(biāo)明確要求在液面下3～5 cm處至筒底之間上下攪拌懸液30次/min。攪拌使懸液中顆粒均勻分散后，利用Stoke′s定律對(duì)不同粒徑顆粒的沉降時(shí)間、深度、速度等進(jìn)行計(jì)算與測(cè)定[3-5]。國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室多依靠人工攪拌，攪拌速度、行程及次數(shù)不易控制，且人工攪拌勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢測(cè)效率低。目前，有關(guān)攪拌改進(jìn)的研究未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)，人工攪拌對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響未見(jiàn)討論分析。因此，本文使用比重法對(duì)經(jīng)攪拌儀與人工攪拌處理的土壤進(jìn)行了土壤機(jī)械組成測(cè)定，以期為準(zhǔn)確高效地測(cè)定土壤機(jī)械組成提供參考[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

5個(gè)土壤樣品于2016年10月采集于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)站設(shè)置在中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中伏波實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的人工林樣地。樣品風(fēng)干、研磨、過(guò)10目篩，裝入有標(biāo)識(shí)的聚丙烯塑料袋中，密封保存于陰涼處。

1.2 試驗(yàn)儀器與試劑

1.2.1 攪拌儀構(gòu)造及原理。由圖1可知，攪拌儀設(shè)有電機(jī)及皮帶輪；皮帶輪聯(lián)接減速器，驅(qū)動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿一端與搖桿聯(lián)接，一端與滑臺(tái)聯(lián)接；滑臺(tái)兩側(cè)設(shè)有滑輪，滑輪內(nèi)側(cè)設(shè)有滑桿導(dǎo)軌，滑輪順著滑桿可上下滑動(dòng)；滑臺(tái)上設(shè)有多個(gè)圓管，攪拌棒穿過(guò)圓管，圓管中間開(kāi)有圓孔，卡箍穿過(guò)圓孔左右旋轉(zhuǎn)即可卡緊或松開(kāi)攪拌棒，從而調(diào)整攪拌棒位置，攪拌棒底端設(shè)有圓片。

攪拌棒圓片上行不出液面，至液面下3～5 cm處，可避免液面產(chǎn)生泡沫，減小對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；圓片下行沉降筒底，利于帶動(dòng)土壤大顆粒充分分散。因此，通過(guò)公式S圓片運(yùn)動(dòng)行程=（D懸液深度-3 cm）=2×L搖桿長(zhǎng)度，L搖桿長(zhǎng)度=（D懸液深度-3 cm）/2確定搖桿長(zhǎng)度，從而保證攪拌行程一致、顆粒分散均勻。國(guó)標(biāo)要求上下攪拌30次/min，通過(guò)皮帶輪、減速器減速，將搖桿轉(zhuǎn)速調(diào)整至1周/2 s。搖桿轉(zhuǎn)1周，通過(guò)連桿帶動(dòng)滑臺(tái)沿滑桿、攪拌棒圓片完成攪拌。搖桿從最低點(diǎn)轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)，攪拌棒圓片從最低點(diǎn)向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)懸液顆粒完成從下向上的1次攪拌，用時(shí)1 s；搖桿從最高點(diǎn)轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)，攪拌棒圓片從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)懸液顆粒完成從上向下的1次攪拌，用時(shí)1 s。因此，攪拌儀每2 s完成上下1次攪拌，攪拌速度均勻一致，攪拌行程最優(yōu)化，符合國(guó)標(biāo)要求。

1.2.2 其他儀器。甲種密度計(jì)、1 L沉降筒、攪拌棒、振蕩機(jī)。

1.2.3 試驗(yàn)試劑。80 g/L氫氧化鈉、乙醇。

1.3 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取50.00 g土壤樣品裝入250 mL塑料瓶中，每個(gè)樣品共稱(chēng)2份。加入80 g/L氫氧化鈉溶液50 mL振蕩30 min，土壤懸濁液倒于60目篩上，用蒸餾水沖洗至篩上顆粒無(wú)泥。將洗凈的顆粒放入105 ℃烘箱，4 h后稱(chēng)重。土壤顆粒清洗液倒入1 L沉降筒中，定容至1 L。1份人工上下攪拌30次/min，攪拌后30 s、270 s、8 h時(shí)放入比重計(jì)測(cè)定并記錄；1份以攪拌儀攪拌30次/min，攪拌后30 s、270 s、8 h時(shí)放入比重計(jì)測(cè)定并記錄。上述處理重復(fù)4次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同攪拌方法對(duì)土壤機(jī)械組成測(cè)定結(jié)果的影響

由表1可知，攪拌儀處理后，土壤中黏粒、粉砂粒含量的變異系數(shù)（CV）小于6%，砂粒含量CV在4.13%～19.70%之間；人工攪拌處理后，土壤中黏粒、粉砂粒含量CV小于8%，砂粒含量CV在4.44%～24.40%之間。上述結(jié)果表明，攪拌儀攪拌后，土壤機(jī)械組成測(cè)定的精密度高于人工攪拌。

2種攪拌方法處理后，所測(cè)土壤顆粒含量的CV均呈以下規(guī)律：砂粒含量的CV最大，粉砂粒次之，黏粒最小。這是因?yàn)樯傲?、粉砂粒、黏粒的粒徑依次減小，大顆粒沉降速度快，其分布均勻性及測(cè)定準(zhǔn)確性易受攪拌因素影響。人工攪拌所測(cè)大小顆粒含量的精密度均低于攪拌儀，說(shuō)明攪拌儀攪拌的懸液顆粒均勻性?xún)?yōu)于人工攪拌，因而攪拌儀測(cè)定結(jié)果誤差小于人工攪拌。

由表1還可知，攪拌儀與人工攪拌所測(cè)黏粒及粉砂粒含量無(wú)顯著性差異，砂粒含量有顯著性差異。由于樣品1砂粒含量偏低，基數(shù)較小，人為誤差表現(xiàn)明顯，故2種攪拌方式所測(cè)結(jié)果有顯著性差異。

2.2 不同攪拌方法土壤機(jī)械組成測(cè)定結(jié)果的線(xiàn)性關(guān)系及決定系數(shù)R2

由表2可知，2種不同攪拌方法所測(cè)黏粒、粉砂粒含量的線(xiàn)性關(guān)系良好，R2>0.990；砂粒的R2<0.990。2種攪拌方法所測(cè)砂粒含量的差異較大，即大顆粒的測(cè)定誤差大于小顆粒的測(cè)定誤差，與2.1結(jié)果一致。

2.3 攪拌儀與人工攪拌的差異

由表3可知，攪拌儀根據(jù)檢測(cè)要求設(shè)計(jì)搖臂長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)速，攪拌行程恒定且最優(yōu)，攪拌次數(shù)精準(zhǔn)，攪拌速度均勻。根據(jù)試驗(yàn)需要，在滑臺(tái)可安裝多個(gè)攪拌棒，同時(shí)攪拌多個(gè)樣品，可降低人員工作強(qiáng)度，提高檢測(cè)效率，適宜批量樣品的檢測(cè)分析。人工攪拌只能靠人員感覺(jué)控制攪拌行程及攪拌速度，圓片上行位置因懸液渾濁而不易保證攪拌行程一致，攪拌速度因人為不確定性因素而不易保持均勻。攪拌儀模仿人工攪拌，所測(cè)結(jié)果精密度高于人工攪拌，攪拌效果優(yōu)于人工攪拌，而且能代替人工攪拌用于檢測(cè)分析。

3 結(jié)論與討論

人工攪拌的行程、速度及次數(shù)方面難以達(dá)到國(guó)標(biāo)和行標(biāo)的嚴(yán)格要求，影響顆粒分布的均勻性。人工攪拌工作強(qiáng)度大，檢測(cè)效率低。本文使用的攪拌儀結(jié)合檢測(cè)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，攪拌行程、速度及次數(shù)完全符合國(guó)標(biāo)和林業(yè)行標(biāo)要求，土壤懸液中的顆粒分布均勻，可達(dá)到最佳測(cè)定狀態(tài)，所測(cè)結(jié)果的精密度高于人工攪拌。攪拌儀代替人工攪拌，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)效率，適用于批量土壤樣品機(jī)械組成的檢測(cè)分析。

以往資料對(duì)土壤機(jī)械組成的測(cè)定誤差多認(rèn)為是讀數(shù)不準(zhǔn)確、比重計(jì)未校準(zhǔn)等造成的，未見(jiàn)人工攪拌對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響及改進(jìn)攪拌方法的討論。試驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌儀攪拌效果優(yōu)于人工攪拌，有利于提高土壤機(jī)械組成測(cè)定的精密度。粒徑較大的砂粒沉降快，其分散均勻性易受影響，測(cè)定結(jié)果誤差偏大。試驗(yàn)所采用的比重法簡(jiǎn)單快捷，但存在一定局限性，如比重計(jì)最小刻度值為1，即使在顆粒分布均勻的情況下也難以精準(zhǔn)讀數(shù)，低含量顆粒誤差明顯。懸液經(jīng)攪拌儀攪拌后，以吸管法更有利于提高土壤機(jī)械組成測(cè)定的精確度。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 依艷麗.土壤物理研究法[M].北京：北京大學(xué)出版社，2009.

[2] 邵明安，王全九，黃明斌.土壤物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：11.

[3] 李興林，李福春.用沉降法和激光法測(cè)定土壤粒度對(duì)比研究[J].土壤，2011，43（1）：130-134.

[4] 國(guó)家林業(yè)局.森林土壤顆粒組成（機(jī)械組成）的測(cè)定：LY/T 1225-1999[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局，1999.

[5] 李朝英，鄭路.土壤顆粒懸液攪拌對(duì)土壤質(zhì)地分析的影響[J].水土保持通報(bào)，2017（6）：256-260.

[6] 李朝英，鄭路，盧立華.一種用于土壤機(jī)械組成檢測(cè)的攪拌儀：中國(guó)，ZL 201410115986.7[P].2016-03-30.