第二章耕作与土壤的物理力学性质

其次节土壤的物理机械性质第一节概述一、土壤组成及基本物理性质二、主要物理力学性质一、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。土壤是耕作机械的工作对象，其特性对机械的选用、设计和探讨来说是不行缺少的基础资料，因此有必要对土壤有一个基本的相识。3/2/20231㈠传统耕作法（精细耕作法）一、耕作方法㈡少耕法（免耕法）50年头，苏联学者马尔采夫独创，即无犁壁深松耕作，70年头引入我国。

少耕法变更了以犁耕为中心的耕作方法，大大削减或完全免去耕耘作业，把种子干脆播在前茬地上。削减或免去犁耕作业，使耕层只松不翻。1.实质3/2/20232①土壤表面紧密，不易被雨水冲走，也可反抗风蚀；②覆盖的前茬作物残茬，可削减土壤水分的蒸发，同时又是土壤有机质的来源，当降水时可削减雨水对土壤的冲击，故大大提高了保土、保水、保肥的实力；

③深松土层，可破坏犁底层，改善耕层结构，又可调整土壤中固、液、气三相比例，便于作物生长；

④削减耕作次数，可降低作业成本，节约能源，还可削减机组对土壤的压实。2.优点：

少耕法会带来草荒和病虫害。3.缺点：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。通过上述方法可削减病虫害和草害。4.少耕法配套技术：返回3/2/20233①应有良好的翻土性和覆盖性，铺垡匀整整齐，避开立垡和回垡，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耕深一样，沟底平整，耕深不匀整度＜4%；

④不得有重耕或漏耕。二、耕地的作用和农业技术要求㈠作用①翻转土层，复原地力，改善土壤结构；②通过覆盖植被歼灭杂草和病虫害；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农艺要求返回3/2/20234切土、碎土实力强，多用于耕地后的整地作业。返回三、耕地机械的种类㈠铧式犁㈡圆盘犁历史最悠久，运用最广，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，我国很少运用。㈢旋耕机3/2/20235其次节土壤的物理机械性质耕作层土壤由固、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），其中充溢气体，是通气透水的通道。非毛管孔隙度一般为13~20%。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，应有确定厚度的土层，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，能为植物吸取的是毛管水，最为有效的空隙是毛管孔隙。3/2/20236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，则土粒之间的凝合力越大，耕作时不易裂开，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)。按土壤质地，可将土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。返回3/2/20237地表耕作层犁底层心土层底土层土体结构示意图返回3/2/20238二、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—土壤重量（含水分），单位：g

v—土壤体积，单位：cm3土壤干容重：扣除土样中的水分即得之。q1—土壤固体颗粒重量土壤容重γ=f(孔隙度、固体颗粒b比重)孔隙度，γ当土壤容重为1kg/dm3时最有利于耕作3/2/20239田间持水量：土壤中所能保持的最大含水量。qmax—最大含水量时的水重

q`—烘干后的土重确定湿度：q—自然状态下的土壤重量

q`—烘干后同体积的土壤重量2.湿度（又称含水量）：土壤中含水百分比。因砂土的田间持水量较小，当确定湿度为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，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。3/2/202310相对湿度：土壤确定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。相对湿度用来对比不同机械组成状况下的土壤含水量。因土壤机械组成不同，田间持水量的变更范围很大。土壤湿度对耕作质量和牵引阻力的影响

W↓土壤过于干硬，土垡难于裂开，耕作阻力

W↑土壤过于潮湿而粘重，土垡呈条状且不易裂开，犁壁粘土严峻，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变更形态而又不裂开的性质。

上塑限：指土壤出现塑性时的含水量。

下塑限：指土壤起先流淌时的含水量。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。3/2/2023113.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实力。（即土壤反抗物体压入的实力）

可用坚实度仪测量，也可按下式计算：(Kg/cm2)单位压实力：压缩非密实土壤时，使其压痕容积为1cm3时所需的力称为单位压实力。

各种土壤的单位压实力土壤类型和状态疏松土中等沉积土粘重沉积土粘重而干硬的沉积土单位压实力(Kg/cm3)0.5~1.53~86~1012~20坚实度和土壤质地、含水量有亲密关系。q越大,则承压实力和耕作阻力越大。q—单位压实力(Kg/cm3)h—柱塞压陷深度3/2/202312①应使工作表面光滑，有人探讨接受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，可削减犁体的耕

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。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态、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、

含水量和金属表面光滑度有关。削减外摩擦力的方法：3/2/202313土壤凝合力：土粒与土粒之间的结合力，与土壤质地、含水量等因素有关。

凝合力大的土壤称为重质土，不易裂开，耕作阻力大；

凝合力小的土壤称为轻质土，易裂开，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、接触面的材料和光滑度等因素有关。

当摩擦力和附着力大于土壤凝合力和内摩擦力时，农具工作表面就会粘土，使耕作质量，牵引阻力。土壤类型摩擦系数摩擦角砂土和砂壤土(疏松)

砂土和砂壤土(粘结)轻质和中等砂质粘土重粘土0.25~0.350.50~0.700.35~0.500.60~0.9014°~19°30´26°30´~35°19°30´~26°30´31°~42°各种土壤与钢的摩擦系数如下表所示：5.凝合力和附着力：3/2/202314犁耕比阻（KPa）土壤类型砂壤土壤土粘土重粘土特重粘土Kt20~3040~5060~8090~150206结束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，阻挡这种相对位移