土壤质地的测定

（一）实验目的和意义

土壤质地是指土壤中各粒级土粒的配合比例或各粒级土粒在土壤总重量中所占的百分数，又称为土壤机械组成。根据我国土壤质地分类标准，把土壤划分为砂土、壤土和粘土三大类。土壤质地的粗细直接影响土壤蓄水性、透气性和保肥性。一般而言土壤粒径较大的砂质土通透性较强，而蓄水性和保肥力较差，土壤温度的变幅也较大；相反粘性土虽然通透性较差，但蓄水保肥力都高，土壤温度的变幅也较小；而壤土则介于二者之间。所以说土壤的质地是影响土壤理化性质和土壤肥力状况的主要因素，并与植物的生长发育具有密切的关系。了解土壤质地状况，根据土壤类型选择合适的作物进行种植，并能根据土壤的质地状况对土壤进行改良，从而指导我们的农业生产。

土壤质地的室内测定一般采用“比重计法”和“吸管法”，野外则采用“干试法”和“湿试法”进行简易速测。其中，吸管法操作较为繁琐，但测定结果较为精确，而比重计法操作较为简单，但精度较差，计算也较为繁琐，一般多用于大批量样品分析。

（二）野外速测法

（1）干试法

砂土：在手掌中研磨时有砂粒的感觉，放到手上会从指缝间自动流下，用手指碾时散碎；用肉眼观察则几乎完全由砂粒组成；土壤干燥时土粒分散，不成团。

砂壤土：在手掌中研磨时主要是砂的感觉，也有细土粒的感觉，用手指能碾成不完整的小片；用肉眼观察主要是砂粒，也有较细土粒；土壤干燥时土块用手指轻压则易碎。

轻壤土：在手掌中研磨时有相当量的粘质粒，用手指能碾成小片，但表面较为粗糙；用肉眼观察则主要是砂粒，有20-30%的粘土粒；干燥时手指需用较大的力才能将土块破坏。

中壤土：在手掌中研磨时感觉砂质和粘质的比例大致相同，用手指碾成的小片光滑但不光亮；用肉眼观察则还可看到砂粒；干燥时土壤结成块且用手指难于将土块破坏。

重壤土：在手掌中研磨时感觉有少量的砂粒，用肉眼观察则几乎看不到砂粒，干燥时用手指不可能将土块弄碎。

粘土：在手掌中研磨时感觉主要是粘粒，是很细的匀质土，用肉眼观察则为匀质的细粉末，干燥时形成坚硬的土块，用锤击仍不能使其粉碎。

（2）湿试法

取小块土壤样品（比算盘株略大些），用手指捏碎，拣掉土壤样品内的细砾、新生体和侵入体等，加入适量水（土壤加水充分湿润以挤不出水为宜，手感为似粘手又不粘手），调匀，放在手掌心用手指来回揉搓，搓成球-成条-成环的顺序进行，最后将环压扁成土片，观察各个环节状况从而加以综合判断。

砂土：不能搓成条、团或球状、片状。

砂壤土：可搓成球但不可搓成条，勉强搓成条也极易裂成小片段。

轻壤土：可搓成条，但提起时易断。

中壤土：可搓成球、条，将细条弯成环状时有裂痕，压扁时断裂。

重壤土：可搓成球、条，将细条弯成环状时无裂痕，压扁时有大裂痕。

粘土：可搓成球、条，将细条弯成环状时无裂痕，压扁时也无裂痕。

（三）简易比重计法

1、实验原理

（1）土样的分散处理：土壤比重计法测定土壤机械组成的原理就是采用各种方法，把土壤颗粒物按照它的粒径大小分成若干等级，并测出不同颗粒等级土壤颗粒物的含量，从而求出土壤的机械组成。一般而言，对于土壤粒径大于0.25mm的砂粒采用过筛的方法把它们逐级分离开来，对于土壤粒径较细的土粒筛分析有困难，而且结果也不精确，则需要通过制备悬液的方法进行沉降分离。

（2）分散剂：野外的土壤往往是许多大小不同的土粒相互胶结在一起形成微团粒体结构，在测定的时候需要对其进行分散处理，使其成为单粒状态，才能进行测定。华北地区的土壤中碳酸钙、硫酸钙等较多，均为阻碍土粒分散的物质，一般采用六偏磷酸钠作为分散剂，其主要作用是利用其弱酸性质来破坏含于土壤中的碳酸钙，溶解碳酸钙，并加入碱溶液，可使土壤絮凝和化学胶结等过程中所形成的稳固的微结构性团粒体受到破坏。对于不含碳酸盐的中性土壤可加入分散剂草酸纳，酸性土壤可加入氢氧化钠处理，分散剂加入的量可根据土壤的代换量决定，过少则分散不完全，过多则又会使之凝聚。为分散完全，除加入分散剂外，还必须对土壤样品加以震荡或煮沸。

（3）沉降与测定：当充分分散的土粒均匀地分布在静水中，由于重力的作用土粒开始沉降，此时土粒受到重力、浮力和阻力三个力的作用，沉降一开始土粒速度增加，因此引起的阻力也随之增加，当重力、浮力和阻力达到平衡时，土粒开始做匀速沉降，根据Stokes定律，其沉降速度与土粒的半径成正比，与介质粘滞系数成反比即：

式中，V指土壤的沉降速度（cm/sec）

g指重力加速度（980cm/s）

r指土粒的半径(cm)

d1指土粒的比重，平均值为2.65(g/cm³)

d2指介质的比重(g/cm³)

η指介质粘滞系数(g/cm.s)

可见，经充分搅拌后各不同粒径的土粒在介质中是均匀分布的，搅拌后各粒径土粒以不同的沉降速度开始沉降，土粒沉降一定时间后，在一定深度只存在小于某一粒径的土粒均匀地分布着。在土粒沉降的过程中悬液的比重也在不断的随之发生变化，悬液比重与悬液中所含土粒的重量之间的关系如下：

式中，ρ悬指悬液比重(g/cm³)

ρ水指水的比重(g/cm³)

ρ土指土粒的比重（假定为2.65g/cm³）

V悬指悬液的溶剂（1000mL）

w土指悬液中土粒的重量（g）

测出悬液比重后，可以根据上式计算出悬浮土粒的重量，为了免去复杂的计算，鲍尤考斯设计了一种所谓甲种比重计，这种比重计可以直接读出悬液中所含有的土粒浓度（g/L）。因此，我们在测定过程中按照不同温度下土粒沉降时间（下表），直接测出所需粒径的土粒含量，再根据土壤质地的分类标准即可一般性的了解土壤质地。

2、操作步骤

（1）称样：称取通过1mm孔筛的风干土壤样品50克（精确到0.01克），置于500毫升三角瓶中，加蒸馏水湿润样品。另称取10克样品置于铝盒内，在105度烘箱内烘干到恒重，计算最大吸湿水含量。

（2）分散：根据土壤的pH值分别选用分散剂

石灰性土壤：用0.5mol六偏磷酸钠60毫升

中性土壤：用0.5mol草酸纳20毫升

酸性土壤：用0.5mol氢氧化钠40毫升

加入分散剂后，为使得样品充分分散，需对样品进行分散处理，常用的物理分散方法有以下三种：

煮沸法：将分散剂加入盛有样品的500mL三角瓶内，再加入蒸馏水约250mL，盖上小漏斗，摇匀后放在电热板上加热，并不时摇动三角瓶，以免土粒粘结。煮沸后降低电热板的温度，使得悬液保持微沸1小时。

震荡法：将分散剂加入盛有样品的500mL三角瓶内，再加入蒸馏水约250mL，然后放于震荡机内持续震荡8小时。

研磨法：将称好的样品置于瓷蒸发皿中，加一部分分散剂使之呈稠糊状，静置半小时，使分散剂充分作用，然后用带橡皮球的玻璃棒研磨20分钟，使之分散完全。加入剩余分散剂。

（3）大于0.25mm的土粒筛分：在1000毫升的沉降筒上置于漏斗，漏斗上放一筛孔直径为0.25mm的铜筛，用洗瓶洗出三角瓶中冷却的所有土粒。筛上残留的沙粒用橡皮头玻璃棒轻轻擦洗，同时用蒸馏水冲洗，使得小于0.25mm的土粒全部洗入沉降筒内，直到筛下漏出清水为止。注意冲洗时控制每次用水量，以免超过总量1000毫升，最后定容。将筛上大于0.25mm的砂粒无损地移入铝盒中，烘干后用0.5mm的筛孔再次分离，得到1-0.25mm的粗砂粒，0.25-0.5mm的中砂粒，分别称重并计算其重量百分数，记为d₁、d₂。

（4）测定悬液比重：将沉降筒置于昼夜温度变化较小的平稳实验台上，用温度计（±0.1℃）测定悬液温度，根据所测液体温度，结合小于某一粒径颗粒沉降时间表，查出小于0.05mm、小于0.01mm、小于0.005mm、小于0.001mm土粒所对应的比重计读数时间分别记为t₁、t₂、t₃、t₄。用搅拌棒搅拌悬液1分钟（上下各约30次），当搅拌棒提离悬液液面时立即计录时间，记为t。在t+t₁、t+t₂、t+t₃、t+t₄时刻分别使用比重计测定悬液比重。测定时要提前10-15秒将比重计轻轻插入悬液中，到了选定时间立即记录比重计读数，记为d₃、d₄、d₅、d₆，分别代表小于 0.05mm、小于0.01mm、小于0.005mm、小于0.001mm土粒的含量。每次测定读数后，取出比重计放在盛有蒸馏水的量筒中备用。

（5）判断土壤质地：根据计算结果，结合土壤质地分类标准（下表），判断测定土壤样品的土壤质地。

我国土壤质地分类标准

3、结果计算

（1）土壤最大吸湿水测定

（2）校正比重计读数

校正值=分散剂校正值+温度校正值

校正后的读数=比重计读数-校正值

（3）粒径含量计算

4、实验仪器及试剂

电子天平，1000毫升沉降筒，搅拌棒，甲种比重计，温度计，土壤筛，冲洗筛，带橡皮头的玻璃棒，三角瓶，药勺，干燥器，烘箱，洗瓶

0.5M氢氧化钠：称取20克氢氧化钠于烧杯内，加少量蒸馏水溶解后，通过多次清洗烧杯的方法转移到1000毫升容量瓶内，洗瓶定容摇匀，待用。

0.25M草酸钠：称取33.5克草酸钠于烧杯内，加少量蒸馏水溶解后，通过多次清洗烧杯的方法转移到1000毫升容量瓶内，洗瓶定容摇匀，待用。

0.5M六偏磷酸钠：称取51克六偏磷酸钠于烧杯内，加少量蒸馏水溶解后，通过多次清洗烧杯的方法转移到1000毫升容量瓶内，洗瓶定容摇匀，待用。

（四）吸管法

1、实验原理

经充分混匀的土壤悬液沉降一段时间后，在一定深度，只存在小于某一粒径的土粒均匀分布着（下图），只要在这个时间和这个深度的液层中吸取一定量的悬液烘干、称重、便能计算出小于该粒径土粒的含量。因此，在给定深度和不同时间吸液，便可以将不同粒径的土粒分离并计算其百分含量。只要规定了吸液深度，便可根据Stokes公式求出不同温度下，不同比重的土壤，其各粒径土粒在水中沉降至该深度所需要的时间，因为在匀速运动中，

其中，t指沉降时间（秒）

s指沉降深度（厘米）

v指速度（厘米/秒）

其余指标同上

2、操作步骤

（1）样品处理

＞1mm石砾处理：将土样风干，拣去粗有机质，磨碎，过1mm筛，大于1mm的石砾装在容器中，加水煮沸，用淀帚轻轻擦洗，使粘附于石砾上的土粒全部悬浮与水中。倾出浊水，再加水煮洗。如此反复进行，直至石砾清洗干净。将石砾烘干，过3mm筛，分别称重，并称量通过1mm筛孔的全部土重，算出石砾的含量百分数。如果没有石砾，则过1mm筛孔的细土，勿需称重。

称重：称取过1mm筛的风干土样（已去除有机质残体）测定其吸湿水量。再称10克风干土壤样品三份，其中一份测定洗矢量，两份制备制备成土粒悬液供颗粒分析用。

去除有机质：若土壤有机质含量高，需先去除。可将上述三份土壤样品分别移入250mL高型烧杯中，先加少量水使土壤湿润，再加6%过氧化氢，用淀帚搅匀土液，盖好表玻璃，在水浴或电热板上加温，使有机质充分氧化。对于含有大量有机质的土样，应增加过氧化氢的浓度。在过氧化氢氧化有机质的时候会发生大量气泡，可低价异戊醇以防止泡沫溢出烧杯。氧化过程中应经常用淀帚搅拌土样，反应减弱后，在添加过氧化氢，直至土色变淡，表示土壤有机质已基本分解完全。过量的过氧化氢可煮沸排除，冷却后，倾弃去上面清液。

脱钙和洗矢量的测定：含碳酸盐的土壤样品在有机质分解后逐次加入0.2MHCl，每次约10mL，直至无二氧化碳产生为止。为保证盐酸有足够的浓度，每次加入盐酸前应先倾去土样上面的清液。碳酸盐含量高的土样，盐酸浓度可适当增加。

去除土样中的碳酸盐后，用0.05M盐酸冲洗土样至滤纸上过滤（其中测定洗矢量用的滤纸必须事先称得干纸重）。再用0.05M盐酸继续淋洗土样（使胶体上的钙离子和镁离子完全为氢离子所代换，土粒充分分散），直至滤液中无钙离子为止。脱钙后的土样再用水淋洗，洗尽多余的盐酸，直至滤液中无氯离子为止（如发现滤液浑浊，表明土壤胶体已透过滤纸，应立即停止淋洗）。将测定洗矢量的一份土样，连同滤纸一起放于已知重量的烧杯中，在105度干燥箱中烘干，称至恒重，计算洗矢量。

（2）制备悬液

仔细地用水将另外两份颗粒分析用的土样从滤纸上分别洗入500mL三角瓶中，加入0.5M氢氧化钠10mL，加水至250mL左右。三角瓶口盖上一个小漏斗，放在电热板上加热，并不时的摇动三角瓶，以免土粒粘结。煮沸后，降低电热板温度，使悬液保持微沸1小时。将冷却后的悬液通过0.25mm孔径筛洗入沉降筒，用水冲洗筛网，并用淀帚轻轻擦洗上面的砂粒，务必使筛及放置洗筛的漏斗上的土粒全部冲洗至沉降筒中，向沉降筒中加水制备成1升的悬液。洗筛上＞0.25mm粒径的砂粒，用水洗入铝盒或称量瓶，烘干，称重，计算粗砂粒（1-0.25mm）占烘干样品重的百分数。对于不含碳酸盐也不需要去除有机质的土样，在称取10克土样后，直接放入500mL三角瓶中。然后根据土样的pH加入不同的分散剂。对10g土样来说，石灰性土壤加入0.5M六偏磷酸钠10mL,中性土壤加入0.5M草酸钠溶液10mL，

酸性土壤加入氢氧化钠10mL，再加250mL水浸泡过夜。把土液摇匀，放在电热板上微沸1小时。通过0.25mm孔径洗筛，用淀帚洗入沉降筒，以后步骤同上面所述、

（3）沉降分析

测量实验室当时的水温，按水温查出不同粒径土粒沉降到10cm处所需的时间。用搅拌棒搅拌悬液1min，搅拌悬液时上下速度要均匀，一般速度为上下各30次。搅拌棒搅拌悬液时向下一定要触及沉降筒的底部，使全部土粒都能悬浮。搅拌棒向上时有孔金属片不能漏出液面，一般至液面下3-5cm即可，否则会使空气压入悬液，致使悬液产生涡流，影响土粒沉降规律。沉降时间以搅拌结束为起始时间。用吸管吸取悬液操作事先应反复练习，以避免实际操作时的失误。在规定时间的前10秒钟开始吸液，后10秒钟吸液结束，吸管中的悬液全部移入50mL的小烧杯内，并用蒸馏水冲洗吸管壁，使吸附在吸管壁上的土粒全部冲入小烧杯内。然后将小烧杯内的悬液在电热板上蒸干（特别小心悬液溅出），再移至105-110度烘箱中烘至恒重，称量各粒径的重量并计算其百分比。

（4）空白测定

吸取10mL分散剂，放入沉降处理品，定容至1000mL，摇匀，和样品同样吸取25mL于已知质量的50mL烧杯中，蒸干烘至恒重。

（5）结果计算

一般以烘干土为计算基础，但对有机质、碳酸盐含量较高的土壤，可用经盐酸、过氧化氢处理过的烘干土为计算基础，其洗矢量不包括在各粒级含量之内，另列一项供参考。

其余计算过程同简易比重计法。