李朝英　鄭路

摘要 為了提高土壤機械組成測定精度，降低勞動強度，本文使用比重法對攪拌儀處理的土壤進行了土壤機械組成測定，同時與人工攪拌的測定結(jié)果進行比較。結(jié)果表明，攪拌儀搖臂長度根據(jù)最佳攪拌行程確定，攪拌行程一致且攪拌充分；搖臂轉(zhuǎn)速調(diào)整為1周/2 s，上下攪拌30次/min，攪拌速度均勻一致，符合國標要求；2種攪拌方式所測土壤中黏粒和粉砂粒含量無顯著差異，砂粒含量有顯著差異。攪拌儀操作方便，一次可同時攪拌多個樣品，工作強度降低，檢測準確高效，可用于批量土壤樣品的機械組成檢測分析。

關(guān)鍵詞 土壤機械組成；比重法；攪拌儀；人工攪拌

中圖分類號 S152.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）20-0171-02

Abstract To improve the precision and reduce the labor intensity，a stirrer was made which was used for the determination of soil mechanical composition.The determination of the stirrer and manual stirring were compared by the gravity method.The results showed that the arm length of the stirrer was determined according to the optimal stirring schedule，so as to ensure consistent stirring stroke；the speed of the arm was adjusted to 1 ring/2 s，stirring up and down 30 times/min，the stirring speed was uniform and the particles were dispersed fully，which met the requirements of the national standard；there was no significant differences between the content of the clay grains and the particles in the two stirring ways，and the content of sand grains was significant.The stirrer was easy to operate，could be stirred multiple samples at the same time，reduced work intensity，was accuracy and efficiency，and could be used for bulk samples detection of mechanical composition.

Key words soil mechanical composition；gravity method；stirrer；manual stirring

土壤機械組成分析是土壤質(zhì)地評價的依據(jù)，反映了土壤顆粒與空氣、水分界面間復雜的物理、化學和生物反應過程，以及能量和物質(zhì)的交換情況，對研究土壤結(jié)構(gòu)與肥力有重要意義[1-2]。土壤機械組成主要測定方法有比重法和吸管法，這2種方法均要求土壤懸液攪拌后測定，國標及林業(yè)行標明確要求在液面下3～5 cm處至筒底之間上下攪拌懸液30次/min。攪拌使懸液中顆粒均勻分散后，利用Stoke′s定律對不同粒徑顆粒的沉降時間、深度、速度等進行計算與測定[3-5]。國內(nèi)實驗室多依靠人工攪拌，攪拌速度、行程及次數(shù)不易控制，且人工攪拌勞動強度大、檢測效率低。目前，有關(guān)攪拌改進的研究未見報導，人工攪拌對測定結(jié)果的影響未見討論分析。因此，本文使用比重法對經(jīng)攪拌儀與人工攪拌處理的土壤進行了土壤機械組成測定，以期為準確高效地測定土壤機械組成提供參考[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

5個土壤樣品于2016年10月采集于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測站設(shè)置在中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中伏波實驗場的人工林樣地。樣品風干、研磨、過10目篩，裝入有標識的聚丙烯塑料袋中，密封保存于陰涼處。

1.2 試驗儀器與試劑

1.2.1 攪拌儀構(gòu)造及原理。由圖1可知，攪拌儀設(shè)有電機及皮帶輪；皮帶輪聯(lián)接減速器，驅(qū)動搖桿轉(zhuǎn)動，連桿一端與搖桿聯(lián)接，一端與滑臺聯(lián)接；滑臺兩側(cè)設(shè)有滑輪，滑輪內(nèi)側(cè)設(shè)有滑桿導軌，滑輪順著滑桿可上下滑動；滑臺上設(shè)有多個圓管，攪拌棒穿過圓管，圓管中間開有圓孔，卡箍穿過圓孔左右旋轉(zhuǎn)即可卡緊或松開攪拌棒，從而調(diào)整攪拌棒位置，攪拌棒底端設(shè)有圓片。

攪拌棒圓片上行不出液面，至液面下3～5 cm處，可避免液面產(chǎn)生泡沫，減小對測定結(jié)果的影響；圓片下行沉降筒底，利于帶動土壤大顆粒充分分散。因此，通過公式S圓片運動行程=（D懸液深度-3 cm）=2×L搖桿長度，L搖桿長度=（D懸液深度-3 cm）/2確定搖桿長度，從而保證攪拌行程一致、顆粒分散均勻。國標要求上下攪拌30次/min，通過皮帶輪、減速器減速，將搖桿轉(zhuǎn)速調(diào)整至1周/2 s。搖桿轉(zhuǎn)1周，通過連桿帶動滑臺沿滑桿、攪拌棒圓片完成攪拌。搖桿從最低點轉(zhuǎn)到最高點，攪拌棒圓片從最低點向最高點運動，對懸液顆粒完成從下向上的1次攪拌，用時1 s；搖桿從最高點轉(zhuǎn)到最低點，攪拌棒圓片從最高點到最低點運動，對懸液顆粒完成從上向下的1次攪拌，用時1 s。因此，攪拌儀每2 s完成上下1次攪拌，攪拌速度均勻一致，攪拌行程最優(yōu)化，符合國標要求。

1.2.2 其他儀器。甲種密度計、1 L沉降筒、攪拌棒、振蕩機。

1.2.3 試驗試劑。80 g/L氫氧化鈉、乙醇。

1.3 試驗方法

稱取50.00 g土壤樣品裝入250 mL塑料瓶中，每個樣品共稱2份。加入80 g/L氫氧化鈉溶液50 mL振蕩30 min，土壤懸濁液倒于60目篩上，用蒸餾水沖洗至篩上顆粒無泥。將洗凈的顆粒放入105 ℃烘箱，4 h后稱重。土壤顆粒清洗液倒入1 L沉降筒中，定容至1 L。1份人工上下攪拌30次/min，攪拌后30 s、270 s、8 h時放入比重計測定并記錄；1份以攪拌儀攪拌30次/min，攪拌后30 s、270 s、8 h時放入比重計測定并記錄。上述處理重復4次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同攪拌方法對土壤機械組成測定結(jié)果的影響

由表1可知，攪拌儀處理后，土壤中黏粒、粉砂粒含量的變異系數(shù)（CV）小于6%，砂粒含量CV在4.13%～19.70%之間；人工攪拌處理后，土壤中黏粒、粉砂粒含量CV小于8%，砂粒含量CV在4.44%～24.40%之間。上述結(jié)果表明，攪拌儀攪拌后，土壤機械組成測定的精密度高于人工攪拌。

2種攪拌方法處理后，所測土壤顆粒含量的CV均呈以下規(guī)律：砂粒含量的CV最大，粉砂粒次之，黏粒最小。這是因為砂粒、粉砂粒、黏粒的粒徑依次減小，大顆粒沉降速度快，其分布均勻性及測定準確性易受攪拌因素影響。人工攪拌所測大小顆粒含量的精密度均低于攪拌儀，說明攪拌儀攪拌的懸液顆粒均勻性優(yōu)于人工攪拌，因而攪拌儀測定結(jié)果誤差小于人工攪拌。

由表1還可知，攪拌儀與人工攪拌所測黏粒及粉砂粒含量無顯著性差異，砂粒含量有顯著性差異。由于樣品1砂粒含量偏低，基數(shù)較小，人為誤差表現(xiàn)明顯，故2種攪拌方式所測結(jié)果有顯著性差異。

2.2 不同攪拌方法土壤機械組成測定結(jié)果的線性關(guān)系及決定系數(shù)R2

由表2可知，2種不同攪拌方法所測黏粒、粉砂粒含量的線性關(guān)系良好，R2>0.990；砂粒的R2<0.990。2種攪拌方法所測砂粒含量的差異較大，即大顆粒的測定誤差大于小顆粒的測定誤差，與2.1結(jié)果一致。

2.3 攪拌儀與人工攪拌的差異

由表3可知，攪拌儀根據(jù)檢測要求設(shè)計搖臂長度及轉(zhuǎn)速，攪拌行程恒定且最優(yōu)，攪拌次數(shù)精準，攪拌速度均勻。根據(jù)試驗需要，在滑臺可安裝多個攪拌棒，同時攪拌多個樣品，可降低人員工作強度，提高檢測效率，適宜批量樣品的檢測分析。人工攪拌只能靠人員感覺控制攪拌行程及攪拌速度，圓片上行位置因懸液渾濁而不易保證攪拌行程一致，攪拌速度因人為不確定性因素而不易保持均勻。攪拌儀模仿人工攪拌，所測結(jié)果精密度高于人工攪拌，攪拌效果優(yōu)于人工攪拌，而且能代替人工攪拌用于檢測分析。

3 結(jié)論與討論

人工攪拌的行程、速度及次數(shù)方面難以達到國標和行標的嚴格要求，影響顆粒分布的均勻性。人工攪拌工作強度大，檢測效率低。本文使用的攪拌儀結(jié)合檢測要求進行設(shè)計，攪拌行程、速度及次數(shù)完全符合國標和林業(yè)行標要求，土壤懸液中的顆粒分布均勻，可達到最佳測定狀態(tài)，所測結(jié)果的精密度高于人工攪拌。攪拌儀代替人工攪拌，降低勞動強度，提高檢測效率，適用于批量土壤樣品機械組成的檢測分析。

以往資料對土壤機械組成的測定誤差多認為是讀數(shù)不準確、比重計未校準等造成的，未見人工攪拌對測定結(jié)果的影響及改進攪拌方法的討論。試驗結(jié)果表明，攪拌儀攪拌效果優(yōu)于人工攪拌，有利于提高土壤機械組成測定的精密度。粒徑較大的砂粒沉降快，其分散均勻性易受影響，測定結(jié)果誤差偏大。試驗所采用的比重法簡單快捷，但存在一定局限性，如比重計最小刻度值為1，即使在顆粒分布均勻的情況下也難以精準讀數(shù)，低含量顆粒誤差明顯。懸液經(jīng)攪拌儀攪拌后，以吸管法更有利于提高土壤機械組成測定的精確度。

4 參考文獻

[1] 依艷麗.土壤物理研究法[M].北京：北京大學出版社，2009.

[2] 邵明安，王全九，黃明斌.土壤物理學[M].北京：高等教育出版社，2006：11.

[3] 李興林，李福春.用沉降法和激光法測定土壤粒度對比研究[J].土壤，2011，43（1）：130-134.

[4] 國家林業(yè)局.森林土壤顆粒組成（機械組成）的測定：LY/T 1225-1999[S].北京：中國標準局，1999.

[5] 李朝英，鄭路.土壤顆粒懸液攪拌對土壤質(zhì)地分析的影響[J].水土保持通報，2017（6）：256-260.

[6] 李朝英，鄭路，盧立華.一種用于土壤機械組成檢測的攪拌儀：中國，ZL 201410115986.7[P].2016-03-30.