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激光粒度儀與沉淀法對土壤粒徑的測試對比和轉(zhuǎn)化

更新時間:2018-02-11     閱讀次數(shù):5362

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,有多種通過物理方法對土壤粒徑進(jìn)行測試,其中的吸管法是根據(jù)不同大小粒子的沉降速度來測粒徑,是目前認(rèn)為的標(biāo)準(zhǔn)方法。隨著科技的發(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(jié)果與傳統(tǒng)的沉降法的結(jié)果不是1:1的關(guān)系,這導(dǎo)致很多研究者不愿意接受激光散射技術(shù)。隨著多線性回歸模型的發(fā)展,使得傳統(tǒng)沉降法的結(jié)果可以與激光散射法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化,需要注意激光散射與傳統(tǒng)吸管法的轉(zhuǎn)化影響因素很多,目前處于研究階段而沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),一方面是不同的樣品制備過程和不同儀器和設(shè)置,另一方面,國家之間不同的標(biāo)準(zhǔn)。我們嘗試這按國內(nèi)的方法將傳統(tǒng)法與激光散射進(jìn)行了對比,并通過統(tǒng)計學(xué)進(jìn)行評估。

國內(nèi)外在這方面的研究都顯示,激光散射法與吸管法的結(jié)果存在不一致。因此我們對河床深度在15-20cn40-45cm的河床土壤132個樣本用激光散射法進(jìn)行了分析,再將結(jié)果與吸管法對比。并應(yīng)用線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項(xiàng)式推導(dǎo)回歸關(guān)系,并對回歸系數(shù)(R2)較高的函數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。

選用的測試方法要滿足所選土壤范圍,如果土壤粒徑分布的范圍超過儀器,就先得通過篩分,采集的時候也要有意思采樣,特殊的粒徑組分比例的分析可以采用特殊的方法(砂粒通過篩分,粘粒通過沉降法或光學(xué)法)。

 

采集了河床111個點(diǎn),每個點(diǎn)取深度15-20cm40-45cm2個樣,一共222個樣品。所有樣品經(jīng)過沉淀法測試粒徑,粒徑分成5個粒徑組分。粒徑組分的分類如下:

132個中等細(xì)度土壤進(jìn)行散射分析。分析前進(jìn)行干燥,大塊被壓碎,過2mm的篩,通過4分法得到同質(zhì)的樣品。10g加入到10ml0.05M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(xì)小的、易流動的、與水反應(yīng)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(shù)樣品采用濕法,比如粘性的樣品或者干燥時結(jié)塊的樣品,細(xì)顆粒小于10um容易結(jié)塊不易分散的。激光粒度儀Analysette 22模塊化的設(shè)計和測量池可移動盒式設(shè)計使得在干法和濕法測試能在短時間轉(zhuǎn)化。在本次測試中,濕式單元包含400ml容器并連通自來水,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個檢測通道,2束半導(dǎo)體激光,反傅里葉透鏡設(shè)置,數(shù)據(jù)通過連接主機(jī)的電腦處理,可移動測量池。兩束激光都可以通過自動橫向移動完成激光束對準(zhǔn)。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)生一個顏色衍射環(huán),通過檢測器識別,通過軟件計算顆粒大小。儀器通過軟件控制,粒徑組成結(jié)果通過累積曲線、組成直方圖、圖表的形式直接顯示。因?yàn)閿?shù)據(jù)存在軟件上,可以方便的修改分析條件進(jìn)行重復(fù)計算。

 

通過激光散射和吸管法分析了粒徑組分對比,并利用回歸函數(shù)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0.05-0.010.25-0.05的組分大于吸管法。通過R2的比較,在世界范圍內(nèi),有研究者也通過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方法,所以本文的結(jié)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性擬合(15-20cm

 

以下是兩種不同激光粒度儀的線性擬合(40-45cm

 

并通過擬合的回歸曲線進(jìn)行了理論數(shù)值的計算,然后將值與吸管法的進(jìn)行了對比。

 

擬合曲線的理論值與吸管法值進(jìn)行對比(15-20cm

 

擬合曲線的理論值與吸管法值進(jìn)行對比(40-45cm

發(fā)現(xiàn)zui符合的是多項(xiàng)式回歸模擬。從結(jié)果來看,< 0.01mm的黏土的多項(xiàng)式回歸函數(shù)模擬得到了一個比較可信的值(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。由于粘粒是土壤類型的重要指標(biāo),在利用激光散射分析時,我們使用土壤科學(xué)的模擬推導(dǎo)關(guān)系進(jìn)行分析。激光散射分析耗時短、用量少、適用多粒徑組分、各種土壤類型和廣的測試范圍,所以有必要在此領(lǐng)域做一個深度的研究,以強(qiáng)調(diào)土壤科學(xué)研究的急需性,并用的激光散射方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的吸管法。

 

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