激光衍射法測(cè)定土壤粒徑分布的研究進(jìn)展①

段世航，崔若然，江榮風(fēng)，范明生，袁會(huì)敏

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/植物-土壤相互作用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094)

土壤粒徑組成是土壤一個(gè)穩(wěn)定的自然屬性，土壤顆粒大小、級(jí)配和粒組含量是土體工程分類的重要依據(jù)。土壤顆粒大小與土壤物理、化學(xué)以及生物性質(zhì)密切相關(guān)，所以土壤的粒徑分析是地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等學(xué)科領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容[1]。土壤粒徑分布(particle size distributions，簡(jiǎn)稱PSD)傳統(tǒng)測(cè)定方法分為篩分法和沉降法，后者又分為密度計(jì)法和吸管法，被國(guó)際土壤學(xué)界視為土壤粒徑測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。根據(jù)GB/T50123—1999《土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對(duì)于粒徑大于0.075 mm 且小于60 mm 的粗土，一般采用篩分法；粒徑小于0.075 mm 的黏土采用沉降法[2]。傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法所得的結(jié)果代表性較好、理論性較強(qiáng)，不足之處在于操作繁瑣、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)。近年來，基于光散射、衍射理論的激光衍射(laser diffraction，簡(jiǎn)稱LD)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于土壤粒徑的測(cè)定，激光粒度分析儀測(cè)定土壤PSD 具有測(cè)量范圍廣、適用范圍廣、重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高、測(cè)量時(shí)間快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[3-4]，為快速準(zhǔn)確地測(cè)定大批量樣本提供了手段。因此本文介紹了LD 法測(cè)定土壤PSD 的基本原理和分析方法，綜述了該技術(shù)在測(cè)定土壤PSD 方面的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，重點(diǎn)分析了LD 法測(cè)定土壤PSD 的影響因素，并對(duì)LD 法測(cè)定土壤PSD 的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 激光粒度儀測(cè)量原理

應(yīng)用激光粒度儀對(duì)土壤PSD 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，光束穿過懸浮顆粒流發(fā)生衍射，產(chǎn)生的衍射光通過凸透鏡成像在探測(cè)器上，便能夠獲取不同衍射角的散射光強(qiáng)度。同時(shí)，不發(fā)生衍射的光線，經(jīng)凸透鏡聚焦于探測(cè)器中心，不影響發(fā)生衍射的光線，因此顆粒流經(jīng)過激光束時(shí)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的衍射譜[5]。激光粒度儀通過Mie 模型和Fraunhofer 模型兩種光學(xué)模型來處理土壤PSD 的原始數(shù)據(jù)。Mie 模型最早由Gustav Mie 基于電磁散射理論創(chuàng)立，F(xiàn)raunhofer 模型是Mie 模型的一個(gè)特例[6]。在Mie 散射中的散射光強(qiáng)度由入射光波長(zhǎng)、粒子徑、粒子和介質(zhì)的相對(duì)折射率來確定[3-4,7-9]。其實(shí)光線照射到球形粒子上可產(chǎn)生3 類光，第一類：通過粒子表面，進(jìn)入粒子內(nèi)部，經(jīng)粒子內(nèi)表面的反射光；第二類：通過粒子內(nèi)部的折射光；第三類：在粒子表面的衍射光。但是這些現(xiàn)象與粒子大小無關(guān)，均可以作為散射光處理[4]。顆粒的多少、粒徑的大小決定了散射光各個(gè)特性參數(shù)的變化，通過測(cè)量光強(qiáng)、偏振度、衰減比等激光參數(shù)的空間分布來獲得待測(cè)顆粒的信息[10]。圖1 為激光粒度儀的經(jīng)典光學(xué)結(jié)構(gòu)圖[5]。

圖1 激光粒度儀經(jīng)典光學(xué)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Classic optical structure diagram of laser particle size analyzer

2 激光衍射法在土壤粒徑分布分析中的應(yīng)用

2.1 激光衍射法測(cè)定土壤質(zhì)地的方法流程

目前對(duì)于LD 法測(cè)定土壤PSD 的研究有很多，大多數(shù)研究集中在該方法與傳統(tǒng)方法之間的對(duì)比分析，通過建立兩種方法之間的轉(zhuǎn)換方程，運(yùn)用LD 法確認(rèn)土壤的質(zhì)地類型。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，將LD 法測(cè)定土壤質(zhì)地的方法流程總結(jié)如下：通常取0 ～ 20 cm 耕層土壤，風(fēng)干或烘干后過2 mm 篩備用，根據(jù)使用的儀器類型稱取0.1 ～ 5 g 土壤樣品（一般來說，黏質(zhì)土壤顆粒較小加樣量適當(dāng)減少，砂質(zhì)土壤顆粒較大加樣量適當(dāng)增加），加入H2O2除去有機(jī)質(zhì)，過量的H2O2加熱除去，自然冷卻至室溫，根據(jù)樣品pH 加入不同種類分散劑，靜置2 h 使樣品充分分散，電沙浴煮沸1 h，設(shè)置好儀器參數(shù)后上機(jī)測(cè)定，即可獲得土壤PSD信息。由于LD 法測(cè)定的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，只能判斷出土壤質(zhì)地的大致范圍，因此需要用傳統(tǒng)方法和LD 法同時(shí)進(jìn)行土壤PSD 的測(cè)定，通過線性回歸分析建立二者之間的轉(zhuǎn)換方程，把LD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再進(jìn)行土壤質(zhì)地的劃分[11-12]。

2.2 激光衍射法測(cè)定土壤PSD 的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，LD 技術(shù)已經(jīng)成為一種快速測(cè)定土壤PSD 的方法，顯著提高了工作效率。國(guó)外學(xué)者M(jìn)cCave 等[13]早在1986 年就將LD 法應(yīng)用到土壤PSD 檢測(cè)并將其與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較。許多研究表明，LD 法與傳統(tǒng)方法測(cè)定結(jié)果有差異，存在某種粒級(jí)之間相關(guān)性較差的情況，并且與傳統(tǒng)方法相比，LD 法測(cè)定土壤PSD 時(shí)會(huì)出現(xiàn)低估黏粒、高估粉粒含量的現(xiàn)象[14-18]，這是由于LD 法多采用超聲對(duì)樣品進(jìn)行分散，導(dǎo)致黏粒部分片狀顆粒增多[19]，會(huì)將原本的“黏粒”測(cè)定為“粉?！?。LD 法與傳統(tǒng)方法測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生差異的原因有很多。主要有以下兩方面原因：①兩種方法測(cè)定原理不同。沉降法遵循Stokes定律，據(jù)Stokes 在1851 年的研究結(jié)果指出，球體顆粒在靜水中沉降，其沉降的速率與球體半徑平方呈正比，而與介質(zhì)的黏滯系數(shù)呈反比，因此測(cè)定的是土壤顆粒的當(dāng)量粒徑，反映的是顆粒的沉降速率[1]；并且沉降法所測(cè)的PSD 是各級(jí)土粒質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比。在實(shí)際測(cè)定中，土壤顆粒的密度通常假設(shè)為 2.65 g/cm3，但是不同的土壤密度不同，且不同粒徑的土粒密度也不同。而LD 法依據(jù)光學(xué)原理，反映顆粒的橫截面特征，測(cè)定的PSD 是各級(jí)土粒體積占總體積的百分比，與密度無關(guān)[5,20]；兩種方法測(cè)定的是同一種顆粒的不同特征，因而造成了測(cè)量結(jié)果的不同。②土壤顆粒形狀不同。通常砂粒和粉粒更接近于球體，而有些黏粒是扁平的圓盤狀，這取決于黏粒中所含黏土礦物的類型[21]。非球形顆粒傾向于以垂直于運(yùn)動(dòng)方向的最大橫截面尺寸沉降，導(dǎo)致顆粒的等效直徑減小，沉降時(shí)間增加，因此會(huì)“高估”扁平圓盤狀的黏粒含量[15,22]。此外，LD 法中的超聲分散使黏粒部分單體片狀顆粒增多[19]，非球形顆粒反射的橫截面積大于相同體積的球體，測(cè)量得到的顆粒直徑大于同體積球體的當(dāng)量直徑[23-24]，這會(huì)導(dǎo)致顆粒的等效直徑增加，低估黏粒的含量。

表1 不同研究的轉(zhuǎn)換方程及模型精度Table1 Conversion equations and model accuracies in different literatures

因此，如果直接利用LD 法測(cè)定結(jié)果判斷土壤質(zhì)地，誤差較大，但是LD 法數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換方程轉(zhuǎn)換之后，與傳統(tǒng)法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的誤差明顯降低，對(duì)質(zhì)地判斷的準(zhǔn)確度會(huì)大幅度提高[25-27]。前人得出的方程式差異較大(表1)，普適性有限[14,18,21,28]，在保證傳統(tǒng)測(cè)定方法一致時(shí)，轉(zhuǎn)換方程的差異與儀器型號(hào)、所測(cè)樣品的母質(zhì)及土壤類型有密切的關(guān)系。目前，國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多的激光粒度儀有Mastersizer 2000、Microtrac S3500、Beckman Coulter LS13320、LA960等。激光粒度儀均以激光衍射原理為理論基礎(chǔ)進(jìn)行制造，但是由于制造工藝、儀器參數(shù)和精度等方面的差別，不同儀器對(duì)于同一樣品的測(cè)定結(jié)果仍會(huì)有差異。楊金玲等[28]與吳煥煥等[12]均使用Beckman Coulter LS 13320 激光粒度儀對(duì)紅壤、黑土、水稻土等土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，他們所建立的砂粒、粉粒、黏粒轉(zhuǎn)換方程較為相似。而Vdovi? 等[29]使用3 種型號(hào)儀器（Sedi Graph 5100、Counter TA II、Mastersizer 2000）對(duì)同一批土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，所取得的轉(zhuǎn)換方程明顯不同。王君波等[32]應(yīng)用Beckman Coulter LS 13320 和Mastersizer 2000 兩種激光粒度儀對(duì)同一樣品進(jìn)行PSD 測(cè)定，研究表明Mastersizer 2000 的測(cè)定結(jié)果重現(xiàn)性好，而Beckman Coulter LS13320 對(duì)于細(xì)顆粒組分和粗顆粒組分的檢測(cè)效果更好，說明不同型號(hào)的儀器對(duì)PSD 的測(cè)定結(jié)果有影響。

3 激光衍射法測(cè)定土壤粒徑分布的影響因素

LD 法測(cè)定土壤PSD 影響因素主要有以下幾方面：樣品采集及用量、樣品前處理過程、儀器參數(shù)設(shè)置等。

3.1 樣品采集及用量

激光粒度儀測(cè)定土壤PSD 所需樣品量很少，因此要保證測(cè)定樣品具有代表性要注意以下幾點(diǎn)：采集土壤樣品需要混合均勻，通常同一層位的土壤其性質(zhì)也會(huì)有較大區(qū)別，所測(cè)數(shù)據(jù)是樣品所在層位的平均狀態(tài)，因此取得混合均勻的樣品是關(guān)鍵[7]。不能過度研磨，通常使用玻璃或陶瓷器皿將土樣粉碎過2 mm篩，從而保證測(cè)試樣品的原始信息不被過度破壞。此外，激光粒度儀測(cè)定土壤PSD 得到的是各粒徑體積分?jǐn)?shù)的結(jié)果，此結(jié)果的獲得與單次樣品稱樣量無關(guān)，一般地，就同樣重量的土壤而言，黏粒數(shù)量越多，砂粒數(shù)量越少，因此黏質(zhì)土壤樣品用量相對(duì)少，砂質(zhì)土壤的樣品用量相對(duì)多。同時(shí)有機(jī)質(zhì)及碳酸鹽含量高的土壤取樣量應(yīng)適當(dāng)增多，有機(jī)質(zhì)含量低的土壤取樣量可適當(dāng)減少，以保證達(dá)到儀器測(cè)定要求的最佳顆粒含量范圍[28]。

3.2 樣品前處理過程

前處理的主要目的是使樣品充分分散的同時(shí)，盡量保證樣品原始信息不被破壞。前處理步驟通常包括：①消解：去除有機(jī)質(zhì)，去除碳酸鈣；②分散：化學(xué)分散，物理分散。

3.2.1 消解 土壤有機(jī)質(zhì)將礦物顆粒聚集到土壤團(tuán)聚體中，是確保土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要物質(zhì)[33]。在小于2μm 的黏粒級(jí)分中，有機(jī)質(zhì)以納米級(jí)或微米級(jí)團(tuán)聚體的形式緊密結(jié)合在礦物顆粒表面上，使其更耐降解[34-35]。因此，在前處理的樣品制備過程中旨在破壞土壤團(tuán)聚體，常用的處理方法是H2O2溶液配合加熱法去除樣品中的有機(jī)質(zhì)[36]。通常來說，有機(jī)質(zhì)含量越高的土壤，對(duì)LD 法測(cè)試結(jié)果影響更大[12,31]，以大顆粒有機(jī)質(zhì)或膠結(jié)作用為有機(jī)質(zhì)主要作用方式的土壤，去除有機(jī)質(zhì)后，土壤細(xì)顆粒含量增加，黏粒含量測(cè)定結(jié)果隨之增加。在有機(jī)質(zhì)去除過程中，顆粒平均粒徑呈穩(wěn)定增加的趨勢(shì)[37]，去除有機(jī)質(zhì)后會(huì)改善LD 法“低估黏粒含量”的情況，減小兩種方法之間的差異。

消解過程中加入的試劑應(yīng)適量，過量的H2O2溶液可加熱除去，過量的HCl 溶液必須徹底洗去。關(guān)于消解過程中是否使用HCl 去除碳酸鹽，研究者們根據(jù)所測(cè)樣品的土壤類型做出了不同選擇。對(duì)于膠結(jié)較弱的黃土類樣品，各研究者的前處理方法基本相同：加入H2O2溶液和HCl 溶液徹底去除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，再加入六偏磷酸鈉可以使樣品充分分散，并得到可比性良好的測(cè)定結(jié)果[20,38-39]；何艷花等[40]研究前處理過程對(duì)云南高原碳酸鹽巖紅土粒徑測(cè)定結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)加入HCl 和H2O2的樣品測(cè)試穩(wěn)定性較好，但是HCl 的加入會(huì)導(dǎo)致中值粒徑平均值增大，前處理只加入H2O2不加入HCl 的試驗(yàn)方案，樣品測(cè)定結(jié)果最可能反映土壤樣品的真實(shí)粒度特征；賀蕊等[41]進(jìn)行滇東高原紅壤樣品粒徑測(cè)定時(shí)也發(fā)現(xiàn)經(jīng)過HCl處理后平均粒徑結(jié)果增大；Schulte 等[42]對(duì)索霍多剖面的黃土–古土壤序列樣品進(jìn)行測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，加入HCl 引起的土壤粒徑變化與碳酸鈣含量之間無顯著聯(lián)系，而有機(jī)質(zhì)含量、沉積物風(fēng)化程度、團(tuán)聚體以及有機(jī)礦物復(fù)合物的存在對(duì)PSD 影響較大，省略HCl處理不會(huì)影響PSD 結(jié)果，因此在黃土–古土壤序列的樣品粒徑分析中應(yīng)避免使用HCl。還有一些研究將HCl 處理應(yīng)用于整個(gè)樣本集，未考慮土壤類型和碳酸鹽來源[12,15,43]。

3.2.2 分散 土壤PSD 分析前處理的主要目的就是使樣品充分分散的同時(shí)，盡量保證樣品原始信息不被破壞。土壤樣品分散通常分為物理分散和化學(xué)分散。

超聲波振蕩是最常用的物理分散方法。超聲波分散是利用超聲波的超聲空化作用提供一定的能量將團(tuán)聚的顆粒進(jìn)行分散，可以有效地分散超細(xì)粉體懸浮液。超聲波分散時(shí)間和強(qiáng)度的正確選擇十分重要，若超聲波強(qiáng)度太低，土壤顆粒仍呈團(tuán)聚狀態(tài)；而強(qiáng)度太高，則可能使土壤顆粒破碎。龐獎(jiǎng)勵(lì)等[20]對(duì)漢江上游黃土進(jìn)行測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過H2O2、HCl 和六偏磷酸鈉處理的樣品，超聲波振蕩作用對(duì)樣品PSD 的影響一般超過50%。分散時(shí)間直接影響粒徑的測(cè)試結(jié)果。實(shí)際測(cè)定中，超聲分散時(shí)間應(yīng)根據(jù)土壤樣品的分散難易程度而確定。殷杰等[44]在連云港軟土顆粒的研究中，鑒于土壤樣品含水量高、黏性大，將超聲波分散時(shí)間設(shè)置在10 ～ 20 min。但是李蘭和石玉成[39]及何艷花等[40]分別對(duì)黃土粉體和云南高原碳酸鹽巖紅土進(jìn)行測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，超聲分散時(shí)間為2 min 就已取得良好的分散效果。綜上所述，當(dāng)土壤細(xì)顆粒含量多、黏性較大時(shí)，可以適當(dāng)增加超聲振蕩時(shí)間，但是對(duì)于黏性較小的土壤，振蕩時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏小，并且對(duì)土體的分散效果不再明顯。

化學(xué)分散與物理分散相結(jié)合對(duì)樣品的分散效果最佳。化學(xué)分散即在土壤樣品中加入分散劑，起到“抗凝”作用。前處理過程中加入的分散劑種類及用量也是激光粒度儀測(cè)試技術(shù)研究的重要內(nèi)容。分散劑種類的選擇要考慮土壤的pH，當(dāng)樣品溶液pH＞7.5時(shí)，加入0.5 mol/L 的六偏磷酸鈉溶液；當(dāng)樣品溶液pH 為6.5 ～ 7.5 時(shí)加入0.5 mol/L 的草酸鈉溶液；當(dāng)樣品溶液pH＜5.5 時(shí)，加入0.5 mol/L 氫氧化鈉溶液，靜置2h 或更長(zhǎng)時(shí)間使樣品充分分散[45]。分散劑用量對(duì)顆粒分散也有影響，實(shí)際測(cè)定中要根據(jù)所測(cè)土壤類型及樣品用量來確定分散劑用量，通常每1 g 土壤加入3 ～ 5 ml（濃度為0.5 mol/L）分散劑即可。何艷花等[40]對(duì)云南高原碳酸鹽巖紅土進(jìn)行測(cè)定時(shí)，單次土壤樣品用量為0.2 g，六偏磷酸鈉用量超過15 ml(濃度0.05 mol/L)以后，加入劑量的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果影響不大。

3.3 儀器參數(shù)設(shè)置

3.3.1 光學(xué)參數(shù)設(shè)定 當(dāng)采用Mie 模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要設(shè)置3 個(gè)參數(shù)，分別為土壤懸浮液折射系數(shù)、土壤顆粒折射系數(shù)(soil particles’ refractive index，SRI)和土壤顆粒吸收系數(shù)(soil particles’absorption index，SAI)。土壤懸浮液通常采用去離子水為溶劑，其折射系數(shù)為1.33。SRI 代表光在真空中的傳播速度與其在待測(cè)介質(zhì)中傳播速度的比值。SAI反映的是土壤介質(zhì)的透度與吸收度。SRI 與SAI 值主要取決于土壤的成土母質(zhì)[46-48]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于光學(xué)參數(shù)的確定已經(jīng)進(jìn)行過相關(guān)研究，通常將SRI 設(shè)置在1.50 ～ 1.60，SAI 設(shè)置為0.01[43,45,49-50]。有研究發(fā)現(xiàn)，黏粒含量較高的土壤樣品對(duì)SRI 的變化更為敏感，因此對(duì)于黏粒含量較高的土壤，應(yīng)將SRI 值設(shè)定在1.60 以上的范圍[45,49]。當(dāng)SAI 值大于0.01 時(shí)，樣本的PSD 曲線的形變基本可以忽略不計(jì)，對(duì)激光粒徑儀測(cè)定結(jié)果的影響很小[45,47]。

3.3.2 分散介質(zhì)及泵速選擇 激光粒度儀在分析樣品時(shí)，分散介質(zhì)的選擇對(duì)樣品的檢測(cè)結(jié)果有一定的影響，而合適的分散介質(zhì)可以使整個(gè)測(cè)試過程達(dá)到優(yōu)化，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省實(shí)驗(yàn)材料。常用的分散介質(zhì)有去離子水、去離子水+甘油、乙醇、乙醇+甘油、乙醇+去離子水、丙酮等。粉體顆粒較細(xì)小時(shí)，可以選擇乙醇、乙醇+去離子水、去離子水為分散介質(zhì)；粉體顆粒較粗大時(shí)，為了降低顆粒的沉降速度，可以選擇去離子水+甘油作為分散介質(zhì)[39,51]。土壤樣品測(cè)定分散介質(zhì)通常為去離子水。

測(cè)量過程中為確保大小顆粒都被檢測(cè)到，選擇合適的泵速是保證檢測(cè)效果的關(guān)鍵，特別是使用濕法分散系統(tǒng)時(shí)，泵速選擇尤為重要。泵速的大小將決定能否將不同粒徑的顆粒輸送到樣品池，泵速太小，則大顆粒無法傳送；泵速太大則會(huì)使樣品槽中的液體出現(xiàn)渦流，而誘導(dǎo)氣泡進(jìn)入懸浮液中，使測(cè)量結(jié)果失真[44]。

3.3.3 透過率確定 透過率為任一時(shí)刻光速中樣品數(shù)量的度量，用百分比(%)表示，一定范圍內(nèi)的透過率才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。通常透過率高于90%時(shí)，樣品中的顆粒數(shù)大大減少，檢測(cè)不到足夠的信號(hào)，測(cè)量精度下降，導(dǎo)致結(jié)果變異性大；透過率低時(shí)，可能出現(xiàn)多重散射使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差，平均粒徑偏大，PSD 范圍變寬。Marvel 和Horiba 公司在傳統(tǒng)反傅里葉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又增加了LED 光束，從而拓寬了測(cè)量下限[52]。LD 光源為紅色光，LED 光源為藍(lán)色光，土壤大顆粒散射角度小，對(duì)紅色光較敏感，小顆粒散射角度大，對(duì)藍(lán)光散射效果更好，因此當(dāng)兩種光源的透過率無法同時(shí)處于最佳范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證藍(lán)光透過率。在實(shí)際測(cè)定中，研究者根據(jù)儀器型號(hào)、土壤類型不同，所確定的透過率范圍也有所不同[1,12,38,44]。王保田等[1]采用BT-9300 激光粒度儀對(duì)8 種不同質(zhì)地(從黏質(zhì)土到砂質(zhì)土)的土樣進(jìn)行粒度分析試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)透過率范圍為65% ～ 70% 時(shí)，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性最高。周素紅和陳縈[4]建議使用LA920測(cè)量土壤粒徑時(shí)，透過率為70% ～ 90% 時(shí)結(jié)果重復(fù)性較好；李蘭和石玉成[39]應(yīng)用WINNER 2000 激光粒度分析儀對(duì)黃土進(jìn)行測(cè)定，認(rèn)為黃土透過率宜保證在96.5% ～ 97.5% 范圍內(nèi)。

4 激光衍射法測(cè)定土壤粒徑分布存在的問題

激光粒度儀在測(cè)定過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，通過前人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：①激光粒度儀樣品用量少，被測(cè)樣品的代表性很難保證，結(jié)果產(chǎn)生偏差是必然的[7,53]；②激光粒度儀量程的中段精度最高，靠近量程邊緣的精度則較低[54]；③LD 法測(cè)定的是土壤顆粒的橫截面直徑，但是土壤顆粒大多不是標(biāo)準(zhǔn)的球體；④超聲分散后土樣黏粒部分單體片狀顆粒增多，增多的片狀顆粒在激光粒度儀法下測(cè)定尺寸常偏大[19]；⑤LD 法是在假定折射率一定的情況下測(cè)定的，而實(shí)際上折射率易受到顏色等因素的影響[21]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了LD 法測(cè)定土壤PSD 的基本原理和方法流程，綜述了該方法的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及影響因素，總結(jié)了傳統(tǒng)吸管法與LD 法測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生差異的原因，以及LD 法自身存在的問題，可供讀者根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整儀器參數(shù)，選擇樣品前處理方法。囿于本文的選題范圍，僅介紹了LD 法在測(cè)定土壤PSD 方面的應(yīng)用，并未涉及激光粒度儀在粉末冶金、催化劑、制藥、食品、建材等領(lǐng)域的應(yīng)用[55]。激光粒度儀的使用極大地提高了土壤粒徑測(cè)試效率，但利用LD 法測(cè)定土壤的顆粒組成、質(zhì)地類型僅屬于對(duì)土壤基本結(jié)構(gòu)的探索，而LD 法在土壤學(xué)的應(yīng)用還有更加廣闊的研究方向。未來研究中，可參考前人建議，針對(duì)不同土壤類型，分別建立轉(zhuǎn)換方程[28]。若要建立穩(wěn)定的、適用于大范圍預(yù)測(cè)的方程，需要保證土壤樣本量足夠大且包含盡可能多的質(zhì)地類型。