闞霞

摘 要：植物的生長(zhǎng)，土壤提供了最基本的條件，土壤的孔隙率與植物生長(zhǎng)息息相關(guān)。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法、水銀壓入法以及圖像處理法是目前土壤孔隙率測(cè)量的常用方法，隨著不斷對(duì)于土壤檢測(cè)的探索，石蠟在土壤檢測(cè)中的作用被開(kāi)發(fā)了出來(lái)，由于石蠟具有廉價(jià)無(wú)污染的特性，加上其不具有極性的性質(zhì)，從而可以通過(guò)進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成對(duì)于土壤孔隙率的測(cè)量，很好的彌補(bǔ)了前幾種測(cè)量方法的局限性。而且由于石蠟測(cè)量法的成本較低，對(duì)于測(cè)量設(shè)備也沒(méi)有什么特殊的要求，所以具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：土壤孔隙率;測(cè)量;有效方法

我國(guó)對(duì)于土壤微觀結(jié)構(gòu)的探索和研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，在土壤研究的過(guò)程中土壤孔隙的情況是土壤非常重要的一種特性，受到了研究人員的不斷關(guān)注。通過(guò)對(duì)土壤孔隙的情況進(jìn)行分析，可以更好的了解土壤質(zhì)地，從而為對(duì)土類(lèi)工程的開(kāi)展有著重要的意義。另外，在農(nóng)業(yè)方面，通過(guò)對(duì)土壤孔隙率進(jìn)行測(cè)量和分析，可以更好的把握土壤中各種植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素的遷移情況，也可以對(duì)作物根系生長(zhǎng)的情況作出合理的預(yù)測(cè)，提升土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

一、 測(cè)量土壤孔隙率的現(xiàn)有方法

1.經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法

目前，經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法是我國(guó)很多實(shí)驗(yàn)室都廣泛應(yīng)用的一種土壤孔隙率測(cè)量方法，其測(cè)量計(jì)算公式為：

Φ=VV/VT=[mp/ρb]/[1/ρw]=[Wcms/ρw]ρb

mp+ms=1;Wc=mp/ms.

在公式中，Φ代表的是土壤的孔隙率，VV代表的是單位質(zhì)量的土壤中所包含的孔隙體積，計(jì)量單位為cm3。而VT代表的是單位質(zhì)量的土壤的總體積，計(jì)量單位同為cm3。在單位質(zhì)量的土壤加熱去除水的總質(zhì)量記作mp，干土壤的質(zhì)量記作ms，計(jì)量單位都設(shè)定為g。另外ρw為孔隙水的密度，ρb為土壤的總體密度。

通過(guò)計(jì)算方法我們不難發(fā)現(xiàn)，這種土壤孔隙率測(cè)量方法雖然可以在一定程度上對(duì)土壤孔隙率進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)需要的測(cè)量設(shè)備也較為簡(jiǎn)單。但是由于實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，并沒(méi)有計(jì)算土壤中水的體積，隨著對(duì)土壤加熱將水去除的過(guò)程中，水的體積也將消失，會(huì)在一定程度上使測(cè)量值高于實(shí)際的土壤孔隙率。

2.水銀壓入法

水銀壓入法的原理在于水銀對(duì)于固體的無(wú)法形成潤(rùn)濕效果，從而通過(guò)外部施加壓力的方法來(lái)讓水銀進(jìn)入土壤的孔隙中。在施壓的過(guò)程中，土壤孔徑越小，所需要的壓力就越大，可以用 d =4σcos θ/p來(lái)表現(xiàn)施加壓力大小與孔隙半徑之間的關(guān)系。進(jìn)而可以通過(guò)實(shí)際對(duì)水銀施加的壓力來(lái)計(jì)算出土壤中孔隙的體積，同時(shí)也可以形成土壤孔隙體積與孔徑大小之間的關(guān)系曲線。但是由于水銀壓入法需要通過(guò)外部施壓的方式進(jìn)行，所以對(duì)于一些土質(zhì)本身比較松軟的土壤會(huì)使土壤被壓散，所以并不適用。而且測(cè)量過(guò)程中需要的測(cè)試儀器和水銀價(jià)格較高，所以測(cè)量的成本較大，并不是適用于大部分情況。在使用水銀壓入法的過(guò)程中有一點(diǎn)需要注意的是由于水銀屬于本身是具有毒性的，所以在使用、清理和保管過(guò)程中一定要小心，防治發(fā)生對(duì)人員的傷害和對(duì)環(huán)境的污染。

3.圖像處理法

另一種測(cè)量土壤孔隙率的常用方法就是圖像處理法，通過(guò)制作土壤切片并通過(guò)數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行處理，從而對(duì)土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為細(xì)致的分析，以獲取相關(guān)參數(shù)，確定土壤孔隙率情況。相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和水銀壓入法，圖像處理法具有更強(qiáng)的直觀性和相對(duì)更高的準(zhǔn)確性，目前常用的三維圖像技術(shù)非別是CT、CAT，雖然圖像處理法擁有很高的精確度，但是由于設(shè)備和測(cè)量費(fèi)用的關(guān)系，所以大部分使用圖像處理法的單位都是條件較好的機(jī)構(gòu)，難以普遍使用。

二、 石蠟測(cè)量法的優(yōu)勢(shì)

石蠟測(cè)量法的理論根據(jù)是借由液體石蠟不具有極性的特點(diǎn)，通過(guò)石蠟與土壤接觸的過(guò)程中體積并不會(huì)變化，也不會(huì)產(chǎn)生吸附和浸潤(rùn)等作用，從而更好的進(jìn)行土壤孔隙率的測(cè)量。液體石蠟價(jià)格及其低廉，而且對(duì)人、環(huán)境的危害非常小，因此具有很大的實(shí)用價(jià)值。注意的是，在針對(duì)不同孔徑的土壤時(shí)需有針對(duì)性設(shè)計(jì)方案、計(jì)算。

三、 石蠟測(cè)試法的測(cè)試方法

1.小孔徑土壤

首先需要取得要測(cè)量土的土樣，對(duì)土壤的濕質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，并記錄為m1。之后用細(xì)線將土樣浸沒(méi)在盛有體積為V1液體石蠟的量杯之中，在土樣靜止之后測(cè)量并記錄此時(shí)的體積V2，由此可以計(jì)算出土樣的體積V=V2-V1。取出土樣之后，需要將土樣細(xì)致的碾碎，并全部置放于同一個(gè)量杯之中，通過(guò)充分將土樣攪拌成顆粒狀，靜置一段時(shí)間，并測(cè)量此時(shí)的體積V3，從而可以通過(guò)計(jì)算得出土樣中的空氣體積V空=V2-V3，土顆粒與土樣中所含水的體積之和即為V 土+水 =V -V 空 =V 3 -V 1 。之后通過(guò)濾紙將杯中的混合物進(jìn)行過(guò)濾，用酒精燈加熱法或者液體石蠟燃燒去處掉土樣中殘留的水分，冷卻至室溫之后可以稱(chēng)量土顆粒質(zhì)量，并記錄為m2，從而可以計(jì)算出土樣中所含水的質(zhì)量m水=m1-m2。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步進(jìn)行計(jì)算：

水的體積V水=m水/ρ水 =（m 1 -m 2 ）/ρ水

土顆粒體積V土= V土+水 -V水 =（V3 -V1 ）-V水

土樣中孔隙體積是其中空氣的體積與自由水體積的總和，既V孔=V 空 +V 水，于是孔隙率計(jì)算公式為：

n=V孔/V*100%=[V2-V3+m1-m2/ρ水]/[V2-V1]*100%

在計(jì)算時(shí)水的密度取 1 .0 g/cm。

2.大孔徑土壤

在對(duì)大孔徑土壤進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先稱(chēng)量出土樣濕質(zhì)量m1，通過(guò)細(xì)線系于浮稱(chēng)天平的一端，緩慢將其浸沒(méi)在盛有一定體積液體石蠟的量杯之中，從而稱(chēng)量出此時(shí)的重量m3。這樣可以根據(jù)已知的石蠟密度 ρ 臘來(lái)通過(guò)V =（m 1 -m 3 ）/ρ臘的公式來(lái)計(jì)算出大孔徑土樣的體積。之后可以用于小孔徑土樣的試驗(yàn)過(guò)程相同的步驟進(jìn)行，在計(jì)算的時(shí)候只需要將公式中的土樣總體積V替換成V =（m 1 -m 3 ）/ρ臘即可。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)于土壤孔隙率的檢測(cè)方法越來(lái)越多，并且獲得的數(shù)據(jù)也越來(lái)越準(zhǔn)確，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用，雖然目前我國(guó)的土壤孔隙率測(cè)量還存在著一定的問(wèn)題，但是相信隨著我國(guó)科研人員對(duì)于測(cè)量的不斷研究和創(chuàng)新，一定會(huì)研發(fā)出更完善的測(cè)量方法，從而更好的把握土壤中各種植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素的遷移情況，對(duì)作物根系生長(zhǎng)的情況作出合理的預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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