农业概论第五章 土壤物理机械性质2016.4.5

上的性质。土壤过湿耕作，土粒粘着农具，增加土粒与金
属间的摩擦阻力，使耕作困难。 土壤粘着性实质：土粒—水—外物相互吸引的性能。
2、土壤粘着性的影响因素
1）土壤含水量：土壤粘着性强度决定于土壤水分和外 物形成的水膜面积以及土壤水吸力。
土壤水分低时，土粒和金属等外物之间 不能形成水膜，而且由于土壤的粘结性强， 土壤不能粘附在外物上。 水分增加至土粒和外物之间形成水膜 时，才有粘着性。当水分增加到水膜面积最 大时，粘结强度达到最大值。水分进一步增 加，水膜加厚，土壤水吸力减小，粘着强度 降低，当土壤成流态时，粘结性消失。
（2）土壤的内摩擦系数要大，有结构的土壤内摩擦系数大， 有利脱土。 （3）土壤与金属的外摩擦系数要小，要用摩擦系数低的材料， 或提高金属表面光洁度。
（4）土壤对金属的粘着性要小，土壤含水量少，土粒和金属 之间不足以形成水膜；土壤含水量超出一定范围，水膜厚度 增加，土壤水吸力减小，粘着性降低。 （5）农具与前进方向所成的角度应保持最小。
三、土壤可塑性
1.土壤塑性的概念
土壤在外力作用下，能塑造成任意形状而不
破裂（没有裂缝），并在去掉外力以后仍能保持
新形状的性质，称为土壤塑性或可塑性。
沙土湿时可塑成型，但干燥后塑性破碎，因 此沙土无塑性。
2、土壤塑性的实质
由片状粘粒和水膜造成的。水分增加至土粒间出现水膜， 在水膜张力的作用下，相邻土粒粘结在一起；当外力大于这 些水膜张力时，土粒就互相滑动，使土体变形。
第三节 土壤的抗剪强度
一、土壤的抗剪强度
土壤颗粒运动所产生的最大内部阻力，称土壤的抗剪强度。
• 土壤抵抗剪切的力包括：摩擦力和粘结力。 S=C＋P·tgφ 式中S-抗剪强度； C-粘结强度； P-正压应力；φ-内摩擦角 • 农机具对土壤施加剪力时，土壤会发生形变，同时，随着作 用力的增加，在一定的土壤形变阶段达到最高值。如作用力 再增加，土壤破碎，抗剪阻力迅速降低。
（四）防止土壤压实的方法
• 采用适当排水措施，平整地面，避免土壤过湿或
局部积水。
• 在相对干燥的土壤上作业，避免在塑性范围内耕
作土壤。
• 改进农机具设计，减少接地压力。
• 推广适合的少耕法、免耕法，减少耕作次数。
第五节 土壤坚实度
一、土壤坚实度
用30º 圆锥形测头插入土壤时，与垂直压力相当的 土壤阻力。
数较大。
二、土壤的内摩擦性质
土壤的内摩擦系数与含水量的关系
•土壤水分多时，水膜起润滑作用，内摩擦系数减少。 •粘重土壤的内摩擦系数随含水量增加而减少，直至接近于 零。因为粘重土壤渗水慢，在饱和条件下，水分对压力产生 支承作用。
•质地较轻的土壤，摩擦系数也随水分增加而减少，但当水
分超过塑性上限后，因为质地较轻的土壤渗水快，所以能维 持一定的摩擦系数值。
一、土壤的外摩擦性质
1. 外摩擦力的产生有三个阶段：
• 土壤干燥阶段，摩擦系数较小；
• 土壤水分增加，土壤出现粘着性时，摩擦系数增
大，水分增至接近液限时，摩擦系数最大；
• 水分超过液限时，水膜起润滑作用，摩擦系数成
一常数，甚至减小。
一、土壤的外摩擦性质 2. 影响土壤外摩擦力大小的因素
• 单位面积上所受正压力大小；
二、土壤坚实度的影响因素
1. 土壤含水量影响较大 土壤坚实度和含 水量之间成负的线性 相关。 含水量越大，坚
实度越小，但砂土无
此关系。
二、土壤坚实度的影响因素
2. 结构性 团粒结构土壤坚实度小；碱土死板，含Na+多， 干燥时土壤坚实度很大。 3. 土壤容重 在含水量相同时，土壤坚实度随着土壤容重的 增加而增大；含水量增加时，差异逐渐缩小。
2.土壤粘结力
一种是分子内聚力（范德华力和静电引力等），
另一种是水膜的弯月面力。
1）分子内聚力的作用距离很短，只有在土粒紧密
接触时才起作用。
2）在含水量较低时，土粒接触点形成水膜，由于
弯月面力的作用将土粒粘结在一起。
3、土壤粘结性的影响因素
1） 土壤水分含量
在适度含水量时粘结力最大。水分的变化过程也会影响到土壤粘结力。
3.土壤塑性的影响因素
1）土壤水分：过干过湿无塑性 a.土壤表现塑性的最低含水量，即土壤刚刚开始表现出可塑 性的含水量称为可塑下限（或下塑限）。 b.土壤表现可塑性的最大含水量称为可塑上限（或上塑限）。
c.上下塑限之间的含水量称为塑性范围，其含水量差值称为
塑性值（或塑性指数）。 d.塑性值大的土壤，可塑性强，塑性值小的土壤，可塑性弱。 强塑性土（粘土）大于17，塑性土（壤土）大于7 小于17， 弱塑性（砂壤土）小于7 ，无塑性（砂土）0。
力增加，最适压实含水量降低，因为较大压力下பைடு நூலகம்土壤孔
隙度降低，土粒表面形成水膜需要的水分减少。 4. 在压力和剪应力同时起作用情况下，压力是土壤压实的主 要原因，在含水量高时，剪应力的压实作用增加。
二、耕作栽培中的土壤压实
（一）土壤压实的概念 • 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，称为土壤压实，或称 压板。
（三）土壤压实的原因
• 过度耕作：耕作机具都有压实土壤的一面，超出需要的过度
耕作是压实土壤的主要原因之一。
• 土壤过湿时耕作：土壤在塑性状态时最易造成土壤压实。
• 农机具的接地压力太大
正常情况下，播前整地、播种、镇压的接地压力应小于56 N/cm2，而夏、秋耕是为10-15 N/cm2。目前拖拉机轮胎的接 地压力为8-16 N/cm2，播种机轮子为12-19 N/cm2，收获机(康 拜因)为18-23 N/cm2。现有农机具田间作业，不可避免的导致 土壤压实。
C：由干—湿，粘结力
无—有—最大—小—流
体；
A、B：由湿—干，
粘结力 无—有—较大— 更大 (A-粘土；B-砂土)。
土壤粘结性与土壤水分的关系
3、土壤粘结性的影响因素
2） 质地
土壤质地越细，比表面积越大，粘结力越强。粘土比表面积
大，粘结力强。 3） 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。 4）有机质含量 腐殖质能增加砂土的粘结力，但由于腐殖质是多孔体，又 能减少黏土的粘结力。壤土的粘结力大于砂土，小于粘土。
粘着点—使土壤出现粘着性的含 水量称为粘着点。 脱粘点—随着含水量的增加失去 粘着性的土壤含水量称脱粘点。
2、土壤粘着性的影响因素
2）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， 影响土壤的粘结强度。
亲水性强，容易粘着；亲水性差，不易粘着。
3、土壤粘着性与土壤耕性
4、土壤粘结性与土壤耕性
1） 粘结力大，土壤不易碎散，耕作时将形成许
多大的土块，为了使土块碎散，需要采取耙压等作业，
结果形成大量小于0.25mm的团聚体，破坏土壤结构。
2）粘结力是土壤抗剪强度的主要组成部分，对
土壤阻力、农机具的附着力等起重要作用。
二、土壤粘着性
1.土壤粘着性
土壤依附于其他物体的性质，称为土壤粘着性。粘着 性的大小，以粘着强度（ N/cm2）表示。 土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在外物（如农具）
（二）压实对土壤和作物生长的影响
• 土壤压实后空隙减少，孔隙直径变细，容重增加。
• 压实的土壤空气少，通气差，蓄水少，好气性微生物活动受
到抑制，有效态养料减少。 • 压实的土壤渗水性差，遇大雨易产生径流，引起土壤冲刷。 • 压实的土壤结构被破坏，土粒紧密结合，易板结；土壤粘结 力、抗剪强度增加，耕作阻力增大。 • 压实的土壤作物出苗缓慢，不整齐，植株生长慢，矮小且高 低不一，根系浅而不发达，易产生畸形根，根腐病较多。 • 压实的土壤造成作物减产。
(三) 土壤抗剪强度与土壤耕作的关系
1.土壤水分低时
结构良好的土壤：整体抗剪强度低，而土块、团聚体抗剪强度
高，此时耕作，虽然土块不易破碎，但也不易破坏土壤结构。 结构不良土壤：土块和整体土壤的抗剪强度相仿，此时耕作， 原有土块不易散，并且形成新土块。 2.土壤水分增加时 在整体抗剪强度增加的同时，土块抗剪强度却迅速下降。此时， 土块抗剪强度＜整体抗剪强度，耕作时土块易碎，而团粒结构
（二）作用力和土壤含水量对土壤压缩的影响
1. 土壤压缩至一定密度需要的作用力，随土壤湿度的增加而 成指数性减少；在一定含水量条件下，压实密度随施加的 力的增加而成指数性增加。 2. 在一定作用力下，随着含水量增加，压实密度增加，当含 水量达最大值后，含水量增加则密度下降。 3. 土壤压实至最大密度的含水量，称为最适压实含水量。压
第五章 土壤物理机械性质
生物与农业工程学院
土壤物理机械性质
当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示出
一系列动力学特性叫做土壤物理机械性质。它是土壤多项
动力学性质的统称。
土壤物理机械性质包括粘结性、粘着性、可塑性、摩
擦性、抗剪强度和压缩特性等。
第一节 土壤结持性
土壤结持状态是指质地比较粘重和中等的土壤，当 含水量由少到多时，依次表现为坚硬、疏松、粘着、可 塑和流动等状态。 土壤结持性是指在不同含水量条件下，土壤抵抗破碎、 变形以及粘着在其他物体的性质。
(二)影响土壤抗剪强度的因素
2. 土壤质地：粘粒含量增加，土壤粘结性增大，而 内摩擦系数减小。一般农机具的压力下，一定量粘 粒引起的粘结性的变化，比摩擦系数的变化对抗剪 强度的影响要大。土壤越粘重，抗剪强度越大。 3. 土壤容重：容重越大，土壤越紧密，土粒咬合越 大。土壤被剪切时，首先要克服土粒的咬合作用， 才能产生相对的滑动，因此抗剪强度增大。
三、土壤坚实度的应用
1. 土壤性状的指标 土壤坚实度不能说明某一土壤性状及其变化。 在土壤耕作前后，测定土壤坚实度的变化，可以 反映出土壤性状的差别。 测定不同深度的土壤坚实度，可以说明上下 层土壤性状的差别。
土壤结持性包括粘结性、粘着性和塑性。
一、土壤粘结性
1.土壤粘结性的概念
土壤抵抗外力压碎及裂开的性质称为土壤粘结性。
粘结性的大小以压碎或拉断单位面积断面土柱所需的力
表示（N/cm2）。
粘结性原来是指同种物质或同种分子相互粘结的性质，
由于自然条件下没有绝对干燥的土壤，所以土壤粘结性是土 粒-水-土粒之间一些不同力作用的结果。
也易遭破坏。
第四节 土壤的压缩和压实
一、土壤压缩 （一）概念：土壤压缩是指在外力作用下， 土壤容积的减少。 • 主要是孔隙容积减少。 • 土壤可以在低压力或高压力下压缩。压缩时可能有剪应力或 没有剪应力。
• 土壤压缩的主要原因是土粒的定向排列和胶体微粒体积的变
化。 • 农机具对土壤的压缩属于低压力，同时有剪应力。
（1）土壤粘着农具时，降低耕作质量，增加阻力，
所以农具的脱土作用是很重要的。
（2）土壤粘着农具后，翻动的土壤通过粘着在农具
上而流动。
（3）有人指出，土壤粘着在农具上的原因是由于土
壤的粘结强度小于土壤的粘着强度。
3、土壤粘着性与土壤耕性
有学者提出控制土壤粘着农具的因素
（1）土壤粘结性要大，干燥的土壤粘结性最大，脱土最好。
3.土壤塑性的影响因素
3.土壤塑性的影响因素
2）质地：粘粒含量增加，土壤下塑限、上塑限、塑性值均增大。 3）有机质数量：有机质本身塑性弱，而吸水量大，不改变塑性 值，但能提高上、下塑限，扩大土壤的宜耕范围。
土壤的结持状态与水分状况的关系
第二节 土壤的摩擦性质
◇外摩擦力
土壤与农机具的金属部件或轮胎之间的摩擦称为 外摩擦力。 ◇内摩擦力 土壤颗粒与颗粒之间产生的摩擦力称为内摩擦力。
(二)影响土壤抗剪强度的因素
1. 土壤水分 水分对土壤抗剪强度的影响，分为两种情况。 1) 土块抗剪强度 土块、团粒结构和团聚体被剪切时，土壤抗剪强度主要由分 子内聚力形成的粘结力起作用，所以含水量低，抗剪强度大。随 着含水量的增加，抗剪强度迅速降低。 2) 整体抗剪强度 整体抗剪强度是指耕层土壤被剪切时的抗剪强度。耕层土壤 比较疏松，主要是由水膜弯月面力形成的粘结力起作用。因此， 当土壤含水量在塑限以下时，土壤的抗剪强度随着水分的增加而 增加，直到接近塑性下限时达最大值，然后下降，含水量达塑性 上限时，已降到很小的数值。
• 金属等表面特性；
• 土壤水分；
• 土壤质地：土粒越细，土粒与金属的接触面积越
大，摩擦力越强；反之，则小。
二、土壤的内摩擦性质
土壤内摩擦力的大小，决定于土壤所受的正压力和 内摩擦系数。 •土壤内摩擦系数随着土壤质地的变粗而增大，这 与土壤的外摩擦系数刚好相反。因为较大的土粒，
其表面不平与互相嵌合的程度较大，因而内摩擦系