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機械組成（質(zhì)地）檢測

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發(fā)布時間：2025-07-31 13:06:47 更新時間：2025-07-30 13:06:48

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

土壤機械組成（質(zhì)地）檢測

土壤機械組成，通常稱為土壤質(zhì)地，是指土壤中不同粒徑礦質(zhì)顆粒（如砂粒、粉粒、粘粒）的相對比例。它是土壤最基本的物理性質(zhì)之一，深刻影響著土壤的水分運動、養(yǎng)分保持與供應(yīng)、通氣性、熱容量、耕作性能以及微生物活動等。精準測定土壤機械組成對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（如灌溉、施肥、作物選擇）、評估土壤肥力、進行土壤分類、土地資源規(guī)劃、水土保持以及環(huán)境工程（如污染物遷移研究、垃圾填埋場襯層設(shè)計）等方面具有極其重要的意義。因此，建立標準化的檢測流程、使用精密儀器并依據(jù)權(quán)威標準進行土壤質(zhì)地分析，是獲取可靠數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

檢測項目

土壤機械組成檢測的核心項目是分離和定量測定土壤中不同粒徑級別的顆粒含量，主要包括：

粘粒含量：粒徑小于0.002毫米的顆粒。
粉粒含量：粒徑介于0.002毫米至0.02毫米（或0.05毫米，視標準而定）的顆粒。
砂粒含量：粒徑大于0.02毫米（或0.05毫米）至2毫米的顆粒。

最終結(jié)果通常以粘粒、粉粒和砂粒的質(zhì)量百分比來表示，并據(jù)此在土壤質(zhì)地三角圖中確定土壤質(zhì)地類別（如砂土、壤土、粘土等）。

檢測儀器

土壤機械組成檢測涉及多種精密儀器以滿足不同前處理和測定階段的需求：

樣品前處理設(shè)備：
- 土壤粉碎機或瑪瑙研缽：用于初步粉碎土壤團聚體。
- 標準土壤篩（2mm孔徑）：去除礫石和植物殘體。
- 分散裝置（高速攪拌機、超聲波分散儀）：破壞土壤有機-無機復(fù)合體，使土粒充分分散成單粒。
- 離心機：用于某些方法的顆粒分離或去除分散劑。
顆粒分級測定設(shè)備：
- 吸管法套件：核心包括沉降筒（1000ml量筒）、定時吸管（如10ml吸管）、恒溫水?。ňS持恒定溫度以控制粘度）、比重計（如鮑氏比重計，用于密度法）。
- 激光衍射粒度分析儀：利用激光通過懸浮液時顆粒產(chǎn)生的衍射光強分布來快速測定顆粒大小分布。是目前效率和精度最高的常用方法。
- 離心沉降粒度分析儀：結(jié)合斯托克斯沉降定律和離心力加速沉降，可快速測定細顆粒（尤其是粘粒）的分布。
輔助設(shè)備：精密天平、烘箱、干燥器、pH計（用于調(diào)節(jié)分散體系pH）、移液管、燒杯等。

檢測方法

土壤機械組成檢測主要依據(jù)顆粒在液體中沉降速度的差異（斯托克斯定律）或光學(xué)/離心原理進行分級：

樣品前處理：
- 去除有機質(zhì)（H2O2氧化）和碳酸鹽（稀HCl處理），避免其膠結(jié)作用影響分散（根據(jù)土壤類型和標準要求選擇）。
- 去除可溶性鹽。
- 關(guān)鍵步驟：分散處理。加入化學(xué)分散劑（如六偏磷酸鈉），并利用物理方法（高速攪拌或超聲）使土壤顆粒完全分散成單粒狀態(tài)。
顆粒分級測定：
- 吸管法（經(jīng)典沉降法）：將完全分散的土壤懸液注入沉降筒，靜置于恒溫水浴中。根據(jù)斯托克斯定律計算不同粒徑顆粒沉降到特定深度所需的時間。在預(yù)定時間點，用吸管從指定深度吸取一定體積的懸液（內(nèi)含未沉降到該深度以下的小顆粒），烘干稱重。通過不同時間點吸取的樣品質(zhì)量，計算得到各級顆粒（主要是粘粒和粉粒）的累計百分含量。砂粒含量通常通過篩分（如0.05mm篩）沉降后剩余的粗顆粒得到。
- 比重計法（密度法）：原理與吸管法相同。將分散好的懸液注入量筒，在不同時間點讀取懸浮液密度的變化（使用比重計）。密度變化對應(yīng)于懸浮液中尚未沉降的顆粒濃度，從而推算出不同粒級的含量。操作相對吸管法簡便，但精度通常略低。
- 激光衍射法：將分散好的土壤懸液導(dǎo)入激光粒度分析儀的測量池中。儀器發(fā)射激光束穿過懸液，顆粒對激光的衍射角度與其粒徑大小成反比。探測器記錄不同角度的衍射光強，軟件根據(jù)米氏散射理論（或夫瑯禾費近似）計算顆粒的體積（或數(shù)量、面積）分布。此方法快速、自動化程度高、重現(xiàn)性好，適合大批量樣品分析，是現(xiàn)代實驗室的主流選擇。需注意土壤顆粒形狀（非球形）可能帶來的誤差。
- 離心沉降法：利用離心機產(chǎn)生強大的離心力場，加速細小顆粒（特別是粘粒）在液體中的沉降過程，結(jié)合光學(xué)或X光檢測技術(shù)測定沉降過程中不同位置顆粒濃度的變化，從而快速獲得粒度分布。對細粒部分的分辨率較高。
結(jié)果計算與質(zhì)地定名：根據(jù)測定得到的粘粒、粉粒、砂粒的質(zhì)量百分含量，查對相應(yīng)的土壤質(zhì)地分類三角圖（如美國農(nóng)業(yè)部USDA制、國際土壤學(xué)會ISSS制等），確定土壤的質(zhì)地類別名稱。

檢測標準

為確保檢測結(jié)果的準確性、可靠性和可比性，土壤機械組成檢測必須嚴格遵循國家或國際標準。常用標準包括：

國際標準：
- ISO 11277: Soil quality - Determination of particle size distribution in mineral soil material - Method by sieving and sedimentation (國際標準化組織標準，詳細規(guī)定了篩分和沉降法)。
中國國家標準 (GB/T)：
- GB/T 50123-2019：土工試驗方法標準。其中的第7章“顆粒分析試驗”詳細規(guī)定了篩析法、密度計法（比重計法）和移液管法（吸管法）的操作規(guī)程。這是國內(nèi)工程地質(zhì)和土力學(xué)領(lǐng)域最常用的標準。
- LY/T 1225-1999：森林土壤顆粒組成（機械組成）的測定 (林業(yè)行業(yè)標準，主要基于吸管法和比重計法)。
- NY/T 1121.3-2006：土壤檢測第3部分：土壤機械組成的測定 (農(nóng)業(yè)行業(yè)標準，也主要規(guī)定吸管法和比重計法)。
其他國家/地區(qū)標準：
- ASTM D422：Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (美國材料與試驗協(xié)會標準，主要涉及吸管法和比重計法)。
- USDA相關(guān)手冊與指南：美國農(nóng)業(yè)部制定了詳細的土壤調(diào)查實驗室方法手冊，包含土壤顆粒分析的標準操作程序。

在選擇檢測方法時，應(yīng)根據(jù)研究目的、土壤性質(zhì)、實驗室條件以及相關(guān)行業(yè)或項目要求，參考并遵循適用的標準。值得注意的是，激光衍射法等新技術(shù)雖然日益普及，但許多傳統(tǒng)標準（如GB/T 50123）尚未將其完全納入或作為等效方法，使用高精度儀器時需結(jié)合標準要求和進行方法驗證。