激光粒度儀與沉淀法對土壤粒徑的測試對比和轉(zhuǎn)化

土壤質(zhì)地是土壤zui基本的物理性質(zhì)之一，它能表明不同的土壤的粒徑分布和粒徑組分比例。目前，有多種通過物理方法對土壤粒徑進(jìn)行測試，其中的吸管法是根據(jù)不同大小粒子的沉降速度來測粒徑，是目前認(rèn)為的標(biāo)準(zhǔn)方法。隨著科技的發(fā)展，激光散射等光學(xué)測試法也逐漸被用于土壤粒徑的測試。但不用的物理方式（此文基于激光散射）測得的結(jié)果與傳統(tǒng)的沉降法的結(jié)果不是1:1的關(guān)系，這導(dǎo)致很多研究者不愿意接受激光散射技術(shù)。隨著多線性回歸模型的發(fā)展，使得傳統(tǒng)沉降法的結(jié)果可以與激光散射法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，需要注意激光散射與傳統(tǒng)吸管法的轉(zhuǎn)化影響因素很多，目前處于研究階段而沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一方面是不同的樣品制備過程和不同儀器和設(shè)置，另一方面，國家之間不同的標(biāo)準(zhǔn)。我們嘗試這按國內(nèi)的方法將傳統(tǒng)法與激光散射進(jìn)行了對比，并通過統(tǒng)計學(xué)進(jìn)行評估。

國內(nèi)外在這方面的研究都顯示，激光散射法與吸管法的結(jié)果存在不一致。因此我們對河床深度在15-20cn和40-45cm的河床土壤132個樣本用激光散射法進(jìn)行了分析，再將結(jié)果與吸管法對比。并應(yīng)用線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項(xiàng)式推導(dǎo)回歸關(guān)系，并對回歸系數(shù)（R2）較高的函數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。

選用的測試方法要滿足所選土壤范圍，如果土壤粒徑分布的范圍超過儀器，就先得通過篩分，采集的時候也要有意思采樣，特殊的粒徑組分比例的分析可以采用特殊的方法（砂粒通過篩分，粘粒通過沉降法或光學(xué)法）。

采集了河床111個點(diǎn)，每個點(diǎn)取深度15-20cm和40-45cm2個樣，一共222個樣品。所有樣品經(jīng)過沉淀法測試粒徑，粒徑分成5個粒徑組分。粒徑組分的分類如下：

取132個中等細(xì)度土壤進(jìn)行散射分析。分析前進(jìn)行干燥，大塊被壓碎，過2mm的篩，通過4分法得到同質(zhì)的樣品。10g加入到10ml的0.05M的偏磷酸鈉中，得到濃的土壤懸濁液，分散24h，分析前超聲5min，然后立即進(jìn)行分析。

充分分散，合適的濃度對分析非常重要，儀器分散器分干式和濕式，干式適合細(xì)小的、易流動的、與水反應(yīng)的顆粒，需要的的樣品量比濕式多，這就增加了樣品的制備。大多數(shù)樣品采用濕法，比如粘性的樣品或者干燥時結(jié)塊的樣品，細(xì)顆粒小于10um容易結(jié)塊不易分散的。激光粒度儀Analysette 22模塊化的設(shè)計和測量池可移動盒式設(shè)計使得在干法和濕法測試能在短時間轉(zhuǎn)化。在本次測試中，濕式單元包含400ml容器并連通自來水，進(jìn)樣器、泵、混勻器、超聲單元。超聲功率36kHz，有0-10檔，測試范圍：0.08-2000um，108個檢測通道，2束半導(dǎo)體激光，反傅里葉透鏡設(shè)置，數(shù)據(jù)通過連接主機(jī)的電腦處理，可移動測量池。兩束激光都可以通過自動橫向移動完成激光束對準(zhǔn)。大顆粒用紅光，小顆粒用綠光。一束光照在懸浮的粒子上，產(chǎn)生一個顏色衍射環(huán)，通過檢測器識別，通過軟件計算顆粒大小。儀器通過軟件控制，粒徑組成結(jié)果通過累積曲線、組成直方圖、圖表的形式直接顯示。因?yàn)閿?shù)據(jù)存在軟件上，可以方便的修改分析條件進(jìn)行重復(fù)計算。

通過激光散射和吸管法分析了粒徑組分對比，并利用回歸函數(shù)模擬，計算了R2值。在土層中，顯示<0.001mm的組分的值小于吸管，而0.05-0.01和0.25-0.05的組分大于吸管法。通過R2的比較，在世界范圍內(nèi)，有研究者也通過其他的激光散射儀器，不同的樣品制備和不同的土壤組分分類方法，所以本文的結(jié)果不能與其他研究者的表述進(jìn)行對比。

以下是兩種不同激光粒度儀的線性擬合（15-20cm）

以下是兩種不同激光粒度儀的線性擬合（40-45cm）

并通過擬合的回歸曲線進(jìn)行了理論數(shù)值的計算，然后將值與吸管法的進(jìn)行了對比。

擬合曲線的理論值與吸管法值進(jìn)行對比（15-20cm）

擬合曲線的理論值與吸管法值進(jìn)行對比（40-45cm）

發(fā)現(xiàn)zui符合的是多項(xiàng)式回歸模擬。從結(jié)果來看，< 0.01mm的黏土的多項(xiàng)式回歸函數(shù)模擬得到了一個比較可信的值（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。由于粘粒是土壤類型的重要指標(biāo)，在利用激光散射分析時，我們使用土壤科學(xué)的模擬推導(dǎo)關(guān)系進(jìn)行分析。激光散射分析耗時短、用量少、適用多粒徑組分、各種土壤類型和廣的測試范圍，所以有必要在此領(lǐng)域做一個深度的研究，以強(qiáng)調(diào)土壤科學(xué)研究的急需性，并用的激光散射方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的吸管法。