解讀測量土壤孔隙率的有效方法

闞霞

摘 要：植物的生長，土壤提供了最基本的條件，土壤的孔隙率與植物生長息息相關(guān)。經(jīng)驗計算法、水銀壓入法以及圖像處理法是目前土壤孔隙率測量的常用方法，隨著不斷對于土壤檢測的探索，石蠟在土壤檢測中的作用被開發(fā)了出來，由于石蠟具有廉價無污染的特性，加上其不具有極性的性質(zhì)，從而可以通過進行相對簡單的室內(nèi)實驗來完成對于土壤孔隙率的測量，很好的彌補了前幾種測量方法的局限性。而且由于石蠟測量法的成本較低，對于測量設(shè)備也沒有什么特殊的要求，所以具有很強的實用性。

關(guān)鍵詞：土壤孔隙率;測量;有效方法

我國對于土壤微觀結(jié)構(gòu)的探索和研究已經(jīng)有很長的歷史，在土壤研究的過程中土壤孔隙的情況是土壤非常重要的一種特性，受到了研究人員的不斷關(guān)注。通過對土壤孔隙的情況進行分析，可以更好的了解土壤質(zhì)地，從而為對土類工程的開展有著重要的意義。另外，在農(nóng)業(yè)方面，通過對土壤孔隙率進行測量和分析，可以更好的把握土壤中各種植物生長所需的營養(yǎng)元素的遷移情況，也可以對作物根系生長的情況作出合理的預(yù)測，提升土壤結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

一、 測量土壤孔隙率的現(xiàn)有方法

1.經(jīng)驗計算方法

目前，經(jīng)驗計算法是我國很多實驗室都廣泛應(yīng)用的一種土壤孔隙率測量方法，其測量計算公式為：

Φ=VV/VT=[mp/ρb]/[1/ρw]=[Wcms/ρw]ρb

mp+ms=1;Wc=mp/ms.

在公式中，Φ代表的是土壤的孔隙率，VV代表的是單位質(zhì)量的土壤中所包含的孔隙體積，計量單位為cm3。而VT代表的是單位質(zhì)量的土壤的總體積，計量單位同為cm3。在單位質(zhì)量的土壤加熱去除水的總質(zhì)量記作mp，干土壤的質(zhì)量記作ms，計量單位都設(shè)定為g。另外ρw為孔隙水的密度，ρb為土壤的總體密度。

通過計算方法我們不難發(fā)現(xiàn)，這種土壤孔隙率測量方法雖然可以在一定程度上對土壤孔隙率進行計算，同時需要的測量設(shè)備也較為簡單。但是由于實際測量的過程中，并沒有計算土壤中水的體積，隨著對土壤加熱將水去除的過程中，水的體積也將消失，會在一定程度上使測量值高于實際的土壤孔隙率。

2.水銀壓入法

水銀壓入法的原理在于水銀對于固體的無法形成潤濕效果，從而通過外部施加壓力的方法來讓水銀進入土壤的孔隙中。在施壓的過程中，土壤孔徑越小，所需要的壓力就越大，可以用 d =4σcos θ/p來表現(xiàn)施加壓力大小與孔隙半徑之間的關(guān)系。進而可以通過實際對水銀施加的壓力來計算出土壤中孔隙的體積，同時也可以形成土壤孔隙體積與孔徑大小之間的關(guān)系曲線。但是由于水銀壓入法需要通過外部施壓的方式進行，所以對于一些土質(zhì)本身比較松軟的土壤會使土壤被壓散，所以并不適用。而且測量過程中需要的測試儀器和水銀價格較高，所以測量的成本較大，并不是適用于大部分情況。在使用水銀壓入法的過程中有一點需要注意的是由于水銀屬于本身是具有毒性的，所以在使用、清理和保管過程中一定要小心，防治發(fā)生對人員的傷害和對環(huán)境的污染。

3.圖像處理法

另一種測量土壤孔隙率的常用方法就是圖像處理法，通過制作土壤切片并通過數(shù)字圖像技術(shù)進行處理，從而對土壤結(jié)構(gòu)進行較為細致的分析，以獲取相關(guān)參數(shù)，確定土壤孔隙率情況。相對于經(jīng)驗計算法和水銀壓入法，圖像處理法具有更強的直觀性和相對更高的準確性，目前常用的三維圖像技術(shù)非別是CT、CAT，雖然圖像處理法擁有很高的精確度，但是由于設(shè)備和測量費用的關(guān)系，所以大部分使用圖像處理法的單位都是條件較好的機構(gòu)，難以普遍使用。

二、 石蠟測量法的優(yōu)勢

石蠟測量法的理論根據(jù)是借由液體石蠟不具有極性的特點，通過石蠟與土壤接觸的過程中體積并不會變化，也不會產(chǎn)生吸附和浸潤等作用，從而更好的進行土壤孔隙率的測量。液體石蠟價格及其低廉，而且對人、環(huán)境的危害非常小，因此具有很大的實用價值。注意的是，在針對不同孔徑的土壤時需有針對性設(shè)計方案、計算。

三、 石蠟測試法的測試方法

1.小孔徑土壤

首先需要取得要測量土的土樣，對土壤的濕質(zhì)量進行測量，并記錄為m1。之后用細線將土樣浸沒在盛有體積為V1液體石蠟的量杯之中，在土樣靜止之后測量并記錄此時的體積V2，由此可以計算出土樣的體積V=V2-V1。取出土樣之后，需要將土樣細致的碾碎，并全部置放于同一個量杯之中，通過充分將土樣攪拌成顆粒狀，靜置一段時間，并測量此時的體積V3，從而可以通過計算得出土樣中的空氣體積V空=V2-V3，土顆粒與土樣中所含水的體積之和即為V 土+水 =V -V 空 =V 3 -V 1 。之后通過濾紙將杯中的混合物進行過濾，用酒精燈加熱法或者液體石蠟燃燒去處掉土樣中殘留的水分，冷卻至室溫之后可以稱量土顆粒質(zhì)量，并記錄為m2，從而可以計算出土樣中所含水的質(zhì)量m水=m1-m2。通過實驗數(shù)據(jù)可以進一步進行計算：

水的體積V水=m水/ρ水 =（m 1 -m 2 ）/ρ水

土顆粒體積V土= V土+水 -V水 =（V3 -V1 ）-V水

土樣中孔隙體積是其中空氣的體積與自由水體積的總和，既V孔=V 空 +V 水，于是孔隙率計算公式為：

n=V孔/V*100%=[V2-V3+m1-m2/ρ水]/[V2-V1]*100%

在計算時水的密度取 1 .0 g/cm。

2.大孔徑土壤

在對大孔徑土壤進行測量時，首先稱量出土樣濕質(zhì)量m1，通過細線系于浮稱天平的一端，緩慢將其浸沒在盛有一定體積液體石蠟的量杯之中，從而稱量出此時的重量m3。這樣可以根據(jù)已知的石蠟密度 ρ 臘來通過V =（m 1 -m 3 ）/ρ臘的公式來計算出大孔徑土樣的體積。之后可以用于小孔徑土樣的試驗過程相同的步驟進行，在計算的時候只需要將公式中的土樣總體積V替換成V =（m 1 -m 3 ）/ρ臘即可。

四、結(jié)語

隨著我國社會的不斷進步和科學的不斷發(fā)展，對于土壤孔隙率的檢測方法越來越多，并且獲得的數(shù)據(jù)也越來越準確，在我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮著十分重要的作用，雖然目前我國的土壤孔隙率測量還存在著一定的問題，但是相信隨著我國科研人員對于測量的不斷研究和創(chuàng)新，一定會研發(fā)出更完善的測量方法，從而更好的把握土壤中各種植物生長所需的營養(yǎng)元素的遷移情況，對作物根系生長的情況作出合理的預(yù)測。

參考文獻：

[1] 李德成， VeldeB， DelerueJF， 等. 孔隙結(jié)構(gòu)圖像分析中不同試驗因素對分析結(jié)果的影響[ J] . 土壤學報， 2002， 39（ 1） ： 52-57.

[2] 劉艷華， 張和生， 馬娟娟.利用遙感圖像處理軟件（ERDAS IM AG-INE）對土壤孔隙率進行測定分析[ J] .太原理工大學學報， 2006， 36（1）：55-58.