第二章 耕作与土壤物理力学性质

1、第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-281第二节第二节 土壤的物理机械性质土壤的物理机械性质第一节第一节 概述概述一、土壤组成及基本物理性质一、土壤组成及基本物理性质二、二、主要物理力学性质主要物理力学性质一、耕作方法一、耕作方法二、耕地的作用和农业技术要求二、耕地的作用和农业技术要求三、耕地机械的种类三、耕地机械的种类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

2、、镇压等各种田间作业所用的机械。耕、除草、松土、镇压等各种田间作业所用的机械。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。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。第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-282 传统耕作法（精细耕作法）传统耕作法（精细耕作法） 一、耕作方法一、耕作方法少耕法（免耕法）少耕法（免耕法）50年代，苏联学者马尔采夫发明，即年代，苏联学者马尔采夫发明，即 无犁壁深松耕作，无犁壁深松耕作，7

3、0年年代引入我国。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。耕耘作业，把种子直接播在前茬地上。减少或免去犁耕作业，使耕层只松不翻。减少或免去犁耕作业，使耕层只松不翻。1. 实质实质第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-283土壤表面紧密，不易被雨水冲走，也可抵抗风蚀；土壤表面紧密，不易被雨水冲走，也可抵抗风蚀；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有机质的来 源，当降

4、水时可减少雨水对土壤的冲源，当降水时可减少雨水对土壤的冲 击，故大大提高击，故大大提高了保土、保水、保肥了保土、保水、保肥 的能力；的能力；深松土层，可破坏犁底层，改善耕层结构，又可调节土壤中固、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；液、气三相比例，便于作物生长；减少耕作次数，可降低作业成本，节省能源，还可减少机组对减少耕作次数，可降低作业成本，节省能源，还可减少机组对土壤的压实。土壤的压实。2. 优点：优点：少耕法会带来草荒和病虫害。少耕法会带来草荒和病虫害。3.缺点：缺点：播种时，种子宜用种子包衣剂包衣，防止虫害提高出苗率；播种时，种子宜用种

5、子包衣剂包衣，防止虫害提高出苗率；土壤消毒技术；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。需用广谱型除莠剂和高效低毒的农药，以防治病、虫、草害。每隔每隔23年犁耕一次。年犁耕一次。通过上述方法可减少病虫害和草害。通过上述方法可减少病虫害和草害。4.少耕法配套技术：少耕法配套技术：返回返回第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-284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；应平整；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，

6、土垡架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；空，以利于通风晒垡；耕深一致，沟底平整，耕深不均匀度耕深一致，沟底平整，耕深不均匀度4%；不得有重耕或漏耕。不得有重耕或漏耕。二、耕地的作用和农业技术要求二、耕地的作用和农业技术要求 作用作用翻转土层，恢复地力，改善土壤结构；翻转土层，恢复地力，改善土壤结构；通过覆盖植被消灭杂草和病虫害；通过覆盖植被消灭杂草和病虫害；将作物残茬和肥料、农药混合到土壤中以增其效用；将作物残茬和肥料、农药混合到土壤中以增其效用；松碎土壤，增加空隙度，使雨水易于渗入，空气得以流通，有利于作物松碎土壤，增加空隙度，使雨水易于渗入

7、，空气得以流通，有利于作物根系发育。根系发育。农艺要求农艺要求返回返回第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-285切土、碎土能力强，多用于耕地后的整地作业。切土、碎土能力强，多用于耕地后的整地作业。返回返回三、耕地机械的种类三、耕地机械的种类 铧式犁铧式犁圆盘犁圆盘犁历史最悠久，使用最广，翻土和覆盖性能为其他耕地机具所不及。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。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，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。我国很少使用。旋耕机旋耕机第二章第二章 耕作与土壤的物理

8、力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-286第二节第二节 土壤的物理机械性质土壤的物理机械性质耕作层土壤由耕作层土壤由固、液、气固、液、气三相组成，固相颗粒主要为矿物质，也有的是三相组成，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（一般隙的孔径较大（一般0.1mm），其中充满气体，是通气透水的通道。），其中充满气体，是通气透水的通道。非毛管孔隙度一般为非毛管孔隙度一般为1320%。一、土壤组成及基本物理性质一、土壤组成及基本物理性质（如图示如图示）整个土体大致可分

9、为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、犁底层、心土层和底土层。耕作层耕作层是是最重要的层次，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（总空隙度，其中毛管空隙度（d0.1mm）应在）应在3740%之间，才之间，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。为有效的空隙是毛管孔隙。第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-287土壤颗粒有土壤颗粒有石块、石砾石块、石

10、砾、砂粒、粉粒和粘粒砂粒、粉粒和粘粒等。粘粒含量的多少，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。粒之间的凝聚力越大，耕作时不易破碎，犁耕阻力也大。 土壤的机械组成土壤的机械组成通常是指直径在通常是指直径在3mm以下的细小颗粒，按直以下的细小颗粒，按直径大小，它分为砂粒（径大小，它分为砂粒（0.053mm）、粉粒）、粉粒(0.0010.05mm)和粘和粘粒粒(0.001mm)。按土壤质地，可将土壤分为按土壤质地，可将土壤分为砂土、壤土和粘土砂土、壤土和粘土

11、三大类。三大类。返回返回第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-288地表地表耕作层耕作层犁底层犁底层心土层心土层底土层底土层土体结构示意图土体结构示意图返回返回第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-289二、主要物理力学性质二、主要物理力学性质1.容重：容重：在自然状态下单位土壤体积的重量。在自然状态下单位土壤体积的重量。vq)(3cmgq土壤重量（含水分），单位：土壤重量（含水分），单位：gv土壤体积，土壤体积， 单位：单位：cm3土壤土壤干容重干容重：扣除土样中的水分即得之。：扣除土样中的水分即得之。vq10q1土

12、壤固体颗粒重量土壤固体颗粒重量土壤容重土壤容重=f(孔隙度、固体颗粒孔隙度、固体颗粒b比重比重) 孔隙度孔隙度 ， 当土壤容重为当土壤容重为1kg/dm3时最有利于耕作时最有利于耕作第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-2810田间持水量：田间持水量：土壤中所能保持的最大含水量。土壤中所能保持的最大含水量。%100maxqqqwnqmax最大含水量时的水重最大含水量时的水重q烘干后的土重烘干后的土重绝对湿度：绝对湿度：qqqwq自然状态下的土壤重量自然状态下的土壤重量q烘干后同体积的土壤重量烘干后同体积的土壤重量2.湿度湿度（又称含水量）：（又称含水量）：

13、土壤中含水百分比。土壤中含水百分比。 因砂土的田间持水量较小，当绝对湿度为因砂土的田间持水量较小，当绝对湿度为15%时，砂土摸起来时，砂土摸起来是潮湿的（其相对湿度约为是潮湿的（其相对湿度约为80%）；而重粘土的田间持水量较大，）；而重粘土的田间持水量较大，摸起来几乎仍似乎干土（其相对湿度仅有摸起来几乎仍似乎干土（其相对湿度仅有35%），故引入相对湿），故引入相对湿度这一概念。度这一概念。第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-2811相对湿度：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

14、占田间总持水量的百分比。壤的含水量占田间总持水量的百分比。%100max0）水量（土壤吸水至饱和时的含）自然土壤的含水量（qqqqwwwn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。不同，田间持水量的变化范围很大。土壤湿度对耕作质量和牵引阻力的影响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

15、、拥塞、土垡翻转不完全和植被覆盖不严密等现象。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。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。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。下塑限：指土壤开始流动时的含水量。适耕湿度：适耕湿度：对于旱田来说，土壤的相对湿度在对于旱田来说，土壤的相对湿度在4060%的范围内时，的范围内时， 较适宜于耕作，此时的土壤湿度称为适耕湿度。较适宜于耕作，此时的土壤湿度称为适耕湿度。第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理

16、力学性质2022-3-28123.坚实度坚实度（又称惯入阻力）（又称惯入阻力）：是指是指在垂直载荷作用下，土壤不同深度在垂直载荷作用下，土壤不同深度 的抗压能力。的抗压能力。（即土壤抵抗物体压入的能力）（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：可用坚实度仪测量，也可按下式计算：hqq0(Kg/cm2)单位压实力：单位压实力：压缩非密实土壤时，使其压痕容积为压缩非密实土壤时，使其压痕容积为1 cm3时所需的力时所需的力称为单位压实力。称为单位压实力。 各种土壤的单位压实力各种土壤的单位压实力土壤类型和状态土壤类型和状态疏松土疏松土中等沉积土中等沉积土粘重沉积土粘重沉积土粘重

17、而干硬的沉粘重而干硬的沉积土积土单位压实力单位压实力(Kg/cm3)0.51.5386101220坚实度和土壤质地、含水量有密切关系。坚实度和土壤质地、含水量有密切关系。q 越大越大 ,则承压能力和耕作阻则承压能力和耕作阻力越大。力越大。q单位压实力单位压实力(Kg/cm3) h柱塞压陷深度柱塞压陷深度第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-2813 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，可减少犁体的耕壁上覆盖聚四氟乙烯、尿素树脂和碳素树脂等

18、，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；作阻力。合成树脂的耐磨性、经济性有待提高； 振动的方法；振动的方法； 在犁壁和土垡之间注入水和空气。在犁壁和土垡之间注入水和空气。4.内、外摩擦内、外摩擦内摩擦力：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。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。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。 当当W=25%时，内摩擦系数为时，内摩擦系数为0.71.0外摩擦力：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土壤随着农具工作部件表

19、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、摩擦力。消耗拖拉机牵引功率的一半，它与正压力、土壤质地、 含水量和金属表面光洁度有关。含水量和金属表面光洁度有关。减少外摩擦力的方法：减少外摩擦力的方法：第二章第二章 耕作与土壤的物理力学性质耕作与土壤的物理力学性质2022-3-2814土壤凝聚力：土壤凝聚力：土粒与土粒之间的结合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。，与土壤质地、含水量等因素有关。 凝聚力大的土壤称为凝聚力大的土壤称为重质土重质土，不易破碎，耕作阻力大；，不易破碎，耕作阻力大； 凝聚力小的土壤称为凝聚力小的土壤称为轻质土轻质土，易破碎，耕作阻力小。，易破碎，耕作阻力小。附着力：附着力：指指土壤粘附在工作面上的作用力。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。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。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，使耕作质量土，使耕作质量 ，牵引阻力，牵引阻力 。土壤类型土壤类型摩擦系数摩擦系数摩擦角摩擦角砂土和砂壤土砂土和砂壤土(疏松疏松)砂土和砂壤土砂土