第九章 土壤的物理机械性和耕性
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。
植物生产环境-土壤物理机械性与耕性
土壤的物理机械性与耕性土壤在受到外力作用时，显现出来各种不同的动力学特征，包括粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及其他受外力作用后而发生形变的性质。
一、土壤物理机械性（一）土壤黏结性土壤黏结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。
（二）土壤黏着性土壤的黏着性是指土粒黏附于外物上的性能，是由土粒—水膜—外物之间相互吸附而产生的。
影响土壤粘结性和粘着性的因素有：1.土壤质地土壤愈细，接触面愈大，粘结性和粘着性愈强，所以粘质土壤的粘结性和粘着性都很显著，耕作困难。
砂质土则粘结性和粘着性弱，易于耕作。
2.土壤含水量含水量愈少，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。
随着水分含量增加，水膜使土粒间的距离加大，分子引力减弱，粘结性减小。
土壤干燥时无粘着性，随着水分含量的增加，粘着性逐渐增强。
因为此时土粒与外物间有水膜生成。
但是当水分过多时（一般认为大约超过土壤饱和持水量的80%以后），由于水膜太厚而降低了粘着性，直到土壤开始呈现流体状态时，粘着性逐渐消失。
所以粘质土壤在水分较多时进行耕作，常因土壤粘着于农具而感到费力；而土壤在清水条件下犁耙却很少受粘着性的影响。
3.土壤结构团粒结构可使土团接触面减少，因而其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。
据试验，在相同质地条件下，有团粒结构土壤的粘结性比无团粒结构土壤要小2-6倍。
4.土壤腐殖质含量腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了粘粒接触面的性质。
也可减低粘性土壤的粘着性，腐殖质的粘结力和粘着力都比砂土大，因而腐殖质可以改善砂质土过于松散的缺点。
5. 土壤代换性阳离子的组成不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。
钠、钾等一价阳离子可使土粒分散，导致粘结性、粘着性增大。
二价钙、镁离子能促使土壤胶体凝聚，土粒间的接触面积减少，从而降低土壤的粘结性和粘着性。
（三）土壤胀缩性土壤吸水体积膨胀，失水体积变小，冻结体积增大，解冻后体积收缩这种性质，称为土壤的胀缩性。
第九章土壤的物理机械性和耕性
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(三) 土壤的位移阻力 土壤的位移阻力，主要(zhǔyào)是外物破碎土
壤时遇 到的阻力，常用抗剪强度来表示。
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测定(cèdìng)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(yìnglì)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(yìnglì)的作用。当剪应力(yìnglì)超 过一定值 时，土块便被剪断，这时的剪应力(yìnglì)称为土 壤的 抗剪强度。
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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 (zhǐyǒu)当排斥力小于分子之间的范德华力时，胶粒 才能互相吸引。
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4、水膜的表面张力 当土壤中含有一定水分(shuǐfèn)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。
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5、浓浆结持状态 土壤呈浓浆状，可在重力作用下流动，没有
(méi yǒu)
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(一) 1、定义
土壤的抗压性，是指土壤对挤压力的反应， 其衡量(héng liáng)的指标是土壤的坚实度。
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土壤坚实度有两种表示方法： 一是用压缩(yā suō)每单位容积土壤所需的力表 示 ( 单位：公斤/厘米3) ；
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(huòdé)的形状，这种性质称为
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(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
土壤的孔性、结构性和耕性讲诉
通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生 物均可在通气孔隙中活动。
3. 土壤孔性与土壤肥力的关系
孔隙大小和数量
土壤松紧状况
水、气含量
养分有效性 土壤的增温 和保肥供肥 与稳温
第二节 土壤结构性
定义：
在内外因素的综合作用下，土粒相互团聚成 大小，形状和性质不同的团聚体，称为土壤 结构。
1. 土壤结构的类型
土壤容重的的用途：
a.反映土壤松紧度
土壤容重大
土壤紧实板硬而缺少结构
土壤容重小
土壤疏松多孔结构良好
b.估算各种土壤重量
土重=面积×土层深度×容重
c. 计算土壤各组分的数量
各组分数量= 土重×各组分含量
孔 隙 度
47.46 %
疏松排列
紧密排列
24.51 %
③ 孔隙比：
定义： 它是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。 其值为1或稍大于1为好。
水膜的粘结作用：细润土壤中的粘粒所带的负电 荷，可吸引极性水分子，并使之作定性排列，形 成薄层水膜，当粘粒相互靠近时水膜为邻近的粘 粒共有，粘粒就通过水膜而联结在一起。
胶结作用 土壤中的土粒、复粒通过各种物质的胶 结作用进一步形成较大的团聚体。
成型过程：
根系切割 干湿交替 冻融交替 土壤的耕作
Fe2+ 土粒
土壤的比重为单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙的容积)的 干重(g/cm3或t/m3)
土壤相对密度的大小与土壤组成有关，常用土壤 相对密度值2.65 。
②土壤容重
定义：
自然状态下单位容积土壤(包括孔隙在内)的 干重(g/cm3 或t/m3)。
土壤容重的范围1.0-1.5 g/cm3 理想1.14-1.26 g/cm3
土壤学孔性、结构性、耕性
农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻 垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进
土壤胶粒凝聚。
(2) 水膜(water film)的粘结作用
土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成 弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土 粒团聚在一起，形成土团。
(3) 胶结作用(cementation)
a、简单的无机胶体
径来计算，用当量孔径表示大小
当量孔径: 是指与一定的土壤水吸力相当的孔 径。它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水 吸力与当量孔径的关系式为： d = 3/S d为孔隙的当量孔径（mm）,S为土壤水吸力 （KPa） 当量孔径与土壤水吸力成反比
根据土壤孔隙的通透性和持水能力，分为三种类型：
①非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中 最细微的孔隙，当量孔径一般<0.002mm, 土壤水 吸力>1.5×105Pa。 ②毛管孔隙：当量孔径约为0.02-0.002mm, 土壤水 吸力1.5×104Pa-1.5×105Pa,具有毛管作用。 ③通气孔隙：当量孔径>0.02mm,相应的土壤水吸力 <1.5×104Pa,毛管作用明显减弱。
3.土壤三相比的计算
（1）土壤固相容积（％） ＝（1－土壤总孔隙度）×100％ （2）土壤液相容积（％） ＝土壤含水量×土壤容重
（3）土壤气相容积（％） ＝土壤总孔隙度－土壤液相容积
土壤三相组成的适宜范围(comfort zone)
土壤三相比＝固相:液相:气相
多数旱地作物(upland field crop)适宜的 土壤固、液、气三相比为：
二土壤力学性质是土壤颗粒之间以及土壤与外物之间的相互作用又称土壤物理机械性包括土壤黏结性黏着性可塑性胀缩性等土壤耕性的好坏主要是由土壤物理机械性质引起的
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。
土壤结构性和耕性
因此，在评价其生产意义时，孔隙分布比孔隙度更 为重要。
土壤孔性与作物生长
适于作物生长发育的土壤孔性指标
旱地 土体内 30cm耕层： 上部（0-15cm）55% 下部（15-30 cm）50%
孔度 通气孔度 50-56% 8-10%（15-20更好） 上虚下实 15-20% 10%
上虚：有利于通气，透水和种子萌发破土 下实：有利于保水肥和扎稳根系 “上虚下实”是相对而言，下层必须保证一定孔度，有 利于根系伸展，扩大觅水觅肥空间，有利于微生物活动， 有利于土壤排水等。
无效水、有效水（毛管水）、空气。
• 毛管孔度（%）=（田间持水量-凋萎含水量） ╳ 容重╳ 100%
紧密排列
疏松排列
孔 隙 度
47.46%
24.51%
土壤孔度的计算
利用土壤容重和土壤密度：量 利用土壤水分特征曲线：质 薄片观察（土壤微形态） --偏振光显微镜
4、土壤三相组成的计算 1.土壤的固相率=1－土壤孔隙度 2.土壤液相率（容积含水率）=土壤含水量（质量%） ×土壤容重 3.土壤气相率=土壤孔隙度－土壤容积含水率 5.土壤三相比=固相率︰液相率︰气相率 适宜旱地土壤要求固相率<50% ，孔隙度>50% (壤土 和粘土）,容积含水量在25—30%之间，气相率 15%~20%，土体还应“上虚下实”。
发生区域：主要发生在寒 带、寒温带针叶林下。 机制：是酸性较强的富里 酸和其他有机酸对铁、锰 还原及螯合淋溶作用。
灰化土的灰化 层是典型的片 状结构
4、团粒结构体
团粒结构是指近似球形，疏松多孔的小团聚体， 其直径约为 0.25-10mm 。粒径 <0.25mm 以下的 , 称 微团粒。 生产中最理想的团粒结构粒径为 2-3mm, 是一种 较好的土壤结构类型。
第九章土壤的物理机械性和耕性教材
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。
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。
2、影响因素 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) 1、定义
指外物楔入时，与垂直应力相当的土壤阻 力，也叫土壤硬度，用楔入阻力表示。
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 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。
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。
土壤的物理机械性质及其对车辆行驶性能的影响
土壤的物理机械性质及其对车辆行驶性能的影响1.土壤的物理机械性质土壤是工程机械的作业对象，又是其支承基础。
土壤的物理机械性质直接影响工程机械的作业阻力、运行阻力，牵引性能及运行通过性。
1.1土壤的粒度组成工程中所研究的土壤系指各种大小的土壤颗粒任意组合而构成的堆积物。
土壤通常由土壤颗粒、水和空气三相物质构成。
若土粒间的空隙全部被水充满，形成饱和土，即为两相土壤。
土壤各相的相对含量决定了土壤的状态与性质。
［1］实际土壤是不同粒度土粒的混合物。
不同粒度土粒的相对含量直接影响土壤的性质。
为了研究土壤的性质，常常要确定土壤的粒度组成.即进行颗粒分析试验。
工程中实用的颗粒分析试验方法有筛分法和比重计法。
筛分法适用于粒径大于0.1 mm以上的土壤;比重汁法适用于粒径小于0.1mm的土壤。
如果土壤中同时含有大于和小于0.1 mm的土粒时，两种方法并用。
［2］土壤中各级粒度分组搭配情况，用其含量《以重量计》的百分数表示，称为土壤的颗粒级配。
颗粒不均匀，称为级配良好;颗粒较均匀，则级配不好。
颗粒分布均匀程度用不均匀系数K表示:K=K60K10 d60--限定粒径，土壤中小于该粒径的颗粒占总土重的60%d10--有效粒径，土壤中小于该粒径的颗粒占总土重的10%K值愈大，说明颗粒愈不均匀。
当K>5时称为不均匀土壤。
1.2土壤的含水量与塑性土壤的含水量ω是土壤中所含水的质量m2与土壤颗粒的质量m1之比：ω=m2m1×100%土壤在外力作用下变形。
当外力解除后，土壤保持其变形形状的能力称为它的塑性。
粘性土是可塑性土壤，而砂和砾石则为非塑性土壤。
［3］含水量对土壤的塑性有重要影响。
当含水量大于一定界限时，粘性土会呈现某种流动状态。
这一极限含水量称为粘性土的流动界限(液限)或称为塑性上限二当含水量小于某一界限时，则粘性土壤会失去压延性而变成硬性的固体状态，这一极限含水量称为粘性土的压延界限(塑限)或称为塑性下限。
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。
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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 作的。
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
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。
二是用土壤孔隙度或孔隙比的变化来表示。
2、影响因素
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
(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。
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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。
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。
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。
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
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。
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) ；
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 )
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