土壤顆粒分析(吸管法)測定裝置

一、土壤顆粒分析測定裝置分析原理
粒徑分析目前為常用的方法為吸管法和比重計法。吸管法操作雖然繁瑣，但度較高，計算也比較簡單。無論是采用吸管法還是比重計法，土粒的粒徑分析大致分為分散、篩分和沉降三個步驟。
二、土壤顆粒分析測定裝置儀器結構
該測定裝置主要由吸管、吸管架、沉降筒(1000ml量筒，直徑約6cm，高約45cm)、分樣篩(2mm)、洗篩(直徑約6cm，篩網孔徑0.2mm)、兩通活塞、小漏斗、攪拌棒、橡皮頭玻棒、真空泵等組成。
三、土壤顆粒分析測定裝置吸管架技術指標
鏡面橫向移動距：2 cm
縱 向 移 動 距：30 cm
鏡架上下移動距：25cm，可旋轉360°

土壤基質中含有不同數量的各級土粒，完善的表達方式是用粒徑分布曲線，一般用對數坐標。曲線 的橫坐標為粒徑d(mm)，縱坐標為單位質量土樣小于某一粒級土粒含量的累積百分數，如以粘土、粉砂 壤土和砂壤土為例，圖示：

圖23-3 三種類型土壤的粒徑分布圖

  一、土壤顆粒分析測定裝置分析原理
粒徑分析目前*為常用的方法為吸管法和比重計法。吸管法操作雖然繁瑣，但*確度較高，計算也 比較簡單。無論是采用吸管法還是比重計法，土粒的粒徑分析大致分為分散、篩分和沉降三個步驟。 
 1、土粒的分散
    田間或自然土壤，除風砂土和堿土外，絕大部分或全部都是相互團聚成粒徑不同的團粒，微團粒是 粘粒直接凝聚而成，粗團粒則主要由腐殖質和某些情況下土壤的石灰物質、游離鐵的作用膠結而成。在 中性土壤中主要是交換性Ca2+起作用，在酸性土壤中還有交換性Al3+的作用，土壤溶液中鹽類溶質濃度 高也促使粘粒團聚。因此傳統的分散處理包括用H2O2－HCl處理和添加含Na+的化合物作為分散劑。H2O2 的作用是為了破壞有機質，稀 HCl的作用是為了溶解游離的 CaCO3和其他膠結劑，并用 H+代換有凝聚作 用的 Ca2+、Al3+等離子和淋洗土壤溶液中的溶質。交換性H+也有凝聚作用，必須用分散粘粒的Na+代換之，
所用 Na+的數量不能過多，不能超過土壤的交換量。
凡此種種，不僅手續繁雜費時，且在稀 HCl淋洗中，也可能淋出一部分粘粒的組分，如無定形的二 三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCl淋洗液進行化學分析測定。更重要的是腐殖質和碳酸鹽 也是土壤固相的一部分，若去除它們則與田間情況不一致。因此近年來常對供分析的土樣直接投入可固 定Ca2+、Al3+離子的Na鹽，通常是酸性土壤加氫氧化鈉，中性土壤加草酸鈉，堿性土壤加六偏磷酸鈉。
然后用各種機械的方法進行攪拌，使其分散完全。常用的方法是煮沸法，也有用震蕩法或高于大氣壓的 氣流激蕩的方法。
 2、粗土粒的篩分
粒徑大于0.6mm的粗土粒，用孔徑粗細不同的篩，相繼篩分經分散處理的土樣懸液，可得到不同粒 徑的土粒數量。根據標準篩的情況，篩孔＞o.6mm允許5%的篩孔偏離規定值，篩孔孔徑在O.6mm～0.125mm 之間為7.5%，篩孔孔徑＜O.125mm 則可高達10%。所以，常規粒徑分析應該只對＞0.25mm 的土粒進行篩 分，但由于＞0.1mm的土壤顆粒在水中沉降速度太快，用吸管吸取懸液常常得不到較好的結果，因此篩 分范圍可放寬到 0.1mm，即對＞0.1mm的土粒進行篩分。
 3、細土粒的沉降分離
無法篩分的細土粒(＜0.1mm＝依據司篤克斯(G.G.Stokes)定律，按土粒在水中沉降的快慢區分不同
粒徑的土粒。顆粒在真空中沉降不受任何阻力，只是受重力作用而呈現自由落體運動。在水中沉降除重力作用外，還受與重力作用方向相反的摩擦力作用。摩擦力 Fr 應等于：  Fr＝6πηｒυ
式中：η－水的粘滯度(g/cm·s)；ｒ－顆粒半徑(cm)；υ－顆粒沉降速度(cm/s) 
顆粒開始沉降，沉降速度隨時間增大，摩擦力 Fr 也隨之增加，當顆粒所受摩擦力與所受重力在數
量上相等時，這時沉降速度不再增加，顆粒以均速(沉降速度)沉降，這時的沉降速度稱為終端速度。顆 粒所受重力Fg可由下式計算：
Fg＝4/3 πｒ3(ρs－ρf)g 
式中：4/3 πｒ3是球體顆粒的體積；ρs為顆粒密度(g/cm3)；ρf為流體(水)的密度(cm/s3)
g為重力加速度(981cm/s2)。
當Fr＝Fg時可得：
υt＝d 2(ρs－ρf)g / 1800η
式中：υt為終端速度；d為穎粒直徑(mm) 
假定沉降速度幾乎在終端過程一開始就立即達到，則可計算一定直徑顆粒沉降到深度 L(cm)所需時
間(s)：
t＝1800Lη / d 2(ρs－ρf)g
土壤顆粒分析測定裝置利用沉降法進行顆粒分析，應注意以下幾點假設：
    (1) 顆粒是堅固的球體且表面光滑；
    (2) 所有顆粒密度相同；
    (3) 顆粒直徑應大到不受流體(水)布朗運動的影響； 
    (4) 供沉降分析的懸液必須稀釋到顆粒沉降互不干擾，即每一個顆粒的沉降都不受相鄰顆粒影響； 
    (5) 環繞顆粒的流體(水)保持層流運動，沒有顆粒的過快沉降引起流體的紊流運動。
以上幾點：除(3)、(4)可以大致滿足外，(5)很難完全保證，(1)、(2)兩條根本無法滿足。細土粒 不是球形的(大多為扁平狀)，表面也不光滑，其密度也不相同，只有大多數硅酸鹽的密度在 2.6～2.7 之間，其他重礦物和氧化鐵的密度可達到5.0g/cm3或更高，所以粒徑分析只能給出近似的結果。