用激光粒度儀與吸管法對土壤粒徑的測試對比和轉化

    土壤質地是土壤基本的物理性質之一，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行測試，其中的吸管法是根據不同大小粒子的沉降速度來測粒徑，是目前認為的標準方法。隨著科技的發展，激光散射等光學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的關系，這導致很多研究者不愿意接受激光散射技術。隨著多線性回歸模型的發展，使得傳統沉降法的結果可以與激光散射法之間進行轉化，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有一個統一的標準，一方面是不同的樣品制備過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行了對比，并通過統計學進行評估。

    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個樣本用激光散射法進行了分析，再將結果與吸管法對比。并應用線性函數、指數函數、冪函數、多項式推導回歸關系，并對回歸系數（R2）較高的函數進行了進一步的研究。

    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法）。

    采集了河床111個點，每個點取深度15-20cm和40-45cm2個樣，一共222個樣品。所有樣品經過沉淀法測試粒徑，粒徑分成5個粒徑組分。粒徑組分的分類如下：

 

    取132個中等細度土壤進行散射分析。分析前進行干燥，大塊被壓碎，過2mm的篩，通過4分法得到同質的樣品。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盒式設計使得在干法和濕法測試能在短時間轉化。在本次測試中，濕式單元包含400ml容器并連通自來水，進樣器、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束半導體激光，反傅里葉透鏡設置，數據通過連接主機的電腦處理，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。大顆粒用紅光，小顆粒用綠光。一束光照在懸浮的粒子上，產生一個顏色衍射環，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，粒徑組成結果通過累積曲線、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行重復計算。

    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R2的比較，在世界范圍內，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，所以本文的結果不能與其他研究者的表述進行對比。

 

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行了理論數值的計算，然后將值與吸管法的進行了對比。

 

擬合曲線的理論值與吸管法值進行對比（15-20cm）

 

 擬合曲線的理論值與吸管法值進行對比（40-45cm）

 

    發現符合的是多項式回歸模擬。從結果來看，< 0.01mm的黏土的多項式回歸函數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，在利用激光散射分析時，我們使用土壤科學的模擬推導關系進行分析。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，所以有必要在此領域做一個深度的研究，以強調土壤科學研究的急需性，并用的激光散射方法代替傳統的吸管法。