用激光粒度仪与吸管法对土壤粒径的测试对比和转化

    土壤质地是土壤基本的物理性质之一，它能表明不同的土壤的粒径分布和粒径组分比例。目前，有多种通过物理方法对土壤粒径进行测试，其中的吸管法是根据不同大小粒子的沉降速度来测粒径，是目前认为的标准方法。随着科技的发展，激光散射等光学测试法也逐渐被用于土壤粒径的测试。但不用的物理方式（此文基于激光散射）测得的结果与传统的沉降法的结果不是1:1的关系，这导致很多研究者不愿意接受激光散射技术。随着多线性回归模型的发展，使得传统沉降法的结果可以与激光散射法之间进行转化，需要注意激光散射与传统吸管法的转化影响因素很多，目前处于研究阶段而没有一个统一的标准，一方面是不同的样品制备过程和不同仪器和设置，另一方面，国家之间不同的标准。我们尝试这按国内的方法将传统法与激光散射进行了对比，并通过统计学进行评估。

    国内外在这方面的研究都显示，激光散射法与吸管法的结果存在不一致。因此我们对河床深度在15-20cn和40-45cm的河床土壤132个样本用激光散射法进行了分析，再将结果与吸管法对比。并应用线性函数、指数函数、幂函数、多项式推导回归关系，并对回归系数（R2）较高的函数进行了进一步的研究。

    选用的测试方法要满足所选土壤范围，如果土壤粒径分布的范围超过仪器，就先得通过筛分，采集的时候也要有意思采样，特殊的粒径组分比例的分析可以采用特殊的方法（砂粒通过筛分，粘粒通过沉降法或光学法）。

    采集了河床111个点，每个点取深度15-20cm和40-45cm2个样，一共222个样品。所有样品经过沉淀法测试粒径，粒径分成5个粒径组分。粒径组分的分类如下：

 

    取132个中等细度土壤进行散射分析。分析前进行干燥，大块被压碎，过2mm的筛，通过4分法得到同质的样品。10g加入到10ml的0.05M的偏磷酸钠中，得到浓的土壤悬浊液，分散24h，分析前超声5min，然后立即进行分析。

    充分分散，合适的浓度对分析非常重要，仪器分散器分干式和湿式，干式适合细小的、易流动的、与水反应的颗粒，需要的的样品量比湿式多，这就增加了样品的制备。大多数样品采用湿法，比如粘性的样品或者干燥时结块的样品，细颗粒小于10um容易结块不易分散的。激光粒度仪Analysette 22模块化的设计和测量池可移动盒式设计使得在干法和湿法测试能在短时间转化。在本次测试中，湿式单元包含400ml容器并连通自来水，进样器、泵、混匀器、超声单元。超声功率36kHz，有0-10档，测试范围：0.08-2000um，108个检测通道，2束半导体激光，反傅里叶透镜设置，数据通过连接主机的电脑处理，可移动测量池。两束激光都可以通过自动横向移动完成激光束对准。大颗粒用红光，小颗粒用绿光。一束光照在悬浮的粒子上，产生一个颜色衍射环，通过检测器识别，通过软件计算颗粒大小。仪器通过软件控制，粒径组成结果通过累积曲线、组成直方图、图表的形式直接显示。因为数据存在软件上，可以方便的修改分析条件进行重复计算。

    通过激光散射和吸管法分析了粒径组分对比，并利用回归函数模拟，计算了R2值。在土层中，显示<0.001mm的组分的值小于吸管，而0.05-0.01和0.25-0.05的组分大于吸管法。通过R2的比较，在世界范围内，有研究者也通过其他的激光散射仪器，不同的样品制备和不同的土壤组分分类方法，所以本文的结果不能与其他研究者的表述进行对比。

 

以下是两种不同激光粒度仪的线性拟合（15-20cm）

 

 以下是两种不同激光粒度仪的线性拟合（40-45cm）

 并通过拟合的回归曲线进行了理论数值的计算，然后将值与吸管法的进行了对比。

 

拟合曲线的理论值与吸管法值进行对比（15-20cm）

 

 拟合曲线的理论值与吸管法值进行对比（40-45cm）

 

    发现符合的是多项式回归模拟。从结果来看，< 0.01mm的黏土的多项式回归函数模拟得到了一个比较可信的值（R2），例如在15-20cm深度的土壤是0.72-0.95，在40-45深度的土壤是0.90-0.96。由于粘粒是土壤类型的重要指标，在利用激光散射分析时，我们使用土壤科学的模拟推导关系进行分析。激光散射分析耗时短、用量少、适用多粒径组分、各种土壤类型和广的测试范围，所以有必要在此领域做一个深度的研究，以强调土壤科学研究的急需性，并用的激光散射方法代替传统的吸管法。