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。 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。
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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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