專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)定土壤容重的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)定土壤容重的方法，屬于農(nóng)業(yè)、林業(yè)土壤物理性質(zhì)測(cè)定的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土壤容重是指，單位體積自然狀態(tài)下土壤(包括土壤空隙的體積)的干重。土壤容重的大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性以及保水能力的高低,無(wú)論在農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)中均具有重要的應(yīng)用意義。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)研究中，尤其在對(duì)土壤肥力、立地質(zhì)量等進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，經(jīng)常涉及土壤容重的測(cè)定。目前測(cè)定土壤容重的方法有環(huán)刀法(郭國(guó)雙.談?wù)勍寥廊葜氐臏y(cè)定.灌溉排水，1983，2(2) :39-40;劉多森，李偉波.土壤容重和孔隙度的簡(jiǎn)易測(cè)定法.土壤通 報(bào)，1983，(4) :44-47 ;王貴連，苗黨生.淺談土壤容重的測(cè)定.北京農(nóng)業(yè)，2012，(3))、時(shí)域反射儀結(jié)合土鉆法(祝艷濤，錢(qián)天偉，但德忠.時(shí)域反射儀結(jié)合土鉆法測(cè)定土壤容重.資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)，2006，22 (3) :213-216;那永光，陳淑潔，姚章村.測(cè)定土壤容重的一種新方法.水利天地，2004，(3) :36)、原狀取土管法(黃毅，鄒洪濤，虞娜，張玉龍.新型土壤容重取樣器的研制與應(yīng)用.水土保持通報(bào)，2010, 30(2) : 190-192)、挖坑法(王慶禮，代力民，許廣山.簡(jiǎn)易森林土壤容重測(cè)定方法.生態(tài)學(xué)雜志，1996，15(3) :68-69)、不規(guī)則洞穴法與臘封法(Riehard F. Howard, Michael J. Singer,汪家銪·用不規(guī)則洞穴法、石臘法和透氣性法測(cè)定森林土壤容重.西部林業(yè)科學(xué)，1986，(3) :63-67)。另外，申請(qǐng)為CN02245599.X的實(shí)用新型專(zhuān)利中公開(kāi)了一種充水式土壤容重測(cè)定器，申請(qǐng)?zhí)枮镃N85202405的實(shí)用新型專(zhuān)利中公開(kāi)了一種測(cè)試土體容重的取土儀，均可用于測(cè)定土壤容重。上述環(huán)刀法、土鉆法和原狀取土管法主要在土壤結(jié)構(gòu)緊密、無(wú)石塊、無(wú)粗根系、土層較厚的土壤上使用，如果在土層較薄的土壤上取土，則以上三種方法不能采集到完整形狀的土塊；并且環(huán)刀法、土鉆法需要人工捶打取土，往往使自然土壤土體的緊實(shí)度發(fā)生變化，導(dǎo)致土壤體積變形；另外，如果取土過(guò)程中遇到較大石塊或粗根系，會(huì)損壞環(huán)刀、土鉆與取土管。挖坑法、不規(guī)則洞穴法和蠟封法雖然能克服環(huán)刀法、土鉆法和原狀取土管法的部分缺點(diǎn)，但是挖坑法在遇到結(jié)構(gòu)松散、石塊較多的土壤時(shí)，難以挖出標(biāo)準(zhǔn)的正方體或長(zhǎng)方體的土坑，因此計(jì)算土壤體積存會(huì)產(chǎn)生誤差；另外挖坑法遇到礦質(zhì)土?xí)r，采用塑料袋填水法測(cè)土壤體積，但不能目測(cè)坑體下部是否充滿(mǎn)水分，因此也會(huì)造成所測(cè)土壤體積不準(zhǔn)確。不規(guī)則洞穴法與挖坑法相似，也是采用塑料袋填水法計(jì)算土壤體積，同樣存在不能準(zhǔn)確測(cè)定土壤體積的缺點(diǎn)，而且需要特殊的容量水平儀取樣裝置，由于取土與測(cè)定過(guò)程不方便，這種方法已被淘汰。蠟封法是用溶化的石蠟包裹在所采集的土塊外面，放入燒杯內(nèi)計(jì)算土塊體積，測(cè)定過(guò)程工序繁瑣，計(jì)算公式復(fù)雜，在野外使用時(shí)容易產(chǎn)生誤差，并且對(duì)于結(jié)構(gòu)松散或石塊較多的土壤無(wú)法使用蠟封法測(cè)定，因此這種方法也已不再使用。而測(cè)試土體容重的取土儀與環(huán)刀法原理類(lèi)似，不能在石塊較多或松散土壤上使用。充水式土壤容重測(cè)定器在野外使用受到限制，對(duì)測(cè)定土壤也有特殊要求，因此難以推廣利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高的測(cè)定土壤容重的方法。該方法能夠在環(huán)境復(fù)雜、土體破碎的土壤上測(cè)定土壤的容重，并能有效減少測(cè)定不規(guī)則形狀土壤體積的誤差，從而提高土壤容重的測(cè)試精度。本發(fā)明所述的測(cè)定土壤容重的方法，包括以下步驟I)采集土壤，放入自封袋內(nèi)，如采集的土壤中含有石塊和根系，則先除去土壤中的石塊和根系；2)排除自封袋內(nèi)的空氣，當(dāng)自封袋內(nèi)呈負(fù)壓時(shí)，密封自封袋；3)測(cè)定步驟2)得到的密封后的自封袋及其內(nèi)土壤的體積V± + iS ；4)另取一個(gè)與上述用來(lái)盛裝土壤的自封袋規(guī)格相同的空自封袋，排除其中的空 氣，密封，然后測(cè)定其體積Vis ；5)取出步驟2)中自封袋內(nèi)的土壤，烘干至恒重，稱(chēng)重，得到土壤重量W ;6)按以下公式計(jì)算土壤容重Db=W/ (V 土 + 袋-V 袋)
式中，Db為土壤容重；W為采集的土壤的重量；V± + iS為采集的土壤及自封袋的體積Wis為用于盛裝采集的土壤的自封袋的體積。上述方法中，步驟I)中，在采集土壤時(shí)，首先去除土壤表層枯枝落葉和腐殖質(zhì)層，根據(jù)試驗(yàn)需要挖不同深度的剖面，再用土鏟采集不同土層的土壤樣品。如果采集的土壤中沒(méi)有石塊和根系，則直接把土塊放入事先準(zhǔn)備好的自封袋內(nèi)。如果采集的土壤中含有石塊和根系，則需要先用鑷子小心去除石塊和根系后再把土壤放入自封袋。通常土壤的采集量為100 200g ；自封袋的大小可根據(jù)采集土壤量的多少而定，當(dāng)土壤的采集量為100 200g時(shí)，通常選用雙面厚度彡O. 05mm, IlcmX 16cm (寬X長(zhǎng))或?qū)?2cmX17cm(寬X長(zhǎng))規(guī)格的自封袋；當(dāng)土壤的采集量> 200g時(shí)，通常選用厚度> O. 05mm，長(zhǎng)和寬更大規(guī)格的自封袋。步驟2)中，自封袋內(nèi)呈負(fù)壓的狀態(tài)就是在自封袋的內(nèi)壁面緊貼自封袋內(nèi)的土壤時(shí)即可，通常是控制自封袋內(nèi)的真空度為5 20Kpa (大氣壓與自封袋內(nèi)氣壓的差值)，優(yōu)選是控制在5 lOKpa。具體在排除自封袋內(nèi)的空氣時(shí)，可以是通過(guò)注射器抽除自封袋內(nèi)的空氣；也可將自封袋放入水中，利用水的壓力將自封袋內(nèi)的空氣排出(該方法需保證自封袋內(nèi)不進(jìn)水)；優(yōu)選是利用抽氣機(jī)、微型真空泵等抽氣設(shè)備抽除自封袋內(nèi)的空氣；當(dāng)然還可以是用現(xiàn)有技術(shù)中的其它方法達(dá)到排除自封袋內(nèi)的空氣的目的。以上提到的抽氣機(jī)可以是市場(chǎng)上可直接購(gòu)買(mǎi)得到的小型抽氣機(jī)，既方便野外攜帶，又能達(dá)到抽真空的目的。步驟3)中，測(cè)定步驟2)得到的密封后的自封袋及其內(nèi)土壤的體積V± + iS的方法為取一可用于測(cè)量物體體積的容器，在其中加入一定量的水，記錄此時(shí)的體積VI，然后將步驟2)得到的密封后的自封袋完全浸沒(méi)于上述容器中的水中，記錄此時(shí)的體積V2，V± + iS=V2-V10步驟4)中，測(cè)量空自封袋的體積Vis的方法為取一可用于測(cè)量物體體積的容器，在其中加入一定量的水，記錄此時(shí)的體積V3，然后將密封后的空自封袋完全浸沒(méi)于上述容器中的水中，記錄此時(shí)的體積V4，
上述步驟3)和4)中，用于測(cè)量物體體積的容器可以是燒杯、量杯等。該兩個(gè)步驟中進(jìn)行測(cè)量的步驟可以在野外進(jìn)行，也可以將自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；如果在野外進(jìn)行，需要帶一定量的水以及可用于測(cè)量物體體積的容器。步驟5)中，烘干的溫度一般為85 105 °C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述方法的特點(diǎn)在于I、用自封袋抽氣密封土壤的方法有效固定了不規(guī)則土壤的外形，并使土壤與水隔絕，再用量杯等其它可以用于測(cè)量水體積的容器測(cè)量土壤體積，因而可有效減少測(cè)定不規(guī)則形狀土壤體積的誤差，從而提高土壤容重的測(cè)試精度；另一方面，由于采用上述方法測(cè)定土壤體積，從而解決了對(duì)特殊環(huán)境(環(huán)境復(fù)雜、土體破碎)下土壤容重的測(cè)定，并且尤其適用于在土體不連續(xù)、土壤中石塊與植物根系較多、土層厚度較薄或土壤結(jié)構(gòu)松散的土體上測(cè)定土壤容重；2、本發(fā)明所述方法測(cè)定過(guò)程方便簡(jiǎn)單，所需工具較少，容易攜帶，適于野外操作。
下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I :申請(qǐng)人用本發(fā)明所述方法對(duì)喀斯特地區(qū)石塊較多、土體不連續(xù)的土壤進(jìn)行土壤容重測(cè)定。I、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用儀器土伊、自封袋(雙面厚度為O. 05mm、寬IlcmX長(zhǎng)16cm規(guī)格)、微型真空泵PC3025N(成都新為誠(chéng)科技有限公司)、250ml量杯(精度Iml)、電子天平(精度O. Olg)、烘
箱、鑷子。2、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)貴州花江喀斯特高原生態(tài)綜合治理試驗(yàn)示范區(qū)，此處土壤為碳酸鹽巖發(fā)育的石灰土，土壤厚度< 50cm。在上述實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇兩種土壤條件下進(jìn)行土壤容重測(cè)定A地點(diǎn)土層厚度彡20cm，土壤中含碎石塊較多，土壤結(jié)構(gòu)較松散；B地點(diǎn)20cm <土壤層厚度< 50cm，土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，土壤中無(wú)石塊。3、測(cè)定方法(本方法中，帶土鏟、自封袋、微型真空泵PC3025N、量杯和一定量的水到實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行抽真空、密封、測(cè)量試樣體積和測(cè)量空自封袋體積的操作)I)去除選定的A地點(diǎn)和B地點(diǎn)土壤上層枯枝落葉和腐殖質(zhì)層；用土鏟挖取重量IOOg左右的土塊，對(duì)A地點(diǎn)條件下碎石較多結(jié)構(gòu)疏松的土體，用鑷子去除土中石塊、根系，然后把土塊放入自封袋；對(duì)于B地點(diǎn)條件下土層較厚而結(jié)構(gòu)緊密的土體，直接把土塊放入自封袋；在A地點(diǎn)和B地點(diǎn)上分別采集9袋土壤，作為實(shí)驗(yàn)試樣，分別編號(hào)為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 O 20cm 土層。2)用微型真空泵PC3025N對(duì)上述試樣Al進(jìn)行抽真空，控制試樣Al自封袋內(nèi)的真空度為5Kpa，然后把自封袋密封；3)在量杯中放入一定量的水，記錄此時(shí)的體積VI，然后將步驟2)得到的密封后的試樣Al自封袋完全浸沒(méi)于上述量杯中的水中，記錄此時(shí)的體積V2，得到試樣Al (包括自封袋及其內(nèi)土壤)的體積V土+ iS=V2-Vl ；
4)在量杯中加入一定量的水，記錄此時(shí)的體積V3，然后將一個(gè)與上述用來(lái)盛裝土壤的自封袋規(guī)格相同的空自封袋(雙面厚度為O. 05mm、寬IlcmX長(zhǎng)16cm規(guī)格),用微型真空泵PC3025N對(duì)上述空自封袋進(jìn)行抽真空，控制空自封袋內(nèi)的真空度為5Kpa，密封，將密封后的空自封袋完全浸沒(méi)于上述量杯中的水中，記錄此時(shí)的體積V4，得到空自封袋的體積Vis=V4-V3 ；5)將試樣Al帶回實(shí)驗(yàn)室，取出其中的土壤，置于烘箱中，于100°C烘干至恒重，稱(chēng)重,得到土壤重量W ；6)按以下公式計(jì)算土壤容重Db=W/ (V 土 + 袋-V 袋)
式中，Db為土壤容重；W為采集的各試樣土壤烘干后的重量；V±+iS為采集的各試樣的土壤及自封袋的體積；Vis為用于盛裝采集的土壤的自封袋的體積。按照上述步驟2) ,3),5)和6)，分別對(duì)上述試樣A2 A9以及BI B9進(jìn)行測(cè)定、計(jì)算，以計(jì)算出上述試樣的Db值，結(jié)果如以下表I和表2所示。為檢驗(yàn)本發(fā)明所述方法的精確性，另用挖坑法測(cè)定了 A地點(diǎn)條件下的土壤容重(取樣9個(gè))，用環(huán)刀法測(cè)定了 B地點(diǎn)條件下的土壤容重(取樣9個(gè))，分別與本發(fā)明方法進(jìn)行比較，結(jié)果如以下表I和表2所示。表I :分別用本發(fā)明所述方法與挖坑法對(duì)A地點(diǎn)條件下土壤容重的測(cè)定結(jié)果
本發(fā)明所述方法挖坑法
實(shí)驗(yàn)試試樣體I空自封I試樣重I :t壤容實(shí)驗(yàn)I挖坑I試樣重量i:壤容樣積V ±+袋體積V量(烘千重Db，試樣體積，(烘干重Db,
__袋，(cm3)袋，(cm3)后)，(g) (g/cm3)___(cm3) 后),(g) (g/cm3)
Al92.0 I. 5__108.55 1.20 Aljg 500 645.45 1.29
A2 ~ 93.0 "l. 5 Tll. 60 ~Γ. 22 A2 ~ 500 619.8 1.24
A385.8 I. 5__102.87 1.22 A3 a 500 440.09 0.88
A4 ~83. 3 I. 5__96.48 —1.18 A4 Β 500 584.75 I. 17
Α5 —76.5 "l. 5 ~94. 52 ~T. 26 A5 ~ 500 611. I 1.22
A691.2 1.5__110.35 1.23 A6 jg 500 575.22 I. 15
A783.4 I. 5__97. 50 I. 19 A7 挖 500 599. 56 1.2
A892. 7 I. 5__114.90 —1.26 A8 M 500 485.37 0.97
A9100.5 I. 5__116.81 I. 18 A9 s 500 630.25 1.26
均值—II1.22—均值— II. 15 —
標(biāo)準(zhǔn)誤n ma 標(biāo)準(zhǔn)0.046
U. UiiJ
左躍左
Z3 丨0.2061表2 :分別用本發(fā)明所述方法與環(huán)刀法對(duì)B地點(diǎn)條件下土壤容重的測(cè)定結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定土壤容重的方法，包括以下步驟 1)采集土壤，放入自封袋內(nèi)，如采集的土壤中含有石塊和根系，則除去土壤中的石塊和根系； 2)排除自封袋內(nèi)的空氣，當(dāng)密封袋內(nèi)呈負(fù)壓時(shí)，密封自封袋； 3)測(cè)定步驟2)得到的密封后的自封袋及其內(nèi)土壤的體積V±+ iS; 4)另取一個(gè)與上述用來(lái)盛裝土壤的自封袋規(guī)格相同的空自封袋，排除其中的空氣，密封，然后測(cè)定其體積V * ； 5)取出步驟2)中密封袋內(nèi)的土壤，烘干至恒重，稱(chēng)重，得到土壤重量W; 6)按以下公式計(jì)算土壤容重 隊(duì)=胃/ 土 +袋；袋) 式中，Db為土壤容重；W為采集的土壤的重量；V± + iSS采集的土壤及自封袋的體積;V袋為用于盛裝采集的土壤的自封袋的體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟2)中，控制自封袋內(nèi)的真空度為5 20Kpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟2)中，通過(guò)注射器抽除自封袋內(nèi)的空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟2)中，將自封袋放入水中，利用水的壓力將自封袋內(nèi)的空氣排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟2)中，用抽氣機(jī)或微型真空泵抽除自封袋內(nèi)的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟3)中，測(cè)定步驟2)得到的密封后的自封袋及其內(nèi)土壤的體積Vpis的方法為取一可用于測(cè)量物體體積的容器，在其中加入一定量的水，記錄此時(shí)的體積VI，然后將步驟2)得到的密封后的自封袋完全浸沒(méi)于上述容器中的水中，記錄此時(shí)的體積V2，V±+ iS =V2-V1。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟4)中，測(cè)量空自封袋的體積Vis的方法為取一可用于測(cè)量物體體積的容器，在其中加入一定量的水，記錄此時(shí)的體積V3，然后將密封后的空自封袋完全浸沒(méi)于上述容器中的水中，記錄此時(shí)的體積 V4，V 袋=V4-V3。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定土壤容重的方法，其特征在于步驟5)中，烘干的溫度為85 105°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)定土壤容重的方法，具體是采集土壤，放入自封袋內(nèi)，排除自封袋內(nèi)的空氣，當(dāng)密封袋內(nèi)呈負(fù)壓時(shí)，密封自封袋；測(cè)定密封后的自封袋及其內(nèi)土壤的體積；另取一個(gè)與上述用來(lái)盛裝土壤的自封袋規(guī)格相同的空自封袋，排除其中的空氣，密封，然后測(cè)定其體積；密封袋內(nèi)的土壤，烘干至恒重，得到土壤重量；然后按公式計(jì)算土壤容重。本發(fā)明所述方法可有效減少測(cè)定不規(guī)則形狀土壤體積的誤差，從而提高土壤容重的測(cè)試精度；且該方法適合特殊環(huán)境(環(huán)境復(fù)雜、土體破碎)下土壤容重的測(cè)定，尤其適用于在土體不連續(xù)、土壤中石塊與植物根系較多、土層厚度較薄或土壤結(jié)構(gòu)松散的土體上測(cè)定土壤容重。
文檔編號(hào)G01N9/02GK102721628SQ20121020694
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者何成新, 張中峰, 徐廣平, 曾丹娟, 莫凌, 黃玉清, 龔弘娟 申請(qǐng)人:廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所