CN102721628A - 一种测定土壤容重的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定土壤容重的方法，具体是：采集土壤，放入自封袋内，排除自封袋内的空气，当密封袋内呈负压时，密封自封袋；测定密封后的自封袋及其内土壤的体积；另取一个与上述用来盛装土壤的自封袋规格相同的空自封袋，排除其中的空气，密封，然后测定其体积；密封袋内的土壤，烘干至恒重，得到土壤重量；然后按公式计算土壤容重。本发明所述方法可有效减少测定不规则形状土壤体积的误差，从而提高土壤容重的测试精度；且该方法适合特殊环境(环境复杂、土体破碎)下土壤容重的测定，尤其适用于在土体不连续、土壤中石块与植物根系较多、土层厚度较薄或土壤结构松散的土体上测定土壤容重。

Description

一种测定土壤容重的方法

技术领域

本发明涉及一种测定土壤容重的方法，属于农业、林业土壤物理性质测定的技术领域。

背景技术

土壤容重是指，单位体积自然状态下土壤(包括土壤空隙的体积)的干重。土壤容重的大小反映土壤结构、透气性、透水性以及保水能力的高低，无论在农业、林业生产中均具有重要的应用意义。在农业、林业研究中，尤其在对土壤肥力、立地质量等进行评价时，经常涉及土壤容重的测定。

目前测定土壤容重的方法有环刀法（郭国双.谈谈土壤容重的测定.灌溉排水,1983,2(2):39-40；刘多森,李伟波.土壤容重和孔隙度的简易测定法.土壤通报,1983,(4):44-47；王贵连,苗党生.浅谈土壤容重的测定.北京农业,2012,(3)）、时域反射仪结合土钻法（祝艳涛,钱天伟,但德忠.时域反射仪结合土钻法测定土壤容重.资源开发与市场,2006,22(3):213-216；那永光,陈淑洁,姚章村.测定土壤容重的一种新方法.水利天地,2004,(3):36）、原状取土管法（黄毅,邹洪涛,虞娜,张玉龙.新型土壤容重取样器的研制与应用.水土保持通报,2010,30(2):190-192）、挖坑法（王庆礼,代力民,许广山.简易森林土壤容重测定方法.生态学杂志,1996,15(3):68-69）、不规则洞穴法与蜡封法（Riehard F.Howard,Michael J.Singer,汪家錥.用不规则洞穴法、石腊法和透气性法测定森林土壤容重.西部林业科学,1986,(3):63-67）。另外，申请为CN02245599.X的实用新型专利中公开了一种充水式土壤容重测定器，申请号为CN85202405的实用新型专利中公开了一种测试土体容重的取土仪，均可用于测定土壤容重。

上述环刀法、土钻法和原状取土管法主要在土壤结构紧密、无石块、无粗根系、土层较厚的土壤上使用，如果在土层较薄的土壤上取土，则以上三种方法不能采集到完整形状的土块；并且环刀法、土钻法需要人工捶打取土，往往使自然土壤土体的紧实度发生变化，导致土壤体积变形；另外，如果取土过程中遇到较大石块或粗根系，会损坏环刀、土钻与取土管。挖坑法、不规则洞穴法和蜡封法虽然能克服环刀法、土钻法和原状取土管法的部分缺点，但是挖坑法在遇到结构松散、石块较多的土壤时，难以挖出标准的正方体或长方体的土坑，因此计算土壤体积存会产生误差；另外挖坑法遇到矿质土时，采用塑料袋填水法测土壤体积，但不能目测坑体下部是否充满水分，因此也会造成所测土壤体积不准确。不规则洞穴法与挖坑法相似，也是采用塑料袋填水法计算土壤体积，同样存在不能准确测定土壤体积的缺点，而且需要特殊的容量水平仪取样装置，由于取土与测定过程不方便，这种方法已被淘汰。蜡封法是用溶化的石蜡包裹在所采集的土块外面，放入烧杯内计算土块体积，测定过程工序繁琐，计算公式复杂，在野外使用时容易产生误差，并且对于结构松散或石块较多的土壤无法使用蜡封法测定，因此这种方法也已不再使用。而测试土体容重的取土仪与环刀法原理类似，不能在石块较多或松散土壤上使用。充水式土壤容重测定器在野外使用受到限制，对测定土壤也有特殊要求，因此难以推广利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、准确度高的测定土壤容重的方法。该方法能够在环境复杂、土体破碎的土壤上测定土壤的容重，并能有效减少测定不规则形状土壤体积的误差，从而提高土壤容重的测试精度。

本发明所述的测定土壤容重的方法，包括以下步骤：

1)采集土壤，放入自封袋内，如采集的土壤中含有石块和根系，则先除去土壤中的石块和根系；

2)排除自封袋内的空气，当自封袋内呈负压时，密封自封袋；

3)测定步骤2)得到的密封后的自封袋及其内土壤的体积V_土+袋；

4)另取一个与上述用来盛装土壤的自封袋规格相同的空自封袋，排除其中的空气，密封，然后测定其体积V_袋；

5)取出步骤2)中自封袋内的土壤，烘干至恒重，称重，得到土壤重量W；

6)按以下公式计算土壤容重：

D_b=W/(V_土+袋-V_袋)

式中，D_b为土壤容重；W为采集的土壤的重量；V_土+袋为采集的土壤及自封袋的体积；V_袋为用于盛装采集的土壤的自封袋的体积。

上述方法中，

步骤1)中，在采集土壤时，首先去除土壤表层枯枝落叶和腐殖质层，根据试验需要挖不同深度的剖面，再用土铲采集不同土层的土壤样品。如果采集的土壤中没有石块和根系，则直接把土块放入事先准备好的自封袋内。如果采集的土壤中含有石块和根系，则需要先用镊子小心去除石块和根系后再把土壤放入自封袋。通常土壤的采集量为100～200g；自封袋的大小可根据采集土壤量的多少而定，当土壤的采集量为100～200g时，通常选用双面厚度≤0.05mm，11cm×16cm(宽×长)或宽12cm×17cm(宽×长)规格的自封袋；当土壤的采集量＞200g时，通常选用厚度＞0.05mm，长和宽更大规格的自封袋。

步骤2)中，自封袋内呈负压的状态就是在自封袋的内壁面紧贴自封袋内的土壤时即可，通常是控制自封袋内的真空度为5～20Kpa(大气压与自封袋内气压的差值)，优选是控制在5～10Kpa。具体在排除自封袋内的空气时，可以是通过注射器抽除自封袋内的空气；也可将自封袋放入水中，利用水的压力将自封袋内的空气排出(该方法需保证自封袋内不进水)；优选是利用抽气机、微型真空泵等抽气设备抽除自封袋内的空气；当然还可以是用现有技术中的其它方法达到排除自封袋内的空气的目的。以上提到的抽气机可以是市场上可直接购买得到的小型抽气机，既方便野外携带，又能达到抽真空的目的。

步骤3)中，测定步骤2)得到的密封后的自封袋及其内土壤的体积V_土+袋的方法为：取一可用于测量物体体积的容器，在其中加入一定量的水，记录此时的体积V1，然后将步骤2)得到的密封后的自封袋完全浸没于上述容器中的水中，记录此时的体积V2，V_土+袋=V2-V1。

步骤4)中，测量空自封袋的体积V_袋的方法为：取一可用于测量物体体积的容器，在其中加入一定量的水，记录此时的体积V3，然后将密封后的空自封袋完全浸没于上述容器中的水中，记录此时的体积V4，V_袋=V4-V3。

上述步骤3)和4)中，用于测量物体体积的容器可以是烧杯、量杯等。该两个步骤中进行测量V_土+袋和V_袋的步骤可以在野外进行，也可以将自封袋带回实验室进行；如果在野外进行，需要带一定量的水以及可用于测量物体体积的容器。

步骤5)中，烘干的温度一般为85～105℃。

与现有技术相比，本发明所述方法的特点在于：

1、用自封袋抽气密封土壤的方法有效固定了不规则土壤的外形，并使土壤与水隔绝，再用量杯等其它可以用于测量水体积的容器测量土壤体积，因而可有效减少测定不规则形状土壤体积的误差，从而提高土壤容重的测试精度；另一方面，由于采用上述方法测定土壤体积，从而解决了对特殊环境(环境复杂、土体破碎)下土壤容重的测定，并且尤其适用于在土体不连续、土壤中石块与植物根系较多、土层厚度较薄或土壤结构松散的土体上测定土壤容重；

2、本发明所述方法测定过程方便简单，所需工具较少，容易携带，适于野外操作。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：申请人用本发明所述方法对喀斯特地区石块较多、土体不连续的土壤进行土壤容重测定。

1、准备实验用仪器：

土铲、自封袋(双面厚度为0.05mm、宽11cm×长16cm规格)、微型真空泵PC3025N(成都新为诚科技有限公司)、250ml量杯(精度1ml)、电子天平(精度0.01g)、烘箱、镊子。

2、实验地点：贵州花江喀斯特高原生态综合治理试验示范区，此处土壤为碳酸盐岩发育的石灰土，土壤厚度＜50cm。

在上述实验地点选择两种土壤条件下进行土壤容重测定：

A地点：土层厚度≤20cm，土壤中含碎石块较多，土壤结构较松散；

B地点：20cm＜土壤层厚度＜50cm，土壤结构相对紧密，土壤中无石块。

3、测定方法：(本方法中，带土铲、自封袋、微型真空泵PC3025N、量杯和一定量的水到实验地点，在实验地点进行抽真空、密封、测量试样体积和测量空自封袋体积的操作)

1)去除选定的A地点和B地点土壤上层枯枝落叶和腐殖质层；用土铲挖取重量100g左右的土块，对A地点条件下碎石较多结构疏松的土体，用镊子去除土中石块、根系，然后把土块放入自封袋；对于B地点条件下土层较厚而结构紧密的土体，直接把土块放入自封袋；在A地点和B地点上分别采集9袋土壤，作为实验试样，分别编号为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9，以及B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B9；采集土壤深度均在0～20cm土层。

2)用微型真空泵PC3025N对上述试样A1进行抽真空，控制试样A1自封袋内的真空度为5Kpa，然后把自封袋密封；

3)在量杯中放入一定量的水，记录此时的体积V1，然后将步骤2)得到的密封后的试样A1自封袋完全浸没于上述量杯中的水中，记录此时的体积V2，得到试样A1(包括自封袋及其内土壤)的体积V_土+袋=V2-V1；

4)在量杯中加入一定量的水，记录此时的体积V3，然后将一个与上述用来盛装土壤的自封袋规格相同的空自封袋(双面厚度为0.05mm、宽11cm×长16cm规格)，用微型真空泵PC3025N对上述空自封袋进行抽真空，控制空自封袋内的真空度为5Kpa，密封，将密封后的空自封袋完全浸没于上述量杯中的水中，记录此时的体积V4，得到空自封袋的体积V_袋=V4-V3；

5)将试样A1带回实验室，取出其中的土壤，置于烘箱中，于100℃烘干至恒重，称重，得到土壤重量W；

6)按以下公式计算土壤容重：

D_b=W/(V_土+袋-V_袋)

式中，D_b为土壤容重；W为采集的各试样土壤烘干后的重量；V_土+袋为采集的各试样的土壤及自封袋的体积；V_袋为用于盛装采集的土壤的自封袋的体积。

按照上述步骤2)、3)、5)和6)，分别对上述试样A2～A9以及B1～B9进行测定、计算，以计算出上述试样的D_b值，结果如以下表1和表2所示。

为检验本发明所述方法的精确性，另用挖坑法测定了A地点条件下的土壤容重(取样9个)，用环刀法测定了B地点条件下的土壤容重(取样9个)，分别与本发明方法进行比较，结果如以下表1和表2所示。

表1：分别用本发明所述方法与挖坑法对A地点条件下土壤容重的测定结果

表2：分别用本发明所述方法与环刀法对B地点条件下土壤容重的测定结果

上述表1和表2中数据表明，在测定土层较厚且结构紧密的土壤容重时，本发明所述方法与环刀法所测结果无显著差异(方差分析，P＞0.05)；在测定土层较薄且石块较多的土壤容重时，本发明所述方法与挖坑法所测结果也无显著差异(方差分析，P＞0.05)，且本发明所述方法实验误差较小，结果比挖坑法更加精确。

实施例2

1)土壤取样点选择在南京林业大学树木园杉阔混交林内，土壤为山地红壤；土壤厚度＞50cm，土壤结构紧密，石块含量较少。

去除选定地点土壤上层枯枝落叶和腐殖质层；在距离地面20cm处采集土壤，用土铲挖取重量约100g的土块装入自封袋(自封袋规格：双面厚度为0.05mm、宽11cm×长16cm)，共采集30袋土壤；

2)将上述试样带回实验室，并把30袋土壤分为5份，标记为A、B、C、D、E，每份6袋，分别编号为A1、A2、A3、A4、A5、A6；B1、B2、B3、B4、B5、B6；C1、C2、C3、C4、C5、C6；D1、D2、D3、D4、D5、D6；以及E1、E2、E3、E4、E5、E6。用微型真空泵PC3025N对上述A、B、C、D试样进行抽真空，其中A1～A6自封袋内的真空度为5Kpa、B1～B6自封袋内的真空度为10Kpa、C1～C6自封袋内的真空度为15Kpa，D1～D6自封袋内的真空度为20Kpa，当真空度达到要求后即把自封袋密封；用注射器(100ml容量，塑料注射器）抽出E1～E6自封袋内空气，当自封袋完全贴紧土壤表面后，立即把自封袋密封。

3)在量杯中放入一定量的水，记录此时的体积V1，然后将密封后的试样A1完全浸没于上述量杯中的水中，记录此时的体积V2，得到试样A1(包括自封袋及其内土壤)的体积V_土+袋=V2-V1；

重复步骤3)的方法，分别测得A2～A6,B1～B6,C1～C6,D1～D6，以及E1～E6的体积，见表3；

4)在量杯中加入一定量的水，记录此时的体积V3，然后取5个与上述用来盛装土壤的自封袋规格相同的空自封袋(双面厚度为0.05mm、宽11cm×长16cm规格)，分别编号为空自封袋1、空自封袋2、空自封袋3、空自封袋4和空自封袋5，用微型真空泵PC3025N对上述空自封袋1～4进行抽真空，其中控制空自封袋1内的真空度为5Kpa、控制空自封袋2内的真空度为10Kpa、控制空自封袋3内的真空度为15Kpa、控制空自封袋4内的真空度为20Kpa，当真空度达到要求后即把各自封袋密封；用注射器抽出空自封袋5内的空气并密封；

将密封后的空自封袋1完全浸没于上述量杯中的水中，记录此时的体积V4，得到空自封袋1的体积V1_袋=V4-V3，具体为1.5cm³；

重复上述方法，分别测得空自封袋2的体积V2_袋为1.5cm³，空自封袋3的体积V3_袋为1.5cm³，空自封袋4的体积V4_袋为1.5cm³，空自封袋5的体积V5_袋为1.5cm³；

5)分别取出A1～A6,B1～B6,C1～C6,D1～D6，以及E1～E6中的土壤，并分别置于烘箱中，于105℃条件下烘干至恒重，称重，得到土壤烘干重W，结果见表3；

6)按以下公式计算土壤容重：

D_b=W/(V_土+袋-V_袋)

所得结果如下表3所示。

表3：用微型真空泵PC3025N抽气和用注射器抽气方法下测定的土壤容重

由以上测试结果可以看出，用注射器抽气的方法（E组）与用微型真空泵PC3025N抽气方法（A、B、C、D组）测定土壤容重的结果差异不显著（方差分析，P＞0.05)，即用微型真空泵PC3025N抽气，自封袋内真空度控制在5Kpa～20Kpa下，与用注射器抽气的方法测定土壤容重，两种测定结果均可作为测定土壤的土壤容重值。

Claims (8)

1.一种测定土壤容重的方法，包括以下步骤：

1)采集土壤，放入自封袋内，如采集的土壤中含有石块和根系，则除去土壤中的石块和根系；

2)排除自封袋内的空气，当密封袋内呈负压时，密封自封袋；

3)测定步骤2)得到的密封后的自封袋及其内土壤的体积V_土+袋；

4)另取一个与上述用来盛装土壤的自封袋规格相同的空自封袋，排除其中的空气，密封，然后测定其体积V_袋；

5)取出步骤2)中密封袋内的土壤，烘干至恒重，称重，得到土壤重量W；

6)按以下公式计算土壤容重：

D_b=W/(V_土+袋-V_袋)

式中，D_b为土壤容重；W为采集的土壤的重量；V_土+袋为采集的土壤及自封袋的体积；V_袋为用于盛装采集的土壤的自封袋的体积。

2.根据权利要求1所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤2)中，控制自封袋内的真空度为5～20Kpa。

3.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤2)中，通过注射器抽除自封袋内的空气。

4.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤2)中，将自封袋放入水中，利用水的压力将自封袋内的空气排出。

5.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤2)中，用抽气机或微型真空泵抽除自封袋内的空气。

6.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤3)中，测定步骤2)得到的密封后的自封袋及其内土壤的体积V_土-袋的方法为：取一可用于测量物体体积的容器，在其中加入一定量的水，记录此时的体积V1，然后将步骤2)得到的密封后的自封袋完全浸没于上述容器中的水中，记录此时的体积V2，V_土+袋=V2-V1。

7.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤4)中，测量空自封袋的体积V_袋的方法为：取一可用于测量物体体积的容器，在其中加入一定量的水，记录此时的体积V3，然后将密封后的空自封袋完全浸没于上述容器中的水中，记录此时的体积V4，V_袋=V4-V3。

8.根据权利要求1或2所述的测定土壤容重的方法，其特征在于：步骤5)中，烘干的温度为85～105℃。