第五章 土壤的力学性质和耕性

主要内容: 第一节 土壤力学性质 第二节 土壤耕性

第一节 土壤力学性质 一、土壤粘结性 土壤力学性质又称土壤物理机械性。包括土壤的结持性（粘结性、粘着性、可塑性），胀缩性，土壤耕作阻力。 1、概念：土粒通过各种引力粘结起来的性质。粘结性强弱可用单位面积上的 粘结力表示（g/cm2）。 2、粘结力的实质 1）范德华力：包括取向力 极性分子间 诱导力 极性分子间及极间分子与非极性分子间 色散力 瞬时偶极矩产生。 2）氢键：O、F、N与H之间。 3）库轮力：即静电引力，正负电荷间。带负电荷胶粒可通过阳离子桥连结起来。 4）水膜表面张力：湿土起主要作用。

第一节 土壤力学性质 一、土壤粘结性 3、粘结性影响因素 1）质地 粘土比表面积大，粘结性强 1）质地 粘土比表面积大，粘结性强 2）代换性阳离子种类 K+ Na+离子多，土壤高度分散，粘结性增强，相反 Ca2+ Mg2+为主，土壤发生团聚化，粘结性弱。 3）团粒结构粘结性降低。 4）腐殖质数量； 粘结力大于砂土，小于粘土。 5）土壤含水量；由干—湿 粘结力 无——有——最大—小—流体 由湿—干 粘结力 无——有——较大——更大

第一节 土壤力学性质 二、土壤粘着性 1、概念：在一定含水量下，土壤粘附外物的性质。粘着力大小用(g/cm2)表示。 2、土壤粘着性实质：土粒——水——外物相互吸引的性能。 3、影响因素 1）水分：粘着点——使土壤出现粘着性的含水量称为粘着点。 脱粘点——随含水量增加失去粘着性土壤含水量称脱粘点。 2）质地； 3）代换性离子种类； 4）结构； 5）腐殖质数量，提高粘着点，脱粘点

第一节 土壤力学性质 三、土壤塑性 1、概念：一定含水量下，土壤在外力作用下改变形状，当外力撤消或土壤干燥后，仍能保持这种变形的特性。 2、土壤塑性实质：由片状粘粒和水膜造成的。片状粘粒在一定含水量下平行排列，土粒间出现水膜。

第一节 土壤力学性质 三、土壤塑性 3、影响因素：影响粘结性因素都会影响土壤塑性 1）水分：过干过湿无塑性 A）下塑限：随含水量增加，土壤出现塑性的土壤含水量为下塑限。 B）上塑限：随含水量增加，土壤失去塑性的土壤含水量为上塑限。 C）塑性范围 D）塑性值：上塑限和下塑限的差称为塑性值。塑性值越大塑性越强。 强塑性（粘土）大于17 塑性土（壤土）大于-17 弱塑性（砂壤土）小于7 无塑性（砂土）0 2）质地：粘粒增加，下塑限，上塑限，塑性值均增大。 3）代换性阳离子种类。 4）有机质数量：不改变塑性值，但能提高上、下塑限。 5）结构。

第一节 土壤力学性质 四、土壤的胀缩性 1、概念：土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。 2、胀缩性与片状粘粒有关，砂土无胀缩性。膨胀是由于粘粒水化及其周围 扩散层增厚之故。 Na+ > K+ >Ca2+ Mg2+ >H+ 3、影响因素 1）粘粒含量越高胀缩性越强。 2）膨胀型粘土矿物。如：蒙脱石，蛭石，含量越高胀缩性越强。 3) 有机质多，土壤胀缩性不明显。 4、对土壤性质影响 1）湿时膨胀使土壤密实而难以通气透水。 2）干时收缩拉断植物白细胞和根毛，同时产生在的裂隙。 3）在这种土壤的建筑物，其地基也不牢固。

第一节 土壤力学性质 五、土壤耕作阻力： 包括抗压性、抗楔性、土壤位移阻力 （一）抗压性和抗楔入性 1、概念：指土壤抗压和抗楔入的能力，可用土壤硬度和坚实度表示。 2、土壤硬度：是指外物楔入或切入挤压时与垂直应力相当的土壤阻力。可用楔入阻力或抗压强度表示。 1）楔入阻力：指柱塞(锥形或圆柱形)插入土壤一定深度所需的力(kg/cm2) 2）抗压强度：原状土块抵抗外力使其破碎的阻力（kg/cm2）。 3）影响因素：抗压强度和抗楔入阻力主要土壤粘结力所决定。 含水量影响很大。含水量升高，二者下降。

第一节 土壤力学性质 五、土壤耕作阻力： （一）抗压性和抗楔入性 3、土壤坚实度：指土壤对挤压力的反应，也称抗缩阻力。 1）概念：压缩每单位容积的土壤所需的力。（kg/cm3） 2）压缩过程：有孔隙变化，可用孔隙度或孔隙比来反映土壤压缩程度。 3）影响因素：与粘结力和土壤孔性有关。 A）含水量影响较大 如图 坚实度和含水量之间有半对数的直线相关。含水量越大，坚实度越小，但砂土无此关系。 B）团粒结构坚实度小； 碱土分散死板，含Na+多，干燥时坚实度很大。 C）通常孔度高，坚实度小些，但在含水量极少，土壤干燥情况下，坚实度仍可能很大。

第一节 土壤力学性质 五、土壤耕作阻力： （二）土壤的位移阻力 用抗剪强度表示 1、抗塑强度：一定压力下，土壤剪应力的大小。 2、测定 如图 （二）土壤的位移阻力 用抗剪强度表示 1、抗塑强度：一定压力下，土壤剪应力的大小。 2、测定 如图 3、垂直载荷与土壤剪应力关系 计算公式：S=PtgΦ+C S——土壤剪应力 P——垂直载荷 tgΦ——内摩擦系数 Φ——内摩擦角 C——土壤粘结力 砂土Φ22~37O C为0 粘土 Φ7~22O C较大 4、在塑性范围内耕作，在压力和剪力作用下，土壤出现粘闭现象，孔隙度减小，孔径变小，无效孔隙增大。

第二节 土壤耕性 一、耕性 （耕翻、耙、耢也称耱、镇压、中耕等） 1、概念：耕作时表现出来的土壤物理性质。 土壤物理包括：力学性质、容重、孔隙度、松紧状况等。 2、含义： 1）耕作阻力大小 小 使于作业和节约能源 2）耕作质量好坏 好 耕土壤平整、松碎 3）适耕期长短 长 适于耕作含水量范围大，适耕期长。 3、影响因素：影响土壤力学性质的因素都影响土壤耕性。 a.质地 b.结构 c.有机质 d.代换阳离子 e.水分

第二节 土壤耕性 一、耕性 4、土壤宜耕状态判断 1）润 酥软 阻力小，成土团易耕作。 润含水量：砂土饱和持水量30-70% 粘土饱和持水量50-60% 2）田间判断： A）鸡爪裂纹（表土呈细裂纹） B）土块外干内湿 喜鹊斑 C）取一把土捏紧，抛开落地即散 D）试耕出现犁花 3）水田 稀泥浆

第二节 土壤耕性 二、土壤压板问题 （外力作用，土壤团粒结构破坏，土粒紧密排列，正方体——三斜六面体） 1、土壤粘闭现象：土壤在压力和剪力共同作用下，土粒趋向紧密排列，通气孔隙大量减少，毛管及无效孔隙急剧增加，土壤通透性减弱甚至消失的现象。 2、影响因素 1）水分： A）在塑性范围内，土壤最易被压缩，水膜增厚，具有润滑作用。 B）水分少时干，粘结力和内摩擦力大，不易被压缩。 C）水分大于塑限，水对压力具有支撑作用。 2）有机质：有弹性，并可促进团聚体形成。 3）代换性阳离子种类：Na+ K+离子多，土粒分散，扩散层厚（土粒外水膜厚），土壤可压缩程度高。

第二节 土壤耕性 二、土壤压板问题 3、预防措施 产生压板因素有：农机具挤压、人畜践踏、自然因素(雨滴冲击、土壤沉实) 1）改进农机具设计 农机作业是主要原因 A）发展四轮驱动拖拉机，轮式拖拉机增加轮胎亮度直径，链轨拖拉机增中链轨长宽。轮式比链轨压板严重些。 B）发展施转式或振动式农具，农机切土部分要锋利。 2）避免过湿作业 3）提高作业速度，压板减轻，但牵引力增加 4）减少作业次数，采用少耕法，免耕法

第二节 土壤耕性 三、水田粘闭现象及防止 1、水田粘闭现象 水整地破坏微团聚体，团聚度下降，大孔隙减少，容重增加，通透性恶化。 2、解决措施 1）水田干耕燥整：水稻收后，排水，秋季或春季，翻耕或旋耕，种前再水耙田。使土壤细而不烂，减少微团聚体破坏。 2）冻垡，晒垡，可促进团粒结构，微团粒结构的形成。