技術(shù)文章
Article土壤質(zhì)地是土壤zui基本的物理性質(zhì)之一,它能表明不同的土壤的粒徑分布和粒徑組分比例。目前,有多種通過(guò)物理方法對土壤粒徑進(jìn)行測試,其中的吸管法是根據不同大小粒子的沉降速度來(lái)測粒徑,是目前認為的標準方法。隨著(zhù)科技的發(fā)展,激光散射等光學(xué)測試法也逐漸被用于土壤粒徑的測試。但不用的物理方式(此文基于激光散射)測得的結果與傳統的沉降法的結果不是1:1的關(guān)系,這導致很多研究者不愿意接受激光散射技術(shù)。隨著(zhù)多線(xiàn)性回歸模型的發(fā)展,使得傳統沉降法的結果可以與激光散射法之間進(jìn)行轉化,需要注意激光散射與傳統吸管法的轉化影響因素很多,目前處于研究階段而沒(méi)有一個(gè)統一的標準,一方面是不同的樣品制備過(guò)程和不同儀器和設置,另一方面,國家之間不同的標準。我們嘗試這按國內的方法將傳統法與激光散射進(jìn)行了對比,并通過(guò)統計學(xué)進(jìn)行評估。
國內外在這方面的研究都顯示,激光散射法與吸管法的結果存在不一致。因此我們對河床深度在15-20cn和40-45cm的河床土壤132個(gè)樣本用激光散射法進(jìn)行了分析,再將結果與吸管法對比。并應用線(xiàn)性函數、指數函數、冪函數、多項式推導回歸關(guān)系,并對回歸系數(R2)較高的函數進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。
選用的測試方法要滿(mǎn)足所選土壤范圍,如果土壤粒徑分布的范圍超過(guò)儀器,就先得通過(guò)篩分,采集的時(shí)候也要有意思采樣,特殊的粒徑組分比例的分析可以采用特殊的方法(砂粒通過(guò)篩分,粘粒通過(guò)沉降法或光學(xué)法)。
采集了河床111個(gè)點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)取深度15-20cm和40-45cm2個(gè)樣,一共222個(gè)樣品。所有樣品經(jīng)過(guò)沉淀法測試粒徑,粒徑分成5個(gè)粒徑組分。粒徑組分的分類(lèi)如下:
取132個(gè)中等細度土壤進(jìn)行散射分析。分析前進(jìn)行干燥,大塊被壓碎,過(guò)2mm的篩,通過(guò)4分法得到同質(zhì)的樣品。10g加入到10ml的0.05M的偏磷酸鈉中,得到濃的土壤懸濁液,分散24h,分析前超聲5min,然后立即進(jìn)行分析。
充分分散,合適的濃度對分析非常重要,儀器分散器分干式和濕式,干式適合細小的、易流動(dòng)的、與水反應的顆粒,需要的的樣品量比濕式多,這就增加了樣品的制備。大多數樣品采用濕法,比如粘性的樣品或者干燥時(shí)結塊的樣品,細顆粒小于10um容易結塊不易分散的。激光粒度儀Analysette 22模塊化的設計和測量池可移動(dòng)盒式設計使得在干法和濕法測試能在短時(shí)間轉化。在本次測試中,濕式單元包含400ml容器并連通自來(lái)水,進(jìn)樣器、泵、混勻器、超聲單元。超聲功率36kHz,有0-10檔,測試范圍:0.08-2000um,108個(gè)檢測通道,2束半導體激光,反傅里葉透鏡設置,數據通過(guò)連接主機的電腦處理,可移動(dòng)測量池。兩束激光都可以通過(guò)自動(dòng)橫向移動(dòng)完成激光束對準。大顆粒用紅光,小顆粒用綠光。一束光照在懸浮的粒子上,產(chǎn)生一個(gè)顏色衍射環(huán),通過(guò)檢測器識別,通過(guò)軟件計算顆粒大小。儀器通過(guò)軟件控制,粒徑組成結果通過(guò)累積曲線(xiàn)、組成直方圖、圖表的形式直接顯示。因為數據存在軟件上,可以方便的修改分析條件進(jìn)行重復計算。
通過(guò)激光散射和吸管法分析了粒徑組分對比,并利用回歸函數模擬,計算了R2值。在土層中,顯示<0.001mm的組分的值小于吸管,而0.05-0.01和0.25-0.05的組分大于吸管法。通過(guò)R2的比較,在世界范圍內,有研究者也通過(guò)其他的激光散射儀器,不同的樣品制備和不同的土壤組分分類(lèi)方法,所以本文的結果不能與其他研究者的表述進(jìn)行對比。
以下是兩種不同激光粒度儀的線(xiàn)性擬合(15-20cm)
以下是兩種不同激光粒度儀的線(xiàn)性擬合(40-45cm)
并通過(guò)擬合的回歸曲線(xiàn)進(jìn)行了理論數值的計算,然后將值與吸管法的進(jìn)行了對比。
擬合曲線(xiàn)的理論值與吸管法值進(jìn)行對比(15-20cm)
擬合曲線(xiàn)的理論值與吸管法值進(jìn)行對比(40-45cm)
發(fā)現zui符合的是多項式回歸模擬。從結果來(lái)看,< 0.01mm的黏土的多項式回歸函數模擬得到了一個(gè)比較可信的值(R2),例如在15-20cm深度的土壤是0.72-0.95,在40-45深度的土壤是0.90-0.96。由于粘粒是土壤類(lèi)型的重要指標,在利用激光散射分析時(shí),我們使用土壤科學(xué)的模擬推導關(guān)系進(jìn)行分析。激光散射分析耗時(shí)短、用量少、適用多粒徑組分、各種土壤類(lèi)型和廣的測試范圍,所以有必要在此領(lǐng)域做一個(gè)深度的研究,以強調土壤科學(xué)研究的急需性,并用的激光散射方法代替傳統的吸管法。
聯(lián)系人:楊經(jīng)理
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