為何土壤要測總體密度和粒子密度

土壤分為: a.沙子b.沃土c.黏土
    土壤，俗稱泥土，是地球陸地上能夠生長植物并產生收獲的疏松表層。土壤一般分成六層。O層是枯枝落葉層，A層是腐殖質層。E層是淋溶層。以上三層為表土層。B層是淀積層。C層是風化層。R層是巖石層。以上三層為心土層。所謂“資源”是對人類可以利用而言，因此，土壤資源是指在一定科學技術條件下和一定時間內可以為人類利用的土壤。
    一定容積自然土塊所含烘干土壤的重量，稱為土塊密度，即土壤總體密度，單位為g/cm3。一般而言，土壤總體密度介于1.0-1.9 g/cm3之間。
    較適合于植物生長者在 1.1-1.4 g/cm3之間，大于1.4g/cm3則因土壤密實，植物根系發展受阻，且通氣、排水不良，植物生長差。
 

測試方法：
石蠟膜法：土壤塊
    將未受外力影響而遭壓擠之自然土壤在田間狀態或特定水分張力狀態下，以石蠟膜覆被，稱取土塊在空氣中及在水中的重量，求得質量與體積，進而總體密度。

比重瓶法：粒子密度
    干燥的土壤其毛孔是充滿著空氣，而潮濕的土壤其毛孔包含空氣和水。如果完全地弄濕土壤然后允許它排出.則更小的毛孔數量稱為微孔,主要是測定水含量. 而更大的毛孔主要是測定空氣含量。
    微孔主要是土壤的濕氣保持又稱為澆灌.空氣活動也許被禁止此歸結于缺乏大的毛孔。相反情況也許犧牲充分含水容量將導致過份排水設備和通風的增加。
    沙子、被鍛燒的黏土和其它土壤改良,可以被用于修改土壤多孔性的特性。沙子的多孔性是多變。被分級為好的沙子比大小一致的沙子有較少孔隙。被鍛燒的黏土微粒是非常多孔的。若已知體密度和粒子密度，則土壤的總多孔率可以被計算。

前言:
    烘干土是土壤在105℃ 烘干，直到它達到一個恒定的質量。體密度是土壤的一個基本的物理特性。它幾乎參與到了土壤水分含量的每一次計算，以確定大體積土壤的重量，比如土壤片的重量或者以公頃為單位的土壤重量。根據一個簡單的原理，你能從一個體密度值里讀出很多內容，它和孔隙率呈反比關系，而且能夠被我們用來判斷土壤結構。黏土變化范圍為1.1-1.6 g/ cm3,沙質土可達到1.8 g/cm3.，土壤結構，土壤的松散度，黏土的收縮和膨脹特性都能夠影響體密度。

土壤石蠟膜法(Paraffin Technique) ASTM C20/C134/C437
    此法系將未受外力影響而遭壓擠之自然土壤在田間狀態或特定水分張力狀態下，以石蠟膜覆被，稱取土塊在空氣中及在水中的重量，求得質量與體積，進而計算總體密度。
設備：臘粒、溫控蠟爐、烘箱或水分計、JT-300J比重天平、干燥器、小刀。
1、將石臘粒保存在溫度為60-70℃之間的溫控蠟爐中
2、溫度控制在100-110℃的烘箱或水分計
3、JT-300J比重天平：準確度±0.01 g. 0.001g/cm3
4、干燥器：含活性干燥劑 如高氯酸鎂或硫酸鈣
5、小刀。
 

方法：
1.自田間取回欲測定總體密度的土塊，大小約200cm3；
2.把土塊置于陰涼處風干，并取部分土塊烘干至恒重，可求得該土塊之風干土含水量。
3.以小刀將風干土塊遭擠壓之部份及不齊之粗糙表面修平。
4.將土塊置于天平上秤重，求得烘干土塊重(W1)
5.將土塊投入液化的石蠟70℃(其溶點在60℃左右)中，迅即取出，為避免土塊吸入過多之石蠟液而影響測值，如果土塊表面過干，浸蠟前以細噴水壺噴濕土塊表面，浸蠟時應避免在蠟液中滯留，放冷后，檢視土塊表面完全為石蠟所包裹，置于天平上秤重(W2)；
6.天平秤水中重量(W3)；
7. 石蠟重量＝W2-W1
石蠟體積(V1)＝(W2-W1)/ ρ蠟
土塊加石蠟體積(V2)＝(W2-W3)/ ρ水
土塊體積(V3)＝V2-V1
總體密度Db＝W1/V3=W1/【(W2-W3)/ρ-(W2-W1)/0.9】

         
比重瓶的浸漬置換法測定的粒子密度：SL237-005-1999  ASTM ?854-02
粒子密度:是土壤微粒重量除以土壤微粒的單位體積。通常用g/cc表示。
(1)沃土的土壤; (2) 被分級很好的沙子; (3)圓一致的沙子;角一致的沙子(4)被鍛燒的黏土。
土的顆粒比重是土在105~110℃下烘至恒值時的品質與土粒同體積4°C純水品質的比值.
 

按照土粒粒徑不同,分別用下列方法進行比重測定:
1. 粒徑小于 5mm 的土用比重瓶法、用煮沸法、真空飽和水法進行，取其加權平均值作為土粒比重.。
2. 一般土粒的比重用純水測定,含有可溶鹽親水性膠體或有機質的土須用中性液體(如煤油) 測定。

設備：
容量50ml專用比重瓶、比重天平:稱量300g  精度0.01g、恒溫水槽: 準確度±1℃。
烘 箱、,純水,中 性液體(如煤油 ).2mm孔徑 5mm篩,漏斗,滴管、恒溫水槽、真空抽氣設備等。
煮沸法操作步驟:
1.先將稱量皿在天平上扣重.取經由2mm孔徑5mm篩選取5mm以下烘干土12g樣品。稱重  md
2.將比重瓶烘干,裝純水入50ml比重瓶內至近滿.輕輕放入溫度計,使多余水分自瓶塞毛細管中溢出,將瓶外水分擦干后,瓶水和烘干土12g樣品一起稱量。m1
3. 將比重瓶的純水倒除,使剩下1/3,將烘干土12g樣品裝入比重瓶內.為排除土中的空氣,將已裝有干土的比重瓶注純水至瓶的一半處搖動比重瓶,并將瓶放在砂浴上煮沸,煮沸時間自懸液沸騰時算起,砂及砂質粉土不應少于30 min,粘土及粉質粘土不應少于1h.。煮沸時應注意不使土液溢出瓶外。
4.再將純水注入專用比重瓶,應注水至近滿.有恒溫水槽時可將比重瓶放于恒溫水槽內待瓶內懸液溫度穩定及瓶上部懸液澄清。
5.輕輕放入溫度計,使多余水分自瓶塞毛細管中溢出,將瓶外水分擦干后,稱瓶水土總品質m2,稱量后(記得將稱量皿放回天平上),立即測出瓶內水的溫度。
6.按下式計算土粒比重:
              md
GS= ------------------Gwt
         (m1+md)-m2
Gs: 土粒比重    md: 干土重量   m1: 瓶水重量    m2: 瓶水土重量
Gwt: t°C 時純水的比重

測定含有可溶鹽親水性膠體或有機質的土比重時,使用真空抽氣法:
操作步驟:使用中性液體(如煤油)
1.先將稱量皿在天平上扣重.取經由2mm孔徑5mm篩選取5mm以下烘干土12g樣品。求得 md
2.將比重瓶烘干,裝煤油入50ml比重瓶內至近滿.輕輕放入溫度計,使多余的煤油自瓶塞毛細管中溢出,將瓶外煤油擦干后,瓶煤油和烘干土12g樣品一起稱量。  求得  m’1
3.將比重瓶的煤油倒除,使剩下1/3,將烘干土12g樣品裝入比重瓶內。
4.為排除土中的空氣,將已裝有干土的比重瓶煤油至瓶的一半處,搖動比重瓶或使用真空抽氣法排除土中空氣抽氣,真空度須接近1個大氣壓,從達到1個大氣壓時算起抽氣時間一般為30分鐘直至懸液內無氣泡逸出時為止。
5.將煤油再注入專用比重瓶,應注入煤油至近滿.可將比重瓶待瓶內懸液溫度穩定及瓶上部懸液澄清。
6.輕輕放入溫度計,使多余煤油自瓶塞毛細管中溢出,將瓶外煤油擦干后,稱瓶中煤油與土總品質. 求得m’2(記得將稱量皿放回天平上),稱量后立即測出瓶內中性液體(如煤油)的溫度。

用中性液體測定時計算土粒比重 Gs:

m’1:瓶中性液體總品質
m’2: 瓶中性液體土總品質
Gkt: t°C 時中性液體的比重