第二章 耕作及土壤的物理力學(xué)性質(zhì)

第二節(jié)土壤的物理機(jī)械性質(zhì)第一節(jié)概述一、土壤組成及基本物理性質(zhì)二、主要物理力學(xué)性質(zhì)一、耕作方法二、耕地的作用和農(nóng)業(yè)技術(shù)要求三、耕地機(jī)械的種類土壤耕作機(jī)械是對農(nóng)田土壤進(jìn)行機(jī)械處理使之適合于農(nóng)作物生長的機(jī)械。這類機(jī)械種類很多，包括耕地、整地、作畦、起壟、中耕、除草、松土、鎮(zhèn)壓等各種田間作業(yè)所用的機(jī)械。土壤是耕作機(jī)械的工作對象，其特性對機(jī)械的選用、設(shè)計(jì)和研究來說是不可缺少的基礎(chǔ)資料，因此有必要對土壤有一個(gè)基本的認(rèn)識。2/3/20231㈠傳統(tǒng)耕作法（精細(xì)耕作法）一、耕作方法㈡少耕法（免耕法）50年代，蘇聯(lián)學(xué)者馬爾采夫發(fā)明，即無犁壁深松耕作，70年代引入我國。

少耕法改變了以犁耕為中心的耕作方法，大大減少或完全免去耕耘作業(yè)，把種子直接播在前茬地上。減少或免去犁耕作業(yè)，使耕層只松不翻。1.實(shí)質(zhì)2/3/20232①土壤表面緊密，不易被雨水沖走，也可抵抗風(fēng)蝕；②覆蓋的前茬作物殘茬，可減少土壤水分的蒸發(fā)，同時(shí)又是土壤有機(jī)質(zhì)的來源，當(dāng)降水時(shí)可減少雨水對土壤的沖擊，故大大提高了保土、保水、保肥的能力；

③深松土層，可破壞犁底層，改善耕層結(jié)構(gòu)，又可調(diào)節(jié)土壤中固、液、氣三相比例，便于作物生長；

④減少耕作次數(shù)，可降低作業(yè)成本，節(jié)省能源，還可減少機(jī)組對土壤的壓實(shí)。2.優(yōu)點(diǎn)：

少耕法會(huì)帶來草荒和病蟲害。3.缺點(diǎn)：①播種時(shí)，種子宜用種子包衣劑包衣，防止蟲害提高出苗率；②土壤消毒技術(shù)；需用廣譜型除莠劑和高效低毒的農(nóng)藥，以防治病、蟲、草害。③每隔2~3年犁耕一次。通過上述方法可減少病蟲害和草害。4.少耕法配套技術(shù)：返回2/3/20233①應(yīng)有良好的翻土性和覆蓋性，鋪垡均勻整齊，避免立垡和回垡，耕后地表應(yīng)平整；②應(yīng)有良好的碎土性能，旱田耕后土層蓬松，水田要求斷條尺寸小，土垡架空，以利于通風(fēng)曬垡；③耕深一致，溝底平整，耕深不均勻度＜4%；

④不得有重耕或漏耕。二、耕地的作用和農(nóng)業(yè)技術(shù)要求㈠作用①翻轉(zhuǎn)土層，恢復(fù)地力，改善土壤結(jié)構(gòu)；②通過覆蓋植被消滅雜草和病蟲害；③將作物殘茬和肥料、農(nóng)藥混合到土壤中以增其效用；④松碎土壤，增加空隙度，使雨水易于滲入，空氣得以流通，有利于作物根系發(fā)育。㈡農(nóng)藝要求返回2/3/20234切土、碎土能力強(qiáng)，多用于耕地后的整地作業(yè)。返回三、耕地機(jī)械的種類㈠鏵式犁㈡圓盤犁歷史最悠久，使用最廣，翻土和覆蓋性能為其他耕地機(jī)具所不及。多用于沼澤地，用于鏵式犁難于入土的干硬土壤或粘濕土壤，我國很少使用。㈢旋耕機(jī)2/3/20235第二節(jié)土壤的物理機(jī)械性質(zhì)耕作層土壤由固、液、氣三相組成，固相顆粒主要為礦物質(zhì)，也有的是有機(jī)無機(jī)物相結(jié)合的顆粒，液、氣兩相是土壤中的活躍部分。非毛管孔隙的孔徑較大（一般＞0.1mm），其中充滿氣體，是通氣透水的通道。非毛管孔隙度一般為13~20%。一、土壤組成及基本物理性質(zhì)（如圖示）整個(gè)土體大致可分為耕作層、犁底層、心土層和底土層。耕作層是最重要的層次，應(yīng)有一定厚度的土層，要有豐富的有機(jī)質(zhì)和合適的總空隙度，其中毛管空隙度（d<0.1mm）應(yīng)在37~40%之間，才能保持良好的通透性能。在耕層中，能為植物吸收的是毛管水，最為有效的空隙是毛管孔隙。2/3/20236土壤顆粒有石塊、石礫、砂粒、粉粒和粘粒等。粘粒含量的多少，對土壤的強(qiáng)度、耕性等有重要影響。土壤中粘粒含量越大，則土粒之間的凝聚力越大，耕作時(shí)不易破碎，犁耕阻力也大。

土壤的機(jī)械組成通常是指直徑在3mm以下的細(xì)小顆粒，按直徑大小，它分為砂粒（0.05~3mm）、粉粒(0.001~0.05mm)和粘粒(＜0.001mm)。按土壤質(zhì)地，可將土壤分為砂土、壤土和粘土三大類。返回2/3/20237地表耕作層犁底層心土層底土層土體結(jié)構(gòu)示意圖返回2/3/20238二、主要物理力學(xué)性質(zhì)1.容重：在自然狀態(tài)下單位土壤體積的重量。q—土壤重量（含水分），單位：g

v—土壤體積，單位：cm3土壤干容重：扣除土樣中的水分即得之。q1—土壤固體顆粒重量土壤容重γ=f(孔隙度、固體顆粒b比重)孔隙度，γ當(dāng)土壤容重為1kg/dm3時(shí)最有利于耕作2/3/20239田間持水量：土壤中所能保持的最大含水量。qmax—最大含水量時(shí)的水重

q`—烘干后的土重絕對濕度：q—自然狀態(tài)下的土壤重量

q`—烘干后同體積的土壤重量2.濕度（又稱含水量）：土壤中含水百分比。因砂土的田間持水量較小，當(dāng)絕對濕度為15%時(shí)，砂土摸起來是潮濕的（其相對濕度約為80%）；而重粘土的田間持水量較大，摸起來幾乎仍似乎干土（其相對濕度僅有35%），故引入相對濕度這一概念。2/3/202310相對濕度：土壤絕對濕度與田間持水量的比值?；蛘哒f是自然土

壤的含水量占田間總持水量的百分比。相對濕度用來對比不同機(jī)械組成情況下的土壤含水量。因土壤機(jī)械組成不同，田間持水量的變化范圍很大。土壤濕度對耕作質(zhì)量和牽引阻力的影響

W↓土壤過于干硬，土垡難于破碎，耕作阻力

W↑土壤過于潮濕而粘重，土垡呈條狀且不易破碎，犁壁粘土嚴(yán)重，出現(xiàn)拖推、擁塞、土垡翻轉(zhuǎn)不完全和植被覆蓋不嚴(yán)密等現(xiàn)象。

土壤塑性：在外力作用下使粘土改變形狀而又不破裂的性質(zhì)。

上塑限：指土壤出現(xiàn)塑性時(shí)的含水量。

下塑限：指土壤開始流動(dòng)時(shí)的含水量。適耕濕度：對于旱田來說，土壤的相對濕度在40~60%的范圍內(nèi)時(shí)，

較適宜于耕作，此時(shí)的土壤濕度稱為適耕濕度。2/3/2023113.堅(jiān)實(shí)度（又稱慣入阻力）：是指在垂直載荷作用下，土壤不同深度的抗壓能力。（即土壤抵抗物體壓入的能力）

可用堅(jiān)實(shí)度儀測量，也可按下式計(jì)算：(Kg/cm2)單位壓實(shí)力：壓縮非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕容積為1cm3時(shí)所需的力稱為單位壓實(shí)力。

各種土壤的單位壓實(shí)力土壤類型和狀態(tài)疏松土中等沉積土粘重沉積土粘重而干硬的沉積土單位壓實(shí)力(Kg/cm3)0.5~1.53~86~1012~20堅(jiān)實(shí)度和土壤質(zhì)地、含水量有密切關(guān)系。q越大,則承壓能力和耕作阻力越大。q—單位壓實(shí)力(Kg/cm3)h—柱塞壓陷深度2/3/202312①應(yīng)使工作表面光滑，有人研究采用非親水性的合成樹脂，如在犁

壁上覆蓋聚四氟乙烯、尿素樹脂和碳素樹脂等，可減少犁體的耕

作阻力。合成樹脂的耐磨性、經(jīng)濟(jì)性有待提高；

②振動(dòng)的方法；

③在犁壁和土垡之間注入水和空氣。4.內(nèi)、外摩擦內(nèi)摩擦力：在土壤內(nèi)部，土粒和土粒之間的摩擦力稱內(nèi)摩擦力。

它與土粒間接觸面形狀、作用在接觸面上的正壓力和土壤濕度有關(guān)。

當(dāng)W=25%時(shí)，內(nèi)摩擦系數(shù)為0.7~1.0外摩擦力：土壤隨著農(nóng)具工作部件表面滑動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的摩擦力為外

摩擦力。消耗拖拉機(jī)牽引功率的一半，它與正壓力、土壤質(zhì)地、

含水量和金屬表面光潔度有關(guān)。減少外摩擦力的方法：2/3/202313土壤凝聚力：土粒與土粒之間的結(jié)合力，與土壤質(zhì)地、含水量等因素有關(guān)。

凝聚力大的土壤稱為重質(zhì)土，不易破碎，耕作阻力大；

凝聚力小的土壤稱為輕質(zhì)土，易破碎，耕作阻力小。

附著力：指土壤粘附在工作面上的作用力。主要由水膜的表面張力所造成。與土壤質(zhì)地、含水量、接觸面的材料和光潔度等因素有關(guān)。

當(dāng)摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內(nèi)摩擦力時(shí)，農(nóng)具工作表面就會(huì)粘土，使耕作質(zhì)量，牽引阻力。土壤類型摩擦系數(shù)摩擦角砂土和砂壤土(疏松)

砂土和砂壤土(粘結(jié))輕質(zhì)和中等砂質(zhì)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°各種土壤與鋼的摩擦系數(shù)如下表所示：5.凝聚力和附著力：2/3/202314犁耕比阻（KPa）土壤類型砂壤土壤土粘土重粘土特重粘土Kt20~3040~5060~8090~150206結(jié)束耕地中土壤屬剪切變形，即在外力作用下，土粒之間會(huì)出現(xiàn)相對位移，阻止這種相對位移