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第30卷第15期农业工程学报Vol.30No.15
1302014年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2014

测量土壤颗粒密度的体积置换法

11,2※1
马玉莹，雷廷武，庄晓晖
（1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083；
2.中国科学院水利部水土保持研究所土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌712100）

摘要：土壤颗粒密度测量在土壤和水的关系研究和实践中有重要意义。该文提出一种采用体积置换测量土壤颗
粒密度的方法。该方法可以从2种途径进行测定。第1种途径是湿土测量法。第2种途径是干土测量法。湿土测
量法：将任意质量和含水量的湿润土样装入容积已知的恒容容器后，称量得到其质量，再将恒容容器中注满水，
置换出容器和土壤充气孔隙中气体的体积，再称量得到容器中土颗粒与水的总质量，进而计算得到补水置换体积。
然后将土样充分烘干测量得到土颗粒的质量，计算原始土样中土壤水的体积与质量，进而计算得到土颗粒体积，
由此测得土粒密度。干土测量法：将土样充分烘干测定土颗粒质量，再将烘干土样置于恒容容器中并注满水，测
量并计算得到补水所置换的容器和土壤孔隙的体积，由此确定出土颗粒体积，进而由土颗粒体积和土颗粒质量计
算得到土粒密度。采用4种土壤：陕西杨凌的黏黄土、北京的粉壤土、吉林的黑土和江西的黏红土，配制成5种
不同土壤含水率（10%、15%、20%、25%、30%）。用上述体积置换法的2种途径，分别测定了每种土壤的土粒
密度，并将测得的结果与常规比重瓶法、容量瓶法的测量结果进行比较。试验结果表明，所采用的4种土壤，持
续烘干72h（105℃），湿土法测量得到的土粒密度分别为2.6576、2.6301、2.6411和2.6687g/cm3，采用干土法测
得土粒密度分别为2.6557、2.6320、2.6423和2.6660g/cm3。4种土壤烘干8h（105℃）可能使测量得到的土壤颗
粒密度偏小1%～2%。土壤颗粒密度测量误差随着烘干时间的延长而逐渐减小。干土法和湿土法测量土壤颗粒密
度的散点都聚集在1∶1线上，表明2种方法测量得到的结果基本相同，测量结果比较的最大相对误差小于0.5%，
说明体积置换法2种途径可以达到同等测量效果。所提出的方法测量精准度高，操作过程优于常规比重瓶法和容
量瓶法。
关键词：土壤；体积测量；密度；体积置换；湿土法；干土法
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.018
中图分类号：S152文献标识码：A文章编号：1002-6819(2014)-15-0130-10

马玉莹，雷廷武，庄晓晖.测量土壤颗粒密度的体积置换法[J].农业工程学报，2014，30(15)：130－139.
MaYuying,LeiTingwu,ZhuangXiaohui.Volumereplacementmethodsformeasuringsoilparticledensity[J].
TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(15):130－139.(in
ChinesewithEnglishabstract)

指标，也是计算土的天然孔隙比、饱和度、粒度成
0引言
分和压缩性等指标的参数，并为相关设计提供有关
土壤是由不同的固体、液体、气体物质以及活地基基础计算参数[3-8]。土颗粒是由多种不同的矿物
动微生物等组成的比较复杂的一种介质，是植被生混合组成，各种土壤中这些矿物的比例各不相同。
长的媒介。土壤中固体颗粒对土中热量、水分、化土粒密度的测定是土工常规物理试验的重要项目，
学物质的保持、运移都有显著的影响[1-2]。土壤颗粒在试验中经常测定的是土粒平均密度[9]。尽管因矿
密度，即单位体积土壤颗粒（不含孔隙）的烘干质物组成的不同，土壤有不同的颗粒密度，但通常情况
量，其大小与土壤的矿物结构及其化学组成有关。下土壤颗粒密度平均值在2.653g/cm3左右[10]，并且
土壤颗粒密度是土的基本物理性指标之一，在土工为了计算方便，一般将它看作常数用来估算土壤孔
试验中是一项不可或缺的参数，是评价土类的主要隙率、土壤体积含水率等一些基本土类特性。一般
3
土壤的颗粒密度在2.6～2.8g/cm范围内，黏性土
收稿日期：2014-02-28修订日期：2014-06-25一般在2.70～2.75g/cm3，砂质土一般在2.65g/cm3
基金项目：国家自然科学基金重点项目（41230746）左右[9]。土壤颗粒密度的准确测定对于确定土的三
作者简介：马玉莹，女，天津人