容重換孔隙度計算器
輸入土壤容重與顆粒密度,即時算出總孔隙度(%) = (1 − 容重 ÷ 顆粒密度) × 100,用於評估土壤鬆緊、通氣與保水能力。
輸入資料
計算結果
重點速覽:土壤總孔隙度(total porosity)是土壤中孔隙(充滿空氣或水的空間)體積占土壤總體積的百分比,是描述土壤結構最基本的物理指標之一。孔隙負責容納空氣與水:大孔隙(通氣孔隙)在灌溉或降雨後排水、供根系與微生物呼吸;小孔隙(毛管孔隙)則以毛細力保存植物可用水。孔隙度過低(土壤緊實)會限制根系穿透、降低通氣與入滲,導致缺氧與逕流;過高又可能保水不足。孔隙度可由兩個密度估算:容重(bulk density, BD)與顆粒密度(particle density, PD)。容重是「單位總體積(固體+孔隙)的乾土質量」,直接反映土壤的鬆緊與壓實程度,礦質壤土通常介於 1.0–1.6 g/cm³,超過約 1.6 常代表壓實、根系受阻;砂土因顆粒排列緊密、孔隙少,容重偏高;富含有機質或團粒結構良好的土壤容重較低。顆粒密度則是「固體礦物本身的密度」,與孔隙無關,礦質土壤主要由石英、長石等組成,平均約 2.65 g/cm³(有機質含量高時會下降)。因為固體體積 = 乾土質量 ÷ 顆粒密度,總體積由容重定義,兩者相除即得固體所占比例,餘下即孔隙:孔隙度(%) = (1 − BD ÷ PD) × 100。例如 BD = 1.33、PD = 2.65,孔隙度 ≈ (1 − 0.502) × 100 ≈ 49.8%,接近礦質壤土常見的一半左右。使用時要注意:顆粒密度若未實測,礦質土壤取 2.65 是合理近似,但高有機質土壤應下修;容重需以已知體積的原狀土芯烘乾稱重求得,擾動或篩過的土會失真。孔隙度是判讀壓實、規劃鬆土與比較耕作/改良措施的重要依據,但它只給「孔隙總量」,孔隙的大小分布(通氣孔隙 vs 毛管孔隙)還需另以持水曲線分析。
計算公式
總孔隙度:孔隙度(%) = (1 − 容重 BD ÷ 顆粒密度 PD) × 100。
固體體積比 = BD ÷ PD;孔隙體積比 = 1 − BD ÷ PD。
礦質土壤顆粒密度常取 PD = 2.65 g/cm³。
$$\phi = \left(1 - \frac{\rho_b}{\rho_p}\right) \times 100\%$$$$\rho_b = \text{bulk density},\ \rho_p = \text{particle density}$$使用說明
- 以已知體積的原狀土芯烘乾稱重,求得容重 BD(乾土質量 ÷ 總體積)。
- 填入顆粒密度 PD(礦質土壤未實測時取 2.65 g/cm³)。
- 系統即時算出總孔隙度;數值越低代表土壤越緊實、孔隙越少。
礦質土壤容重與估算孔隙度對照(顆粒密度 2.65 g/cm³)
| 容重 (g/cm³) | 估算孔隙度 (%) | 土壤狀態 |
|---|---|---|
| 1.0 | 62.3 | 疏鬆、富團粒或有機質 |
| 1.33 | 49.8 | 壤土典型、孔隙約一半 |
| 1.5 | 43.4 | 略緊、部分作物受限 |
| 1.6 | 39.6 | 接近壓實門檻 |
| 1.8 | 32.1 | 明顯壓實、根系受阻 |
門檻隨質地而異:砂土壓實門檻容重較高,黏土較低;此表為礦質土壤概略對照。
理財情境案例
由容重估壤土孔隙度
某壤土原狀土芯量得容重 = 1.33 g/cm³,顆粒密度取礦質土壤常用值 2.65 g/cm³。
孔隙度 = (1 − 1.33 ÷ 2.65) × 100 ≈ (1 − 0.502) × 100 ≈ 49.8%。
孔隙約占一半,屬礦質壤土的典型範圍,通氣與保水尚屬平衡。
壓實使孔隙度下降
機具反覆輾壓後同一田塊容重升至 1.6 g/cm³,顆粒密度仍 2.65。
孔隙度 = (1 − 1.6 ÷ 2.65) × 100 ≈ 39.6%。
孔隙度由約 49.8% 降到 39.6%,通氣孔隙明顯減少,可能造成排水不良與根系伸展受阻,宜安排鬆土或減少壓實。
常見問題
顆粒密度不知道怎麼辦?
礦質土壤主要由石英、長石等矽酸鹽礦物組成,平均顆粒密度約 2.65 g/cm³,未實測時取此值是普遍且合理的近似。但若土壤有機質含量高(有機物密度較低,約 1.3–1.5),實際顆粒密度會下降,直接用 2.65 會高估孔隙度,應以實測或依有機質比例修正。
容重和顆粒密度有什麼差別?
容重是「單位總體積(固體+孔隙)的乾土質量」,包含孔隙,因此受壓實、結構影響很大;顆粒密度是「固體礦物本身的密度」,不含孔隙,是材料常數。孔隙度正是利用兩者的差異:固體占比 = 容重 ÷ 顆粒密度,其餘即孔隙。所以只有容重會隨壓實改變,顆粒密度基本固定。
孔隙度多少算好?
礦質土壤總孔隙度常在 40–60%,約一半為佳,能同時兼顧通氣與保水。低於約 40%(容重偏高)常代表壓實、通氣與入滲不足;但孔隙度也不是越高越好,過高(如極疏鬆或高有機質)可能保水或支撐力不足。更重要的是孔隙的大小分布——通氣大孔隙與保水毛管孔隙的比例,需以持水曲線進一步判讀。
怎麼正確量測容重?
標準做法是用已知體積的金屬環刀(core)採取原狀土(不破壞結構),連土帶環取回後於 105°C 烘乾至恆重,再以乾土質量除以環刀內部體積得容重。務必使用原狀土;若用擾動、篩過或回填的土,孔隙結構被破壞,容重與由此估算的孔隙度都會失真。
這個孔隙度包含被水占據的孔隙嗎?
是的,此公式算的是「總孔隙度」,代表所有孔隙(無論當下充滿空氣還是水)占總體積的比例,與含水狀態無關。若想知道當下有多少孔隙被空氣占據(通氣孔隙)或被水占據,需再結合體積含水率:通氣孔隙 = 總孔隙度 − 體積含水率。飽和時水幾乎填滿所有孔隙,體積含水率接近總孔隙度。
相關工具
參考資料
內容審核:香港計算器科學團隊。孔隙度依 (1 − 容重÷顆粒密度)×100% 計算,礦質土壤顆粒密度預設 2.65 g/cm³。