农业工程概论农业物料的工程性质

1、1 讲稿 2 绪论 一 农业工程与农业的发展 1.农业的发展（时代的划分）： 从2000多年以前19世纪中叶： 原始农业（古代农业）； 19世纪中叶20世纪40年代（二战结束）： 传统农业（近代农业）； 20世纪40年代至今：现代农业。 3 原始农业，完全靠刀耕火种；传统农业，有了原始农业，完全靠刀耕火种；传统农业，有了 引水灌溉和施用农家肥；现代农业，有了工业引水灌溉和施用农家肥；现代农业，有了工业 产品的武装（化肥、农药、机械）。国外之所产品的武装（化肥、农药、机械）。国外之所 以称为以称为“近代农业近代农业”，是因为那时也有了少量，是因为那时也有了少量 的半机械化、机械化农具。的半机械化

2、、机械化农具。 2、农业工程的发展： 18891889年，美国人伯格首先发明了底盘与蒸汽机 底盘相似的拖拉机 “巴加”号拖拉机，由芝 加哥的查特煤气机械公司试制成功。18921892年， 美国衣阿华州的约翰M M弗罗利奇，在辛辛那 提市制造出第一台作为农用牵引机的内燃发动 机式拖拉机，这是一台真正实用的拖拉机，是 著名的约翰迪尔式拖拉机前身。 4 5 61892年的拖拉机 7 8 1904年，加利福尼亚的工程师霍尔特设计了 界 上第一台履带式拖拉机，1907年，霍尔特创办的拖拉 机制造公司制造出世界上最早的以汽油内燃机为动力 的履带式拖拉机。这种拖拉机是当时最成功的拖拉机， 并成为数年后英国研

3、制世界上第一种坦克时所参考的 样车。 轮式拖拉机的发明，最初是在钢轮外加一层橡胶 保护层，汽车轮胎诞生后，人们先后给拖拉机使用了 实心和充气胎。但汽车轮胎并不完全适用于拖拉机， 一是汽车轮胎的沟纹过于浅细。二是人们发现拖拉机 在轮胎气不足时反而比气很足时的软地行驶性能更好。 1932年，美国的菲尔斯当轮胎和橡胶公司生产出 一种大尺寸的高花纹低压充气橡胶轮胎。这是第一种 真正适用于农用拖拉机轮胎。 9 1908年产的履带拖拉机（ 25HP ） 10 1908年产的履带拖拉机（L20） 11 1912 年的履带拖拉机（ Holt 30 ） 12 1914 年的履带拖拉机（ Holt 30 ） 13

4、1917年产的履带拖拉机（40HP） 14 1917年Holt产的实验性履带拖拉机 15 1918年产的履带拖拉机（Holt45） 16 1928年产的毛毛虫（Caterpillar）L20履带拖拉机 171929年产的履带拖拉机（毛毛虫60 ） 18 1977年毛毛虫D10 191913年的金属轮拖拉机 20 1932年的橡胶轮胎拖拉机 21 22 23 温室最早起源于中国，据前汉书召信臣传记 载，距今2000多年前的西汉时，当时的皇都西安已在 生有暗火的屋子里种植葱、韭一类蔬菜，可在冬季为 皇宫提供新鲜蔬菜。这是世界上最早的温室。发展到 清代，温室的形式和栽培技术已较成熟，除用于种植 黄瓜

5、等多种蔬菜外，还生产许多名贵花卉。 在欧洲，公元1世纪罗马帝国已使用一种用云母片 装配的温床，促成水果早熟和为宫廷生产黄瓜。1599 年，在荷兰建成一栋栽培热带植物的温室，这是欧洲 最早的温室之一。直到19世纪，温室才在欧洲普及开 来，当时有许多博物学家从热带地区把多种植物新种 带回北方寒冷的家乡，同时玻璃制造技术发达也使建 造框架式的日光温室成为可能。 24 18361841年，英国德温公爵的园丁领班帕克顿 在备德贝郡查兹沃斯府邸建了一具大型温室，在铁、 木框架上共镶有7000多平方米的玻璃。1851年，在英 国举办世界上首次万国博览会时，帕克斯顿以他建造 的温室为蓝本，为博览会的主展馆设计

6、了著名的 “水 晶宫”。 在现代的大型温室中，已经配有带热风或湿冷风 的混风设备，并采用喷灌、滴灌和地下灌溉等技术， 有的还使用无土栽培法。有的温室还装备有电脑控制 系统，以变化的光照强度为中心，随时调节室温和空 气中二氧化碳浓度，或辅以湿度、风速、温度场乃至 营养液中无机盐含量的调节，从而为作物创造适合生 长的最佳环境。 25 26 27 28 中国农产品加工业的历史源远 流长。早在战国、西周、西汉的文献 资料中，对粮食制饴，葡萄酿酒，煎 蔗为糖，大豆生产豆腐、酱油，牛奶 制作奶酒等食品技术就有记载。 29 1976年在河南新郑裴李岗出土的石磨 盘。据考证，为7000年前的新石器时 期早期，

7、比仰韶文化还要早。 30 在沈阳 “老龙口” 出土的正面 为“阴阳鱼” 造型的石磨 群。是山西 商人孟子敬 于清代康熙 元年（1662 年），在沈 阳小东门外 建的制酒作 坊的遗物。 31 32 5000年前（神农氏）的榨油工具 33 风力车、石磨等 34 晋 代 的 水 磨 35 36 37 38 公元前5000多年，中国就有了石磨 39 龙骨提水车，又叫翻车。 是东汉灵帝（公元168-189 年）毕岗创造的，直到20 世纪50年代末，在江南农 村还能见到。 40 筒 车 41 井 车 42 43 44 45 46 47 48 49 “精确农业” (Precision Agriculture

8、)技 术研究发展的驱动力，是在所有耕地中发 现的作物生长环境和收获产量实际分布的 空间差异性。 精确种植的基本技术至少要具备以下四 项功能：随时间或(及)空间变化采集数 据；根据数据绘制数据电子地图，即田 间状态图，并加工、处理，形成管理设计 (或作业执行电子地图，即对策图)；精 确控制田间作业；对精确种植的农业效 果、经济效益及环境效益进行评估。 50 精确种植的技术包括以下内容：全球定位系统GPS、 地理信息系统GIS、计算机控制器、传感器及遥感系统 RS、变量投入设备、绘制电子地图及数据处理加工软 件、专家系统ES及决策支持系统DSS等软件及硬件。 GISGeographical Inf

9、romation System，地理信息系统； GPSG1obal Positioning System，全球定位系统： RSSRemote Sensing System，遥感系统； SSSimulation System，模拟系统； ESExpert System，专家系统； DSSDecision Support System决策支持系统； ICSIntelligence Contro1 System，智能控制系统 51 52 53 二 农业工程学科的性质与任务 1、学科的发展： 1896年，美国内布拉斯加大学 农学院，开设 “农业工程概论”课程； 1907年，在美国的麦迪逊，成立美国 农

10、业 工程学会（America Society of Agricultural Engineering. ASAE）； 随后，在以后的10多年里，美国、加拿 大 的许多大学都成立了“农业工程系”。 农 业 工程系一般由工程学院和农学院共 同领导， 起初分两个科目： 1.农业工程（农业工程科 学） 2.农业机械化（农业工程技术） 54 学科的发展：机械应用与管理耕作土壤动力学农业物料的工程性质农 田水利学农村能源农村电气化农副产品加工农业系统工程（计算机 模拟、专家系统等）。 1996年以前，农业工程学科包括9个本科专业： 1.农业机械化； 2. 农业建筑与环境工程； 3. 农业电气化与自动化；

11、55 4.农田水利工程； 5.土地规划与利用； 6.农村能源开发与利用； 7.农产品贮运与加工； 8.水产品贮藏与加工； 9.冷冻冷藏工程。 1996年以后合并为4个本科专业： 1.农业机械化及其自动化； 2.农业电气化与自动化； 56 3.农业建筑环境与能源工程； 4.农田水利工程。 2. 性质与任务 农业工程学科是应用物理科学、化学和生物科学及工程技术来研究、解 决农业生产及其过程的工程科学与工程技术。 即：农业工程学科是将农业与工程联系起来，研究生物、生产、生态与 物力、化学、管理的边缘学科（性质）。 57 农业工程中国农业百科全书.农业工程卷中指出：“农业工程是改善农业 生产手段、生态

12、环境和农村生活设施的各种工程技术、工程管理、工程理 论的总称”（任务）。 三.农业工程师的素养和农业工程学的研究方法 1.必须具备农业生产及生物学基础知识；（ 生物系统的特点：随时间变 化；对环境有自适应性。） 2.必须具备工程理论和工程训练，掌握系统分析方法；（能力） 58 农业工程属于应用学科：要会综合，会做科学试验；（综合、实践创新） 本课程的目的： 提供 有关农业工程的基本概念、常识、 基本方法；进一步深入了解各方面 内容的必要线索。 59 世界农业科技变革趋势 1、由“平面式”向“立体式”发展 2、由“石油型”向“生态型”发展 3、由“自然式”向“设施式”发展 4、由“机械化”向“自

13、动化”发展 5、由“农场式”向“公园式”发展 6、由“化学化”向“生物化”发展 7由“单向性”向”综合性”发展 60 我国农业战略布局 沿海地区和大中城市郊区要大力发展高效农业。中部粮食主产区要抓住主销 区腾出部分粮食市场的机遇，扩大优质粮食生产，提高粮食的综合效益和市 场竞争力。西部地区要发展特色农业、旱作农业和生态农业。 61 第一章 农业物料的工程性质 1研究的意义 农业物料一般指：动植物产品、加工成 品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、 肥料、农药等。（即：产品和作业对象） 意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量 的评估。 2 农业物料的形态特征 一、尺寸和形状 尺寸和形状 62 （

14、一）圆形和球形 圆度 式中：圆度表示与理想圆的接近程度； r指各棱角的曲率半径； R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1） Rm r m 1i i 异能够反映相互之间的差 态能够描述物料实体的形 63 64 对于类球 体： di dc 式中：di指类球体的最大投影面积图形的最大 内切圆直径 dc指类球体的最大投影面积图形的最小 外接圆直径 对于椭球： 球度 = = 3/1 外接球体积 椭球体积 = 3/1 3 a 6 abc 6 65 = a 3/ 1 )abc( = （二）尺寸的表示 最大直径 几何平均直径 （1）粒径（非类球物料） ) 8 P 21( ) 7 P 11( 如表然后计算平均值

15、， 需先测定单一粒，群体平均直径的计算， 如表单一粒径的计算， 66 测定计算平均粒径的简易方法： 粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的 分拣） 200n M n M6 d ssn 3 s sn s 为颗粒个数，一般 为密度为总质量， 按表1-2的算法 会存在d3d2d1d7d4d5 d6的不同结果 粉状物的平均粒径 （取为50100g试样） 67 68 m 1i i i s d X 1 d （调和平均粒径） 或用算术平均粒径 m 1i iis )dx(d 相邻筛子之间物粒的名义直径 1iii d dd 1ii d d 69 Xi为di下方， di+1上方的物料占总质量的百分数。（权重） 应根据测

16、定的目的选用，如 所对应的粒径） 中径（粒径总积分布达评定分级装置时，用 质量平均径气力输送时，用 算术平均径尺寸比较时，用 %50 d d d 50 6 1 （2）单项尺寸的测定，用 70 ，按过筛情况分组利用不同的孔径的套筛 或图 具，然后分级统计，卡尺、轮廓放大仪等量 21 （三）尺寸分布 可代表一批物料粒径的平均尺寸 71 二、密度 一）真实密度（true density）： f V s t 实际体积 质量 （成分、水含量等） 测量方法主要有 比重瓶法（粉末物料） 浮力法（小物体） 称重法（大物体） 比重瓶法（粉末物料） 浮力法（小物体） 称重法（大物体） 72 （二）容积密度（bul

17、k density）与孔隙率（度）： tsa V/m （物料总质量与视在体积或称虚表容积之比） 孔隙度（率） %100 V V %100)1 ( t v t a 孔隙所占体积与整个物料所占体积之比 （孔隙比孔隙体积与物料固体物质体积之比） 73 ) 1( 1 a t t a t a t a t s t v s v va v v v v v v v vv v e 孔隙度 三、农业物料形态特征在农业工程中的应用 （一）品质评定： 1谷物成熟程度（与尺寸有关）、杂质含 量、均匀度等与有关；土壤紧实程度 2牛奶放置时间长，变大。 （二）确定物料清选和分级工艺 74 根据球度的大小影响滚动性尺寸形状的差

18、 异影响选择分选方法的设备由尺寸的分布规律，确 定分选的可能性及筛孔的大小等。 （1）分选可能性（分离程度）和孔型 （图1-4 不同的物料的尺寸频率分布曲线） （2）筛孔（窝眼）大小的选择：根据分选的 目的和要求确定（图1-5） （三）设计计量装置或容器根据容积密度 75 76 3 3农业物料的机械特性农业物料的机械特性 一、应力、应变与破坏 有助于选择加工方法 （一）、应力与应变： 农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下 产生的变形和流动，以及载荷作用的时效。 77 变形弹性变形；流动： 塑性流动 粘性流动 流变特性用应力、应变和时间三个参数表示。 应力松弛指物料突然地变形到给定值并保 持

19、 不变时，应力随时间变化的函数关 系。（与蠕变对应） 东农303马铃薯的应力松弛模量方程（P11.图1-7） 弹性模量： t 2 . 1 e178. 0 t036. 0 e69. 178. 1 ) t ( E 78 79 80 农业物料的应力应变关系，因农业物料通常 等特点，而变得非常复（P12. 图1-8）。 水分 非均质性 多相性 具有 （二）农业物料的破坏 （1）破坏的原因 机械力：挤压、切断、碰撞、颠簸等。 谷粒的损伤与受力大小和水分高低密切相关 （P12.图1-9） 其他应力（物理化学的作用）：热应力（烘干 与冷却过程）；乙醇促使苹果边熟腐烂；湿应力 （西瓜番茄水分过大的裂口）。 8

20、1 82 物料自身的生化作用呼吸代谢作用在 温度 湿度较高条件下（受伤后速度变快），导 致生命缩短而坏死（呼吸加快，营养消耗加 快）。甘薯受伤后呼吸量加大（P13.图1-10） 83 （2）破坏的类型： 切断（正切、斜切、歪切、滑切） 粉碎（击磨玉米；压磨小麦、大 蒜） 去壳（克剥核桃；热胀应力松籽 、板栗；撞击葵花籽） 碎土（弯曲犁地） 有害性破坏的防止 提高贮藏质量降温降湿充氮 防振动撞击改善运输装置和包装 84 85 二、流体动力学特性（ 流体以空气、水 （形变介质）为载运体）与物料的输送、装 卸、分离等作业有关系 （一）流体对农业物料的作用力 摩擦阻力 形面阻力（压差阻力） 阻力 升力

21、（浮力） 2 2 1 VCAP V （）阻力与阻力系数 根据因次（量纲）分析，流体的总阻力 C为阻力系数（一般由试验确定） 86 A为物体垂直于平面内的投影面积 为流体密度 g/cm3 V为流体和物体的相对速度 m/s 阻力系数: 为雷诺数 为系数 e k e R ka R a C , Vd Re Vd Re 数）流体的粘度（动粘滞系 流体密度 流体和物体的相对速度 物体的特征尺寸 V d 87 88 动力粘度的定义（P21）单位面积、 单位速度梯度时所受到的剪力。 A dh dv F 1PaS（帕秒）=10P（泊：达因S/cm2； 克/cmS）=1000CP(厘泊；毫帕秒) C=f(Re)的

22、关系复杂，一般为34个区域 0 0 紊流压，摩擦阻力 不可忽略形面阻力和摩擦阻力均 层流区小域，形面阻力 c b a 89 （）物料在流体（形变介质）中的临界速度 （即:重力-浮力=阻力 时的相对速度V0） 球状物体 重力浮力： 时 2 0 2 1 VCAPgW sss CA g V ss )( 2 0 球体的体积和投影面积分别为d3/6 和d2/4， 一般情况下，C0.44 90 C gd V s )( 155. 1 0 非球状物体 实验证明：当Re液体 气体；水的导热系数为0.06 W/mK。 果蔬的导热系数 ： dw MM)1 ( 肉类：=0.0798+0.00517M（ 当温度为0 6

23、0，含水率6080%时） （三）导温系数（热扩散系数，）： 反映导热过程中物料导热能力和储热能力间 的关系，是衡量物料受热后温度传导能力的重要 参数。 122 C dx dT dA dQ C sm Q Km msK Q / 2 3 （单位：m2/s） 三、农业物料热特性的应用 （一）设计烘干和冷却工艺参数和规范 供热和升温与比热有关 物料层的厚度和加热均匀度与导热系数有关 热特性跟温度和水分的关系等 （二）品质检验： 如牛奶比热C=0.93若偏离过大即为掺假或变质。 123 5 农业物料的电磁辐射特性 不同的物料对不同波有不同的反射、折射、绕 射（衍射）、散射和吸收作用，能引起内部组织和 结构

24、的变化。 124 一、农业物料的可见光特性（约为0.40.77m） （一）反射特性： 光反射率 ：%100 0 I I R R I0和IR分别表示射向物料总辐射强度和反射回 的辐射强度（即单位面积上的光通量，W/m2）。 （P27.图1-31） 125 126 不同物料或同物料的不同发育阶段其R不相同。 为了消除物料外形、光源的强弱所产生的误 差，通常采用两种波长的光测其反射率差。 R或反射率比R1/R2作为判断标准。 （二）光透射特性 透射率：T=IT/I0100% 实际应用中，常采用吸光度 ) 1 log( T A 127 能够同时反映物料的外表特征和内部密度等。 （三）延迟发光特性 物料

25、经过照射，使叶绿素分子离子化，产生 自由电子，使最低能级的叶绿素放出延迟光然后， 逐渐衰减（P27.图1-32）。 128 二、农业物料的其它光辐射特性 （红外光：0.771000m；紫外光：0.040.39m） 红外线辐射有显著的热效应和较强的穿透力。 红外辐射特性（R、T、A等）与物料的厚度、 结构、密度、水分以及照射条件有关。 129 远红外探测器，可探测森林火灾、作物 长势和预报病虫害等。 紫外线辐射（0.040.39m），有激发光现 （不同物质发出不同颜色的荧光），用于分 拣、 鉴定纯度等。 用近红外光 谱分析法，可以快速、准确测定 物料的品质和成分； 生物受适当强度的紫外光照射，可

26、促进维 生素D的转化，有利于健康；过强的紫外线能 消毒杀菌，但有害于健康。 130 三、农业物料的其它电磁辐射特性 （一）微波（0.10.01m） 辐射特性(R、T、A等)比短波显著。 1、原理： 通过极性水分子振荡，导致细胞膜破裂和 细胞间的氢键松弛破坏而难以存活；但有时可能激 活细胞，增加种子发芽率等。 2、用途 杀死有害微生物 率加热：单位物料消耗功 2 2EtgfP （二）X射线和放射性辐射波 1、原理： 穿透力强，使水和其它物质电离，从而影响新 陈代谢 131 2、用途： 推迟果菜完熟期； 推迟蘑菇破膜开伞； 诱变育种； 杀菌保鲜（大蒜）。 四、电磁辐射的应用（见P29.表1-10）

27、 r r r r r 132 133 134 6 农业物料的电特性和磁特性 一、生物电 受精蛋两端电位差 mV73 20mV-15 雌性： 雄性： 植株受伤部分和完整部分间存在电位差， 且伤势严重，则电位升高。 135 r (0和C0为真空介电常数和电容。表示提高电 容量的能力) (表示物料在交流电场中吸收电能转化为热 能的能力) 二、介电特性 介电常数： =D/E (D电通量密度；E电场强度) 相对介电常数 =/0=C/C0 r 介质损耗角正切： CR I /I/tg 136 用途 测含水率 加热物料 （见P31.图1-34） 137 充满理想电解质的电容器没有能量消耗，其电 流Ic超前电压

28、V为900。由于有了损耗，使电流I与 电压V的相位角减小，损耗角增加。 （通常）在任何给定频率下，电介质可用理想 电容和电阻R组成的并联电路表示（见上图）。 总电流I与外加电压V之间的角度称为相位角， cos称为功率系数，在很小时， tgcos。 138 图1-34 稻谷介电常数与含水率的关系 139 三、电阻率（m） A l R 已知 实验得出，吸湿性物料有： bawlog （水分传感器原理） a、b为物料特性常数=f(品种、密度、温度等) 西瓜电阻率与含糖量的关系，P31.图1-35 140 141 A l R 四、磁特性 用磁化水灌溉，可以增强根系的吸水性、有 利于叶茎的生长。 磁化的主

29、要表现（作用）： 作物增产。例如，在播前612天，将小麦 种子在3060mT（毫特斯拉）磁感应强度下 进行处理数秒，能够提高净光合速率。 142 减少耕翻作业的能耗。在犁铧处安装强磁性 源，可以使阻力11.3%；阻力波动小（波动系 数由6.95%到1.99%）。 增强土粒凝聚性。 土壤磁化率与有机质的关系： X=28.6+14.6Om(%) ，相关系数r=0.902； 磁化率=磁化强度/磁感应强度， 磁感应强度磁性物质中单位体积的磁矩。 143 1 、 、电阻率 等）与含水量的关系。 （二）物料干燥 利用介电损耗原理。 采用高频（1150MHz）或超高频(微 波)（9152450MHz）加热更

30、加优越，如： 含水量17%的蘑菇经微波处理5分钟，水分便 可降到5%一下，而在一般烘房内则需68小 时。 利用电特性（电导率 五、农业物料电特性在农业工程中的应用 （一）含水率测定 144 微波加热的原理 利用材料对电磁波的吸收进行加热，主要有高 频波（10kHz300MHz)；微波(300MHz 300000MHz)两种电磁波。 145 水分子在微波长中极化运动示意图 146 （三）质量评定 测： 主频 含水量电导率 碰伤电位差 细胞组织材料的阻抗与电流频率 147 148 紫外线、静电种子清选 微波软化皮层提高发芽率)( 用于： （四）种子处理 149 7 农业土壤的工程性质 周礼中指出：

31、“万物自生焉则曰土， 以人所耕而树艺焉则曰壤”。古书说文解 字对土的定义：“土者，地之吐生物者 也”。并进一步解释：“二象地之上， 地之中”。即土壤位于岩石上，地面以下的 大地表层；“ ”是“物出之形”，表示土 壤能够生长植物。两者合起来就是“土”。 本节主要内容：土壤的形成；土壤的组成； 土壤的性质；土壤盐碱化及其危害。 150 一、自然土与农业土壤的形成 （一）自然土的形成： 岩石母质微生物植物 五大自然成土因素： 母质、气候、生物、地形、时间。 岩石层 母质层 沉积层 带酸型的淋溶层 枯枝败叶层 自然土（5层）： 151 （二）农业土壤的形成 土壤（4层） 屑或母质）底土层（自然风化的碎

32、 状态）心土层（保持自然土的 ）犁底层（ ）耕作层（ 10cm-5 20-15cm 二、土壤孔隙度、土壤水和空气 土壤为三相体（见下图）： 3 3 /5 . 10 . 1 /8 . 12 . 1 %6030 cmg cmg 粘质土壤 砂质土壤 容积密度 （其中非水即气）孔隙占 152 45% 5% 50% 土粒45%有机质5%孔隙50% （一）土壤孔隙度 土壤孔隙 m m m 100 1001 1 非毛管孔隙 毛管孔隙 非活性孔隙 153 土壤要求：总孔隙度为30-60%，非毛管孔隙 10%；毛管孔隙（含非活性孔隙） 非毛管孔 隙=24 1。 土壤孔隙度= %100)1 ( t a t v V

33、 V 土壤孔隙比： ) 1( 1 a t t a t a t a t s t v s v va v v v v v v v vv v e 孔隙度 154 （二）土壤水： 气态水孔隙中的水汽； 吸湿水土壤颗粒表面由空气中吸 取的水分子（约20个水分子厚，密度 为1.2 2.4，冰点为78）。 薄膜水包容在吸湿水外面的水膜， 最大含量为吸湿水的24倍。外层 膜状水可以被作物利用，但移动缓 慢。 毛管水 重力水 155 156 三、土壤含水率和土壤状态 见P34.表1-12；P35.图1-38。 含水量：由小大 状态： 固体塑体流体 力学特性：小大小 （三）土壤空气： 相对湿度大，氧气少，CO2多（

34、是空气中的 5120倍）。 土壤空气增多，微生物活动旺盛（尤其温 度较高时），有利于有机质分解。 157 四、土壤的强度与破坏 土壤强度不引起屈服应变和破坏的 最大应力。 外力拉、压、剪、穿透等 破坏断裂、压缩、塑流等 土壤强度是变化的，不是定值。 质地、含水量的不同； 由于孔隙的存在，难以准确地衡量有 效截面积。 158 159 （一）抗剪强度（S） 据摩尔库伦经验公式：S=C+tg (类似于物料摩擦力公式：F=+fP) 160 式中：C粘结力；正应力； 内摩擦角；粘附力。 （二）承压强度（支承能力） n Z基本公式：P=K（ ） 式中：P载荷压强； Z下陷深度； n与土壤性质有关的常数；

35、K考虑到K与承载面积有关， 故分为两部分： K b K K C 161 其中，Kc内聚变形模量，与面积有关； K摩擦变形模量，与面积无关； b矩形支承面的短边或圆形半径。 土壤下塑限开始表现可塑性时的含水量 （犁地的含水量应在下塑限以下） 土壤上塑限失去可塑性，开始流动时的 含水量。 两者之间的含水量范围称为可塑性范围， 两者之差称为塑性值。 塑性值大的土壤，可塑性强。 五、土壤结持度在不同水分下，土粒在外 力作用下的难移动度。 162 土壤结持度与含水量有关 水分影响土粒的粘结力和粘附力（P37.图1-43）。 163 土壤的状态从 干燥泥浆；其结持性依次 为：坚固、酥软、可塑、粘韧、浓浆、

36、薄浆。 通常为了减小机具的摩擦阻力（摩擦阻力约 占总阻力的50%，而当作业速度达到14.5km/h时 只占8%），常采取以下措施： 增加刃口的锐度； 涂聚四氟乙烯和尿素树脂等； 电渗法：施以直流电场，使阴阳离子向 不同方向迁移； 164 六、土壤压实 PAC V V e t v lg基本公式： 式中： A压缩系数； P压力； CP0=1时的孔隙比，即单位压力下的e0。 P37.图1-44，表示干、湿土的P-e变化趋势。 在酥软结持状态下作业。（另外，还有 磁化犁、仿生犁等） 165 166 图1-45，表示含水量对压实程度的影响，在压 力一定的情况下，一般当含水量为饱和含水量 的8085%时，

37、最易压实。 压实的后果： 透水、透气性，蒸发； 有机质分解慢，对作物供氮不足； 耕作阻力，质量； 影响产量。 167 减少压实的措施： 复式作业； 免耕、少耕； 降低接地压力； 定期深松； 施有机肥； 168 七、土壤的热特性 C、各参数的物理意义与1.4是一致的。 但由于土壤中水分和空气比一般物料多，热特 性波动很大。 水分对土壤热容量的影响见P38.表1-13， 当水分低时：C：砂土壤土粘土泥炭； 169 图1-46 水分对导热系数和导温系数的影响 170 当水分高是：C：泥炭粘土壤土 砂土。 水置换了空气，而水的热容量大约是固相 的35倍，是空气的3000倍。 、：砂土壤土粘土泥炭。 水导热系数是空气的26倍，是固相的1/3 1/4，通常土壤导热系数主要受含水量和松紧程度 的影响，其影响程度大于容积密度。 v C C 公式和是一致的， C乘以即为单位容积的比热。 171 通过测定（简单），可以研究导热方面的变 化。 实践证明，常见作物种子发芽的最佳土温 平均