专利名称：一种用立体几何知识分析土壤三相比数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种用立体几何知识分析土壤三相比数据的方法，属于农业生产技术领域，专用于农林园艺生产中大田或盆栽土壤物理性状的评价方法。
背景技术：
土壤是农业、林业和园艺生产中的基本要素。2008年，我国现代玉米产业技术体系对全国玉米主产区农田土壤进行调查，发现耕层土壤质量变差已经成为影响我国粮食生产能力的主要障碍因素。围绕改善耕层土壤质量，国内外土壤科研工作者开展了大量的研究工作。曾德超(1995)较早对土壤三相比进行研究，认为土壤是由固相数值、液相数值、气相数值物质构成的一种性态介于固体和液体之间的颗粒性半无限介质，土壤三相之间相互联系、转化、制约，是一个不可分割的有机整体，在功能上构成了土壤肥力的物质基�。煌啾嚷实耐寥榔浞柿λ讲煌�。土壤三相交替表面上的土壤养分是能够被作物根系直接吸收利用的速效养分，而土壤中各种速效养分的数量直接影响农作物的生长发育、产量和品质(陆欣，2001)。一般情况下，适宜作物生长的土壤三相比是固相数值:液相数值:气相数值=50:25:25 (Brady N C and Weil R R, 2002;张兴义，2005 ;李法虎，2006)，调节合理土壤三相比为作物生长提供良好的水、热、气、肥条件是土壤结构改良的最终目的。长期以来，土壤结构的评价一般都采用土壤的机械组成、容重、孔隙度、硬度、湿度等单相、双相指标来描述，这些指标往往会受到土壤质地和比重不同的影响而限制其在评价土壤结构方面的作用。土壤三相比从土壤的组成出发，用土壤固相数值、液相数值、气相数值所占土壤的比例来表示，在整体上描述土壤的物理性质，能够排除质地等因素对处理效果干扰，在评价土壤结构方面明显优于其他指标。但是，目前的统计知识中没有适用的方法来评价土壤三相比数据，土壤科研工作者无法辨别土壤三相比的变化是由处理引起的还是由误差造成的，严重限制了土壤三相比这个指标在土壤物理性质研究领域中的应用。因为每一个土壤样本所测得的三相比数据包括土壤固相数值、液相数值和气相数值三个部分(如:55:25:20)，不能被直接用来进行统计分析。以往评价土壤物理性状时，将土壤三相比中的每一项都求出平均值罗列在表格中，或者用平均值做成三角形的三元图，这些方法非但不能准确比较处理之间的差异，在二维图形中绘制的土壤三相比数据图表因为扭曲了三相比数据三位空间的实际存在状态，会给我们分析数据带来疑惑。若能找到一个能够将土壤三相比数据转化为可以进行统计分析并可用于作图的方法，实现对处理复杂的大田土壤改良试验中获得的三相比数据进行科学分析，不仅可以消除土壤三相比这个指标在土壤科研工作中存在的障碍，而且可以增加土壤结构研究结果的准确性。综上所述，针对土壤三相比这一土壤物理指标，目前还没有一种简便、准确的分析手段可用于指导农业科研和生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有土壤三相比数据在分析过程中存在的缺陷，提出一套简便、可行的土壤三相比数据分析方法，根据测得的土壤三相比数据进行统计分析、作图和指导田间管理，判断土壤物理性状适宜性。本发明的技术方案如下:
1.一种用偏离值分析土壤三相比数据的方法，其特征在于:测定土壤样品固相数值、
土壤样品液相数值、土壤样品气相数值，利用公式R=I lj(X- 50)2 +(.Y- 25)2 +(Z- 25)2
计算土壤三相比偏离值，其中R为所测定土壤样品三相比与土壤理想状态下三相比的偏离值，X为土壤样品固相数值，Y为土壤样品液相数值，Z为土壤样品气相数值。所述土壤理想状态下三相比为土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=45-55:22.5-27.5:22.5-27.5。所述土壤理想状态下三相比为优选土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=50:25:25o土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=100X (I —土壤孔隙度):100X 土壤含水率:100 X (土壤孔隙度一土壤含水率)
土壤固相数值=IOOX (I—土壤孔隙度)
土壤液相数值=IOOX 土壤含水率
土壤气相数值=IOOX (土壤孔隙度一土壤含水率)
土壤容重(g/cm3)=(烘干后带土环刀重一环刀重)/环刀容积 环刀容积=IOOcm3 环刀重=91±0.5g
土壤孔隙度(％ )= (I 一容重/比重)XlOO
土壤含水率(％)=(烘干前带土环刀重一烘干后带土环刀重)/ (烘干后带土环刀重一环刀重)X 100
土壤比重=土壤密度/水的密度(一般情况下土壤比重取值为2.60-2.65之间)
土壤密度实质上是土壤中各种固相数值物质密度的平均值，其数值大小由组成土壤的无机矿物和有机物质的密度决定。因此土壤中各种无机矿物和有机物质在土壤中含量的多少影响着土壤的平均密度，从而影响土壤比重的大小。其中含铁矿物的密度为3.0-4.0g.cm_3，白云母和黑云母的密度为2.7-3.1 g.cm_3，石英、长石和多数黏土矿物的密度为
2.4-2.8 g.cnT3，石膏的密度为 2.30-2.33 g.cnT3，绵高岭石的密度为 2.27-2.29 g.cm_3，蒙脱石的密度在2.0 g.cnT3左右，有机质密度在1.2-1.4 g.cnT3。农田中土壤不同质量的土壤三相比的偏离值范围分别为:高等质量农田土壤三相比偏离值范围在0-9 ;中等质量农田土壤三相比偏离值范围9-15之间；低等质量农田土壤三相比偏离值大于15。本发明的有益效果是:用不同处理土壤样品计算出的R值，进行统计分析辨别不同因素和处理对土壤三相比的影响，确定不同处理间土壤三相比的差异是由处理而不是由误差造成的差异。本发明具有简便、准确的特点，特别适合对土壤三相比数据进行科学的统计分析和作图，能够使土壤三相比这一指标被广泛地用于土壤科研工作中。
具体实施例方式(I)获取土壤三相比数据
在实验室内精确地测量和计算出容重环(环刀)的容积，然后到取样地点，将欲测土壤表面铲成平面，再将环刀垂直压入土内。用铁铲挖掘环刀周围土壤取出环刀，使环刀上下部土面呈凸形，用剖面刀削去环刀外部多余土壤，削平环刀上、下面，使所取土样体积与环刀容积相等。然后将环刀两端盖上盖子装入大铝盒中，带回实验室测定环刀和鲜土的总重(称量精度至少为0.1g)后，然后将带鲜土的环刀放入不锈钢托盘内置于105°c烘箱中烘干6_8h，然后称环刀和干土的总重，最后测定环刀的重量。一般需重复3次以上。土壤容重(g/cm3)=(烘干后带土环刀重一环刀重)/环刀容积 土壤孔隙度(％ )= (I 一容重/比重)XlOO
土壤比重=土壤密度/水的密度
土壤含水率(％)=(烘干前带土环刀重一烘干后带土环刀重)/ (烘干后带土环刀重一环刀重)X 100土壤三相比:
土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=IOOX (I 一土壤孔隙度):100X 土壤含水率:100X (土壤空隙度一土壤含水率)
(2)将土壤三相比数据转换为R值
权利要求
1.一种用偏离值分析土壤三相比数据的方法，其特征在于:测定土壤样品固相数值、土壤样品液相数值、土壤样品气相数值，利用公式R=I ψχ- 50)2 +(7- 25)2 +(Z - 25)"计算土壤三相比偏离值，其中R为所测定土壤样品三相比与土壤理想状态下三相比的偏离值，X为土壤样品固相数值，Y为土壤样品液相数值，Z为土壤样品气相数值。
2.根据权利要求1所述的用偏离值分析土壤三相比数据的方法，其特征在于:所述土壤理想状态下三相比为土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=45-55:22.5-27.5:22.5-27.5。
3.根据权利要求1或2所述的用偏离值分析土壤三相比数据的方法，其特征在于:所述土壤理想状态下三相比为土壤固相数值:土壤液相数值:土壤气相数值=50:25:25。
全文摘要
本发明公开了一种用偏离值分析土壤三相比数据的方法，测定土壤样品固相数值、土壤样品液相数值、土壤样品气相数值，利用公式R=||计算土壤三相比偏离值，其中R为所测定土壤样品三相比与土壤理想状态下三相比的偏离值，X为土壤样品固相数值，Y为土壤样品液相数值，Z为土壤样品气相数值。用不同处理土壤样品计算出的R值，进行统计分析辨别不同因素和处理对土壤三相比的影响，确定不同处理间土壤三相比的差异是由处理而不是由误差造成的差异。本发明具有简便、准确的特点，特别适合对土壤三相比数据进行科学的统计分析和作图，能够使土壤三相比这一指标被广泛地用于土壤科研工作中。
文档编号G01N33/24GK103197045SQ20131011649
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者冀保毅, 李潮海, 赵亚丽, 王群, 穆心愿, 郭海斌, 薛志伟, 牛平平 申请人:河南农业大学
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