土壤物理机械性质32页PPT

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。

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（3）由于水气协调，较好地调节了土壤的导热性和热容量状况，相应地 使热量也得到了较好的调节，使温度变化比较稳定适度。
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(4)在团粒结构土壤中，有机质和各种养分 的含量都比较丰富。水、气、热协调的同 时，对土壤养分的调节释放亦有很大的影 响，由于团粒结构的表面通气性强，好气 微生物活动旺盛，养分易于分解，使养分 不断供植物吸收利用；团粒内部水分多空 气少，嫌气微生物活动为主，养分分解缓 慢，有利于养分的贮存，所以保肥与供肥 的情况比较理想。
（1）砂质土砂粒占优势，大孔隙多，毛管孔隙少。 通气性好，透水性强，作物根系易于发展，土温上 升快，土壤中有机质矿化作用也快，然而保水保肥 能力差，土壤容易产生旱象。发小苗，不发老苗。
（2）粘质土粘粒占优势，非毛管孔隙少，毛管孔隙 多，通气透水性差，作物根系不易伸展，土温上升 缓慢，土壤中有机质矿化作用缓慢，有机质比较易 于积累，保肥能力较强。发老苗，不发小苗。
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四、土壤的物理机械性
土壤的物理机械性是指土壤在各 种含水状况下，受到外力作用时 显示出一系列的动力学的性质， 包括土壤的粘结性、粘着性、膨 胀性和收缩性、可塑性等。
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1.土壤粘结性
• 土粒与土粒之间互相吸引而结合在一起的 性能称为土壤粘结性（soilcoherence）。
• 土壤含粘粒越多，粘结力越强。 • 土壤有机质对粘结性有良好影响，因为腐
殖质能包裹粘粒，并促进土壤团粒的形成。 • 土壤胶体表面所吸附的阳离子如以钠为主，
可增加土壤的粘结性，而以钙为主时，则
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2.土壤粘着性
• 土壤粘着性（soil stickiness）指土粒粘附于外物的性能。 • 土粒愈小，土壤粘着性愈强，粘粒和粘土的粘着性大于砂粒和砂土，因

土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。
二、土壤容重(bulk density of soil)
1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒 间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3） 2. 土壤容重(soil bulk density)作用 (1)计算土壤孔隙度(soil porosity)
三、土壤孔性
（一）概念 土壤总孔度、大小孔隙分配、孔隙在土体中分布。 （二）孔隙度(soil porosity)
土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百 分率。
水和空气共存并充满于土壤孔隙中。
2. 土壤三相组成及孔度计算 总孔度(total porosity)＝ (1－容重/密度) ×100% 固相(solid phase)＝(容重/密度) ×100% 液相(liquid phase)＝(水分重量百分率×容重) ×100% 气相(gas phase)＝(总孔度－液相) ×100% 土壤三相比＝固相:液相:气相
增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。 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(simple soil mineral colloid)
水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体 产生压力而使土壤崩裂。
孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异使 土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。
(3)生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。 b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成

物理性粘粒
（%）
0-5 5-10 10-20 20-30 30-45 45-60 60-75 75-85 >85
质地类型
松砂 紧砂 砂壤 轻壤 中壤 重壤 轻粘 中粘 重粘 土土 土 土 土 土 土 土 土
5
第二步按优势粒级细分和定名。粗粉粒为粗粉质，中细粉粒为粉质，砂粒 为砂质，粘粒为粘质。具体命名时取第二优势粒级，如下表：
时分秒 2 55 2 50 2 50 2 45 2 40 2 30 2 25 2 25 2 20 2 15 2 15 2 15 25 20 1 55 1 55 1 50
<0.001mm
时分秒
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
48
16
（6）读数校正
➢ 由于水质、温度、分散剂对读数有影响，因而首先要将读数进行校正（表6-4）
13
（4）分离2~0.25mm粒级及制备悬液
分离0.25mm以上的沙粒，分别称出它们的烘干质量。
14
（5）测定悬液比重
搅拌后静置，记下时间，按照溶液的温度，查表2-1可 知到＜ 0.01毫米土粒沉降所需时间，在到达所需时间的前 20秒（如温度约20℃时所需时间为26分钟，则在25分40秒） 将比重计徐徐放入，至所达时间立即读数（R）。
<0.05mm
时分秒 1 32 1 30 1 25 1 23 1 20 1 18 1 18 1 15 1 12 1 10 1 10 18 16 15 13 10 58
<0.01mm
时分秒 43 42 40 38 37 36 35 34 33 32

土质土力学土的物 理性质
物理性质分为基本物理性质和水理性质：
土的固、液（水）、气三相在质量和体积 之间的相互比例关系称为土的基本物理性 质，主要反映在土的密实程度和干湿状况 等。
液相（水）水与固相之间的相互作用所表 现出来的性质称为土的水理性质，主要研 究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、 土的透水性和毛细性等。
为土的天然密度（通常所说的密度 即指天然密度），相应的重度为天 然重度，以区别于其他条件下的密 度。
土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌
砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则
的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。
环刀
（3）饱和密度(重度)
[无量纲]
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
土粒比重与土粒密度在数值上是相 等的。
一般土的土粒密度值见下表：
土名
砂土 砂质粉土 粘质粉土 粉质黏土 黏土
s(g/cm3) 2.65~2.69 2.70
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒密度是实测指标，小于5mm的
用小数表示
A ma(0)
mw
W
m
Va Vv
Vw V
计算指标
孔隙比常用以表示土的密实 程度，并用于计算地基沉降 量。e越大，孔隙越发育，结 构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e<0.75）； 中密（0.75e<0.90）； 稍密（e0.90）。
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
(1) 孔隙度（孔
隙率） n Vv 100%

常用土壤密度值：
2.65克/厘米3。
第6页，共34页。
密度(克/厘米 3) 2.62 2.66 2.66 2.62 2.59 2.59
2、土壤容重：单位容积原状土壤（包括孔隙）的干质量。
土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范围内,
夯实的土壤容重则可高达1.8-2.0克/厘米3。
土壤
典型土壤容重
土粒 腐 殖 质
土粒 Fe3+
Al3+
第32页，共34页。
其它结构体的形成
立方体型、条柱型、片状型结构体多由单粒直接 粘结而成，或由已有结构体在机械力作用下沿一定方 向破裂而成，没有经过多次复合和团聚作用。因此， 其孔性不良。
第33页，共34页。
4、土壤胀缩性
•概念:土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩的性能。
第22页，共34页。
土
壤 团
粒 体
第23页，共34页。
4、近似球形的粒状结构体 主要类型：团粒结构体 土壤肥力特点： ①具有多级孔隙；团粒内部多为毛管孔隙，团粒之间多 为通气孔隙。大孔隙通气、透水，小孔隙保水、蓄水。 能协调水分和空气的矛盾。 （原因与其形成过程有关）
第24页，共34页。
团粒结构体的土壤肥力特点： ②能协调土壤有机质中养分的消耗和积累的矛盾；大孔 隙有充足的氧气供应，好气性微生物活动旺盛，有机质 分解快；
小孔隙中有机质进行嫌气分解，速度慢而使养分得以 保存。
第25页，共34页。
团粒结构体的土壤肥力特点：
③能稳定土壤温度，调节土壤热量状况；
④团粒结构降低了土粒间的粘着性、粘结性，减少了耕作 阻力，提高了耕作质量，土壤耕性好； ⑤有利于作物根系的伸展和生长； 团粒间较疏松，根系穿插容易； 团粒内部相对紧密，有利于根系的固着；

3. 土壤三相组成的适宜范围(comfort zone) 多数旱地作物适宜的土壤固、液、气三相比为： 0.5∶0.25～0.3∶0.15～0.25
（三）孔隙的分级
1. 当量孔径 与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量孔径。 T=3/D D为孔隙直径（毫米）。T为水吸力，可理解为
土壤对水的吸力，单为厘米或百帕（hpa）。
第四章 土壤物理性质
第一节 土壤孔性
土壤液、气共同存在于土壤孔隙中。
一、土壤密度(soil density)
1. 概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质
量。(g/cm3)
2. 影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。 土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 组分
石英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉石 纤铁矿
土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。
二、土壤容重(bulk density of soil)
1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒 间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3） 2. 土壤容重(soil bulk density)作用 (1)计算土壤孔隙度(soil porosity)
土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作 用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同 的土团。
二、土壤结构体类型
1. 块状结构(cloddy structure)
形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面 不明显，内部紧实。
产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质 而粘重的底土多为块状结构。
大小划分：大块状结构,直径>10cm;小块状结构直 径5～10cm。
土粒后形成核状结构。 大 小 划 分 ： 大 核 状 ， 直 径 > 1 cm； 核 状 ， 直 径

第三节
土壤的抗剪强度
(三) 土壤抗剪强度与土壤耕作的关系
1．土壤水分低时 （1）结构良好的土壤：整体抗剪强度低，而土块、团聚体抗剪强度 高，此时耕作，虽然土块不易破碎，但也不易破坏土壤结构。 （2）结构不良土壤：土块和整体土壤的抗剪强度相仿，此时耕作， 不但原有土块不易散，并且会形成新的土块。 2．土壤水分增加时
而不发达，易产生畸形块根，招致减产。
第四节
土壤的压缩和压实
（三）土壤压实的原因
过度耕作：耕作机具都有压实土壤的一面，超出需要的过度耕 作是压实土壤的主要原因之一。
在土壤过湿时耕作：在土壤塑性状态时耕作最易被压实。
农机具的接地压力太大。 正常情况下，播前整地、播种、镇压的接地压力应小于5-6 N/cm2，而夏、秋耕为10-15 N/cm2。
1. 土壤质地：土壤越粘重，抗剪强度越大。 2. 土壤容重：容重越大，土壤越紧密，土粒咬 合越大，抗剪强度越大。
第三节
土壤的抗剪强度
3. 土壤水分：
a 土块抗剪强度：土块、团粒结构和团聚 体被剪切时，土壤抗剪强度主要由分子内聚 力形成的粘结力起作用。 故含水少，抗剪强度大。含水量增加， 抗剪强度下降（曲线A）。 b 整体抗剪强度（指耕层土壤被剪切时 的抗剪强度）：耕层土壤较疏松，主要由水 膜张力形成的粘结力起作用。 土壤含水量在塑限以下时，土壤抗剪强 度随水分增加而增加，至塑性下限时达最大 值，然后迅速下降，含水量达塑性上限时， 抗剪强度很小（曲线B）。
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？

A）在塑性范围内，土壤最易被压缩，水膜增厚，具有润滑作用。
B）水分少时干，粘结力和内摩擦力大，不易被压缩。 C）水分大于塑限，水对压力具有支撑作用。 2）有机质：有弹性，并可促进团聚体形成。 3）代换性阳离子种类：Na+ K+离子多，土粒分散，扩散层厚（土粒外水膜 厚），土壤可压缩程度高。
第二节 土壤耕性
第一节 土壤力学性质
三、土壤塑性
1、概念：一定含水量下，土壤在外力作用下改变形状，当外力撤消或 土壤干燥后，仍能保持这种变形的特性。 2、土壤塑性实质：由片状粘粒和水膜造成的。片状粘粒在一定含水量 下平行排列，土粒间出现水膜。
第一节 土壤力学性质
三、土壤塑性
3、影响因素：影响粘结性因素都会影响土壤塑性 1）水分：过干过湿无塑性 A）下塑限：随含水量增加，土壤出现塑性的土壤含水量为下塑限。 B）上塑限：随含水量增加，土壤失去塑性的土壤含水量为上塑限。 C）塑性范围 D）塑性值：上塑限和下塑限的差称为塑性值。塑性值越大塑性越强。 强塑性（粘土）大于17 塑性土（壤土）大于-17 弱塑性（砂壤土）小于7 无塑性（砂土）0 2）质地：粘粒增加，下塑限，上塑限，塑性值均增大。 3）代换性阳离子种类。 4）有机质数量：不改变塑性值，但能提高上、下塑限。 5）结构。
二、土壤压板问题
3、预防措施 产生压板因素有：农机具挤压、人畜践踏、自然因具设计 农机作业是主要原因
A）发展四轮驱动拖拉机，轮式拖拉机增加轮胎亮度直径，链轨拖拉机增 中链轨长宽。轮式比链轨压板严重些。
B）发展施转式或振动式农具，农机切土部分要锋利。
2）避免过湿作业 3）提高作业速度，压板减轻，但牵引力增加 4）减少作业次数，采用少耕法，免耕法
第二节 土壤耕性