解读测量土壤孔隙率的有效方法

阚霞

摘 要：植物的生长，土壤提供了最基本的条件，土壤的孔隙率与植物生长息息相关。经验计算法、水银压入法以及图像处理法是目前土壤孔隙率测量的常用方法，随着不断对于土壤检测的探索，石蜡在土壤检测中的作用被开发了出来，由于石蜡具有廉价无污染的特性，加上其不具有极性的性质，从而可以通过进行相对简单的室内实验来完成对于土壤孔隙率的测量，很好的弥补了前几种测量方法的局限性。而且由于石蜡测量法的成本较低，对于测量设备也没有什么特殊的要求，所以具有很强的实用性。

关键词：土壤孔隙率;测量;有效方法

我国对于土壤微观结构的探索和研究已经有很长的历史，在土壤研究的过程中土壤孔隙的情况是土壤非常重要的一种特性，受到了研究人员的不断关注。通过对土壤孔隙的情况进行分析，可以更好的了解土壤质地，从而为对土类工程的开展有着重要的意义。另外，在农业方面，通过对土壤孔隙率进行测量和分析，可以更好的把握土壤中各种植物生长所需的营养元素的迁移情况，也可以对作物根系生长的情况作出合理的预测，提升土壤结构，促进农业的发展。

一、 测量土壤孔隙率的现有方法

1.经验计算方法

目前，经验计算法是我国很多实验室都广泛应用的一种土壤孔隙率测量方法，其测量计算公式为：

Φ=VV/VT=[mp/ρb]/[1/ρw]=[Wcms/ρw]ρb

mp+ms=1;Wc=mp/ms.

在公式中，Φ代表的是土壤的孔隙率，VV代表的是单位质量的土壤中所包含的孔隙体积，计量单位为cm3。而VT代表的是单位质量的土壤的总体积，计量单位同为cm3。在单位质量的土壤加热去除水的总质量记作mp，干土壤的质量记作ms，计量单位都设定为g。另外ρw为孔隙水的密度，ρb为土壤的总体密度。

通过计算方法我们不难发现，这种土壤孔隙率测量方法虽然可以在一定程度上对土壤孔隙率进行计算，同时需要的测量设备也较为简单。但是由于实际测量的过程中，并没有计算土壤中水的体积，随着对土壤加热将水去除的过程中，水的体积也将消失，会在一定程度上使测量值高于实际的土壤孔隙率。

2.水银压入法

水银压入法的原理在于水银对于固体的无法形成润湿效果，从而通过外部施加压力的方法来让水银进入土壤的孔隙中。在施压的过程中，土壤孔径越小，所需要的压力就越大，可以用 d =4σcos θ/p来表现施加压力大小与孔隙半径之间的关系。进而可以通过实际对水银施加的压力来计算出土壤中孔隙的体积，同时也可以形成土壤孔隙体积与孔径大小之间的关系曲线。但是由于水银压入法需要通过外部施压的方式进行，所以对于一些土质本身比较松软的土壤会使土壤被压散，所以并不适用。而且测量过程中需要的测试仪器和水银价格较高，所以测量的成本较大，并不是适用于大部分情况。在使用水银压入法的过程中有一点需要注意的是由于水银属于本身是具有毒性的，所以在使用、清理和保管过程中一定要小心，防治发生对人员的伤害和对环境的污染。

3.图像处理法

另一种测量土壤孔隙率的常用方法就是图像处理法，通过制作土壤切片并通过数字图像技术进行处理，从而对土壤结构进行较为细致的分析，以获取相关参数，确定土壤孔隙率情况。相对于经验计算法和水银压入法，图像处理法具有更强的直观性和相对更高的准确性，目前常用的三维图像技术非别是CT、CAT，虽然图像处理法拥有很高的精确度，但是由于设备和测量费用的关系，所以大部分使用图像处理法的单位都是条件较好的机构，难以普遍使用。

二、 石蠟测量法的优势

石蜡测量法的理论根据是借由液体石蜡不具有极性的特点，通过石蜡与土壤接触的过程中体积并不会变化，也不会产生吸附和浸润等作用，从而更好的进行土壤孔隙率的测量。液体石蜡价格及其低廉，而且对人、环境的危害非常小，因此具有很大的实用价值。注意的是，在针对不同孔径的土壤时需有针对性设计方案、计算。

三、 石蜡测试法的测试方法

1.小孔径土壤

首先需要取得要测量土的土样，对土壤的湿质量进行测量，并记录为m1。之后用细线将土样浸没在盛有体积为V1液体石蜡的量杯之中，在土样静止之后测量并记录此时的体积V2，由此可以计算出土样的体积V=V2-V1。取出土样之后，需要将土样细致的碾碎，并全部置放于同一个量杯之中，通过充分将土样搅拌成颗粒状，静置一段时间，并测量此时的体积V3，从而可以通过计算得出土样中的空气体积V空=V2-V3，土颗粒与土样中所含水的体积之和即为V 土+水 =V -V 空 =V 3 -V 1 。之后通过滤纸将杯中的混合物进行过滤，用酒精灯加热法或者液体石蜡燃烧去处掉土样中残留的水分，冷却至室温之后可以称量土颗粒质量，并记录为m2，从而可以计算出土样中所含水的质量m水=m1-m2。通过实验数据可以进一步进行计算：

水的体积V水=m水/ρ水 =（m 1 -m 2 ）/ρ水

土颗粒体积V土= V土+水 -V水 =（V3 -V1 ）-V水

土样中孔隙体积是其中空气的体积与自由水体积的总和，既V孔=V 空 +V 水，于是孔隙率计算公式为：

n=V孔/V*100%=[V2-V3+m1-m2/ρ水]/[V2-V1]*100%

在计算时水的密度取 1 .0 g/cm。

2.大孔径土壤

在对大孔径土壤进行测量时，首先称量出土样湿质量m1，通过细线系于浮称天平的一端，缓慢将其浸没在盛有一定体积液体石蜡的量杯之中，从而称量出此时的重量m3。这样可以根据已知的石蜡密度 ρ 腊来通过V =（m 1 -m 3 ）/ρ腊的公式来计算出大孔径土样的体积。之后可以用于小孔径土样的试验过程相同的步骤进行，在计算的时候只需要将公式中的土样总体积V替换成V =（m 1 -m 3 ）/ρ腊即可。

四、结语

随着我国社会的不断进步和科学的不断发展，对于土壤孔隙率的检测方法越来越多，并且获得的数据也越来越准确，在我国的农业发展过程中发挥着十分重要的作用，虽然目前我国的土壤孔隙率测量还存在着一定的问题，但是相信随着我国科研人员对于测量的不断研究和创新，一定会研发出更完善的测量方法，从而更好的把握土壤中各种植物生长所需的营养元素的迁移情况，对作物根系生长的情况作出合理的预测。

参考文献：

[1] 李德成， VeldeB， DelerueJF， 等. 孔隙结构图像分析中不同试验因素对分析结果的影响[ J] . 土壤学报， 2002， 39（ 1） ： 52-57.

[2] 刘艳华， 张和生， 马娟娟.利用遥感图像处理软件（ERDAS IM AG-INE）对土壤孔隙率进行测定分析[ J] .太原理工大学学报， 2006， 36（1）：55-58.