第九章 土壤的物理机械性和耕性

(一) 概念
土壤粘着性，是土壤在一定含水量条件下
粘着外物的性能。
土壤粘着性强弱，用粘着力表示，其大小
也为克/厘米2。
(二) 土壤粘着性的变化规律 当土壤干燥时，没有粘着性，当含水量增 加到一定程度时，才显出粘着性，这时的土壤
含水量称作土壤的粘着始限，或粘着点。粘着 点的出现要比开始出现粘结性的含水量高些。
二是用土壤孔隙度或孔隙比的变化来表示。

2、影wk.baidu.com因素
除受粘结力影响外，还受土壤孔隙度、含水
量的影响。 坚实度与含水量之间有半对数的直线关系。
粘质土壤含水量越低，坚实度越大，对砂 土来说，含水量的影响不大。
有团粒结构的土壤，坚实度较小，而分散
性的碱土坚实度高。
(二) 土壤的抗楔入性 1、定义
指外物楔入时，与垂直应力相当的土壤阻
距离越来越大，各种力的作用随着距离的加大减 弱，直至消失。
B. 湿土变干
把土壤加足水，使所有土粒之间都有水膜
存在，让土壤的粘结力几乎等于零。之后，使
土壤逐渐变干。
这样，随着土粒间水膜不断变薄，粘结 力逐渐加强，土粒相互靠得很近，可以借范
德华力等互相粘结。
脱水过程粘结力的增加曲线与吸水过程的粘 结力增加曲线有很大的差别。吸水时，是在某一 个较高的含水量时出现最大粘结性；而脱水时粘
3、腐殖质含量
腐殖质含量高的土壤粘结力低，有两方面 原因。一是腐殖质本身的粘结性弱，当腐殖质 成膜状包被在粘粒周围时，就改变了接触面的
性质，而使粘粒的粘结力减弱。
另一方面，腐殖质还能促进团粒结构的形 成，从而使粘质土壤的粘结性减弱。
4、土壤含水量
土壤含水量的多少，对粘结性的强弱影响很
大。
土壤含水量对粘结性的影响，可以分为两种
垡块，但不粘犁。
4、粘韧结持状态
有塑性和粘着性，耕作时既起垡块又粘犁，
耕作阻力大，效果差。
5、浓浆结持状态 土壤呈浓浆状，可在重力作用下流动， 没有粘着性。
二、土壤的耕作阻力
(一) 土壤的抗压性 1、定义 土壤的抗压性，是指土壤对挤压力的反应，
其衡量的指标是土壤的坚实度。
土壤坚实度有两种表示方法： 一是用压缩每单位容积土壤所需的力表示 ( 单位：公斤/厘米3) ；
3、库仑力
由于土粒的表面带有电荷，土粒间有静电
力存在。库仑力即可以增加土壤颗粒之间的相 互吸引力，也可以使土粒互相排斥。
土壤胶粒表面多带负电荷，如果吸引了 周围的阳离子，都带有正电荷，仍是互相排
斥的，只有当排斥力小于分子之间的范德华
力时，胶粒才能互相吸引。
4、水膜的表面张力 当土壤中含有一定水分的时候，在土粒与 土粒的接触点上，水膜相互连接，而形成凹形 的曲面，借表面张力的作用，可使相邻的土粒 互相靠近。
情况分别说明。
A. 干土变湿 完全分散和干燥的土壤，土粒之间不表现粘
结力。这时，土粒之间的各种力依然存在，只是 少了水的作用，便成了“一盘散沙”。加入少量
水
后，各种作用力都有了“用武之地”，就开始显
现粘结性。
当水膜均匀分布，在所有土粒的接触点上都
出现弯月面时，土壤粘结力达到最大值。此后，
随着含水量的增加，水膜不断加厚，土粒之间的
是感应偶极矩的相互作用力，存在于极性
分子之间，或极性分子与非极性分子之间，不
能产生于非极性分子之间。

色散力
由瞬时偶极距的相互作用所产生，它存在
于一切分子或原子之间。
范德华力的特点是作用范围很小，只有当 土粒十分靠近时，范德华力才能起作用，这一
点要十分清楚。
2、氢键 在土壤中，矿质土粒与有机分子之间的 结合，主要靠氢键的作用。 氢键能在分子与分子之间形成，也可以 在同一分子的不同基团之间形成。
发育愈不利。土壤膨胀时，对周围土壤产生强大
的压力，阻塞孔隙，透水困难，影响气体交换；
而当土壤收缩时，易拉断植物根系。
(三) 影响土壤胀缩性的因素

1、土壤质地
土壤质地越细，土壤中胶体物质愈多，土壤 胀缩性愈强。 2、土壤有机质 土壤有机质含量愈高，土壤的胀缩性越小。
3、粘土矿物类型 和土壤的胀缩性有很大的关系，蒙脱石比 高岭石胀缩性强得多。
的时间。
因此，为获得好的耕作效果，最实际的办法
是，选择最适当的时机进行耕作。
所谓最适当的时机，就是土壤的水分含量最
适合的时候。
土壤的结持性和耕作阻力都是随含水量变化
的。对旱田来说，适耕的状态是松脆结持状态。
土壤的结持状态主要受含水量的影响。
(二) 类型 1、坚固结持状态 土壤含水量很低，坚硬，具有固体性质，
往往以大土块状态存在。
2、酥软(松脆)结持状态
土壤含水量适宜，土壤松脆，易形成小土
团，呈半固体性质，无塑性，这种状态最适宜
进行土壤耕作。
3、可塑结持状态 土壤呈可塑性，无粘着性，此时耕作易起
粘质土壤内摩擦角为7°～ 22°，但粘结
力较高，抗剪强度S = ptg +C。
因此，粘质土的耕作阻力比砂土要大。
而且，会发生粘闭作用(puddle, puddling，
布丁)，产生具有明亮光泽的垡块，耕作效
果不好。
三、土壤的宜耕性

要使耕作获得较好的效果，就必须改良土 壤的耕性。改良耕性最重要的措施是改变土壤 的质地，如粘质土中掺入砂土，或增加土壤有 机质的含量，但这需要花费大量的资金，较长
土 壤
1. 硅质纯砂土 2. 腐殖质 3. 菜园土 4. 砂粘土 5. 壤粘土 6. 灰色纯粘土
三、土壤的胀缩性
(dilatancy and contractibility) (一) 概念 土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积缩小的
性质，称为土壤的胀缩性。
（二）意义
一般而言，土壤的胀缩性愈大，对作物生长
结性最大值出现在水份含量极低时，甚至含水量
等于零的时候。
土壤的粘结性强，对农业生产来说通常 是不利的，应该加以改善。
改良的途径，包括改变土壤的质地，增
加有机质含量，改变阳离子组成等等。
另外，更实际一些的作法，是等待土壤含 水量的变化，达到最小粘结性时，再进行土壤
管理。
二、土壤的粘着性( stickability )
(三) 影响土壤粘结性的因素 1、土壤质地 土壤质地越粘重，特别是2 : 1型粘粒矿物 的含量较高时，土壤的粘结性强, 砂土的粘结 性最弱，壤土居中。
2、土壤的结构性 由于土壤颗粒在团聚过程中降低了彼此 间的接触面，有团粒结构的土壤粘结性弱。 如果代换性钠在阳离子组成中占的比例 较大，会使土粒高度分散，粘结性会增强。

(三) 影响因素
1、土壤的质地
在含水量一定时，土壤质地越细，土壤粘
着性越强。
2、有机质含量 土壤有机质含量高，能降低土壤粘着性。
3、粘土矿物类型 蒙脱石>高岭石 4、阳离子种类及含量 Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+
5、水分含量
粘着性是在一定含水量范围表现出来的。
到的阻力，常用抗剪强度来表示。
测定土壤的抗剪强度
将土样置于剪切盒中，施加垂直压力，使
土样在横断面上感受压应力P0。固定下盒，在
上盒上施以水平力S，土样在上下盒的交界面
上受到剪应力的作用。当剪应力超过一定值
时，土块便被剪断，这时的剪应力称为土壤的
抗剪强度。
如果把一个大土样块分成若干份，分别 施加不同的压力 ( P1, P2, P3… )后进行剪切 试验，可以获得相应的抗剪强度(S1, S2, S3…)，
绘成剪切曲线。
从图中可以看出，在同样压力P的情况下，
粘土的抗剪强度远高于砂土。
S、P的相互关系可用下式表达：
S = P tg + C
式中： 为内摩擦角， tg 为内摩擦系数， ptg 为内摩擦力， C 为土壤粘结力。
内摩擦角越大，内摩擦力越大。一般情况 下，砂土的内摩擦角为22°～ 37°，但无粘结 力，所以它的剪切曲线是一条通过原点的直 线，S = Ptg ，抗剪强度等于其内摩擦力。
下塑限（lower plastic limit)。
土壤失去可塑性而开始流动时的最低含水量，
称上塑限（upper plastic limit)。
上、下塑限之间的含水量范围称为塑性范围，
它们的差数称为塑性值。
表 9-2
各种质地土壤的塑性指标（含水量％）
土壤质地
粘 土 粘壤土 壤 土 砂壤土
下塑限
23～30 16～22 10～15 <10
力来表示，单位是克/厘米2。
(二) 土壤粘结力的类型 1、范德华力( Van der waals force ) 是分子之间相互作用力的统称，包括取向
力，诱导力和色散力。
取向力
是极性分子的永久偶极之间的静电作用
力，只有极性分子之间才存在取向力，大小 和方向与偶极矩的取向有关。

诱导力
4、土壤中阳离子种类 Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+
四、土壤的可塑性(soil plastcity)

(一) 概念 土壤在一定含水量范围内，在外力作用下 可以任意改变形状，当外力取消，土壤干燥后， 仍能保持所获得的形状，这种性质称为可塑性。
(二) 产生塑性的原因 土壤中的粘粒是薄片状的，彼此间有很大 的接触面。在有一定量水分存在的条件下，粘 粒表面就形成一层薄薄的水膜。
6、外物的表面性质
外物的性质对粘着性有一定的影响，粘在木
质器物和金属器物上的粘着力就有所不同。
表 9-1 各种土壤的粘结力及对铁片的粘着力 ( Schubler )
干土的相对粘结力 (以灰色纯粘土作 为100) 0.0 8.7 7.6 57.3 68.8 100.0 湿土对铁片的粘着 力 (磅/英尺2) 3.8 8.8 6.4 7.9 10.6 17.2
此时施加外力，水膜起润滑作用，粘粒沿 着力的方向滑动，改变了原来的位置，并被水
膜固定在新的位置上，保持已改变的形状，以
后虽然失水，但因粘粒本身的粘结力，仍能保
持其新的形状。
(三) 影响因素
1、土壤含水量 土粒间的水膜已厚到允许土粒之间互相滑 动，使土块产生形变，但又没有丧失粘结性。
土壤开始呈现可塑状态时的最低含水量，称为
力，也叫土壤硬度，用楔入阻力表示。 楔入阻力是指锥形或柱形物插入土壤中一定 深度所需的力，单位是kg/cm2。
2、影响因素 楔入阻力主要由土壤的粘结力决定，凡影 响粘结力的因素都能影响楔入阻力，其中最重 要的是土壤的含水量。

以上两项，在实际应用时有时不加区别。

(三) 土壤的位移阻力 土壤的位移阻力，主要是外物破碎土壤时遇
1、耕作阻力的大小：或耕作难易，影响工作效
率和能耗。
2、耕作质量的好坏：耕作后的效果如何。
3、宜耕期的长短：粘质土壤干时僵硬，湿时泥
泞，只有在一定含水量范围内才适于耕作。
一、土壤的结持状态 (soil consistence)
(一) 概念 土粒间的联系情况，以及在外力作用下的 可移动性，称为土壤的结持状态。
5、有机质 能提高上下塑限，但几乎不改变塑性值。因 为有机质本身缺乏塑性，只有当有机质吸足水分 后，才能形成产生塑性的水膜，因而使下塑限提 高，减少了产生可塑性的机会。
第二节 土壤耕性
土壤耕性( soil tilth)是人们在长期的农业实践 中逐渐形成的概念，其内涵相当广泛。 一般认为，耕性是指土壤在耕作过程中和 耕作后的表现，大体上有3个指标。
第九章 土壤的物理机械性和耕性

第一节 土壤的物理机械性
土壤的物理机械性的概念： 土壤受到外力作用时，显示出的一系列 动力学特性，叫作土壤的物理机械性。
一、土壤粘结性（soil coherence)
(一) 概念
土壤中的无机、有机颗粒，通过各种力的作
用，互相粘结起来的特性，称为土壤粘结性。
土壤粘结性的强弱，可用单位面积上的粘结
上塑限
41～50 28～40 17～27 <16
塑性值
18～20 12～18 7～12 <7
2、土壤质地
细质地土壤可塑性强。

3、粘土矿物的类型 蒙脱石>高岭石
4、阳离子的类型和含量
表 9-3 钙或钠饱和的粘粒矿物的塑限(含水量%)
钙 饱 和
下塑限 蒙脱石 高岭石 63 36
钠 饱 和
上塑限 下塑限 上塑限 177 73 97 26 700 52
随着土壤水分的增加，土壤粘着性随之增
加。当土壤粘着性达到最高时，土壤的含水量 称为土壤的粘着高限。
随着水分的进一步增加，土壤的粘着性开
始下降，当下降到粘着性消失时，土壤的含水
量称为粘着终限，又叫脱粘点。
。
土壤粘着始限到粘着终限的含水范围，称 作土壤的粘着范围。
土壤粘着性强，一般对生产也是不利的。