土壤水稳性大团聚体组成的测定｜茁彩生物

土壤水稳性大团聚体是指在水中不易分散、能保持原有结构的土壤团聚体，其组成比例反映土壤结构的稳定性与抗侵蚀能力。NY/T 1121.19-2008 规定的干筛 - 湿筛法，核心原理是通过 “干筛预处理 + 湿筛测定" 的两步操作，实现对土壤团聚体的分级分离：

干筛预处理：利用不同孔径的干筛，在自然风干状态下分离土壤中的大粒径团聚体（通常≥0.25mm），去除土壤中大于最大筛孔的石砾与植物残体，同时初步划分团聚体粒径等级，减少后续湿筛过程中的样品量与干扰；

湿筛测定：将干筛后的各级团聚体分别置于对应孔径的湿筛上，通过控制水流强度与筛动频率，使不稳定团聚体在水中分散，稳定团聚体则保留在筛面上，最终通过称量各级筛上团聚体的质量，计算不同粒径水稳性大团聚体的含量比例。

该方法的关键在于通过湿筛过程模拟自然降水或灌溉条件下的水分作用，精准区分团聚体的水稳性差异 —— 水稳性强的团聚体在湿筛后仍能保持原有粒径，水稳性弱的团聚体则分散为小粒径颗粒或黏粒，从而真实反映土壤结构在水分作用下的稳定性特征。

根据 NY/T 1121.19-2008 标准，干筛 - 湿筛法适用于各类耕地土壤、林地土壤、草地土壤及园地土壤，尤其适合测定粒径≥0.25mm 的水稳性大团聚体组成。该方法对不同质地土壤的适配性需注意以下要点：

黏性土壤：黏性土壤团聚体通常胶结作用较强，水稳性相对较高，但湿筛前需充分浸泡（标准规定浸泡 10 分钟），确保不稳定团聚体充分吸水膨胀，避免因浸泡不充分导致测定结果偏高；

砂质土壤：砂质土壤团聚体胶结作用弱，易在湿筛过程中分散，需控制筛动频率（建议 30 次 / 分钟）与水流强度（缓慢滴流，避免冲击），防止稳定团聚体随水流流失；

有机质含量高的土壤（如腐殖质土、森林表层土）：有机质可增强团聚体水稳性，但土壤中可能含有较多植物残体（如根系、枯枝），需在干筛前通过 2mm 筛去除，避免残体缠绕影响筛分效果；

盐碱土：盐碱土中的盐分（如碳酸钠、氯化钠）可能影响团聚体分散性，需在湿筛时使用无离子水，避免盐分溶解或离子交换导致团聚体结构变化，若土壤含盐量过高，需先进行脱盐预处理（参照标准附录 A）。

该方法不适用于含有大量石砾（粒径＞5mm 占比超过 10%）的粗骨土，此类土壤需先通过 5mm 干筛分离石砾，记录石砾含量后再对筛下土壤进行测定，且结果需注明石砾影响；同时不适用于浆状或高度分散的土壤（如刚耕作后的烂泥田），这类土壤团聚体结构已破坏，湿筛后难以形成稳定分级。

（一）核心仪器与规格要求（依据 NY/T 1121.19-2008）

套筛：需配备干筛套筛与湿筛套筛，两套筛的孔径组成一致，常用孔径组合为 5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm（可根据检测需求调整，最小孔径不得小于 0.25mm）。筛框材质为不锈钢，筛网为铜丝编织网，网孔尺寸偏差需≤5%，筛框高度为 5cm，确保筛分时样品不溢出。湿筛筛框底部需带有支撑网（孔径 0.1mm），防止筛网变形；

湿筛装置：包括以下组件：

筛架：可固定湿筛套筛，能实现垂直方向的往复运动，运动幅度为 3-5cm，频率可调节（范围 20-40 次 / 分钟），符合标准规定的 “匀速往复筛动" 要求；

水箱：容量≥5L，底部装有可调节流量的滴水管（直径 6mm），水流需呈滴状均匀落在顶层湿筛上，避免形成水流冲击；

接水容器：放置于套筛下方，用于收集湿筛过程中分散的细颗粒与水分，容积≥10L，带有排水口便于后续处理；

辅助仪器：

天平：感量 0.01g，用于称量干筛与湿筛后的团聚体质量，需定期校准（每年至少 1 次），确保称量精度；

烘箱：控温范围 50-110℃，控温精度 ±2℃，用于烘干团聚体样品，需带有鼓风装置，保证箱内温度均匀；

铝盒：带盖，直径 5-8cm，高度 3-5cm，用于盛装各级团聚体样品，使用前需在 105℃烘干至恒重，称量空盒质量（m₀）并记录；

土壤样品制备工具：包括土钻（直径 5cm）、木槌（用于破碎大块土壤）、研钵（木质或玛瑙材质，避免金属污染）、2mm 土壤筛（用于去除植物残体）；

计时装置：精度 1 秒，用于控制湿筛浸泡时间与筛动时间；

无离子水制备装置：如超纯水机，湿筛需使用电导率≤10μS/cm 的无离子水，防止水中离子影响团聚体分散。

（二）土壤样品采集与制备

样品采集：

取样点布设：按 “随机多点混合法" 布设取样点，耕地土壤每 10 亩布设 3 个取样单元，每个单元取 5 个样点；林地、草地土壤按植被类型划分取样小区（面积 20m×20m），每个小区取 5 个样点（对角线法）。取样深度根据土壤类型确定：耕地取 0-20cm 耕作层，林地取 0-15cm 腐殖质层，草地取 0-10cm 根系层；

取样方法：使用土钻垂直取样，避免扰动团聚体结构，每个样点取土量≥500g，将 5 个样点的土壤混合为一个混合样品（总质量≥2kg），装入密封塑料袋中，标注取样地点、日期、土壤类型及深度；

样品运输：运输过程中需避免剧烈震动，防止团聚体破碎，若运输时间超过 24 小时，需在塑料袋内放置湿润滤纸（含水量 5%），保持土壤湿润但不结块（自然含水量控制在 15%-20%，砂质土可适当提高至 20%-25%）。

样品制备（关键步骤，影响测定结果准确性）：

风干处理：将混合样品平铺于搪瓷盘上（厚度≤2cm），在室内自然风干（温度 20-25℃，相对湿度 50%-70%），避免阳光直射或烘烤，风干过程中若出现大块土壤（直径＞10cm），可用木槌轻轻敲碎（力度以不破坏团聚体结构为宜），禁止碾压或研磨；

粗杂质去除：待土壤含水量降至 10%-15%（手捏成团，轻碰即散）时，通过 2mm 干筛去除植物残体（如根系、枯枝）、石块（粒径＞2mm），记录残体与石块质量（占样品总质量的比例），若比例超过 5%，需在检测报告中注明；

分样：采用四分法将筛下土壤（2mm 以下）分为两份，每份质量≥500g，一份用于测定，另一份作为备份样品，储存于干燥器中（温度 18-22℃），保存期 3 个月。

（三）仪器校验与预处理

套筛校验：

孔径校验：使用标准量规（精度 0.01mm）检查各孔径筛网，每个筛网随机选取 10 个网孔测量，平均孔径偏差需≤5%，若偏差超过，需更换筛网；

干筛效率测试：取 100g 已知粒径组成的标准样品（如 5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm 的玻璃珠混合物），进行干筛，各级筛上玻璃珠质量与理论质量的差值需≤2%，否则需调整筛动方式（如增加筛动时间）；

湿筛漏水测试：将湿筛套筛装满无离子水，静置 5 分钟，观察筛网是否漏水，若底层筛网漏水，需更换筛网或修补（用环氧树脂胶密封筛网与筛框连接处）；

湿筛装置调试：

筛动频率校准：启动筛架，用秒表计时，计数 1 分钟内的往复次数，调整至 30 次 / 分钟（标准推荐频率），误差≤1 次 / 分钟；

水流调节：打开滴水管，调节流量至 “每滴间隔 1-2 秒"，确保水流均匀落在顶层筛中心，收集 10 分钟内的总水量，应为 100-150mL，流量偏差需≤10%，避免流量过大导致团聚体流失或过小导致分散不充分。

操作步骤（严格遵循 NY/T 1121.19-2008）

（一）干筛预处理（分离干团聚体，减少湿筛干扰）

将干筛套筛按孔径从大到小叠放（5mm 筛在最上层，0.25mm 筛在最下层），置于水平实验台上，取制备好的土壤样品 100g（精确至 0.01g，记为 m 总），均匀平铺于顶层 5mm 筛上；

用手轻轻拍打筛架，使套筛水平振动，振动频率为 1 次 / 秒，振幅为 10cm，持续筛动 5 分钟（若土壤黏结性强，可延长至 8 分钟），期间每隔 1 分钟将各层筛取下，轻轻敲击筛壁 3 次，使卡在筛孔中的团聚体脱落（禁止用刷子刷筛网，避免破坏团聚体）；

筛动结束后，将各层干筛上的团聚体分别收集到已知质量的铝盒中，记录各孔径干筛上团聚体与铝盒的总质量（m 干 i，i 代表孔径，如 5mm、2mm 等），若某层筛上团聚体质量＜1g，可合并至相邻大孔径筛的样品中（需在记录中注明）；

计算干筛回收率：干筛后各级团聚体总质量（∑m 干 i - ∑m₀）与样品质量 m 总的比值，需≥95%，否则需重新取样干筛，若回收率偏低（＜90%），需检查筛网是否破损或振动方式是否正确。

（二）湿筛测定（核心步骤，测定水稳性团聚体）

湿筛前准备：将湿筛套筛按孔径从大到小叠放（与干筛孔径一致），固定在筛架上，调整筛架高度，使底层筛距离接水容器底部 10cm；打开滴水管，调节水流至标准流量，待水流稳定后，向顶层筛中加入无离子水，直至水面没过顶层筛网（高度约 1cm），保持水流持续滴入；

样品浸泡：将干筛后各级团聚体样品（如 5mm 筛上样品、2mm 筛上样品等）分别处理，以 5mm 样品为例：将 5mm 干筛上的团聚体（质量记为 m 干 5）全部转移至湿筛的 5mm 筛上，确保团聚体均匀分布，避免堆积；关闭滴水管，让团聚体在水中浸泡 10 分钟（标准规定浸泡时间，黏性土可延长至 15 分钟，砂质土缩短至 5 分钟），期间不得搅拌或触碰筛网，使团聚体充分吸水膨胀；

往复筛动：浸泡结束后，重新打开滴水管（保持原流量），启动筛架，设置筛动频率为 30 次 / 分钟，振幅为 4cm，持续筛动 5 分钟。筛动过程中需观察水流状态，若某层筛上出现团聚体堆积，可暂停筛动，用玻璃棒轻轻拨开（玻璃棒需光滑，避免划破团聚体），确保筛网通畅；

分级收集：筛动结束后，关闭筛架与滴水管，将湿筛套筛从筛架上取下，轻轻倒出各层筛上的水，用无离子水缓慢冲洗筛网内侧（水流沿筛壁流下，避免直冲团聚体），将筛上残留的团聚体全部冲入对应铝盒中（铝盒已烘干称重，记为 m 湿 0i）；

重复操作：按上述步骤，依次对干筛后的 2mm、1mm、0.5mm、0.25mm 样品进行湿筛，每个孔径样品单独处理，避免交叉污染，湿筛过程中需更换接水容器中的水，防止分散的细颗粒再次进入上层筛；

空白对照：为消除筛网残留物质的影响，需进行空白试验：取 5 个空铝盒，分别对应各孔径湿筛，按上述湿筛步骤（浸泡、筛动、冲洗）处理后，烘干称重，记录空白质量（m 空 i），后续计算时需从样品质量中扣除。

（三）样品烘干与称量

将湿筛后装有团聚体的铝盒（含水分）放入烘箱中，设置温度为 105±2℃，烘干 6-8 小时（直至恒重，两次称量差值≤0.02g）。对于有机质含量高的土壤（如森林土），需将温度降至 80℃烘干 12 小时，避免有机质燃烧导致质量损失；

烘干后，将铝盒取出，放入干燥器中冷却至室温（约 30 分钟），用感量 0.01g 的天平称取铝盒与烘干团聚体的总质量（记为 m 湿总 i）；

计算湿筛后各级团聚体的烘干质量：m 湿 i = m 湿总 i - m 湿 0i - m 空 i，其中 m 湿 0i 为湿筛用铝盒空盒质量，m 空 i 为空白试验质量，确保计算结果为团聚体的真实烘干质量。

四、结果计算与数据处理

（一）核心指标计算公式（依据 NY/T 1121.19-2008）

各级水稳性大团聚体含量（W_i）：

W_i = (m 湿 i /m 总) × 100%

式中：

W_i：某孔径（如 5mm、2mm）水稳性大团聚体含量（%），保留 1 位小数；

m 湿 i：该孔径湿筛后团聚体的烘干质量（g）；

m 总：干筛前土壤样品的总质量（g，通常为 100g）。

水稳性大团聚体总量（W_total）：

W_total = ∑W_i（i 为各孔径，从 0.25mm 到最大孔径）

式中：

W_total：粒径≥0.25mm 的水稳性大团聚体总量（%），保留 1 位小数，反映土壤水稳性团聚体的整体水平，通常耕地土壤 W_total≥50% 为结构良好，＜30% 为结构较差。

团聚体平均重量直径（MWD）：

MWD = ∑(x_i × W_i) / W_total

式中：

MWD：平均重量直径（mm），保留 2 位小数，MWD 越大，说明土壤中 large 粒径团聚体占比越高，结构稳定性越强；

x_i：某孔径团聚体的平均粒径（mm），计算方法为：对于 5mm 筛上样品，x_i = (5 + ∞)/2 ≈ 5mm（若最大孔径为 5mm）；对于 2-5mm 样品，x_i = (2 + 5)/2 = 3.5mm；1-2mm 样品 x_i = 1.5mm；0.5-1mm 样品 x_i = 0.75mm；0.25-0.5mm 样品 x_i = 0.375mm。

团聚体水稳性指数（WSI）：

WSI = (W_total / D_total) × 100%

式中：

WSI：水稳性指数（%），保留 1 位小数，反映团聚体在水中的稳定性，WSI 越接近 100%，水稳性越强；

D_total：干筛后粒径≥0.25mm