1. 基于容重和颗粒密度的计算法(常用)

　　这是经典、应用广泛的方法。

　　(1)土壤容重(ρ_b)的测定

　　容重是单位体积原状土壤(保持自然结构状态)的干土质量。

　　环刀法(标准方法)

　　原理：用已知体积的环刀打入原状土壤，获取一份未被扰动的原状土样。

　　步骤：

　　将环刀(通常是钢制圆筒，容积通常为100 cm³)称重(W₁)。

　　在选定的土壤位置，将环刀垂直压入土中，直至充满，小心挖出并削平两端。

　　称量环刀 + 湿土的质量(W₂)。

　　将环刀内的土样全部取出，放入铝盒，在105℃的烘箱中烘至恒重(通常6-8小时)，得到干土质量(W₃)。

　　计算：容重 ρ_b = (W₃ - W₁) / V

　　V： 环刀容积

　　蜡封法(适用于不规则或易碎样品)

　　原理：用石蜡包裹不规则土块，通过排水的体积减去石蜡体积，得到土样体积。

　　步骤：

　　称取不规则原状土块的质量(M_s)。

　　将土块浸入熔化的石蜡中，迅速取出使其表面形成一层密封蜡膜，称重(M_sw)。

　　将蜡封土块浸入水中，根据阿基米德原理测量其排开水的体积，即为蜡封土块的总体积(V_ws)。

　　石蜡体积 V_w = (M_sw - M_s) / ρ_w (ρ_w为石蜡密度，约0.9 g/cm³)。

　　土样体积 V_s = V_ws - V_w。

　　计算：容重 ρ_b = M_s / V_s

　　(2)土壤颗粒密度(ρ_p)的测定

　　颗粒密度是单位体积土壤固体物质(不含孔隙)的质量。

　　比重瓶法(标准方法)

　　原理：利用排水法测定土壤固体颗粒的体积。

　　步骤：

　　将风干、磨碎、过筛的土样称重(M_s)。

　　向比重瓶中加满蒸馏水，恒温后称重(M_bw)。

　　将部分土样倒入比重瓶，排尽空气，再加满水，恒温后称重(M_bsw)。

　　计算：土壤颗粒体积 V_s = [ (M_s + M_bw) - M_bsw ] / ρ_w (ρ_w为水在实验温度下的密度)

　　颗粒密度 ρ_p = M_s / V_s

　　注意：对于大多数矿物质土壤，若无精密要求，常直接使用平均值 2.65 g/cm³。

　　(3)孔隙率计算

　　获得容重(ρ_b)和颗粒密度(ρ_p)后，代入公式 n = (1 - ρ_b / ρ_p) × 100% 即可求得总孔隙率。

　　2. CT扫描法(现代、无损、高精度)

　　原理：利用X射线计算机断层扫描技术，对原状土柱进行扫描，获得土壤内部结构的二维切片图像，再通过三维重建，直接可视化和量化孔隙的大小、形状、分布和连通性。

　　优点：

　　无损检测：不破坏样品，可进行动态监测。

　　三维信息：不仅能得到总孔隙率，还能分析孔隙的几何特征和拓扑结构。

　　高分辨率：微米级甚至纳米级的精度。

　　缺点：

　　设备昂贵，成本高。

　　数据处理复杂，需要专业软件和技能。

　　样品尺寸受扫描腔体大小限制。

　　应用：主要用于科学研究，如土壤结构演化、根系与孔隙相互作用等。

　　3. 水饱和法(直接法)

　　原理：使干燥的原状土样充分饱和水分，认为饱和时所有孔隙都被水填充，则孔隙水的体积即为孔隙体积。

　　步骤：

　　用环刀法取得原状土样，烘干称重(M_dry)。

　　将环刀有孔的一端放在铺有湿润砂子的托盘上，让土壤通过毛管力缓慢吸水至饱和。

　　待土样完全饱和后(表面出现水膜)，称重(M_sat)。

　　计算：

　　孔隙水质量 = M_sat - M_dry

　　孔隙水体积 V_pores ≈ (M_sat - M_dry) / ρ_w (假设水密度为1 g/cm³)

　　总孔隙率 n = (V_pores / V_ring) × 100%

　　V_ring： 环刀容积

　　注意：此方法很难保证100%排除所有空气，尤其是一些封闭孔隙，因此结果可能略低于实际值。

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