海南大学《土壤学实验指导》.docx
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海南大学《土壤学实验指导》
土壤学实验指导
(资环专业)
目录
实验一土壤分析样品的采集、制备和风干土吸湿水测定
实验二土壤颗粒分析——感官法和比重计法(附:
微团聚体测定)
实验三土壤颗粒分析——吸管法
实验四土壤酸碱度及缓冲性能的测定
实验五土壤容重和比重的测定及总孔隙度的计算(附:
土壤浸水容重的测定)
实验六田间持水量的测定
实验七土壤结构类型观察和水稳性结构分析
实验八土壤吸力的测定
实验九土壤坚实度和渗透性测定
实验十土壤剖面的形态观察
实验十一我国主要土类的性状和分布规律的认识
实验一土壤分析样本的采集、制备和吸湿水的测定
一、目的和意义
土壤分析样本的采集是决定分析结果正确性的重要一环。
如果采来的样本没有代表性,虽然分析得正确,分析结果也是没有意义的,因此,必须用正确的方法采集样本。
田间采回的土壤样本,都要经过一定的处理,制成分析样本,才能用来进行各项分析。
处理样品的目的主要有:
(1)使样品较长期地保存,不致因微生物活动而变质。
(2)挑去非土部分,使分析结果能代表土壤本身的组成。
(3)将样品适当磨细和充分混匀,使分析时所取样品具有较高的代表性,减少称样的误差。
(4)将样品磨细,增大土粒的表面积,使制备待测溶液时分解样品的反应能够完全和均匀一致。
本实验主要是学习制备土壤机械分析等物理性质分析样本的方法及其原理(至于制备土壤化学分析样本的方法和原理请参看《土壤农化分析》)。
为了正确地比较各类土壤或者同一土壤在不同时期测定出的某种物质含量,在计算这些物质含量时不能用风干基计算,应该采用烘干基来计算,因此,土壤吸湿水含量的测定是计算土壤各项物质组成百分率的不可缺少的步骤之一。
二、土壤分析样本的采集
(一)用具
1、小锄;2、铁铲;3、切土刀;4、锌铁盆;5、钢尺(2米);6、小布袋;7、标签纸;8、记录本;9、铅笔。
(二)方法步骤
土壤样本采集的方法,根据研究目的的不同而不同。
如果是研究整个土体的发生与发育,则应按土壤发生层次采集,如果研究耕地土壤的肥力特性,通常是在多点采取混合样本。
即在一块田中,采取5~10点的样本,每点约取半斤,然后混合均匀。
样点的数目和分布,应根据田块的形状、大小和肥力状况确定。
一般有下列三种采样法:
1.对角线采样法
田块面积较小,接近方形,地势平坦,肥力较均匀的田块可用此法(见图1-1),取样点不少于5个。
2.棋盘式采样法
面积中等,形状方整,地势较平坦,而肥力不均匀的田块宜用此法(见图1-2),取样点不少于10个。
3.蛇形采样法
适用于面积较大,地势不太平坦,肥力不均匀的田块(见图1-3)。
按此法采样,在田间是曲折前进来分布样点的,至于曲折的次数则依田块的长度、样点密度而有变化,一般在3-7次之间。
对角线采样法棋盘式采样法蛇形采样法
取样时必须在有代表性的位置进行,避免在植株生长特殊的位置、田边、路旁、沟边,低洼积水部位或放置过肥料的地方取样,采集耕作层土壤时,应先把田面的枯枝落叶或其他杂物拨开,用锄或铲挖到所需要的深度,切成垂直剖面后再取样(在作物地采样时,一般在作物株行间进行)。
采样时要注意样本的均匀性,各个部位的取样数量应大致相等。
如果在一个剖面中要分层采取,一般先采取下层样本,然后采上层样本,以免混杂土壤。
各点用同法取得的样本,放在同一锌铁盆上,捏碎混匀,用对角弃置法取出一部分均匀样本。
将取得的土样倒入干净的小布袋中,每个样本重量应不少于750克,随即写出两张标签,一张折好放入布袋中,一张则挂在布袋旁边,标签上要写明样本号码,采土地点、深度、采样人姓名及采样日期,并在记录本记载有关的情况,如:
采土地点的地形、水利排灌系统,耕作施肥,土地利用,作物生长和产量等情况。
采取团粒结构分析用样本时,不可将土壤捏碎,要保持原来状态,待风干后轻轻混合,取出均匀样本(在土壤结构分析实验中讨论)。
三、土壤分析样本的制备
(一)用具
1、锌铁盆;2、土壤筛;3、木槌;4、研钵;5、镊子;6、台秤;7、铁铲;8、角匙;9、广口玻瓶(或密封袋);10、标签纸。
(二)方法步骤
1、风干
除某些项目(例如田间水分、容重等)需用新鲜土壤测定以外,一般都用风干样品进行分析,样品的风干可在通风橱中进行,将土壤铺在锌铁盆上,摊成薄层,间隔地翻拌,在大半干的时候,须将大土块捏碎,以免干后结成硬块,风干场所力求干燥和通风,并且要防止酸、碱蒸气和尘埃等污染土壤。
在风干过程中应拣去粗大的动植物残体,充分混匀后用四分法取出所需的数量,约400~500克。
2、磨细和过筛
风干的土样用木槌压碎,然后用孔径为3毫米的筛子过筛,直至全部土粒过筛为止,不能过筛的石砾应称其重量,计算其占全部风干样品重量的百分率,在通过3mm筛孔的土壤中,均匀取出约250克,全部通过1mm筛孔,分别保存。
3、保存
生产和科研工作中的土样,通常应保存一段时间,以备必要时查核之用。
标准样本或对照样本则须较长期妥善保存于磨口塞的广口瓶中。
4、记录
目的是为了计算砾质的质量占土壤样品总重的百分数,作为土壤质地分类的依据。
同时便于安排分析计划。
记录项目有:
土壤样本总重克;
大于3mm的砾石克;
通过1mm筛孔样本克;
砾石占样本总重的%。
四、风干土中吸湿水的测定
(一)方法原理
土壤中吸湿水因受着土粒表面强大的分子引力(在31大气压以上)所控制,只有在气化后才能逸出。
目前常用的是将风干土放入105~110℃的烘箱中使吸湿水全部气化排出,由烘后土壤失去水分量来计算吸湿水含量。
为了提高准确性必须进行多次重复。
(二)仪器
1、分析天平;2、角匙;3、称皿;4、钳子;5、电烘箱;6、干燥器
(三)测定步骤
1、将干净的,编有号的铝盒置于105~110℃下烘干,在干燥器中放冷后(约半小时)、用分析天平称重,并记录铝盒号及重量。
2、先在粗天平上称取大约5~10g的风干土,放入已知重的铝盒中,然后放在分析天平上精确称量。
3、将盛有土样的铝盒置于105~110℃的烘箱内(揭开皿盖)烘6小时。
4、用钳子迅速取出,立即放入干燥器内,盖好皿盖,冷却至室温(约半小时),在分析天平上称重。
5、称后放入烘箱中再烘3小时,取出冷却后称重,直到前后两次称重相差不大于2mg为止。
(四)结果计算
风干土-烘干土
吸湿水%=×100
烘干土
五、思考题
1、采取土壤样本时怎样才能获得有代表性的样本?
2、制备土壤分析样本时应注意那些重要环节?
实验二土壤颗粒分析——手测法和比重计法
(附:
微团聚体测定)
一、目的及意义
土壤由固体、液体和气体三相所组成,土壤矿物质占土壤固相的绝大部分。
测定土壤矿物质颗粒的大小及其组合比例叫做土壤机械分析,根据机械分析结果来确定土壤质地。
土壤质地对土壤形成、土壤的理化性质、肥力因素、植物生长以及微生物活动等都产生巨大的影响。
因此,了解土壤矿物质颗粒的组成并确定土壤质地,在农业生产上具有重要意义。
测定土壤矿物质颗粒大小及其组合比例的方法有吸管法和比重计法,这两种方法都以司笃克斯(G.G.Stokes,1845)定律为基础。
前者比较精确,步骤繁琐;比重计法相对较简便,但精确度比吸管法差,可供一般了解土壤质地之用。
另外还有手测法,是根据土壤的物理机械性质——可塑性和粘结性,粗略地判断土壤的砂粘比例,只适于野外初步确定土壤质地之用。
二、手测法
(一)材料
砂土、粘土、壤土等质地样本,待鉴定的土壤样本3个,表面皿、烧杯。
(二)方法
土壤质地的简易测定法是利用手和眼的感觉,根据土壤的物理机械特性——粘结性和可塑性表现的程度来确定质地的。
先将土块捏碎到没有结构,取一部分放在手掌中捏时能得到均匀、柔软的感觉或某种粗糙的感觉。
然后将土壤用水浸湿,加水时要逐渐地少量地加入,用手指将湿土调匀,拌水过多或未充分湿润的土样均不适用,所加水量要恰使土壤和匀后不粘手。
当土团具有可塑性时,将土团尽量做成小球,搓成土条,并将土条弯曲成土环,以确定土壤的质地(表2-1)。
根据表所列的土壤性状。
对已鉴定质地名称的土壤加以练习辨别后,然后鉴别桌上未知名称的土壤,并记录如下:
1号土壤是,
2号土壤是,
3号土壤是。
(三)思考题
经过练习后,你认为应掌握那些重要环节才能得到比较准确的结果。
表2-1手测法土壤质地表
质地名称
在手指间磨擦时
(干燥状态)
在湿润状态下
揉搓时的表现
在干燥状态时的表现
松砂土
几乎全由砂粒所组成,极粗糙。
研磨时有响声。
不能成细条亦不能成球。
散碎
砂壤土
砂粒占优势,混杂有少许粘粒,很粗糙,研磨时有响声。
可塑性极差,能做成球,但不能成条。
疏松
轻壤土
粗细不一的粉末,粗的较多,粗糙。
略有可塑性,可揉成直径为3mm小园条,但拿起即断碎。
稍紧、易压碎
中壤土
粗细不一的粉末,较有粗糙感。
有可塑性,可揉成土条,但弯曲成2~3厘米直径的土环时易断裂。
较紧密,用手不能压碎。
重壤土
粗细不一的粉末,细的较多,略有粗糙感。
可塑性明显,可揉成直径约2~3毫米的细条,并能弯成直径为2~3cm的土环时不断裂,但压扁时有裂缝。
紧密,用手不能压碎。
粘土
细而均一的粉末,有滑性感。
粘着性和可塑性强,可揉成直径约1.5~2mm的小土条,能弯成小土环,压扁无裂缝。
很紧密,不能压碎。
三、比重计法
(一)方法原理
土壤经过分散剂的处理,使土粒分散于悬液中,让土粒在一定容积的水液中自由降落,利用物理学上司笃克斯(G.G.Stokes,1845)定律,计算出粒径大于某一粒级的土粒下沉至某一深度(例如10厘米)以下所需要的时间,在这个时间,测定一定深度液层内小于某种粒径土粒悬浊液的密度,则为比重计法(如果测定该粒径土粒的总数则为吸管法)。
特制的鲍氏土壤比重计(甲种)的刻度自0~60,单位(度)为每升悬液内含土克数。
司笃克斯定律说明一种密度为d1的光滑球体(这里就相当于土粒)、在密度为d2及粘度为η的介质(这里是水)中自由下沉的速度V,和球体的半径r,有如下的关系:
2(d1-d2)
V=gr2
9η
v——半径为r的土粒在介质中沉降的速度(厘米/秒);
g——物体自由下落时的重力加速度,为981厘米/秒2
r——土粒的半径(厘米);
d1——土粒的密度,平均为2.65克/厘米3;
d2——介质(水)的密度(克/厘米3);
η——介质(水)的粘滞系数(克/厘米·秒)
本实验采用卡庆斯基的土壤质地分类法,只测定<0.01mm粒径的土粒含量,便可确定土壤质地的名称。
(二)试剂及仪器
1.0.5mol/L草酸钠溶液:
称取33.5克草酸钠(化学纯),加蒸馏水溶解后稀释至1升,摇匀。
2.0.5mol/L氢氧化钠溶液:
称取20克氢氧化钠(化学纯),加蒸馏水溶解后稀释至1升,摇匀。
3.0.5mol/L六偏磷酸钠溶液:
称取51克六偏磷酸钠[(NaPO3)6](化学纯),加蒸馏水溶解后稀释至1升,摇匀。
4.软水:
在普通自来水中加入2%的Na2CO3,调节至pH9.5(应记录用量,以便后来校正比重计的读数)放置一夜,使CaC03及MgCO3等皆沉淀析出,取出清液即为软水。
5.土壤比重计(甲种);温度计;橡皮头玻棒;1000和100毫升量筒;搅拌棒;有秒针的表;600毫升塑料杯;洗瓶;粗天平;称样纸;角匙。
(三)操作步骤
1、土壤样本的处理
称取通过3毫米筛的风干样本两份,各50克,分别置于600毫升塑料杯中,其中一份加入分散剂0.5mol/L氢氧化钠40毫升(石灰性土壤:
加0.5mol/L六偏磷酸纳60毫升;中性土壤:
加0.5mol/L草酸钠20毫升。
)。
先将20~30mlNaOH溶液注入土壤中,至土壤湿润成糊状,放置约半小时,然后用橡皮头玻棒研磨5~10分钟,再加剩余的NaOH溶液再研磨5分钟,将泥糊倒入1000ml的量筒中,再用软水将杯内余下土粒冲洗至量筒中,加软水至1000ml刻度。
另一份土壤直接加软水湿润成糊状,放置约半小时,然后研磨约5分钟,用同上法洗入一升的量筒中,并加软水至1000ml刻度。
2、<0.01毫米土粒含量的测定
先用特制的搅拌棒上下搅拌几次,放入温度计测量溶液温度,然后再搅拌1分钟(上下各30次,搅拌时下达量筒底,然后提至接近液面),搅拌后静置,记下时间,按照溶液的温度,查表2-1可知到<0.01毫米土粒沉降所需时间,在到达所需时间的前20秒(如温度约20℃时所需时间为26分钟,则在25分40秒)将比重计徐徐放入,至所达时间立即读数(R)。
没有加分散剂的悬液,亦同法测定。
3、结果计算和土壤质地名称的确定
由于水质、温度、分散剂对读数有影响,因而首先要将读数进行校正。
校正的方法是:
取试验中所用的水,加入试验中所用的分散剂量,于温度与试验相同的情况下,读水平面与比重计相交处的读数(在0点以上为负值,0点以下为正值)得(C),将在土壤悬液中的读数(R)减去校正值(C)值即可计算<0.01mm粒径土粒的百分率,其计算式如下:
读数(R)–校正值(C)
<0.01毫米土粒%=×100
烘干土重
风干土样重(克)
烘干土壤重(克)=
吸湿水%+1
4、质地确定
根据计算得到的<0.01mm粒径土粒的百分率,查表2-3中的草原土分类标准,再参照>3mm石砾含量(表2-4),即可确定土壤质地名称。
5、微结构系数的计算
土壤微结构的测定,是在没有分散剂作用下,通过比重计法测定<0.01mm土粒含量。
根据在分散剂作用下和没有分散剂作用下的两种测定结果,求出微结构系数来表示。
b-a
K%=×100
b
K——微结构系数
a——微结构分析时的物理粘粒含量
b——机械分析时的物理粘粒含量
(四)思考题
1、在测定土壤机械组成时,为什么首先要把土壤进行分散处理?
2、土壤微结构系数能说明什么问题?
表2-2小于某粒径土粒下沉时所需时间
温度(0C)
<0.05mm
<0.01mm
<0.005mm
<0.001mm
时分秒
时分秒
时分秒
时分秒
10
118
35
225
48
11
115
34
225
48
12
112
33
220
48
13
110
32
215
48
14
110
31
215
48
15
18
30
215
48
16
16
29
25
48
17
15
28
20
48
18
12
2730
155
48
19
10
27
155
48
20
58
26
150
48
21
56
26
150
48
22
55
25
150
48
23
54
2430
145
48
24
54
24
145
48
25
53
2330
140
48
26
51
23
135
48
27
50
22
130
48
28
48
2130
130
48
29
46
21
130
48
30
45
20
128
48
31
45
1930
125
48
32
45
19
125
48
33
44
19
120
48
34
44
1830
120
48
35
42
18
120
48
表2-3卡庆斯基土壤质地分类
<0.01毫米粒径的含量%
土壤质地名称
草原土类及红黄壤类
0~5
松砂土
5~10
紧砂土
10~20
砂壤土
20~30
轻壤土
30~45
中壤土
45~60
重壤土
60~75
轻粘土
75~85
中粘土
85~100
重粘土
表2-4>3毫米砾石含量与石质程度
>3毫米砾石含量(%)
石质程度
石质性类型
<0.5
非石质的
根据粗骨部分的特征,确定为漂砾性,石砾性的或碎石性的石质土。
0.5~5
轻石质土
5~10
中石质的
>10
重石质的
实验三土壤颗粒分析——吸管法
一、方法原理
先把土粒充分分散,然后再让分散的土粒在一定容积的水液中自由降落,根据司笃克斯(stokes,1845)定律计算出粒径大于某一粒级的土粒下沉至某一深度(例如10厘米)以下所需要的时间,即以这一时间为标准,在该深度用吸管吸取一定体积的土液,这份土液中所含土粒的直径必然都小于计算时所依据的粒径,把这份土液蒸发烘干所得的土粒重量也即是直径小于计算时所依据的粒径的粒级重量。
根据不同粒径如此重复地进行沉降、定时、吸液、烘干等操作。
即可把不同粒级的重量测定出来,最后通过换算,求出土壤机械组成中各粒级所占的百分数。
司笃克斯定律说明一种密度为d1的光滑球体(相当于土粒)、在密度为d2及粘度为η的介质(水)中自由下沉的速度V,和球体的半径r,有如下的关系:
2(d1-d2)
V=gr2
(1)
9η
土粒的密度(d1)可以实际测定或者采用矿质土粒的平均值2.65g/cm3,而水的密度(d2)和粘度(η)在一定温度下都是常数,在20℃下分别为0.9982克/毫升及0.01006厘泊,g为981厘米/秒2。
把这些数值代入
(1)式得土粒半径为r(厘米)的下沉速率(V):
22.65-1.00
V=×981×r2
90.01006
=35754r2(厘米/秒)
(2)
土粒下沉时所经过的距离应等于速率(V)和时间(t)的乘积。
如果我们把吸管吸取土液的固定为L厘米处,则半径r(厘米)的土粒自液面下沉至L厘米深度处所需的时间(t)应为:
LL
t==L/35754r2=2796×10-8×(秒)(3)
Vr2
机械分析的粒级分级标准,一般皆以直径的毫米数(D)表示之,为了应用方便,(3)式中的半径厘米数(r),也可改为直径毫米数(D)来代替,(即D/20=r),这样就可得到下列计算公式,即直径为D毫米的土粒下沉至L厘米深度处所需时间:
L
t=11184×10-6×(秒)(4)
D2
土壤密度为2.65g/cm3的各级土粒在不同温度的水中下降至10厘米时所需的沉降时间列于表3—1。
表3—1土壤颗粒下降10厘米时,在不同温度时不同粒径(mm)颗粒所需的时间表
“h”“′”“"”分别代表时、分、秒(土壤密度为2.65g/cm3)
温度℃
粘滞系数
不同粒径(mm)颗粒所需的时间
0.05
0.02
0.01
0.005
0.002
0.001
10℃
0.01308
58"
6′4"
24′11"
1h36′57"
10h8′10"
40h18′20"
11℃
0.01271
57"
5′53"
23′34"
1h34′13"
9h51′0"
39h16′40"
12℃
0.01236
55"
5′44"
22′54"
1h31′18"
9h43′40"
38h10′0"
13℃
0.01203
53"
5′34"
22′18"
1h29′11"
9h29′20"
37h10′0"
14℃
0.01171
52"
5′26"
21′42"
1h26′40"
9h2′40"
36h10′0"
15℃
0.01140
51"
5′17"
21′8"
1h24′31"
8h48′10"
35h13′20"
16℃
0.01111
49"
5′9"
20′35"
1h22′22"
8h34′40"
34h18′20"
17℃
0.01083
48"
5′1"
20′4"
1h20′17"
8h21′40"
33h26′45"
18℃
0.01056
47"
4′54"
19′34"
1h18′18"
8h9′20"
32h36′40"
19℃
0.01030
46"
4′46"
19′5"
1h16′21"
7h57′10"
31h46′30"
20℃
0.01005
45"
4′39"
18′38"
1h14′34"
7h45′40"
32h3′20"
21℃
0.009810
44"
4′33"
18′11"
1h12′44"
7h34′30"
30h18′20"
22℃
0.009579
43"
4′26"
17′45"
1h11′1"
7h23′50"
29h35′0"
23℃
0.009358
42"
4′20"
17′20"
1h9′21"
7h13′30"
28h53′20"
24℃
0.009142
41"
4′14"
16′56"
1h7′46"
7h3′30"
28h13′20"
25℃
0.008937
40"
4′8"
16′38"
1h6′16"
6h54′0"
27h36′20"
26℃
0.008737
39"
4′3"
16′11"
1h4′44"
6h44′50"
26h59′0"
27℃
0.008545
38"
3′58"
15′50"
1h3′22"
6h35′50"
26h24′0"
28℃
0.008360
37"
3′52"
15′29"
1h1′58"
6h27′26"
25h49′20"
29℃
0.008180
36"
3′47"
15′10"
1h0′39"
6h9′0"
25h16′10"
30℃
0.008007
35"
3′43"
14′50"
59′22"
6h11′0"
24h14′0"
二、仪器用具
1、25ml吸管;2、电热板;3、分析天平;4、铝盒;5、铜筛(直径6cm,孔径0.25mm);6、大漏斗(直径12cm);7、磁蒸发皿(50ml)。
其他仪器用具和药品同实验二。
三、方法步骤
1、样本处理
称通过1毫米筛孔的土壤10~20克(粘、壤质土称10克,砂壤质土称20克),倒入塑料杯中,用量筒取60毫升0.5mol/LNaOH,先加少许于土中,使成糊状后,停置半小时,然后用与比重计法相同的方法研磨(如果土壤含有机质、钙质较多。
则应在分散前进行除有机质、钙的处理,处理方法参考土壤理化性质分析书)。
2、筛分的处理(粗砂的测定)
在一个1000毫升量筒上置一漏斗,漏斗上置一个0.25毫米孔径的筛,将悬液倾于筛上,用软水洗涤,使小于筛孔的土粒全部流入量筒中。
将筛上的粗砂粒洗至已知重量的小磁蒸发皿中,在砂浴电热板上蒸发至干,称重,则为3~0.25mm之间的砂粒含量(粗砂)。
3、沉降和吸样(<0.01mm土粒含量测定)
将经过上述筛分的悬液。
加水至1000毫升刻度,测悬液温度,用特制搅拌棒上下到底地轻轻搅拌15次(1分钟)。
先将2
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