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1、山东大学环境科学与工程学院环境生态学实验指导实验一、土壤比重、容重和总孔隙度的测定一：土壤比重的测定（比重瓶法）实验原理：土壤是由固相、液相和气相组成的一种三相结构，要测定土壤的比重，必须将土壤中 的液相部分的重量减去，将土壤中气相的体积减去，才能准确地测得土壤比重。将已知重 量的土样放入液体中，排尽空气，求出由土壤代换出的液体的体积。以烘干土重（105C） 除以体积，即得土壤比重。实验仪器：比重瓶（容积50ml，图11）；有盖称皿（直径40皿，高25皿）；天平（感量0.01g, 称量200g）；分析天平；温度计（050C，精度0.5C）；电炉、砂浴或电热板；真空抽气 设备；滴管、小漏斗、毛刷
2、、水或非极性液体（苯、甲苯、二甲苯、汽油或煤油等任选其 一）等。实验步骤：取通过1mm孔筛的风干土样约10*g,通过小漏斗装入已知重量（Wb）的比重瓶（注1）, 称得瓶加风干土合重（Wbs,），精确到0.01g。同时称取5g左右土样，按以下步骤测定风干 土样的吸湿水含量（W）。取有盖称皿（直径40皿，高25皿）烘干，冷却后在分析天平上称至恒重（W1），用角 勺将风干拌匀，舀取4-5g均匀地平铺于称皿中，称重（W2），将启开盖子的称皿放在105C 的恒温干燥箱中烘6小时左右，称皿盖放在称皿的旁侧或倾斜放在称皿上。盖上盖子，置 称皿于干燥器中20-30分钟，使冷却至室稳，称重。开启称皿盖，再烘2小
3、时，干燥器中冷 却20-30分钟，称至恒重（W3）（前后两次称重误差不大于0.003g）。按下式计算吸湿水。吸湿水，% （烘干基）=100X（W2-W3） /（w3-w1）沿比重瓶壁慢慢注入水（注2）,水和土的体积约占比重瓶的1/3-1/2为宜。缓慢摇动比 重瓶，使土粒充分浸润。将比重瓶放在电热板或砂浴上煮沸1小时（从沸腾时算起）（注3）。 煮沸过程中应不断摇动比重瓶，使较彻底的排除土粒及水中的空气（注4）。煮沸完毕，用冷 却的无气水沿瓶壁徐徐加入比重瓶至瓶颈，用手指轻轻敲打瓶壁，使残留土中的空气逸尽， 粘附在瓶壁的土粒沉入瓶底（若液面漂浮有泡沫，可用细铅丝略为搅动浮沫，使悬浮在液 面的细土粒
4、或细根旋入液中），静置冷却，澄清后测量瓶内水温（T1）o加水至瓶口，塞上 毛细管孔塞子（注5）,瓶中多余的水即从毛细管孔中溢出，速用干毛巾擦去毛细管塞子顶端 溢出的水珠及瓶外壁的水渍（注6）,立即称取T1时的瓶、水、土合重（Wbwsi）o将比重瓶中土液倒出，洗净比重瓶，注满冷却的无气水，测量瓶内水温（T2）o加水至 瓶口，塞上毛细管塞，擦干瓶外壁，称取T2时的瓶、水合重（Wbw2）o若每只比重瓶事先都 经过校正，在测定时便可省去此步骤，例如用7号比重瓶测定时从校正曲线上可直接查得 T1时的瓶、水合重（Wbw1）o测定的土壤含水溶盐或较多的活性胶体时，土样应先在105C烘干，并用非极性液体代 替
5、水，用真空抽气法驱逐土样及液体中的空气。抽气过程要保持接近1个大气压的负压， 经常摇动比重瓶，直至无气泡溢出为止，其余步骤同上。实验结果计算：土壤比重（ds） =E bwisbws iw 0式中Ws烘干土样重（g）；WbwiTi时瓶、水合重（g）；WbwsiTi时瓶、水、土合重（g）；dwiTi时水的密度（g/cm3）；dwo4C时水的密度（g/cm3）o式中的烘干土重（Ws）,可由测定时称得的瓶、风干土合重 此,）及风干土吸湿水含量 求得Ws= （W ， W ） 一 bs b 100 + W式中W一土样吸湿水含量（%）o如果T=T，则Wbw = Wbw, Wbw不需校正。然而在多数情况下T尹
6、T，因此，必须 I 22I2i 2将t2时的瓶、水合重（Wbw2）校正至Ti时的瓶、水合重（Wbwi）o由表iI可查出Ti和T2时水的密度，将两者的差数乘以比重瓶的体积（Vb）即得由二换算到Ti时比重瓶中水重的校正数（注7）。比重瓶体积由下式求得:VbW - Wbw 2bdw2式中dw2T2时水的密度（g/cm3）。校正至T1时的瓶、水合重（Wbw1）可由下式求得:Wbwi=Wbw2 + (dw1-dw2) *Vb表11不同温度下水的密度（g/cm3）温度（C）密度温度（0密度温度（0密度0.01.50.999920.50.998130.50.99552.0 6.51.000021.00.99
7、8031.00.99547.08.00.999921.50.997931.50.99528.59.50.999822.00.997832.00.995110.010.50.999722.50.997732.50.994911.011.50.999623.00.997633.00.994712.012.50.999523.50.997433.50.994613.00.999424.00.997334.00.994413.514.00.999324.50.997234.50.994214.50.999225.00.997135.00.994115.00.999125.50.996935.50.99
8、3915.516.00.999026.00.996836.00.993716.50.998926.50.996736.50.993517.00.998827.00.996537.00.993417.50.998727.50.996437.50.993218.00.998628.00.996338.00.993018.50.998528.50.996138.50.992819.00.998429.00.996039.00.992619.50.998329.50.995839.50.992420.00.998230.00.995740.00.9922在用非极性液体测定而不知其密度时，可用此液体注满
9、比重瓶称重，并测量液体温度， 以液体重量除以比重瓶容积，便可算得此液体在该温度下的密度。用非极性液体测定土壤比重时，dt-dw 0土壤比重(ds)=、W + W - Wb 1sb式中 w bk 和该液体合重（g）W“ 、液体、土合重bksd k该液体的密度（g/cm3）本试验须进行两次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示。两次平行测定结果 允许差为0.02。附：比重瓶及水重（Wbw2）的校正不同温度下水（液体）的密度各不相同，若备有恒温水槽，可事先对每个比重瓶在不 同温度下的瓶、水（液体）合重进行称重，绘成校正曲线（例如图12），以备查阅，这样 可减少测定步骤并使计算简化。校正工作每年至少
10、进行一次。校正工作所需要仪器除测定比重时所用者之外，尚需灵敏度1 C的恒温水槽一个及感 量0.001g，称量100g天平一台。此项工作应在当地最低室温时进行。将经煮沸并冷却至室温的纯水注入比重瓶中，测量瓶中水温。滴加水至瓶口，塞上毛 细管瓶塞，多余的水便自毛细管孔中溢出。迅速擦去瓶塞顶端的水珠及瓶外壁的水渍，称 量该温度下的瓶、水合重。打开瓶塞，复注水至瓶口置瓶于恒温水槽中，调节水温使高于室温5C。待瓶中水温 稳定后，测定瓶中水温，塞好瓶塞，从水槽中取出比重瓶，迅速擦去瓶塞顶端及瓶外壁的 水渍，称取在该温度下的瓶、水合重。然后再按每提高5C间隔调节温度，称取各该温度下的瓶和水合重，直至达到本地
11、区最 高气温为止。将测定结果列表（例如表12），在坐标纸上绘制温度与瓶水合重的校正曲线（例如图 22）。如用非极性液体测定时，所用液体须经真空除气。表12 不同温度下瓶水合重（g）瓶号温度（0瓶水合重（g）710.081.05215.581.01220.080.97725.080.93130.580.86035.080.775注释：（1）也可以用50ml容量瓶代替比重瓶。（2）对于含活性胶体较多的土壤或含水溶盐0.5%的土壤，均不宜用加水煮沸的方法，因 胶体周围的粘滞水的密度及盐分溶于水的溶液密度均大于1，将使测定结果偏高。这类土壤 应用烘干样品测定，改用非极性液体（如苯、甲苯、二甲苯、汽油、
12、煤油等）代替水，用 真空抽气法排除空气。（3）煮沸时的温度不可过高，否则砂质土易崩溅出来，有机质多的土液亦易漫出瓶口，故 温度应控制至刚使页面保持微微翻动为度。（4）也可将比重瓶至于接近一个大气压的负压下保持1小时。（5）如系容量瓶则加水至标线。（6）在拿取比重瓶时应戴手套，用手指捏住瓶颈，勿使影响瓶内水温（7）由温度变化引起的比重瓶涨缩可忽略不计二、土壤容重的测定（环刀法）实验原理：土壤容重是指在自然结构状况下，单位体积土壤的重量，通常以立方厘米多少克来表 示。土壤容重与基质的组成和土壤空隙度有密切关系，一般讲土壤容重小，说明土壤比较 疏松。孔隙多，结构性好；反之，土壤容重愈大，表明土壤结实
13、。结构性差，孔隙少。环 刀法是测定容重的方法之一。它是利用一定体积的环刀切割自然状态土壤，使土充满其中， 然后称量计算。测定土壤容重的方法有环刀法、蜡封法、水银排出法、填砂法、Y 一射线 法等。蜡封法和水银排出法主要测定一些呈不规则形状的粘性土块或坚硬易碎土壤的容重。 填砂法比较复杂又费时，除非是石质土壤，一般大量测定都不采用此法。Y一射线法需要 特殊仪器和防护设施，不易广泛应用。因此我们介绍的是常用的环刀法，此法操作简便， 结果比较准确，能反映田间实际情况。实验方法：利用一定容积的环刀切割未搅动的自然状态的土样，使土样充满其中，称量后计算单 位体积的烘干土重量。本法适用于一般土壤，对坚硬和易
14、碎的土壤不适用。底盖图13环刀（左）及采样（右）示意图实验仪器：环刀：用无缝钢管制成，一端有刀刃，便于压入土中。环刀容积一般为100。皿；刃口 一端的内径为5.04cm，无刃口一端的内径比刃口一端略大1mm（注1）；高为5.01cm（图13）。钢制环刀托 上有两个小孔，在环刀采样时空气由此排出。削土小刀（刀口要平直）；小铁铲；木棰。天平感量0.1g。实验步骤：采样前，事先在各环刀的内壁均匀地涂上一层薄薄的凡士林，逐个称取环刀重量（G）， 称准至0.1g。选择好土壤剖面后，按土壤剖面层次，自上至下用环刀在每层的中部采样。 先用铁铲刨平采样层的土面，将环刀托套在环刀无刃口的一端，环刀刃口朝下，用力均衡 的压环刀托把，将环刀垂直压入土中。如土壤较硬，环刀不易插入土中时，可用木棰轻轻 敲打环刀托把，待整个环刀全部压入土中，且地面即将触及环刀托的顶部（可由环刀托盖 上之小孔窥见）时，停止下压。用铁铲把环刀周围土壤挖去，在环刀下方切断，并使其下 方留有一些多余的土壤，取出环刀，使它翻转过来，刃口朝上，用削土刀迅速刮去黏附在 环刀壁上的土壤，然后在刃口一端从边缘向中部用削土刀削平土面，使之适于刃口齐平。 盖上环刀底盖，再次翻转环刀，使已盖上底盖的刃口端朝下，取下环刀托，同样削平无刃 口端的土面并盖好顶端（注2）。在环刀采样的相近
