基于激光衍射的土壤粒径测定法的评价与校正

为比较与评价激光法与吸管法测定土壤粒径分布的准确性,该文采用激光法与吸管法测定了23组来自中国13个不同省份或自治区土壤样本的粒径分布,将激光法与传统吸管法的测定结果进行比较,并在此基础上对激光法测定参数进行了修正。结果表明:1)与吸管法相比,激光衍射法低估土壤样品中的黏粒含量,其相对误差为36.33%;高估粉粒含量,其相对误差为36.51%;2)对吸管法与激光衍射法的实测结果进行线性关系分析表明,其中黏粒与粉粒的线性关系较好,决定系数分别为0.91,0.90;3)经过模型转换后,基于激光衍射法的土壤粒径分布结果的相对误差明显降低:黏、粉的相对误差分别降低至16.25%、12.83%,说明激光衍射法可以用于大规模不同类型的土壤粒径分析。该研究可为土壤系统化和规范化的对比研究以及建立基于激光衍射技术的土壤质地划分标准提供依据。     

激光衍射法和吸管法分析黏性富铁土颗粒粒径分布的比较

激光衍射技术(Laser diffraction technique,简称LD法)近年来被认为是一种有效的分析土壤颗粒粒径分布(Particle size distribution,PSD)的手段。为检验LD法在黏粒含量高的富铁土上应用的可行性,用LD法和传统的吸管法实测了6个黏性富铁土剖面(黏粒含量>40%)不同层次土样的PSD数据,比较发现:LD法能够提供更多颗粒粒径级别,尤其是黏粒部分(<2μm)的PSD信息,且分析耗时短,效率高。但是LD法与吸管法测定的不同粒级土壤颗粒的含量存在一定的差异。两种方法相比,激光衍射法"低估"黏粒和"高估"粉粒,或者沉降法"高估"了黏粒和"低估"了粉粒。虽然在黏性富铁土的黏粒部分未发现两种方法的线性关系,但粉粒和砂粒分别存在显著的线性相关。供试土壤黏粒含量高且分布范围窄是导致上述差异的主要原因。经过模型转换后,LD法和吸管法PSD实测数据之间的误差明显降低,这说明LD法可以用于黏性土壤的PSD分析。但是LD法PSD测定结果尚不能直接用于目前基于沉降法的土壤质地三角图,需要一定的数据转换。应该尽快通过对各类代表性土壤进行系统化和规范化的对比研究,提高LD技术的可靠性和实用性,建立起基于LD技术的新的土壤质地三角图,以便进一步深化其在土壤科学上的应用。     

激光衍射法与吸管法对东北黑土区土壤粒径分布测定的差异性研究

目前激光衍射法(laser diffraction method,LD)逐步被用于土壤颗粒粒径分布(particle size distri-bution,PSD)的分析,为了对比LD法和吸管法测定东北黑土区土壤PSD的差异性,采用LD法和吸管法分别对东北黑土区宾州河流域36个土壤剖面不同层次178个土壤样品的PSD值进行了测定与分析.结果表明,同吸管法相比,LD法低估了土壤的黏粒含量,平均低估幅度19.69%,而高估了土壤的粉粒和砂粒含量,平均高估幅度分别为14.66%和5.13%.LD法所得PSD结果依据美国土壤质地分类制判定的土壤质地,相对于吸管法总体由粉黏质偏向粉砂质方向.建立了LD法与吸管法测定PSD结果的转换模型,将LD法测定的PSD结果利用转换模型校正后,其测定的各土壤粒级同吸管法相比,准确度达96.97%～98.71%,判定土壤质地的准确率也达83.15%.     

吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比

[目的] 利用扫描电镜法(scanning electron microscopy, SEM)评估吸管法(pipette method, PM)对中国水蚀区不同土壤粒径分布(particle size distribution, PSD)的测定结果,以期为各典型土壤PSD的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考。[方法] 以5个水蚀二级区的典型土壤——黑土、褐土、黄土、紫色土和红壤为研究对象,利用SEM测定PM所得＜100 μm各粒级悬液的粒径分布,分析两种方法测得的粒径分布差异并探讨其原因。[结果] PM所得绝大多数土壤悬液中都存在粒径大于对应粒级的颗粒。随着悬液粒级减小,SEM所得相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均降低。在＜100 μm悬液中,SEM测得黑土、褐土和紫色土颗粒集中于20~53 μm,平均体积直径(mean volume diameter, MVD)较小;黄土和红壤颗粒集中于20~53,53~100 μm,MVD较大。相比SEM,PM对黄土＜100 μm悬液PSD的测定结果差异不大,但高估了其余土壤＜2 μm黏粒含量,低估了黑土、褐土和紫色土20~53 μm粒级含量及红壤20~100 μm含量,所测各土壤平均重量直径(mean weight diameter, MWD)均小于SEM所测MVD。PM与SEM所测土壤PSD的差异使85.6%的土壤样品质地类型发生了变化。通过S曲线对PM所测PSD进行转换后可使质地类型不一致的样品占比下降至61.5%。[结论] 以SEM结果为基准,PM对水蚀区各土壤粒径分布的测定普遍存在误差。两种方法之间的差异因土壤类型而异,主要与土壤矿物组成和黏土矿物类型有关。     

激光法与湿筛－吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地确定

湿筛-吸管法是测定土壤颗粒组成(PSD)的传统方法,而激光法则是新兴的土壤颗粒测定方法,为了明确二者测定数据间的转换关系,应用两种方法分别测定了中国6个主要土纲的265个土壤样品。结果表明,激光法测定的土壤黏粒含量明显地小于湿筛-吸管法测定的数据,激光法测定的土壤粉粒含量明显地大于湿筛-吸管法测定的数据,而对于土壤砂粒含量的测定结果二者互有高低。两种方法测定的黏粒、粉粒和砂粒间均分别具有很好的相关性,甚至按照美国的7级分类标准,每个粒度级别在两种方法间均具有很好的相关性。按照激光法和吸管法测定数据间的转换关系式得出了用激光法测定数据的砂土、壤土和黏土质地划分界限,从而能够应用激光法测定的数据直接进行质地划分,这对于推动激光法在土壤学中的进一步应用和推动土壤科学的发展均具有重要意义。     

杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征

[目的]研究鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征,为该地区杨树低效林的成因分析及改造提供基础依据,并为杨树人工林的科学管理提供参考与决策支持。[方法]使用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪测量土壤粒径,采用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值,并测定土壤养分。[结果]①鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成主要以细砂粒(42.33%)、极细砂粒(15.72%)、中砂粒(19.77%)为主;主要土壤质地类型为砂土;土壤颗粒的分形维数D值在1.222 5～2.204 5范围内,处于较低水平。②土壤颗粒分形维数D值与粉粒、极细砂粒、细砂粒含量呈显著正相关关系,与中砂粒、粗砂粒、极粗砂粒呈显著负相关关系。③随着土层加深,粒径250μm的土壤颗粒含量增加,粒径250μm的土壤颗粒含量减少;土壤颗粒分形维数D值随土层加深而增大,增大幅度不大。④土壤颗粒分形维数D值与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量的关系均未达到显著水平,土壤各养分含量的变化对分形维数D值没有显著影响。[结论]鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成以砂粒为主,土壤分形维数较低,土壤结构极不均匀,这样的土壤结构对杨树的正常生长发育极为不利,不良的土壤结构也在一定程度上导致了低效林的形成,因此在对杨树低效林进行预防和改造时也要改善林下土壤结构。     

土壤颗粒粒径分布质量分形维数和体积分形维数的对比

用激光衍射法(LD法)和吸管法实测了60个富铁土土样的颗粒粒径分布(PSD)数据,在此基础上分别计算了颗粒的质量分形维数Dm和体积分形维数Dv。结果发现:由于LD法"低估"了黏粒部分,因此Dv相对低于Dm;由于Dv和Dm之间呈现出了一定的正相关性(p<0.001),且Dv与其实测黏粒之间呈一定的正相关性,因此Dv在一定程度上也能够用于表征土壤的某些基本属性;LD法可以对粒径进行更多的分级,但不同的粒径分级会对Dv产生影响,对粒径的再细分会导致Dv略微降低。     

黄河中游严重水土流失区土壤粒径分布规律研究

通过野外考察和室内分析计算，在利用水文站实测悬移质颗粒级配组成和淤地坝取样资料分析的基础上，探讨总结了研究区粗颗粒泥沙、平均粒径以及中数粒径的变化规律，提出了黄河中游严重水土流失区土壤粒径由南向北颗粒逐渐变粗的趋势。     

桂林岩溶区不同利用方式土壤粒径分布与活性有机碳的关系

为了解岩溶区土壤粒径分布与活性有机碳组分的关系,分别从岩溶区和碎屑岩区选取林地、灌草丛、果园三种主要土地利用类型,测定其土壤剖面的颗粒组成以及活性有机碳组分含量。结果表明,岩溶土壤与碎屑岩土壤粒径分布中,0.002 mm粒组含量最大,均超过25%,且土壤质地以黏土为主。岩溶土壤总有机碳剖面分布呈凸肚型,其含量在剖面10~30 cm处达到最大值;而碎屑岩土壤总有机碳含量随着剖面深度的加深呈下降趋势,其含量在剖面0~10 cm处为最大值。除岩溶林地外,其余剖面的微生物量碳含量均随土壤深度的加深而减小,在剖面深度0~10 cm处为最大值,在70~90 cm处为最小值。岩溶区土壤溶解有机碳含量在不同深度的差值较小;碎屑岩区溶解有机碳含量在0~10 cm处为最大值,在20~30 cm处为最小值。岩溶区溶解有机碳含量与0.02~0.002 mm粒组呈显著负相关关系(p0.05),与0.002 mm粒组呈显著正相关关系(p0.05);碎屑岩溶解有机碳含量与2~0.25 mm及0.25~0.05 mm粒组呈显著负相关关系(p0.05),与0.002 mm粒组呈显著正相关关系(p0.05)。在不同土地利用方式中,林地土壤微生物量碳及溶解有机碳含量最大,灌草丛土壤次之,果园土壤最小,且果园土壤0.002 mm粒组含量最小。     

塔里木盆地南缘绿洲农田土壤粒径分布分形特征及影响因素研究

本文以塔里木盆地南缘策勒绿洲为例,基于农田表层土壤样品的体积粒径分布数据,通过分形理论重点探讨绿洲农田这一主要土地利用类型下土壤粒径分布特征及变异状况,并根据粒径分布分形维数变化对其主要影响因素进行研究。结果表明:绿洲范围内农田土壤分维值存在显著性差异,其值介于2.11～2.27之间,总体偏低;土壤粒径分布分维值与小于50μm粒径土壤颗粒体积含量及土壤有机质含量呈显著正相关;农田利用年限的差异性对土壤粒径分布产生重要影响,而农田分布位置的差异性则对土壤粒径分布未体现出规律性影响。因此,保证农田长期合理的耕作管理方式将有助于土壤粒径分布属性的稳定及提高。     

激光粒度仪与沉降一吸管法测定褐土颗粒组成的比较

土壤颗粒组成是土壤的基本物理属性之一,沉降—吸管法是传统土壤颗粒分析的主要方法,激光粒度仪法是近年来新兴的粒度分析方法。为了研究二者的差异,选取了23个黏粒含量差异较大的褐土样品,采用上述两种方法对土样进行了分析。结果表明:激光粒度仪检测<0.002mm颗粒含量低于吸管法,但二者有较好的相关性,决定系数为0.97;在检测<0.02mm颗粒含量时两者比较接近,并且相关性很好,决定系数为0.99;检测<0.05mm颗粒含量时两者也比较接近,决定系数为0.91。激光粒度仪检测结果通过转换模型修正后,可以较好地反映褐土土壤颗粒组成情况。     

激光粒度仪测量风成堆积物粒度的实验研究

中国北方第四纪风成堆积物的粒度是研究古气候与古环境的一个重要代用指标。粒度测量结果受到前处理方法的深刻影响。在黄土高原西部从北往南5个具有代表性的黄土剖面采集样品25块，对每个样品用不同的前处理方法处理后，用激光粒度仪进行测量。结果显示不同的前处理方法对黄土粒度测量结果会产生很大的影响。原始样品经过超声波振荡和加（NaPO3）6分散剂后，颗粒明显分散变细。在单独加入H2O2除去有机质和加入的HCl除去碳酸盐后，粒度也明显变细，而且南部的样品的差异比北部的要大。在黄土高原北部，石膏对粒度测量的影响较小。     

土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究

利用自然降雨影响下的农田为试验样地,分析了降雨前后土壤颗粒组成与养分含量的变化,探讨了流失泥沙颗粒组成与养分的变化特征。结果表明,在降雨后,西瓜地与油菜地表土颗粒组成呈现粘粒与粉粒含量减少,砂粒含量相对增加的趋势;土壤养分含量都有不同程度的下降,其中水解氮与速效磷下降的幅度很大,西瓜地与油菜地水解氮降雨后降幅分别为9.67%和7.99%,速效磷的降幅分别为9.20%和8.76%;全氮养分降幅很小,西瓜地与油菜地分别为2.17%和1.54%;流失泥沙细小颗粒含量与养分含量随时间基本都呈降低的变化趋势,并且细小颗粒含量与携带流失的养分含量有显著甚至极显著的正相关性;流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性,油菜地与西瓜地粘粒富集率分别为1.23和1.20,两样地全氮与速效磷的富集率都在1.3以上,而全磷和水解氮富集率基本处在1.1-1.3之间。     

花岗岩崩岗崩积体颗粒组成及分形特征

崩岗崩积体土质疏松,抗侵蚀能力弱,其颗粒组成及分形维数有其自身的特性。采用激光粒度分布仪对花岗岩崩岗崩积体及崩壁土样的颗粒进行测定,对其土壤颗粒组成及分形特征进行比较分析。结果如下:崩积体土壤以砾石、砂粒、粉粒含量为主,黏粒含量极低,土壤质地主要为砾石土;崩积体各层次土壤颗粒分形维数均值为2.61～2.70,分形维数值较低,反映了其细颗粒损失情况;黏粒含量是影响土壤颗粒分形维数的主要因素;崩壁土体的颗粒分形维数大小能够表征土壤的理化特征,而崩积体土壤颗粒分形维数无法真实反映崩积体的理化性质。     

碳酸钙对石灰性土壤颗粒组成测定的影响

采取化学分析和Tessier连续提取法,对西宁市6个功能区城市土壤重金属Cu、Zn、Pb和Cd的含量及形态进行研究。结果表明:西宁市各功能区土壤的Cu、Zn、Pb和Cd的全量分别是全国土壤相应重金属几何平均值的1.9~5.2,1.9~6.9,0.8~4.0,7.4~11.1倍,4种重金属污染比较严重。6个功能区的重金属Cu、Zn、Pb和Cd含量进行差异显著性分析,结果是广场区Cu的含量与风景区的差异不显著(P>0.05),但与其他4个功能区差异显著(P<0.05);风景区与开发区差异显著(P<0.05),但与其他4个功能区差异不显著(P>0.05);开发区Zn的含量与商业区和居民区的差异显著(P<0.05),而其他各功能区间差异均不显著(P>0.05);各功能区Pb和Cd的含量均无显著差异(P>0.05)。研究土壤中重金属的化学形态有较大的差异,Cu以残渣态和有机结合态为主;Zn以残渣态和铁锰氧化物结合态为主;Pb和Cd以残渣态为主。Cu活性相对较高的土壤出现在风景区、矿冶区和居民区,Zn活性相对较高的土壤出现在风景区和广场区,Pb活性相对较高的土壤出现在风景区和居民区,Cd活性相对较高的土壤出现在矿冶区和开发区,研究土壤中4种重金属均具有一定的生物有效性和潜在的生态危害性。     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

伊犁河谷不同森林模式下土壤的养分特征和粒径组成

[目的]对伊犁河谷不同森林模式下土壤粒径组成和养分空间特征进行研究,为科学栽培和可持续经营提供理论依据。[方法]通过野外采样与室内试验,分析伊犁河谷不同模式下土壤粒径分布特征及其与土壤理化性质的关系。[结果]7个模式林地土壤基本集中在细粉粒和粗粉粒两个粒级。主要由细粉粒—粗粉粒—黏粒、细粉粒—粗粉粒—极细砂粒和粗粉粒—细粉粒—极细砂粒为主的质地组成,其中细粉粒—粗粉粒—黏粒土壤养分较佳,相比之下含有砂粒的土壤养分较低。土壤有机质和土壤碱解氮与黏粒和细粉粒含量的关系非常密切,尤其是细粉粒;速效磷与砂粒、黏粒和细粉粒呈正相关;速效钾与黏粒和细粉粒含量的关系密切,随着其含量增加而增加,跟砂粒呈显著负相关,砂粒含量高,速效钾含量降低。[结论]伊犁河谷7个模式林分土壤养分状况各异,养分各项指标含量不同,可根据养分状况进行抚育管理。各模式土壤中粉粒含量占绝对优势。根据各养分含量与各粒径组成之间的相关性分析表明,土壤颗粒越细,与土壤养分的关系越密切。     

重庆四面山几种林地土壤颗粒分形特征及其影响因素

运用分形模型研究了重庆四面山几种林地土壤颗粒的分形特征,并探讨了分形维数与粒级分布的关系及其影响因素。结果表明:①0-60cm土壤分形维数平均值的顺序为:针叶林>针阔混交林>楠竹林>阔叶林,阔叶林和楠竹林土壤具有相对疏松、通透性好的结构,而针叶林和混交林地土壤质地较细,具有较好的持水保肥性能。②随着土层深度的增加,阔叶林地土壤的分形维数减小最为显著,楠竹林地呈增大的趋势,而针叶林和针阔混交林地减小不显著。这种变化与4个剖面上粘粒含量的变化规律完全一致。③分形维数能够表征土壤颗粒的大小和数量,但对不同粒级颗粒含量的反映程度不同,主要由粘粒含量决定(R=0.964),与砂粒含量显著负相关(R=-0.873),与粉粒含量相关关系不显著(R=-0.004)。④多元回归分析表明,分形维数与有机质含量、全氮、有效磷、速效钾、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量、毛管持水量和田间持水量具有一定的相关性。