为何土壤要测总体密度和粒子密度

土壤分为: a.沙子b.沃土c.黏土
    土壤，俗称泥土，是地球陆地上能够生长植物并产生收获的疏松表层。土壤一般分成六层。O层是枯枝落叶层，A层是腐殖质层。E层是淋溶层。以上三层为表土层。B层是淀积层。C层是风化层。R层是岩石层。以上三层为心土层。所谓“资源”是对人类可以利用而言，因此，土壤资源是指在一定科学技术条件下和一定时间内可以为人类利用的土壤。
    一定容积自然土块所含烘干土壤的重量，称为土块密度，即土壤总体密度，单位为g/cm3。一般而言，土壤总体密度介于1.0-1.9 g/cm3之间。
    较适合于植物生长者在 1.1-1.4 g/cm3之间，大于1.4g/cm3则因土壤密实，植物根系发展受阻，且通气、排水不良，植物生长差。
 

测试方法：
石蜡膜法：土壤块
    将未受外力影响而遭压挤之自然土壤在田间状态或特定水分张力状态下，以石蜡膜覆被，称取土块在空气中及在水中的重量，求得质量与体积，进而总体密度。

比重瓶法：粒子密度
    干燥的土壤其毛孔是充满着空气，而潮湿的土壤其毛孔包含空气和水。如果完全地弄湿土壤然后允许它排出.则更小的毛孔数量称为微孔,主要是测定水含量. 而更大的毛孔主要是测定空气含量。
    微孔主要是土壤的湿气保持又称为浇灌.空气活动也许被禁止此归结于缺乏大的毛孔。相反情况也许牺牲充分含水容量将导致过份排水设备和通风的增加。
    沙子、被锻烧的黏土和其它土壤改良,可以被用于修改土壤多孔性的特性。沙子的多孔性是多变。被分级为好的沙子比大小一致的沙子有较少孔隙。被锻烧的黏土微粒是非常多孔的。若已知体密度和粒子密度，则土壤的总多孔率可以被计算。

前言:
    烘干土是土壤在105℃ 烘干，直到它达到一个恒定的质量。体密度是土壤的一个基本的物理特性。它几乎参与到了土壤水分含量的每一次计算，以确定大体积土壤的重量，比如土壤片的重量或者以公顷为单位的土壤重量。根据一个简单的原理，你能从一个体密度值里读出很多内容，它和孔隙率呈反比关系，而且能够被我们用来判断土壤结构。黏土变化范围为1.1-1.6 g/ cm3,沙质土可达到1.8 g/cm3.，土壤结构，土壤的松散度，黏土的收缩和膨胀特性都能够影响体密度。

土壤石蜡膜法(Paraffin Technique) ASTM C20/C134/C437
    此法系将未受外力影响而遭压挤之自然土壤在田间状态或特定水分张力状态下，以石蜡膜覆被，称取土块在空气中及在水中的重量，求得质量与体积，进而计算总体密度。
设备：腊粒、温控蜡炉、烘箱或水分计、JT-300J比重天平、干燥器、小刀。
1、将石腊粒保存在温度为60-70℃之间的温控蜡炉中
2、温度控制在100-110℃的烘箱或水分计
3、JT-300J比重天平：准确度±0.01 g. 0.001g/cm3
4、干燥器：含活性干燥剂 如高氯酸镁或硫酸钙
5、小刀。
 

方法：
1.自田间取回欲测定总体密度的土块，大小约200cm3；
2.把土块置于阴凉处风干，并取部分土块烘干至恒重，可求得该土块之风干土含水量。
3.以小刀将风干土块遭挤压之部份及不齐之粗糙表面修平。
4.将土块置于天平上秤重，求得烘干土块重(W1)
5.将土块投入液化的石蜡70℃(其溶点在60℃左右)中，迅即取出，为避免土块吸入过多之石蜡液而影响测值，如果土块表面过干，浸蜡前以细喷水壶喷湿土块表面，浸蜡时应避免在蜡液中滞留，放冷后，检视土块表面完全为石蜡所包裹，置于天平上秤重(W2)；
6.天平秤水中重量(W3)；
7. 石蜡重量＝W2-W1
石蜡体积(V1)＝(W2-W1)/ ρ蜡
土块加石蜡体积(V2)＝(W2-W3)/ ρ水
土块体积(V3)＝V2-V1
总体密度Db＝W1/V3=W1/【(W2-W3)/ρ-(W2-W1)/0.9】

         
比重瓶的浸渍置换法测定的粒子密度：SL237-005-1999  ASTM Ḏ854-02
粒子密度:是土壤微粒重量除以土壤微粒的单位体积。通常用g/cc表示。
(1)沃土的土壤; (2) 被分级很好的沙子; (3)圆一致的沙子;角一致的沙子(4)被锻烧的黏土。
土的颗粒比重是土在105~110℃下烘至恒值时的品质与土粒同体积4°C纯水品质的比值.
 

按照土粒粒径不同,分别用下列方法进行比重测定:
1. 粒径小于 5mm 的土用比重瓶法、用煮沸法、真空饱和水法进行，取其加权平均值作为土粒比重.。
2. 一般土粒的比重用纯水测定,含有可溶盐亲水性胶体或有机质的土须用中性液体(如煤油) 测定。

设备：
容量50ml专用比重瓶、比重天平:称量300g  精度0.01g、恒温水槽: 准确度±1℃。
烘 箱、,纯水,中 性液体(如煤油 ).2mm孔径 5mm筛,漏斗,滴管、恒温水槽、真空抽气设备等。
煮沸法操作步骤:
1.先将称量皿在天平上扣重.取经由2mm孔径5mm筛选取5mm以下烘干土12g样品。称重  md
2.将比重瓶烘干,装纯水入50ml比重瓶内至近满.轻轻放入温度计,使多余水分自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外水分擦干后,瓶水和烘干土12g样品一起称量。m1
3. 将比重瓶的纯水倒除,使剩下1/3,将烘干土12g样品装入比重瓶内.为排除土中的空气,将已装有干土的比重瓶注纯水至瓶的一半处摇动比重瓶,并将瓶放在砂浴上煮沸,煮沸时间自悬液沸腾时算起,砂及砂质粉土不应少于30 min,粘土及粉质粘土不应少于1h.。煮沸时应注意不使土液溢出瓶外。
4.再将纯水注入专用比重瓶,应注水至近满.有恒温水槽时可将比重瓶放于恒温水槽内待瓶内悬液温度稳定及瓶上部悬液澄清。
5.轻轻放入温度计,使多余水分自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外水分擦干后,称瓶水土总品质m2,称量后(记得将称量皿放回天平上),立即测出瓶内水的温度。
6.按下式计算土粒比重:
              md
GS= ------------------Gwt
         (m1+md)-m2
Gs: 土粒比重    md: 干土重量   m1: 瓶水重量    m2: 瓶水土重量
Gwt: t°C 时纯水的比重

测定含有可溶盐亲水性胶体或有机质的土比重时,使用真空抽气法:
操作步骤:使用中性液体(如煤油)
1.先将称量皿在天平上扣重.取经由2mm孔径5mm筛选取5mm以下烘干土12g样品。求得 md
2.将比重瓶烘干,装煤油入50ml比重瓶内至近满.轻轻放入温度计,使多余的煤油自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外煤油擦干后,瓶煤油和烘干土12g样品一起称量。  求得  m’1
3.将比重瓶的煤油倒除,使剩下1/3,将烘干土12g样品装入比重瓶内。
4.为排除土中的空气,将已装有干土的比重瓶煤油至瓶的一半处,摇动比重瓶或使用真空抽气法排除土中空气抽气,真空度须接近1个大气压,从达到1个大气压时算起抽气时间一般为30分钟直至悬液内无气泡逸出时为止。
5.将煤油再注入专用比重瓶,应注入煤油至近满.可将比重瓶待瓶内悬液温度稳定及瓶上部悬液澄清。
6.轻轻放入温度计,使多余煤油自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外煤油擦干后,称瓶中煤油与土总品质. 求得m’2(记得将称量皿放回天平上),称量后立即测出瓶内中性液体(如煤油)的温度。

用中性液体测定时计算土粒比重 Gs:

m’1:瓶中性液体总品质
m’2: 瓶中性液体土总品质
Gkt: t°C 时中性液体的比重