第二章 耕作与土壤的物理力学性质
土壤的物理机械性质
粘着性大小，以粘着强度（ N/cm2 ）表示。
第一节
土壤的结持性
1．影响土壤粘着性大小的因素
（1）土壤含水量：含水少时，粘着性小，含水增多，粘着 性增大。随土壤水分进一步增加，水膜加厚，吸水力减小， 粘着强度降低。当含水量增多至土壤成流体状态时，粘着性 消失。 （2）土壤质地：土粒越细，粘着性越强。 （3）农机具材料的性质：农机具所用材料的亲水性，直接 影响土壤的粘着强度。亲水性强，易粘着，反之不易粘着。 （木料易粘着，塑料不易粘着） （4）土壤有机质含量、结构性：有机质多、结构性好的土 壤，粘着性低。
力。
第一节
土壤的结持性
3．土壤粘结性与土壤耕作的关系
粘结力大，耕作时易形成大土块，即使经 耙耱也会形成小于0.25mm的团聚体，破 坏土壤结构。 粘结力增加农机具对土壤作用的阻力和附 着力。
第一节
土壤的结持性
二、土壤的粘着性
土壤的粘着性：土壤粘附于其它物体的性质称土壤
的粘着性。 粘着性是土粒－水－外物分子间相互作用的结果。
第一节
土壤的结持性
三、土壤的可塑性
土壤在外力作用下，能塑造成任意形状而不破裂，并 在去掉外力以后仍能保持新形状的性质，称土壤塑性。
塑性仅在一定含水量范围才能表现出来。
干土无塑性，随土壤含水量增加 至土粒表面 形成一薄层水膜时 因水膜张力作用使土粒粘结在 一起 当外力大于水膜的张力时 土粒相互滑动 使土体变形。外力消失时，土粒仍被水膜粘结力保持 在土体变形后的位置上 土壤就表现出塑性。
第一节
土壤的结持性
塑性下限（塑限） ：土壤开始出现塑性时的最 小含水量。
塑性上限（液限或流限）：土壤能够保持塑性 的最大含水量。 塑性指数：塑性上限与塑性下限之差。它反映 土壤塑性的强弱。
土壤物理性质(四)
土壤物理性质（四）(五)土壤力学性质与耕性土壤受外力作用(如耕作)时，显示出一系列动力学特性．统称土壤力学性质(又称物理机械性)。
主要包括黏结性、黏着性和塑性等。
耕性是上壤在耕作时所表现的综合性状，如耕作的难易，耕作质量的好坏，宜耕期的长短等。
土壤耕性是土壤力学性质的综合反映。
1．土壤黏结性和黏着性 (1)概念土壤黏结性是土粒与土粒之间因为分子引力而互相黏结在一起的性质。
这种性质使土壤具有反抗外力破裂的能力，是耕作阻力产生的主要缘由。
干燥土壤中，黏结性主要由土粒本身的分子引力引起。
而在潮湿时，因为土壤中含有水分，土粒与土粒的黏结经常是通过水膜为媒介的，所以事实上它是土粒-水膜-土粒之间的黏结作用。
同时，粗土粒可以通过细土粒(黏粒和胶粒)为媒介而黏结在一起，甚至通过各种化学胶结剂为媒介而黏结。
土壤黏结性的强弱，可用单位面积上的黏结力(g/cm2)来表示。
土壤的黏结力，包括不同来源和土粒本身的内在力。
有范德华力、库仑力以及水膜的表面张力等物理引力，有氢键的作用，还往往有如化学胶结剂(腐殖质、多糖胶和等)的胶结作用等化学键能的参加。
土壤黏着性是土壤在一定含水量范围内，土粒黏附在外物(农具)上的性质，即土粒-水-外物互相吸引的性能。
上壤黏着力大小仍以g/cm2等表示。
土壤开头展现豁着性时的最小含水量称为黏着点；上壤丧失黏着性时的最大含水量，称为脱黏点。
(2)结性与瓤着性的影响因素土壤赫结性和载着性均发生于土粒表面，同属表面现象，其影响因素相同，主要有土壤比表面大小和含水量凹凸两个方面。
1)土壤比表面及其影响因素土壤质地、黍占粒矿物种类和交换性阳离子组成，以及土壤团圆化程度等。
都是影响土壤黏结性和黏着性离子大小的因素。
土壤质地愈黏重，黏粒含量愈高，尤其是2:1型黏粒矿物含量高，交换性钠在交换性阳离子中占的比例大，而使土粒高度簇拥等，则黏结性与黏着性增加；反之，土粒团圆化降低了彼此间的接触面，所以有团粒结构的土壤就整体来说黏结力与黏着性削弱。
第五章 土壤的力学性质和耕性
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。
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
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
3、粘结性影响因素
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
土的物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标1. 体积重是指土壤单位体积的质量，通常用单位是千克/立方米（kg/m^3）或兆帕（MPa）表示。
体积重是土壤力学性质的重要参数，它直接影响土体的承载能力和稳定性。
体积重的大小与土壤颗粒密度、含水量和孔隙度有关。
2.孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积的比值，即孔隙度。
孔隙比能够反映土壤孔隙结构和孔隙连通性，对土壤的透水性、保水性和通气性等性质有重要影响。
孔隙比的大小与土壤颗粒颗粒的形态、大小和堆积密度等因素有关。
3.毛细吸力是指土壤孔隙中水分上升或下降所受到的作用力。
毛细吸力与土壤含水量、孔隙度、土壤颗粒大小和水表面张力等因素有关。
毛细吸力对土壤水分运移和供水能力有着重要影响，也是评价土壤保水能力和透水性的重要指标。
4.剪切强度是指土壤在剪切应力作用下的抗剪能力。
剪切强度是土体抗剪破坏的重要参数，直接影响土壤的稳定性和承载力。
土壤的剪切强度与土壤颗粒间的内聚力、黏聚力和有效应力等有关。
此外，还有一些与土壤物理力学性质相关的指标，如孔隙水压力、压缩系数、孔隙率等。
5.孔隙水压力是指土壤孔隙中水分所受到的压力。
它与土壤含水量、孔隙度和毛细吸力等因素有关。
孔隙水压力对土壤水分状态和土壤力学性质具有重要影响。
6.压缩系数是指土壤在外力作用下体积变化与应力之间的关系。
压缩系数反映土壤的压缩性质，与土壤的固结和液化等问题密切相关。
7.孔隙率是指土壤孔隙体积与总体积的比值，即孔隙系数。
孔隙率能够反映土壤孔隙结构和蓄水性能，也是评价土壤质地和透水性的一项重要指标。
这些物理力学性质和指标是描述土体力学性质和水分运移特性的重要参数，对土壤科学研究、土壤工程设计和农田管理等具有重要的理论和实际意义。
大学土管知识点总结大全
大学土管知识点总结大全第一章：土壤学基础知识1.1 土壤的定义与分类土壤是地球表面最上层由岩石颗粒、有机质、水和空气所组成的，支持生物生长的物质。
土壤根据其形成过程、化学性质、物理性质和生物性质可以分为多种类型，常见的有砂土、壤土、粘土、沙壤土等。
1.2 土壤的物理性质土壤的物理性质主要包括土壤颗粒的大小和形状、土壤的密度、孔隙度等。
这些性质对土壤的渗透性、通气性、保水性等有一定的影响。
1.3 土壤的化学性质土壤的化学性质包括土壤的酸碱度、土壤中的养分含量等。
这些性质对于土壤的肥力、养分供应等有着重要的作用。
1.4 土壤的生物性质土壤的生物性质主要指土壤中的微生物、腐解生物等。
这些微生物能够分解有机物、促进土壤的肥力等，对土壤的生态系统有着重要的作用。
第二章：土壤与植物2.1 土壤对植物的影响土壤中的养分、水分、氧气等对植物的生长有着直接的影响。
不同类型的土壤对植物的影响也有所不同，需要根据具体情况进行合理的土壤处理和管理。
2.2 土壤养分的供给土壤中的养分对于植物的生长发育至关重要。
常见的养分包括氮、磷、钾等，需要通过施肥等方式来进行补充。
2.3 土壤中的微生物土壤中的微生物对于植物的生长发育有着积极的影响。
它们可以分解有机物，促进植物的吸收养分等。
第三章：土壤改良与施肥技术3.1 土壤改良土壤改良是通过改变土壤的物理性质、化学性质、生物性质等，来提高土壤的肥力、改善土壤的透气性、保水性等。
通常采用的方法有耕作、施肥、植被覆盖等。
3.2 施肥技术施肥是为了保证植物充分获得所需的养分而对土壤进行的一种活动。
施肥的方式有化肥施用、有机肥施用等，需要结合实际情况进行选择。
第四章：土壤保护与治理4.1 土壤侵蚀土壤侵蚀是指风、水、人类等因素对土壤进行的剥蚀、冲刷等，导致土壤流失的过程。
土壤侵蚀对于土地的生产力有着严重的影响，需要采取措施加以防治。
4.2 土壤污染土壤污染是指土壤中出现的有毒物质，对土壤环境和人类健康带来危害的情况。
土壤的物理机械性和耕性
土壤的物理机械性和耕性土壤耕作是土壤管理的主要技术措施之一，耕作的目的是改善土壤孔隙状况，为植物生长创造良好的土壤条件。
若要合理地对土壤进行耕作，就应了解土壤的物理机械性能和耕作性质。
一、土壤的物理机械性当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。
这一性能是多项土壤动力学性质的统称，包括黏结性、黏着性、可塑性等。
（一）土壤黏结性和黏着性土壤黏结性（soil cohesiveness）是土粒间通过各种引力而黏结在一起的性质。
这种性质使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作时产生阻力的主要原因之一。
土壤中往往含有水分，土粒之间的黏结常以水膜为媒介。
同时，粗土粒可以通过细土粒（黏粒）而黏结在一起，甚至通过各种化学胶结剂为媒介而黏结在一起。
土壤黏着性（soil adhesiveness）是土壤在一定含水量条件下，土粒黏附在外物（如农具）上的性质。
土壤过湿耕作，土粒黏着农具，增加土粒与金属间的摩擦阻力，使耕作困难。
土粒与外物的吸引力也是由于土粒表面的水膜和外物接触面产生的分子引力引起的，故黏着性实际上是指土粒—水膜—外物之间相互吸引的性能。
土壤黏结性和黏着性强弱，分别用单位面积上的黏结力（g/cm2）和黏着力（g/cm2）表示。
影响土壤黏结性和黏着性的因素主要有两方面，即土壤活性表面和土壤含水量。
土壤活性表面，一般用土壤比表面来表示。
土壤黏结性和黏着性强弱首先与土壤比表面成正比，比表面越大，黏结力和黏着力越大，黏结性和黏着性越强，反之亦然。
因此，土壤质地、土壤中黏土矿物种类和交换性阳离子组成以及土壤团聚化程度等，都影响其黏结性和黏着性。
土壤质地越黏重，黏粒含量越高，土壤黏结力和黏着力越大；而土壤质地越轻，黏结力和黏着力越小。
另外，土壤中蒙脱石为主，交换性Na+占优势，土壤高度分散，则土壤黏结性和黏着性增强；反之，黏土矿物以高岭石为主，交换性离子以Ga2+占优势，土壤团聚化程度高，则土壤的黏结性和黏着性降低。
土壤耕作方法1
三、耕作机具
１、播前耕作
耕地作业：铧式犁、圆盘犁 整地作业：圆盘耙、钉齿耙、水田耙、镇压器、驱动耙、耢等 耕耙联合作业：旋耕机、耙耕机、回转锹
２、播后耕作
中耕培土作业：中耕机（水田旱地两类）、培土器 施肥、开沟、筑埂等作业：中耕培土施肥机、筑埂机、开沟机 等
３、少耕法
浅松或深松作业：深松（凿形）犁、通用耕作机（深松、浅松、 除草）
粘粒
＜0.001
（二）容重
q
V
式中 q—土壤重量（包括所含水分重） V—土壤体积
土壤干容重γ0
（三）湿度（又称含水量） 土壤的绝对湿度为
Байду номын сангаас
W
q q' q'
式中 q—自然状态下土壤的重量 q′—烘干后同体积的土壤重量
土壤的相对湿度
W0
W Wn
100 %
二、耕层土壤的动力学特性
（一）土壤与金属间的摩擦系数 （二）土壤的坚实度（又称贯入阻力） （三）土壤的凝聚力和附着力 （四）土壤的抗剪强度 （五）犁耕土壤比阻
○ 一次完成深松、施肥、灭茬、起垄、播种、施药等多项作 业
目前所使用的耕地机械，由 于其作业的工作原理不同类型主 要分为三大类：
铧式犁 圆盘犁 凿形犁
铧式犁应用历史最长，技 术最为成熟，作业范围最广， 铧式犁是通过犁体曲面对土壤 的切削、碎土和翻扣实现耕地 作业的。
圆盘犁是以球 面圆盘作为工作 部件的耕作机械， 它依靠其重量强 制入土，入土性 能比铧式犁差， 土壤摩擦力小， 切断杂草能力强， 可适用于开荒、 粘重土壤作业， 但翻垡及覆盖能 力较弱，价格较 高。
（四）土壤的抗剪强度
耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲 等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从 库伦定律：
第二章 耕作与土壤的物理力学性质分析
土壤塑性：在外力作用下使粘土改变形状而又不破裂的性质。
上塑限：指土壤出现塑性时的含水量。
下塑限：指土壤开始流动时的含水量。
03:11:24
11
㈢旋耕机
切土、碎土能力强，多用于耕地后的整地作业。
03:11:24
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
第二节 土壤的物理机械性质
一、土壤组成及基本物理性质（如图示）
整个土体大致可分为耕作层、犁底层、心土层和底土层。耕作层是 最重要的层次，应有一定厚度的土层，要有丰富的有机质和合适的 总空隙度，其中毛管空隙度（d<0.1mm）应在37~40%之间，才 能保持良好的通透性能。在耕层中，能为植物吸收的是毛管水，最 为有效的空隙是毛管孔隙。
qmax q' q'
100 %
qmax—最大含水量时的水重 q`—烘干后的土重
绝对湿度：
w
q
q' q'
q—自然状态下的土壤重量 q`—烘干后同体积的土壤重量
因砂土的田间持水量较小，当绝对湿度为15%时，砂土摸起来 是潮湿的（其相对湿度约为80%）；而重粘土的田间持水量较大， 摸起来几乎仍似乎干土（其相对湿度仅有35%），故引入相对湿 度这一概念。
土壤干容重：扣除土样中的水分即得之。
0
q1 v
q1—土壤固体颗粒重量
土壤容重γ=f(孔隙度、固体颗粒b比重) 孔隙度 ， γ
当土壤容重为1kg/dm3时最有利于耕作
03:11:24
9
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
2.湿度（又称含水量）：土壤中含水百分比。
田间持水量：土壤中所能保持的最大含水量。
wn
㈠作用
①翻转土层，恢复地力，改善土壤结构；
2第二章土的物理力学性质1
2.2.2 土的其他物理性质指标
1.孔隙比e和孔隙率n
e VV
Vs
n VV 100% V
n e 1 e
砂类土：28-35%
粘性土：30-50%，有的可达60-70%
ma=0 m mw
ms
质量
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密实程度的重要物理 性质指标，e或n越大，土越疏松，反之土越密实。一 般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松 的高压缩性土。
ms
质量
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
干容重
d dg
饱和容重 浮容重
satsagt
sa t w
satd
2.2 土的三相比例指标 防灾科技学院
2.2.3 指标间的换算
令Vs=1
，
e
VV Vs
所以VV=e,V=1+e
ma=0 m mw
ms
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
质量
m ssV sw dsV sw ds 质量m
m msmw V VsVwVa
ma=0 m mw
ms
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
• 单 位: kg/m3 或 g/cm3
质量
• 一般范围: 1.60~2.20 g/cm3
体积
相关指标: 土的重度 =g 单位: kN/m3
工程上更常用, 用于计算土的 自重应力
土的密度用环刀法测定:
2.2 土的三相比例指标 防灾科技学院
土壤学课件：土壤物理性质
層土壤含N量為0.1%，則1公頃含N量為： 2300000х0.1%=2300公斤
➢計算孔度
三、土壤孔性
1、三相比
土壤固、液、氣三相的容積分別占土體容積的百分率，
稱為固相率、液相率（即容積含水量或容積含水率，可與品 質含水量換算）和氣相率。三者之比即是土壤三相組成
糰粒結構 腐殖質含量 2)、含水量：完全乾燥，沒有粘結力；15%時，粘結力最大；隨著含 水量增加，水膜增厚，粘結力減少；水分達到飽和時，粘結性消失。
（二) 土壤粘著性 土粒粘附於外物的性質 指土粒---水膜----外物間的相互吸引的性能
1)、含水量：乾燥的土壤無粘著力，隨著水分含量增加，土粒與外 物間的水膜生成（粘著點），粘著力增強，繼而水膜太厚，粘著力下降， 到可流動的泥漿時（脫粘點），消失。
環刀取樣法
3、應用
➢ 反映土壤鬆緊度
在質地相似條件下比較 •容重小表明疏鬆多孔，結構性良好，反之緊實； •過松會加快水分損失，容重大過緊，不利根系發育，通氣透水； •旱作：適宜1.1-1.3範圍，砂土可以偏高些 。
➢ 計算土壤重量及土壤中各組分數量
例：1公頃耕層土重：耕層厚0.2m，容重1.15噸/米3 10000m2х0.2mх1.15噸/米3 = 2300噸
一、土壤結持性
指不同含水量下土壤粘結性，粘著性和塑性的綜合表現。 （一) 土壤粘結性：土粒之間通過各種引力而互相粘結在一起的性質。
它使土壤具有抵抗外力而不被破壞的能力。是產生耕作阻力的原因之一
1、粘結力(內聚力) 土粒----水膜----土粒之間的粘結作用
2、影響粘結的因素 1)、比表面：粘粒含量 含量高—粘結力強，砂土幾無粘結力
土壤物理性质.ppt
130-400
700-850 400-800 90-150
5-40 10-45
430 260-800
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
3、土壤胶体的电性和电位
（1）土壤电荷的起因和种类
①永久电荷(permanent charge)*** 永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
荷也越多。
② 含水氧化铁、铝胶体
包括晶质的褐铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石。 它们均属两性胶体，所带电荷随pH值变化有很大
不同，在溶液偏酸时，解离出OH-，成为 Al(OH)2+带正电。 在溶液偏碱时，解离出H+，成为Al(OH)2O-带负电。
③ 层状铝硅酸盐粘土矿物
高岭石（kaolinite）
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。这是因为 胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。没有截 然划分的界限。
2、土壤胶体的比表面和表面能
＊比表面：单位重量或单位体积物体的总表面积.
很显然颗粒越小，比表面越大。
＊表面能：产生于两相介质上分子所受各方面的分
子引力不均衡，因而表面分子具有一定数量的自 由能。
（4）土壤的酸碱性
在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可 变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
4、土壤盐基饱和度
定义：土壤胶体上的交换性盐基离子占交换性阳离子总 量的百分比。
土壤交换性阳离子可分为二类： 致酸离子（H+、Al3+） 盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)。
研究盐基饱和度的意义：真正反映土壤有效速效 养分含量的大小。若阳离子总量大，而盐基饱和 度偏小，土壤中养分状况？
任务二土壤的基本性质
微团粒 微团粒 微团粒
团 粒 结 构
（2）块状结构 结构体呈不规则形状,长、宽、高大 致相近,边面不明显,内部较紧实,俗称“ 坷垃”。 在有机质含量较低或黏重的土壤中， 由于土壤过干、过湿耕作，易在表层 形成块状结构；另外由于受到土体的 压力，在心土、底土中也会出现。 （3）核状结构 外形与块状结构体相似，但棱角、边、 面比较明显，内部紧实坚硬，泡水不散， 俗称“蒜瓣土”，多出现在黏土而缺乏 有机质的心土和底土层中。
孔隙类型 当量孔径 土壤水吸 力 通气孔隙 >0.02mm <15kPa 毛管孔隙 0.02～0.002mm 15～150kPa 无效孔隙（非活性孔隙） <0.002mm >150kPa
此孔隙内水分受 此孔隙起通 毛管力影响，能够 此孔隙内水分移动困 主要作用 气透水作用， 移动，可被植物吸 难，不能被植物吸收利用 常被空气占据 收利用，起到保水 ，空气及根系不能进入 蓄水作用
土壤孔隙性
3.土壤孔隙性与植物生长
生产实践表明，适宜于植物生长 发育的耕作层土壤孔隙状况为： （１）总孔隙度为50%～56%,通气 孔隙度在10%以上,如能达到15%～20% 更好 （２）对于含有机质多而结构好 的耕作层土壤容重宜在1.1～ 1.3g/cm3 之间;水田土壤的容重（称为 浸水容重）宜在0.5～0.6g/cm3之间。
土壤耕性
（3）土壤塑性
土壤塑性指在一定含水量范围内可以被塑造成任 意形状,并且在干燥或者外力解除后仍能保持所获 得形状的能力。 干燥的土壤不具有塑性。
影响土壤塑性的因素：土壤 质地、有机质含水量、交换 性阳离子组成、含盐量等。 塑性强的土壤耕性往往不好
土壤耕性
（4）土壤胀缩性
土壤胀缩性是指土壤含水量发生变化而引起的、 或者在含有水分情况下因温度变化而发生的土壤体 积变化 影响胀缩性的主要因素: 土壤质地、黏土矿物类型、 有机质含量、交换性阳离子 种类及土壤结构等。一般具 有胀缩性的土壤均是黏重而 贫瘠的土壤
第二章耕作机械第一节概述第二节犁的类型第三节铧式犁的构
第⼆章耕作机械第⼀节概述第⼆节犁的类型第三节铧式犁的构第⼆章耕地机械第⼀节概述⼟壤耕作是对⼟壤进⾏耕翻和疏松。
其⽬的是为农作物的种植和⽣长创造良好基本的环境条件，主要包括：(1)通过翻耕、疏松⼟壤，改善⼟壤中的⽔分、空⽓和⼟粒间的结构状况，增强⼟壤吸⽔及透⽔透⽓的能⼒。
(2)通过翻耕，铲除并覆盖杂草、绿肥、作物残茬及肥料等，增加耕层的腐殖质和肥⼒。
(3)将⼟层下⾯的⾍卵翻⾄地表消灭，防除病⾍害。
耕地机械主要是铧式犁和圆盘犁，尤以铧式犁因其优良的翻⼟和覆盖性能得到最⼴泛的应⽤。
另外，为深松⼟壤，深松犁也⽇益得到⼴泛应⽤。
⼈类应⽤犁已有数千年的历史。
刘仙洲教授在《中国古代农业机械发明史》中认为中国在3200年前已经⽤⽜拉铧式犁进⾏耕作。
虽然犁可算得上是最古⽼的农具之⼀，但对犁的研究在今天仍是令⼈感兴趣的课题。
世界各地的⼤农机公司每年都要推出⼀批新种类的铧式犁供农民选⽤。
世界⼟壤耕作研究组织(IsTRO)则每两年都要组织⼀次⼤型国际会议，探讨耕作中出现的各种问题。
⼀个不了解⼟壤的物理⼒学性质、不懂得犁是如何对⼟壤起作⽤的⼈，可能认为犁是⼀种⾮常简单的⼯具，不需要什么研究。
然⽽事实是，要设计、调整好⼀架符合要求的犁，取得最佳的耕作效果是不容易的，需要考虑许多因素。
典型的铧式犁⼯作过程如图2—1所⽰。
犁通过拖拉机的液压悬挂机构挂接在拖拉机后⾯，其犁体⼯作⾯上的胫刃和底边的铧刃将⼟壤沿左边的垂直⽅向与底⾯的⽔平⽅向切开并翻转、破碎。
农业技术对犁耕质量的要求各地不尽相同，但⼀般可归纳为如下⼏点：(1)良好的翻垡和覆盖性能；旱耕后⼟层松碎，⽔耕后断条长度⼩，⼟垡架空，以利晒垡。
图2-l犁耕作业(2)耕深⼀致、沟底平整。
(3)不漏耕、不重耕、耕后地表平整。
第⼆节犁的类型⼀、普通铧式犁1．⼀般构造普通铧式犁是指具有铧式犁基本⼯作部件，⽤于⼀般⽬的的旱地、⽔⽥犁等。
图2—2为⼀普通铧式犁，具有犁架、圆犁⼑、⼩前铧、主犁体等主要部件。
土壤的物理机械性质
3．压力增加，最适压实含水量（指土壤压实
至最大密度的含水量）降低。因为较大压力下，
土壤孔隙度降低，土粒表面形成水膜需要的水
分减少。 4．在压应力和剪应力同时起作用情况下，压 应力是土壤压实的主要原因，在含水量高时， 剪应力的压实作用增加。
第四节
土壤的压缩和压实
二、耕作栽培中的土壤压实问题
（一）土壤压实的概念 土壤压实：指在农机具作用下，土壤压缩、容 重加大，孔隙减少至影响作物生长时，称为～。
土壤抗剪切的力包括：摩擦力和粘结力。
S=C＋P· tgφ
S―抗剪强度； C―粘结强度； P―正压应力； φ―内摩擦角
当农机具作用于土壤时，对土壤施 加剪力，土壤会发生形变，随作用力增 加，土壤发生形变达到最高值时，作用 力再增加，土壤则破碎，抗剪阻力迅速 下降。
第三节
土壤的抗剪强度
（二）影响土壤抗剪强度的因素
推广适合的少耕法、免耕法，尽量减少耕作次
数。
土壤的物理机械性质复习思考题
1、什么叫土壤的结持性？结持性包括哪三种类型，影响结持 性的因素如何？
2、土壤粘结性、粘着性、可塑性对土壤耕作有何影响？ 3、土壤的摩擦力有哪几种？影响土壤摩擦力的因素是什么？ 4、什么是土壤的抗剪强度？其影响因素有哪些？ 5、什么是土壤压缩与压实？简述产生土壤压实的原因及土壤 压实对土壤耕作和作物生长的影响。 6、防止土壤压实的主要方法有哪些？
第一节
土壤的结持性
三、土壤的可塑性
土壤在外力作用下，能塑造成任意形状而不破裂，并 在去掉外力以后仍能保持新形状的性质，称土壤塑性。
塑性仅在一定含水量范围才能表现出来。
干土无塑性，随土壤含水量增加 至土粒表面 形成一薄层水膜时 因水膜张力作用使土粒粘结在 一起 当外力大于水膜的张力时 土粒相互滑动 使土体变形。外力消失时，土粒仍被水膜粘结力保持 在土体变形后的位置上 土壤就表现出塑性。
土壤的力学性质
土壤的力学性质地基土通常被分为土和岩石两类1.土壤土壤是岩石风化作用的产物，包括风化后崩解、破碎的松散物质在各种自然力（重力、水流搬运、冰川作用、生物活动）的作用下在低洼地区或海底沉积而形成的沉积土及未经成岩作用的松散物质（残积土）。
土壤是一种松散物质，松散物质中主要是含有多种矿物成分的土颗粒，颗粒之间是空隙，空隙中有液体和气体（三相）。
土颗粒、水、空气三种基本物质，构成土壤的三要素。
土壤的物理力学性质通常用比重、含水量、容重、孔隙率、饱和度等来量化。
2.土壤的工程性质（物理力学性质）土壤大致分成粘性土、砂石类土和岩石三大类。
粘性土可分为粘土、亚粘土、亚砂土三种。
砂石类土可分为砂土和碎石。
砂土又可分为硕砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。
碎石又分为大块碎石、卵石及硕石。
碎石、砂土和粘性土等各类的物理特性可查阅相关资料。
3.碎石、砂土、粘性土、人工填土等的野外鉴别方法⑴碎石的鉴别碎石土指粒径大于2㎜的颗粒超过总质量的50%的土。
碎石的野外鉴别方法如下：1)碎石土根据粒组含量及颗粒形状,分为：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。
其密实程度可据其可挖性，可钻性等野外鉴别方法确定，分为密实、中密、稍密和松散四种(平均粒径大于50mm，或最大粒径超过100mm)。
2)碎石土的粒径越大，含量越多，承载力越高，骨架颗粒呈圆形充填砂土者比棱角形充填粘土者承载力高。
3)碎石土没有粘性和塑性，强度高、压缩性低、透水性好，可作为良好的天然地基。
⑵人工填土的鉴别由人类活动堆填形成的各类土称为人工填土。
按组成和成因可以分为：素填土、杂填土和冲填土。
1)素填土：由碎石、砂土、粉土、粘性土等组成的填土，称为素填土。
这种人工填土不含杂物，经分层压实者统称为压实填土，可以作为天然地基，但应注意填土年限、密度、均匀性等，以防沉降过大。
2)杂填土含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土，称为杂填土。
其成份复杂，性质不均匀。
对以生活垃圾和腐蚀性工业废料为主的杂填土，不宜作为建筑物地基。
第二章耕作与土壤的物理力学性质.
田间持水量：土壤中所能保持的最大含水量。
wn qmaqx' q' 10% 0
qmax—最大含水量时的水重
q`—烘干后的土重
绝对湿度：
w
q
q' q'
q—自然状态下的土壤重量 q`—烘干后同体积的土壤重量
因砂土的田间持水量较小，当绝对湿度为15%时，砂土摸起来是潮湿的（
其相对湿度约为80%）；而重粘土的田间持水量较大，摸起来几乎仍似乎
60~80
90~150
206
结束
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第二章耕作与土壤的物 理力学性质.
谢谢
第十六页，编辑于星期日：二十点 五十分。
质量 ，牵引阻力 。
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第十四页，编辑于星期日：二十点 五十分。
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
6.土壤的抗剪强度
耕地中土壤属剪切变形，即在外力作用下，土粒之间会出现相对位移， 阻止这种相对位移的土壤内部阻力称为土壤的抗剪强度。
据前苏联试验资料：
抗拉：抗剪：抗弯：抗压=1：1.98：7.9：17.5
拥塞、土垡翻转不完全和植被覆盖不严密等现象。 土壤塑性：在外力作用下使粘土改变形状而又不破裂的性质。 上塑限：指土壤出现塑性时的含水量。 下塑限：指土壤开始流动时的含水量。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
3.坚实度（又称惯入阻力）：是指在垂直载荷作用下，土壤不同深度
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
各种土壤与钢的摩擦系数如下表所示：
耕层土壤的力学性质与耕作
第一章耕层土壤的力学性质与耕作目录第一节耕层土壤的力学性质 (1)第二节土壤耕作及耕作机具 (11)第一节耕层土壤的力学性质在自然土壤的基础上，经过人类长期的耕作、施肥、灌溉等生产以及自然因素的持续作用形成了农业耕作土壤。
组成耕作土壤固相的主要是矿物质和有机质。
矿物质中包括各种大小不同的矿物质颗粒(砂粒、粉粒、粘粒等)；有机质则来源于农作物根茎等残留物、土壤中的动物、微生物残体及人工施用的有机肥等。
土壤物理力学性质大多与土壤中的粘粒及有机质含量、含水量大小及外界环境的影响有关。
由于土壤结构组成的复杂性及土壤内诸因素局部的微观差异，往往使农业土壤物理力学性质的有关测量值呈现出不规则性和随机性。
而这种不规则性和随机性使耕层土壤物理力学性质的变化规律不能作出精确的描述。
因此，这种问题的解决还有待于新的理论与思想体系的引入与提出，其中Mandelbrot提出并建立的分形理论为解决这类问题带来了新的思路和方法。
一、土壤强度土壤强度是某种土壤在特定条件下抵抗外力作用的能力，也可定义为土壤承受变形或应变的能力。
因此土壤强度可以用建立应力应变方程式，或以其屈服点应力来表示。
当耕耘机械加工土壤时，对土壤进行切削、翻转、破碎和平整等导致土壤产生应力应变、结构失效以及被压实等，在此土壤加工过程中，土壤所表现出的种种力学性质主要取决于土壤强度。
土壤强度既受限于土壤本身的特性，如质地和结构，又受限于环境条件，特别是土壤的含水量等。
它的特性不仅关系到加工土壤时能耗的多少、质量的优劣，而且还关系到农机具行走装置的推进力以及各部件的摩擦磨损和整机的工作效率，对植物根系的生长发育也有直接影响。
Micklethwaite是最早把土壤强度与机具联系起来的。
应用土力学中的摩尔一库伦(Mohr--Coulomb)定律，建立了车辆的前进推力或附着力的模型。
(1—1)式中P，——土壤对车辆的最大推力或附着力；F——车轮的接地面积；C——土壤粘结力；G——法向载荷(或法向压力)；——土壤间的内摩擦角。
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一、土壤组成及基本物理性质（如图示）
整个土体大致可分为耕作层、犁底层、心土层和底土层。耕作层是 最重要的层次，应有一定厚度的土层，要有丰富的有机质和合适的 总空隙度，其中毛管空隙度（d<0.1mm）应在37~40%之间，才 能保持良好的通透性能。在耕层中，能为植物吸收的是毛管水，最 为有效的空隙是毛管孔隙。 耕作层土壤由固、液、气三相组成，固相颗粒主要为矿物质，也有的是 有机无机物相结合的颗粒，液、气两相是土壤中的活跃部分。非毛管孔 隙的孔径较大（一般＞0.1mm），其中充满气体，是通气透水的通道。 非毛管孔隙度一般为13~20%。
含水量和金属表面光洁度有关。
减少外摩擦力的方法： ①应使工作表面光滑，有人研究采用非亲水性的合成树脂，如在犁 壁上覆盖聚四氟乙烯、尿素树脂和碳素树脂等，可减少犁体的耕 作阻力。合成树脂的耐磨性、经济性有待提高； ②振动的方法； ③在犁壁和土垡之间注入水和空气。
18:09:37 13
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
一、土壤组成及基本物理性质 二、主要物理力学性质
18:09:37 1
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
一、耕作方法
㈠ 传统耕作法（精细耕作法） ㈡少耕法（免耕法）
50年代，苏联学者马尔采夫发明，即 无犁壁深松耕作，70年
代引入我国。 少耕法改变了以犁耕为中心的耕作方法，大大减少或完全免去
耕耘作业，把种子直接播在前茬地上。
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
第一节 概述
土壤耕作机械是对农田土壤进行机械处理使之适合于农作物生长 的机械。这类机械种类很多，包括耕地、整地、作畦、起垄、中 耕、除草、松土、镇压等各种田间作业所用的机械。
一、耕作方法 二、耕地的作用和农业技术要求 三、耕地机械的种类
第二节 土壤的物理机械性质
土壤是耕作机械的工作对象，其特性对机械的选用、设计和研究来 说是不可缺少的基础资料，因此有必要对土壤有一个基本的认识。
二、耕地的作用和农业技术要求
㈠作用
①翻转土层，恢复地力，改善土壤结构； ②通过覆盖植被消灭杂草和病虫害； ③将作物残茬和肥料、农药混合到土壤中以增其效用； ④松碎土壤，增加空隙度，使雨水易于渗入，空气得以流通，有利于作物 根系发育。
㈡农艺要求
①应有良好的翻土性和覆盖性，铺垡均匀整齐，避免立垡和回垡，耕后地 表应平整； ②应有良好的碎土性能，旱田耕后土层蓬松，水田要求断条尺寸小，土垡 架空，以利于通风晒垡； ③耕深一致，沟底平整，耕深不均匀度＜4%； ④不得有重耕或漏耕。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
按土壤质地，可将土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。
土壤颗粒有石块、石砾、砂粒、粉粒和粘粒等。粘粒含量的多少， 对土壤的强度、耕性等有重要影响。土壤中粘粒含量越大，则土 粒之间的凝聚力越大，耕作时不易破碎，犁耕阻力也大。 土壤的机械组成通常是指直径在3mm以下的细小颗粒，按直 径大小，它分为砂粒（0.05~3mm）、粉粒(0.001~0.05mm)和粘 粒(＜0.001mm)。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
6.土壤的抗剪强度 耕地中土壤属剪切变形，即在外力作用下，土粒之间会出现相对位 移，阻止这种相对位移的土壤内部阻力称为土壤的抗剪强度。
据前苏联试验资料： 抗拉：抗剪：抗弯：抗压=1：1.98：7.9：17.5
7.犁耕土壤比阻(犁耕比阻Kt)：
犁耕作业时，单位土垡断面的牵引阻力称为犁耕土壤比阻。 可用来判别耕层土壤耕作的难易程度。
3.缺点： 少耕法会带来草荒和病虫害。 4.少耕法配套技术：
①播种时，种子宜用种子包衣剂包衣，防止虫害提高出苗率； ②土壤消毒技术； 需用广谱型除莠剂和高效低毒的农药，以防治病、虫、草害。 ③每隔2~3年犁耕一次。 通过上述方法可减少病虫害和草害。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
相对湿度用来对比不同机械组成情况下的土壤含水量。因土壤机械组成 不同，田间持水量的变化范围很大。 适耕湿度：对于旱田来说，土壤的相对湿度在40~60%的范围内时， 较适宜于耕作，此时的土壤湿度称为适耕湿度。 土壤湿度对耕作质量和牵引阻力的影响 W ↓ 土壤过于干硬，土垡难于破碎，耕作阻力 W ↑ 土壤过于潮湿而粘重，土垡呈条状且不易破碎，犁壁粘土严重，出 现拖推、拥塞、土垡翻转不完全和植被覆盖不严密等现象。 土壤塑性：在外力作用下使粘土改变形状而又不破裂的性质。 上塑限：指土壤出现塑性时的含水量。 下塑限：指土壤开始流动时的含水量。
它与土壤性质、犁体结构(犁体曲面的几何参数和形状、犁铧锐钝程度、 犁重以及是否有犁刀等)及耕速有关。
犁耕比阻（KPa）
土壤类型 Kt
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砂壤土 20~30
壤土 40~50
粘土 60~80
重粘土 90~150
特重粘土 206
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5.凝聚力和附着力：
土壤凝聚力：土粒与土粒之间的结合力，与土壤质地、含水量等因素有关。
凝聚力大的土壤称为重质土，不易破碎，耕作阻力大； 凝聚力小的土壤称为轻质土，易破碎，耕作阻力小。 附着力：指土壤粘附在工作面上的作用力。主要由水膜的表面张力所造成。 与土壤质地、含水量、接触面的材料和光洁度等因素有关。 当摩擦力和附着力大于土壤凝聚力和内摩擦力时，农具工作表面就会粘 土，使耕作质量 ，牵引阻力 。
1. 实质 减少或免去犁耕作业，使耕层只松不翻。
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2
第二章 耕作与土壤的物理力学性质
①土壤表面紧密，不易被雨水冲走，也可抵抗风蚀； 2. 优点：②覆盖的前茬作物残茬，可减少土壤水分的蒸发，同时又是土壤 有机质的来 源，当降水时可减少雨水对土壤的冲 击，故大大提高 了保土、保水、保肥 的能力； ③深松土层，可破坏犁底层，改善耕层结构，又可调节土壤中固、 液、气三相比例，便于作物生长； ④减少耕作次数，可降低作业成本，节省能源，还可减少机组对 土壤的压实。
土壤干容重：扣除土样中的水分即得之。
q1 0 v
q1—土壤固体颗粒重量
孔隙度 ，γ
土壤容重γ=f(孔隙度、固体颗粒b比重) 当土壤容重为1kg/dm3时最有利于耕作
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
2.湿度（又称含水量）：土壤中含水百分比。
田间持水量：土壤中所能保持的最大含水量。
土壤类型和状态 单位压实力 (Kg/cm3) 疏松土 0.5~1.5 中等沉积土 3~8 粘重沉积土 6~10 粘重而干硬的沉 积土 12~20
坚实度和土壤质地、含水量有密切关系。q 越大 ,则承压能力和耕作阻 力越大。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
4.内、外摩擦
内摩擦力：在土壤内部，土粒和土粒之间的摩擦力称内摩擦力。 它与土粒间接触面形状、作用在接触面上的正压力和土壤湿度有关。 当W=25%时，内摩擦系数为0.7~1.0 外摩擦力：土壤随着农具工作部件表面滑动时，所产生的摩擦力为外 摩擦力。消耗拖拉机牵引功率的一半，它与正压力、土壤质地、
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
3.坚实度（又称惯入阻力）：是指在垂直载荷作用下，土壤不同深度 的抗压能力。（即土壤抵抗物体压入的能力） 可用坚实度仪测量，也可按下式计算：
q q0 h
q—单位压实力(Kg/cm3)
(Kg/cm2)
h—柱塞压陷深度
单位压实力：压缩非密实土壤时，使其压痕容积为1 cm3时所需的力 称为单位压实力。 各种土壤的单位压实力
摸起来几乎仍似乎干土（其相对湿度仅有35%），故引入相对湿
度这一概念。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
相对湿度：土壤绝对湿度与田间持水量的比值。或者说是自然土
壤的含水量占田间总持水量的百分比。
w 自然土壤的含水量（ q q '） w0 100% ' wn 土壤吸水至饱和时的含 水量（qmax q ）
qmax q ' wn 100% ' q
q q' 绝对湿度： w ' q
qmax—最大含水量时的水重 q`—烘干后的土重 q—自然状态下的土壤重量 q`—烘干后同体积的土壤重量
因砂土的田间持水量较小，当绝对湿度为15%时，砂土摸起来 是潮湿的（其相对湿度约为80%）；而重粘土的田间持水量较大，
各种土壤与钢的摩擦系数如下表所示：
土壤类型 砂土和砂壤土(疏松) 砂土和砂壤土(粘结) 轻质和中等砂质粘土 重粘土 摩擦系数 0.25~0.35 0.50~0.70 0.35~0.50 0.60~0.90 摩擦角 14 ° ~19 ° 30´ 26 °30´~35 ° 19° 30´~26 ° 30´ 31 °~42 °
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
三、耕地机械的种类 ㈠铧式犁
历史最悠久，使用最广，翻土和覆盖性能为其他耕地机具所不及。
㈡圆盘犁
多用于沼泽地，用于铧式犁难于入土的干硬土壤或粘湿土壤，
我国很少使用。
㈢旋耕机
切土、碎土能力强，多用于耕地后的整地作业。
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
地表 耕作层 犁底层
心土层
底土层
土体结构示意图
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第二章 耕作与土壤的物理力学性质
二、主要物理力学性质
1.容重：在自然状态下单位土壤体积的重量。
q g ( 3) cm v
q—土壤重量（含水分），单位：g v—土壤体积， 单位：cm3