土壤基质中含有不同数量的各级土粒，完善的表达方式是用粒径分布曲线，曲线的横坐标为粒径d(mm)，一般用对数坐标。纵坐标为单位质量土样小于某一粒级 土粒含量的累积百分数,现以粘土、粉砂壤土和砂壤土为例，如图1。
1、方法选择的依据
粒径分析目前最为常用的方法为吸管法和比重计法。吸管法操作繁琐,但较精确;比重计法操作较简单,适于大批测定,但精度略差，计算也较麻烦。
近来也有利用离心或其他方法进行土粒粒径分析的,并有不少这类仪器附有计算机等先进设备,但使用范围并不广泛。
2、分析原理
无论是吸管法还是比重计法,土粒的粒径分析大致分为分散、筛分和沉降3个步骤。
2.1土粒的分散
田间或自然土壤，除风砂土和碱土外,绝大部分或全部都是相互团聚成粒径不同的团粒，微团粒是粘粒直接凝聚而成，粗团粒则主要由腐殖质和某些情况下土壤的石灰物质、游离铁的作用胶结而成。在中性土壤中主要是交换性Ca2+起作用，在酸性土壤中还有交换性AI3+的作用，土壤溶液中盐类溶质浓度高也促进粘粒团聚。因此传统的分散处理包括用H2O2——HCI处理和添加含Na+的化合物作为分散剂。H2O2的作用是为了破坏有机质,稀HCI的作用是为了溶解游离的CaCO3和其他胶结剂,并用H+代换有凝聚作用的Ca2+、AI3+等离子和淋洗土壤溶液中的溶质。交换性H+也有凝聚作用，必须用分散粘粒的Na+代换之，所用Na+的数量不能过多超过土壤的交换量。
凡此种种,不仅手续繁杂费时，且在稀HCI淋洗中，也可能淋出一部分 粘粒的组分,如无定形的二三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCI淋洗液进行化学分析测定。更重要的是腐殖质和碳酸盐也是土壤固相的一部分,若去除它们则与田间情况不一致。因此近来常对供分析的土样直接投人可固定Ca2+、Al3+离子的Na盐，通常是酸性土壤加氢氧化钠,中性土壤加草酸钠，碱性土壤加六偏磷酸钠。然后用各种机械的方法进行搅拌,使其分散完全。常用的方法是煮沸法。也有用震荡法或高于大气压的气流激荡的方法。由于土样的分散处理尚无统一规定，因此分析报告中必须说明。
2.2粗土粒的筛分
粒径大于0.6mm的粗土粒，用孔径粗细不同的筛相继筛分经分散处理的土样悬液，可得到不同粒径的土粒数量。根据标准筛的情况，筛孔＞0.6mm允许5%的筛孔偏离规定值，筛孔孔径在0.6 mm~0.125 mm之间为7.5%，筛孔孔径＜0.125 mm则可高达10%。所以，常规粒径分析应该只对＞0.25 mm的土粒进行筛分，但由于＞0.1 mm的土壤颗粒在水中沉降速度太快，用吸管吸取悬液常常得不到较好的结果，因此筛分范围可放宽到0.1mm,即对＞0.1 mm的土粒进行筛分。
2.3细土粒的沉降分离
1.吸管法沉降分离原理
无法筛分的细土粒(＜0.1 mm)依据司笃克斯(G. G. Stokes)定律，按土粒在水中沉降的快慢区分不同粒径的土粒。颗粒在真空中沉降不受任何阻力，只是受重力作用而呈现自由落体运动。在水中沉降除重力作用外还受与重力作用方向相反的摩擦力作用,G.G.Stokes(1851)指出,摩擦力Fr应等于:
Fr=6π7rv (1)
式中:η——水的粘滞度(g/cm●s);r——颗粒半径(cm);v——颗粒沉降速度(cm/s)。
颗粒开始沉降，沉降速度随时间增大,摩擦力Fr也随之增加，当颗粒所受摩擦力与所受重力在数量上相等时，这时沉降速度不再增加，颗粒以均速沉降速度沉降，这时的沉降速度称为终端速度。颗粒所受重力Fg可由下式计算:
Fg= ¾πr3(ρs一ρf)g (2)
式中:¾πr3是球体颗粒的体积;ρs为颗粒密度(g/cm3);ρf为流体(水)的密度(g/cm3);g为重力加速度(981 cm/s2)。当Fr=Fg时可得:
vt= d2(ρs一ρf)g / 1800η (3)
上式中，vt为终端速度;d为颗粒直径(mm)。假定沉降速度几乎在终端过程一开始就立即达到，则可计算一定直径颗粒沉降到深度L(cam)所需时间(s):
t= 1800Lη / d2(ρs一ρf)g (4)
利用沉降法进行粒径分析，应注意以下几点假设:
(1)颗粒是坚固的球体且表面光滑;
(2)所有颗粒密度相同;
(3)颗粒直径应大到不受流体(水)布朗运动的影响;
(4)供沉降分析的悬液必须稀释到颗粒沉降互不干扰，即每一个颗粒的沉降都不受相邻颗粒的影响;
(5)环绕颗粒的流体(水)保持层流运动,没有颗粒的过快沉降引起流体的紊流运动。以上几点,除(3),(4)可以大致满足外,(5)很难完全保证,(1),(2)两条根本无法满足。细土粒不是球形的(大多为扁平状),表面也不光滑,其密度也不相同，只有大多数硅酸盐的密度在2.6~2.7之间,其他重矿物和氧化铁的密度可达到5.0 g/cm3或更高。所以粒径分析只能给出近似的结果。
具体测定各级细土粒的方法，可根据Stokes定律，按公式(4)计算某-粒径 的土粒沉降到深度L(L一般取10cm)所需的时间。在测定前用特制的搅拌棒均匀地搅拌颗粒悬液,在沉降一开始记时，按(4)式计算的沉降时间用移液管在深度L处缓慢吸取一定容量的悬液，烘干称重，由此可计算小于某一相应粒径土粒的累积量。两次测定的累积量相减可得某一粒径范围的土粒量。
2. 比重计法沉降原理
比重计法也是以Stokes定律为依据的,用特制的甲种土壤比重计(鲍氏比重计)于不同时间内,测定h深处(h为变数)土壤悬液的密度,可得小于某粒径土粒的含量:
小于某粒径土粒含量(%)=校正后读数 / 烘干土样重 X 100 (5)
由于比重计浮泡体积中心在悬液中的深度随着悬液密度的不同而变动,所以即使在规定时间进行测定，也不能确定该粒级土粒粒径的大小。比重计法的土粒粒径必须根据比重计测定数据(比重计读数)、测定深度(悬液液面至比重计浮泡体积中心)和测定时间，根据Stokes定律求得。由(4)式,得:
式中:d——土粒直径,mm;
η——水的粘滞系数,g • cm-1 • s-1;
L——土粒沉降深度,cm;
g——重力加速度,g=981 cm • s-2;
ρs——土粒密度,g • cm-3;
ρf——水的密度,g • cm-3;
沉降时间,s。
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