腐殖質(zhì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

1、腐殖質(zhì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響分析陳科奇胡智宇吳嘯川陳相宇劉欣王肇乾馬崗張盼1、研究目的及意義土壤結(jié)構(gòu)是土粒（單粒和復(fù)粒）的排列組合形式，其包括結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)性兩層含義。通常所說的土壤結(jié)構(gòu)多指結(jié)構(gòu)性。土壤結(jié)構(gòu)性是由土壤結(jié)構(gòu)體的種類、數(shù)量（尤以團(tuán)里結(jié)構(gòu)的數(shù)量）及結(jié)構(gòu)體內(nèi)外的孔隙狀況等產(chǎn)生的綜合性質(zhì)。包括水穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)中，土壤結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)、管理、調(diào)節(jié)，常常是農(nóng)田土壤管理的主要內(nèi)容。2、試驗(yàn)方法及原理（1）機(jī)械穩(wěn)定性的測(cè)定干篩法土壤機(jī)械組成數(shù)據(jù)是研究土壤的最基本資料之一。根據(jù)土壤機(jī)械分析，分別計(jì)算各粒級(jí)的相對(duì)含量，便可由此確定土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)性。進(jìn)而測(cè)定土壤的水穩(wěn)定性、生物

2、穩(wěn)定性。（2）水穩(wěn)定性的測(cè)定空白對(duì)照、濕篩法腐殖質(zhì)是土壤水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)體形成的構(gòu)成物。通過比較腐殖質(zhì)含量較多的土壤和腐殖質(zhì)含量一般的土壤經(jīng)過濕篩法烘干稱量后各粒級(jí)占的比例來測(cè)定。通常以直徑在100.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量判別結(jié)構(gòu)好壞，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量多的好，少的差。（3）生物穩(wěn)定性的測(cè)定比重瓶法、環(huán)刀法良好的結(jié)構(gòu)性，實(shí)質(zhì)上是具有良好的孔隙性，即孔隙的數(shù)量（總孔隙度）大而且大、小空隙的分配和分布適當(dāng)，有利于土壤水、肥、氣、熱狀況調(diào)節(jié)和植物根系活動(dòng)。土壤容重的測(cè)定用環(huán)刀法，土壤比重的測(cè)定用比重瓶法。土壤總孔度=1-（容重/比重）3、實(shí)驗(yàn)步驟（1）土壤樣品的稱量用電子天平稱取原狀風(fēng)干土壤樣品800.0

3、0g,放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)備用。稱量分析衡器包括稱量顯示控制器、稱重傳感器、連接件等。在稱量過程中，自然也受到許多影響和干擾因素的作用,其中溫度就是最重要的影響量之一。溫度對(duì)稱量顯示控制器放大因數(shù)（VSI/UV）的絕對(duì)準(zhǔn)確度影響很大。稱重顯示器的阻抗、激勵(lì)電流的形式、標(biāo)稱值和不確定度、連接件中的熱電動(dòng)勢(shì)、電壓測(cè)量裝置的不確定度、輸入信號(hào)值（MV）、溯源性、重復(fù)性和穩(wěn)定性等都隨溫度的變化而作不同程度的變化。正是這種溫度作用下，以上諸因素變化的綜合效應(yīng),使放大器產(chǎn)生了漂移和變化，影響到稱重顯示控制器和衡器正常的工作。劉欣（2）機(jī)械穩(wěn)定性的測(cè)定一一干篩法將土壤樣品放在備用的不同孔徑的篩子里，用力均勻的搖動(dòng)篩子

4、10分鐘，然后分別計(jì)算各粒級(jí)的相對(duì)含量，由此確定土壤機(jī)械穩(wěn)定性。進(jìn)而測(cè)定土壤的水穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性。干篩法步驟：1田間采回的土樣（用硬質(zhì)鋁盒帶回），在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。2當(dāng)土塊含水量在室溫下風(fēng)干到土壤塑限（含水量達(dá)22%-25%左右）時(shí)，用手輕輕地把大土塊沿著自然脆弱帶（failurezone）扳成不同大小的土壤團(tuán)聚體，然后在室溫條件下風(fēng)干3把盛有土樣的篩子置于搖床上于270r/min的轉(zhuǎn)速下震蕩2min（根據(jù)預(yù)備試驗(yàn)結(jié)構(gòu)確定2min足夠分離土壤各粒徑團(tuán)聚體），進(jìn)行干篩（重復(fù)2次）,分離出1.0mm、0.51.0mm、0.250.5mm、0.10.25mm、0.0530.25mm、0.020.053

5、mm、0.02mm土壤團(tuán)聚體4篩完后，將各級(jí)篩子上的團(tuán)聚體及粒徑0.25mm的土粒分別稱量（精確至0.01g）,計(jì)算干篩的各級(jí)團(tuán)聚體占土樣總量的百分含量注：1通常是采耕層土壤，根據(jù)需要也可分層采樣。采樣時(shí)要注意土壤的濕度，最好在土不沾鏟，接觸不變形時(shí)為宜。2用白鐵盒或鋁制盒在田間多點(diǎn)（35點(diǎn)）采集有代表性的原狀土樣，以保持原來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。3運(yùn)輸時(shí)要避免震動(dòng)和翻倒。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，沿土壤的自結(jié)構(gòu)輕輕地剝開，將原狀土剝成直徑為10mm12mm的小土塊，同時(shí)防止外力的作用而變形，并剔去粗根和小石塊。將土樣攤平，置于透氣通風(fēng)處，讓其自然風(fēng)干。4取樣時(shí)一般不小于1kg，精確至0.01g。5粘重的土壤風(fēng)干后

6、會(huì)結(jié)成緊實(shí)的硬塊，即使用干篩法將其分成不同直徑的粒級(jí)，也不能代表它們是非水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體。結(jié)果計(jì)算：計(jì)算各級(jí)非水穩(wěn)性大團(tuán)體所占百分比，利用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析土壤的機(jī)械穩(wěn)定性。原理：土壤團(tuán)聚體各級(jí)別所占的比例不同，性質(zhì)結(jié)構(gòu)也不同。（3）水穩(wěn)定性的測(cè)定空白對(duì)照、濕篩法將步驟（2）中的各粒級(jí)土樣按比例配制成待測(cè)土壤樣品8000g,并平均分成兩份。其中一份用腐殖質(zhì)提取液浸提后烘干，并稱取20.00g用濕篩法計(jì)算各粒級(jí)占的比例；另一半備用。另一份直接稱取20.00g用濕篩法計(jì)算各粒級(jí)占的比例。通過對(duì)比，確定腐殖質(zhì)對(duì)土壤水穩(wěn)定性的影響。土壤團(tuán)聚體是指土壤中大小、形狀不一、具有不同孔隙度和機(jī)械穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)單位

7、，通常將粒徑0.25mm的結(jié)構(gòu)單位稱為大團(tuán)聚體。按水穩(wěn)定性可把大團(tuán)聚體分為非水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體和水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)性的重要指標(biāo)，團(tuán)聚體的測(cè)定有利于了解土壤水分的眾多方面，如徑流、人滲、再分布、通氣以及根系生長(zhǎng)。土壤團(tuán)聚體是指一組黏結(jié)在一起的多個(gè)基本土壤顆粒，這些土壤顆粒之間的黏結(jié)力比其與周圍土壤顆粒的黏結(jié)力更強(qiáng)，是土壤的結(jié)構(gòu)單位。土壤團(tuán)聚體對(duì)于外來破壞性作用力的脆弱性的度量，影響著土壤的一系列物理性質(zhì)，特別是入滲和土壤侵蝕，決定土壤對(duì)風(fēng)和水的搬運(yùn)作用的敏感性，還影響著耕作土壤孔隙的大小，進(jìn)而影響土壤入滲、產(chǎn)流、侵蝕及肥力狀況。從農(nóng)學(xué)意義上講，適于植物生長(zhǎng)的良好結(jié)

8、構(gòu)主要依賴于直徑為110mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，因?yàn)檫@種團(tuán)聚體有利于調(diào)節(jié)通氣、持水、養(yǎng)分的保持和釋放。（4）生物穩(wěn)定性的測(cè)定比重瓶法、環(huán)刀法先用環(huán)刀法分別測(cè)定浸提腐殖質(zhì)后和未浸提腐殖質(zhì)的土壤樣品的容重，然后再用比重瓶法測(cè)定兩者的比重，最后通過公式計(jì)算土壤的總孔度。土壤總孔度=1-（容重/比重）比重法比重瓶的定義：比重瓶是一個(gè)能精確測(cè)定玻璃或金屬容器體積的設(shè)備。它通過簡(jiǎn)單的稱重可測(cè)得液短頸比重瓶短頸比重瓶體的密度和容積所定義的體積。應(yīng)用比重瓶的已知容積可測(cè)定粉末、液體、微粒的密度。原理：液體、粉末，分散劑等流動(dòng)物質(zhì)的密度測(cè)量，簡(jiǎn)單的測(cè)定方法:是將樣品放入已知體積的容器內(nèi)稱重量。密度能容易地根據(jù)p=m

9、/V被求得。比重瓶使用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域有不同的形狀和標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)量期間，所有稱重的操作在恒溫下進(jìn)行是最適合的。應(yīng)用比重瓶測(cè)定最重要條件是在液體或微粒樣品之間，不允許存在任何空氣。比重法的操作方法1.將比重瓶完全充滿液體并且測(cè)定比重瓶第一次液體的重量m1fl。一旦這值被確定，比重瓶V體積就知道。經(jīng)過密度公式。2其次(比重瓶被倒空，被清洗，并且在需求的溫度給予烘干之后)比重瓶被填裝大約2/3的樣品材料，這是粉末產(chǎn)生的重量ms。3.用液體填裝比重瓶其余的部分至滿而再一次稱重，那是樣品與液體的混合重量m(fl+s)4第二次液體的重量m2fl能由下式給予計(jì)算m2fl=m(fl+s)-ms產(chǎn)生液體的體積Vf

10、l，在比重瓶填裝水或液體Vfl=m2fl/pfl=(m(fl+s)-ms)/pfl粉末樣品的體積Vs是經(jīng)由總體積和液體Vfl的體積之間不同所產(chǎn)生。Vs=V-VflVs=(m1fl/pfl)-(m(fl+s)-ms)/pfl)又原始的公式ps=ms/Vs，體積Vs導(dǎo)致以下的轉(zhuǎn)換式：ps=ms/Vsps=(pf|xms)/(m1fl-m(fl+s)+ms)orps=(pf|xms)/(m1fl+ms-m(fl+s)Vglass:比重瓶體積m1fl:比重瓶完全地填裝液體的液體重量pfl：液體密度Vfl:液體的體積m2fl:第二次液體的重量Vs:粉末樣品的體積ms:粉末樣品的重量ps粉末的密度m（fl

11、+s）:比重瓶?jī)?nèi)樣品和液體一起的重量?jī)?yōu)缺點(diǎn)：比重瓶對(duì)測(cè)定粉末、微粒密度是非常精確的測(cè)試方法。由于粉末和微粒有分散、飄浮和流動(dòng)的特性，使用浮力和置換法無法求得精確的數(shù)據(jù)。雖然使用比重瓶量測(cè)材料的密度比采用浮力和置換法費(fèi)時(shí)，但由于準(zhǔn)確度高所以普遍被采用。環(huán)刀法測(cè)定壓實(shí)度試驗(yàn)一、目的和適用范圍1、本方法規(guī)定在公路工程現(xiàn)場(chǎng)用環(huán)刀法測(cè)定土基及路面材料的密度及壓實(shí)度。2、本方法適用于細(xì)粒土及無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土的密度。但對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土，其齡期不宜超過2d,且宜用于施工過程中的壓實(shí)度檢驗(yàn)。二、儀具與材料本試驗(yàn)需要下列儀具與材料：1、人工取土器：包括環(huán)刀、環(huán)蓋、定向筒和擊實(shí)錘系統(tǒng)（導(dǎo)桿、落錘、手柄）。

12、環(huán)刀內(nèi)徑68cm，高23cm。壁厚1.52mm。2、電動(dòng)取土器：由底座、行走輪、立柱、齒輪箱、升降機(jī)構(gòu)、取芯頭等組成。（1）底座：由底座平臺(tái)、定位銷、行走輪組成。平臺(tái)是整個(gè)儀器的支撐基礎(chǔ)；定位銷供操作時(shí)儀器定位用；行走輪供換點(diǎn)取芯時(shí)儀器近距離移動(dòng)用，當(dāng)定位時(shí)四只輪子可扳起離開地表。（2）立柱：由立柱與立柱套組成，裝在底座平臺(tái)上，作為升降機(jī)構(gòu)、取芯機(jī)構(gòu)、動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架。（3）升降機(jī)構(gòu)：由升降手輪、鎖緊手柄組成，供調(diào)整取芯機(jī)構(gòu)高低用。松開鎖緊手柄，轉(zhuǎn)動(dòng)升降手輪，取芯機(jī)構(gòu)即可升降，到所需位置時(shí)擰緊手柄定位。（4）取芯機(jī)構(gòu)：由取芯頭、升降軸組成，取芯頭為金屬圓筒，下口對(duì)稱焊接兩個(gè)合金鋼切削刀頭，

13、上端面焊有平蓋，其上焊螺母，靠螺旋接于升降軸上。取芯頭為可換式，有三種規(guī)格，即50mmX50mm、70mmX70mm、100mmX100mm，另配有相應(yīng)的取芯套筒、扳手、鉛盒等。（5）動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要由直流電機(jī)、調(diào)速器、齒輪箱組成。另配電瓶和充電器。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，通過齒輪箱的齒輪將動(dòng)力傳給取芯機(jī)構(gòu)，升降軸旋轉(zhuǎn)，取芯頭進(jìn)入旋切工作狀態(tài)。（6）電動(dòng)取土器主要技術(shù)參數(shù)為：工作電壓DC24V（36Ah）；轉(zhuǎn)速度5070r/min，無級(jí)調(diào)速；整機(jī)質(zhì)量約35kg。電動(dòng)取土器立柱；升降軸；電源輸入；直流電機(jī)；升降手柄；電源指示；鎖緊手柄；升降手輪；取芯頭；立柱套；調(diào)速器；電瓶；行走輪；定位銷；底座平臺(tái)天

14、平：感量0.1g（用于取芯內(nèi)徑小于70mm樣品的稱量），或1.0g（用于取芯頭內(nèi)徑100mm樣品的稱量）。4、其它：鎬、小鐵鍬、修土刀、毛刷、直尺、鋼絲鋸、凡士林、木板及測(cè)定含水量設(shè)備等。三、方法與步驟1、按有關(guān)試驗(yàn)方法對(duì)檢測(cè)試樣用同種材料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，得到最大干密度(pdm)及最佳含水量(w0)。2、用人工取土器測(cè)定粘性土及無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土密度的步驟：(1)擦凈環(huán)刀，稱取環(huán)刀質(zhì)量M2，準(zhǔn)確至0.1g.(2)在試驗(yàn)地點(diǎn)，將面積約30cmX30cm的地面清掃干凈，并將壓實(shí)層鏟表面浮動(dòng)及不平整的部分，達(dá)一定深度，使環(huán)刀打下后，能達(dá)到要求的取土深度，但不得將下層擾動(dòng)。(3)將定向筒齒釘固定于鏟平

15、的地面上，順次將環(huán)刀、環(huán)蓋放入定向筒內(nèi)與地面垂直。(4)將導(dǎo)桿保持垂直狀態(tài)，用取土器落錘將環(huán)刀打入壓實(shí)層中，至環(huán)蓋頂面與定向筒上口齊平為止。(5)去掉擊實(shí)錘和定向筒，用鎬將環(huán)刀試樣挖出。(6)輕輕取下環(huán)蓋，用修土刀自邊至中削去環(huán)刀兩端余土，用直尺檢測(cè)直至修平為止。(7)擦凈環(huán)刀壁，用天平稱取出環(huán)刀及試樣合計(jì)質(zhì)量M1,準(zhǔn)確至0.1g.(8)自環(huán)刀中取出試樣，取具有代表性的試樣，測(cè)定其含水量(w)。3、用人工取土器測(cè)定砂性土或砂層密度時(shí)的步驟：(1)如為濕潤(rùn)的砂土，試驗(yàn)時(shí)不需要使用擊實(shí)錘和定向筒。在鏟平的地面上，細(xì)心挖出一個(gè)直徑較環(huán)刀外徑略大的砂土柱，將環(huán)刀刃口向下，平置于砂土柱上，用兩手平穩(wěn)地將

16、環(huán)刀垂直壓下，直至砂土柱突出環(huán)刀上端約2cm時(shí)為止。(2)削掉環(huán)刀口上的多余砂土，并用直尺刮平。(3)在環(huán)刀口上蓋一塊平滑的木板，一手按住木板，另一手用小鐵鍬將試樣從環(huán)刀底部切斷，然后將裝滿試樣的環(huán)刀反轉(zhuǎn)過來，削去環(huán)刀刃口上的多余砂土，并用直尺刮平。(4)擦凈環(huán)外壁，稱環(huán)刀與試樣合計(jì)質(zhì)量(M1)，準(zhǔn)確至0.1g。(5)自環(huán)刀中取具有代表性的試樣測(cè)定其含水量。(6)干燥的砂土不能挖成砂土柱時(shí)，可直接將環(huán)刀壓入或打入土中。4、用電動(dòng)取土器測(cè)定無機(jī)結(jié)合料細(xì)土和硬塑土密度的步驟：(1)裝上所需規(guī)格的取芯頭。在施工現(xiàn)場(chǎng)取芯前，選擇一塊平整的路段，將四只行走輪打起，四根定位銷釘采用人工加壓的方法，壓入路基土層中。松開鎖緊手柄，旋動(dòng)升降手輪，使取芯頭剛好與土層接觸，鎖緊手柄。(2)將電瓶與調(diào)速器接通，調(diào)速的輸出端接入取芯機(jī)電源插口。指示燈亮，顯示電路已通；啟動(dòng)開關(guān)，電動(dòng)機(jī)工作，帶動(dòng)取芯機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)土層含水量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，操作升降手柄，上提取芯機(jī)構(gòu)，停機(jī)，移開機(jī)器。由于取芯頭圓筒外表有幾條螺旋狀突