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液氮吸附实验在土壤微观孔隙结构上的应用摘要：土壤微孔隙研究是土壤肥力评价的重要部分，本文利用液氮吸附实验手 段，对土壤微孔隙进行了实验测试及分析，结果表明液氮吸附实验是开展土壤微 观孔隙研究的有效手段，是获取土壤微孔孔隙度、总比表面积、平均孔径及孔隙 形态特征等参数的重要途径，对开展土壤全尺度孔隙结构研究及土壤肥力质量评 价工作具有重要的帮助关键词：液氮吸附实验；土壤；微观孔隙；分形特征引言土壤孔隙特征是表征土壤结构的重要参数，是评价土壤肥力状态的重要指标［1］不同尺 度的孔隙具有不同的持水、保水等特性［2］，因此多尺度的孔隙并存构成了土壤复杂的孔隙系 统，使得土壤具有极强的非均质性，孔隙类型及数量制约着土壤持、保水及通透等特性因 此在开展土壤肥力质量评价时，进行全尺度的土壤孔隙结构特征研究具有重要的现实意义长期以来，土壤的宏观孔隙研究取得了长足的进展，测试及分析技术相对成熟［3］，微观 孔隙测试研究相对滞后液氮吸附实验是随着现代测试技术发展而兴起的孔隙测试技术，是 对土壤微孔测试研究的极大补充，是定量表征微孔隙形态特征的有效手段1 测试原理氮气吸附实验是检测微孔及小孔最常用的测试方法，测试原理是根据不同压力下土壤对 气体的吸附量并依据BET及BJH计算模型分析孔隙形态特征。

2实验测试及结果分析2.1 孔隙度特征对选取的六块样品进行低温液氮吸附实验，共获取了总比表面积、孔体积及平均孔径等 孔隙参数测试样品孔隙直径主要介于10-25nm之间，平均孔径为17.52nm；孔体积主要介于0.001-0.01cm3/g之间，平均孔体积为0.007cm3/g；总比表面积主要介于0.1-5cm2/g之间，平 均为 2.69cm2/g2.2孔隙分形分维特征基于液氮吸附实验数据，以p/p0=0.5为界限，利用PFEIFER等提出的理论［4］,由FHH方程分别计算低压阶段与高压阶段的分形维数D1与D2：lnV=A（nln（P0/P））+B （1）式中，V为平衡压力P下的气体吸附量；P0为气体的饱和蒸汽压；P为气体吸附的平衡 压力；A为拟合直线的斜率；B为常数通常情况下，分形维数D的计算方法有两种，根据 不同压力阶段孔隙吸附机理的不同，对分形维数D1与D2分别采用公式A=D-3和D= （D-3） /3 进行计算［5］结合液氮吸附曲线，计算各样品分形维数如表1所示，样品分维值D1主要介于2.6-2.7 之间，均值为2.64，D2主要介于2.1-2.4之间，均值为2.18D1与D2分别代表了不同压力 阶段的分维值，对于液氮吸附实验而言，当p/p0V0.5时，氮气主要作用于孔径V10nm的孔 隙［6］,即分维值D1反应的是微孔的分型特征，D2则是小孔、中孔的分型特征。

由此可以说明微孔具有更大的分维值，即微孔孔隙表面更加复杂，可提供更大的比表面 积，而小孔、中孔较微孔而言，分维值更小，显示出它们具有形态简单，表面圆滑的特点通过以上实验测试可知，微孔具有更复杂的孔隙形态特征，提供了更大的比表面积，根 据固体材料对气态分子吸附规律可知，比表面积越大，提供的吸附点位越多，便具有更强的 吸附能力［7］，此类孔隙导致土壤不利于水分的的运移，但是有助于水分的保持［8］，另外更强 的吸附能力也会影响CO2等气体的释放3结论（1） 液氮吸附实验是获取土壤微孔隙结构参数的有效手段研究区样品孔隙直径主要介于10-25nm之间，平均孔径为17.52nm；孔体积主要介于0.001-0.01cm3/g之间，平均孔体积为0.007cm3/g；总比表面积主要介于0.1-5cm2/g之间，平 均为 2.69cm2/g2） 液氮实验的吸附脱附曲线形态特征是样品孔隙类型的重要反应根据液氮吸附脱附曲线的分离、重叠特征，可将测试样品微孔隙形态分为三类：第一类 为是以细颈瓶形（墨水瓶状）孔为主；第二类主要以一端封闭的不透气孔发育为主；第三类 以开放性连通孔为主3） 根据孔隙的分形分维特征研究，确定了孔隙形态特征。

分形分维结果表明土壤微孔具有更大的分维值，即微孔孔隙表面形态复杂，可提供更大 的比表面积该类孔隙不利于水分的的运移及 CO2 等气体的释放，但有助提高土壤的持水性参考文献：［1］秦焱.吉林省黑土肥力质量评价及结构退化机理研究［D］.吉林大学，2007.⑵孙梅，黄运湘，孙楠，等.农田土壤孔隙及其影响因素研究进展J］.土壤通报，2015, 46（001：233-238.⑶赵世伟，赵勇钢，吴金水.黄土高原植被演替下土壤孔隙的定量分析［J］.中国科学：D 辑， 2010（2）：223-231.⑷张寒，朱炎铭，夏筱红，等.页岩中有机质与粘土矿物对甲烷吸附能力的探讨［J］.煤 炭学报， 2013， 38（5）： 812-816.⑸赵迪斐，郭英海，解德录，等•基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分型特征［J］.东 北石油大学学报， 2014， 38（6）： 100-109.⑹李子文，郝志勇，庞源，等.煤的分形维数及其对瓦斯吸附的影响J］.煤炭学报，2015， 40（4）： 863-869.[7]Ross D J K，Bustin R M．The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs[J] ．Marine and Petroleum Geology ，2009，26(6)： 916-927．[8]杨永辉，武继承，毛永萍，等．利用计算机断层扫描技术研究土壤改良措施下土壤孔 隙[J].农业工程学报，2013, 000 (023)： 99-108.。