土壤学第六章 土壤结构与力学性质ppt

1、2021-7-231 主主 讲讲: : 黄宝圣黄宝圣 联系方式联系方式: 电话电话-3191456;3191456;Email- Email- 授课班级授课班级: 2011 2011 级级-生态学专业生态学专业 1 1 班班 学学 期期: 2012 - 20132012 - 2013学年第一学期学年第一学期 开课单位开课单位: : 城市与环境系城市与环境系 2021-7-232 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 学习目标学习目标 掌握有关掌握有关“土壤颗粒土壤颗粒”、“土壤质地土壤质地”、“土壤土壤 结构结构”的重要概念、基本原理

2、和计算方法，以及土壤的重要概念、基本原理和计算方法，以及土壤 的力学性质，了解土壤的耕性和耕作。的力学性质，了解土壤的耕性和耕作。 2021-7-233 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 6-1 6-1 土壤颗粒土壤颗粒 一、土壤粒级一、土壤粒级 二、土壤密度和容重二、土壤密度和容重 三、土壤空隙三、土壤空隙 6-2 6-2 土壤质地土壤质地 一、土壤机械组成一、土壤机械组成 二、土壤质地类型二、土壤质地类型 三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用 6-3 6-3 土壤结构土壤结构 一、土壤结构体一、土壤结构体 二、土壤团粒结构二、土壤团粒结构 三

3、、土壤结构改良三、土壤结构改良 6-4 6-4 土壤力学性质土壤力学性质 一、土壤黏结和黏着性一、土壤黏结和黏着性 二、土壤可塑性二、土壤可塑性 三、土壤胀缩性三、土壤胀缩性 四、土壤的抗剪强度四、土壤的抗剪强度 五、土壤压缩与压实五、土壤压缩与压实 6-5 6-5 土壤耕性和耕作土壤耕性和耕作 一、土壤耕作一、土壤耕作 二、土壤耕性和耕作力学二、土壤耕性和耕作力学 三、土壤保护性耕作技术三、土壤保护性耕作技术 2021-7-234 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 土壤结构：土壤结构：土壤中不同颗粒的排列和组合形式。土壤中不同颗粒的排列和组合形式。 土壤结构是成土过程或利用过程中

4、由物理的、化学土壤结构是成土过程或利用过程中由物理的、化学 的和生物的多种因素综合作用而形成，按形状可分为块的和生物的多种因素综合作用而形成，按形状可分为块 状、片状和柱状三大类型；按其大小、发育程度和稳定状、片状和柱状三大类型；按其大小、发育程度和稳定 性等，再分为团粒、团块、块状、棱块状、棱柱状、柱性等，再分为团粒、团块、块状、棱块状、棱柱状、柱 状和片状等结构。状和片状等结构。 土壤力学：土壤力学：研究力与土壤相互作用的学科。研究研究力与土壤相互作用的学科。研究 力学和水力学原理在土方工程上的应用。力学和水力学原理在土方工程上的应用。 土壤力学性质：土壤力学性质：土壤的机械物理性质。土壤

5、的机械物理性质。 2021-7-235 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-236 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-237 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 颗颗粒粒组组成成%（粒粒径径：毫毫米米） 质质地地组组 质质地地名名称称 砂砂粒粒(1-0.05) 粗粗粉粉粒粒(0.05-0.01) 细细粘粘粒粒(80 7080 6070 5060 砂砂粉粉土土 粉粉土土 20 20 40 30 壤壤土土 砂砂壤壤 壤壤土土 20 20 60 2.土粒的大小分级土粒的大小分级粒级制粒级制 2021-7-238 6 6 土壤结构与力学性质土

6、壤结构与力学性质 2021-7-239 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 粗细土粒的矿物组成示意图粗细土粒的矿物组成示意图 2021-7-2310 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 固相率 固相容积 土体容积 液相率 水容积 土体容积 气相率 空气容积 土体容积 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 2021-7-2311 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 (二二)土壤容重土壤容重 1.概念概念 单位体积自然状态土壤体单位体积自然状态土壤体 (含粒间孔隙含粒间孔隙) 的重量。的重量。( g/cm3) 2.土壤容重作用土壤容重作用 (1)计算土壤孔隙

7、度计算土壤孔隙度 孔隙度孔隙度1(容重容重/比重比重)100% (2)计算工程土方量计算工程土方量 土壤重量土壤重量 = 土壤体积土壤体积土壤容重土壤容重 (3)估算各种土壤成分储量估算各种土壤成分储量 设耕层厚度设耕层厚度0.2m ，容重，容重1.3t/m3 有机质含量有机质含量15g/kg=0.015t/t ，全氮量，全氮量 0.75g/kg=0.00075t/t 。 1hm2(104m2)厚厚0.2m 土层计：土层计： 土壤重土壤重=10000 0.2 1.3=2600t 有机质储量有机质储量 =2600 0.015=39.0t 全氮储量全氮储量 =2600 0.00075=1.95t

8、2021-7-2312 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 (4) 计算土壤储水量及灌水计算土壤储水量及灌水(或排水或排水)定额定额 设土层厚度设土层厚度 1m，土壤含水量，土壤含水量 25%，容重为，容重为1.3 t/m3。 1hm2的的1m土层储水量土层储水量=10000m2 1m1.3 t/m3 25% =3250t3250m3/hm2325mm 3. 浸水容重浸水容重 反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。 4. 影响土壤容重的因素影响土壤容重的因素 质地、结构、有机质含量、紧实度等，主要通过影质地、结构、有机质含量、紧实度等，主要通

9、过影 响孔隙而影响容重。响孔隙而影响容重。 2021-7-2313 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 三、土壤孔隙三、土壤孔隙 在土壤固、液、气三相中，固相和液相两者的容积合称为实容积。而液相在土壤固、液、气三相中，固相和液相两者的容积合称为实容积。而液相 和气相两者的容积之和即为土壤孔隙容积。和气相两者的容积之和即为土壤孔隙容积。 (一一)三相组成和孔隙度三相组成和孔隙度 1.三相组成指标三相组成指标 2.2.土壤孔隙度土壤孔隙度( (土壤孔度土壤孔度) ) 土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分 数称为土壤孔度，又称总孔度。它是衡量土数称为土壤孔度

10、，又称总孔度。它是衡量土 壤孔隙的数量指标。壤孔隙的数量指标。 孔隙度孔隙度1 1固相率液相率气相率固相率液相率气相率 2021-7-2314 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (二二) )土壤孔性土壤孔性 土壤孔隙性质土壤孔隙性质( (简称孔性简称孔性) )是指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布，它对是指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布，它对 土壤肥力有多方面的影响。土壤孔性可从两方面了解：一是土壤孔隙总量土壤肥力有多方面的影响。土壤孔性可从两方面了解：一是土壤孔隙总量 ( (总孔度总孔度) )，二是大小孔隙分配，二是大小孔隙分配( (分级孔度分级孔度) )。 砂土砂土 3030454

11、5 壤土壤土 40-50% 40-50% 粘土粘土 45-60% 45-60% 泥炭土泥炭土 8080 结构良好的壤土和粘土的孔度高达结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%55-65%，甚至在，甚至在7070以上。以上。 2021-7-2315 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-2316 物物理理性性粘粘粒粒( 0 . 0 1 mm) ( ) 物物理理性性砂砂粒粒( 0 . 0 1 mm) ( ) 质质地地名名称称 灰灰化化土土类类 草草原原土土及及 红红黄黄壤壤类类 柱柱状状碱碱土土及及 强强碱碱化化土土类类 灰灰化化 土土类类 草草原原土土及及 红红黄黄壤壤类

12、类 柱柱状状碱碱土土及及 强强碱碱化化土土类类 松松砂砂土土 0 5 0 5 0 5 1 0 0 9 5 1 0 0 9 5 1 0 0 9 5 砂砂土土 紧紧砂砂土土 5 1 0 5 1 0 5 1 0 9 5 9 0 9 5 9 0 9 5 9 0 砂砂壤壤土土 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 9 0 8 0 9 0 8 0 9 0 8 5 轻轻壤壤土土 2 0 3 0 2 0 3 0 1 5 2 0 8 0 7 0 8 0 7 0 8 5 8 0 中中壤壤土土 3 0 4 0 3 0 4 5 2 0 3 0 7 0 6 0 7 0 5 5 8 0 7 0 壤壤土土 重重壤

13、壤土土 4 0 5 0 4 5 6 0 3 0 4 0 6 0 5 0 5 5 4 0 7 0 6 0 轻轻粘粘土土 5 0 6 5 6 0 7 5 4 0 5 0 5 0 3 5 4 0 2 5 6 0 5 0 中中粘粘土土 6 5 8 0 7 5 8 5 5 0 6 5 3 5 2 0 2 5 1 5 5 0 3 5 粘粘土土 重重粘粘土土 8 0 8 5 6 5 2 0 1 5 3 5 (3)(3)通气孔隙通气孔隙 当量孔径当量孔径0.02 mm0.02 mm的孔隙的孔隙( (土壤水吸力土壤水吸力1.50.2 mm0.2 mm的粗孔植物的细根可伸入的粗孔植物的细根可伸入 其中；其中；0.

14、2-0.02 mm0.2-0.02 mm的中孔是原生动物、真菌和根毛的栖身地。的中孔是原生动物、真菌和根毛的栖身地。 3.3.土壤空隙分级土壤空隙分级 4.4.土壤孔性的影响因素土壤孔性的影响因素 质地；结构；土壤有机质含量；土粒排列；自然因素与土壤管理质地；结构；土壤有机质含量；土粒排列；自然因素与土壤管理 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 (1) (1)非活性孔隙非活性孔隙 当量孔径当量孔径 0.002 mm1.51.510105 5 Pa) Pa)，根毛和微生物不能进入此孔隙。，根毛和微生物不能进入此孔隙。 (2)(2)毛管孔隙毛管孔隙 当量孔径为当量孔径为0.020.020

15、.002 mm0.002 mm的孔隙的孔隙( (土壤水吸力土壤水吸力1.51.510105 Pa-1.5Pa-1.510104 Pa)Pa), , 植物细根、原生动物植物细根、原生动物 和真菌不能进入毛管孔隙中，但根毛和细菌可在其中生活。和真菌不能进入毛管孔隙中，但根毛和细菌可在其中生活。 2021-7-2317 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 6-2 6-2 土壤质地土壤质地 一、土壤机械组成一、土壤机械组成 各粒级土粒在土壤中的相各粒级土粒在土壤中的相 对比例对比例( (质量百分数质量百分数) )称为土壤称为土壤 机械组成机械组成( (或土壤颗粒组成或土壤颗粒组成) )。 由

16、土壤机械组成确定土壤由土壤机械组成确定土壤 质地。质地。 二、土壤质地类型二、土壤质地类型 ( (一一) )土壤质地的概念土壤质地的概念 按照土壤中不同粒级土粒的相对比例按照土壤中不同粒级土粒的相对比例( (土壤机械组成的差异土壤机械组成的差异) )把土壤分成把土壤分成 若干组合，每一组合即为一种土壤质地。若干组合，每一组合即为一种土壤质地。 土壤质地对土壤性状如养分含量、通气透水性、保水保肥性以及耕作性状等都有很大的影响，所以，在阐明土壤 肥力时，土壤质地是首先考虑的因素之一 2021-7-2318 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 1.国际制国际制 （2 2）依据砂粒、粉粒和粘

17、粒三种粒级的数量）依据砂粒、粉粒和粘粒三种粒级的数量() 细分为细分为12级级 （1）以粘粒）以粘粒(0.002mm)含量判定含量判定4类类： 45% 粘土类粘土类 ( (二二) )土壤质地分类制土壤质地分类制 2021-7-2319 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 粘粒粘粒(0.01mm），物理粘粒（），物理粘粒（0.01mm） 卡钦斯基土壤质地分类(简明方案) 注：在分析工作中不包括大于注：在分析工作中不包括大于1mm的石砾，这一部分含量另行计算。的石砾，这一部分含量另行计算。 2021-7-2322 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 4. 中国质地分类中国质地分

18、类(三元三元) 我国土壤质地分类标准我国土壤质地分类标准 （1985, 1996） 中国制的三元粒级互不衔接，不能构成三角质地图，不便查用中国制的三元粒级互不衔接，不能构成三角质地图，不便查用 2021-7-2323 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 土壤的土壤的生产性状生产性状：指土壤质地的差异在林业生产中的反应：指土壤质地的差异在林业生产中的反应 肥力状况：肥力状况： 植物在生长过程中，土壤的水、肥、气、热、扎根条件以植物在生长过程中，土壤的水、肥、气、热、扎根条件以 及有无产生毒害物质的协调程度；及有无产生毒害物质的协调程度； 耕作性状：耕作性状： 耕作时的难易程度、阻力大小

19、、耕作质量好坏以及宜耕期耕作时的难易程度、阻力大小、耕作质量好坏以及宜耕期 的长短等。的长短等。 三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用 ( (一一) )土壤质地与肥力的关系土壤质地与肥力的关系 2021-7-2324 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 泛指与砂土性状相近的一类土壤泛指与砂土性状相近的一类土壤，物理粘粒含量物理粘粒含量45%，质地细质地细(粘重粘重)， 包括粘土以及和类似包括粘土以及和类似 粘土性质的重壤土和部分中壤土。粘土性质的重壤土和部分中壤土。 2. 粘质土粘质土 （1） 通透性差通透性差 （2）保蓄性强）保蓄性强 （3） 养

20、分含量丰富，转化速度慢养分含量丰富，转化速度慢 （4）土温变幅小）土温变幅小 （5） 耕性差耕性差 （6） 有毒物质多有毒物质多 （7） 发大苗不发小苗发大苗不发小苗 2021-7-2326 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 砂粘比例砂粘比例6:4 主要分布于黄土高原、华北平原、松辽平原、长江中下游平原、主要分布于黄土高原、华北平原、松辽平原、长江中下游平原、 珠江三角洲、河间平原以及河流两岸间冲积平原。珠江三角洲、河间平原以及河流两岸间冲积平原。 3. 壤质土壤质土 （1 ）大小孔隙比例分配较合理）大小孔隙比例分配较合理 （2 ）保水保肥）保水保肥 （3 ）养分含量充足，有机质转

21、化速度快）养分含量充足，有机质转化速度快 （4 ）水肥气热以及扎根条件协调）水肥气热以及扎根条件协调 （5 ）耕性好）耕性好 （6 ）发大苗又发小苗）发大苗又发小苗 2021-7-2327 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (二二) )土壤质地剖面与肥力的土壤质地剖面与肥力的 关系关系 许多土壤上下层的质地许多土壤上下层的质地 差别很大，呈现土壤质地层差别很大，呈现土壤质地层 次性。形成原因有自然条件次性。形成原因有自然条件 （冲积性母质发育的土壤）（冲积性母质发育的土壤） 和人为耕作等（犁底层）和人为耕作等（犁底层） 质地层次性对土壤肥力质地层次性对土壤肥力 的影响，侧重在致

22、低层次排的影响，侧重在致低层次排 列方式和层次厚度上，特别列方式和层次厚度上，特别 是土体是土体1m1m内的层次特点。内的层次特点。 上砂下粘：上砂下粘：胶泥底、上浸地，胶泥底、上浸地， 托水又托肥托水又托肥蒙金土；蒙金土； 上粘下砂：上粘下砂：砂砾底、菜蓝地，砂砾底、菜蓝地， 漏水又漏肥漏水又漏肥倒蒙金。倒蒙金。 沙 性 土 壤性土 黏性土 2021-7-2328 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (三三) )不同质地土壤的利用和改良不同质地土壤的利用和改良 1.1.各种作物对土壤质地的要求各种作物对土壤质地的要求( (表表6-8) 6-8) 2.2.土壤质地改良土壤质地改良

23、 客土法改良客土法改良 土壤粘重，透气和透水性比较差土壤粘重，透气和透水性比较差，作物生长比较困难作物生长比较困难， 人为加沙。人为加沙。 深耕、深翻、人造塥深耕、深翻、人造塥 土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。但是，土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。但是， 质地不是决定土壤肥力的唯一因素。质地不是决定土壤肥力的唯一因素。 施用有机肥施用有机肥 2021-7-2329 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-2330 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 6-3 6-3 土壤结构土壤结构 一、土壤结构体一、土壤结构体 ( (一一) )土壤结构的概念土壤结

24、构的概念 ( (二二) )土壤结构体分类土壤结构体分类( (表表6-9)6-9) 2021-7-2331 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-2332 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (三三) )土壤结构性的评价土壤结构性的评价 1.1.土壤结构体的孔隙状况孔性是土壤结构性好劣的主要指标。土壤结构体的孔隙状况孔性是土壤结构性好劣的主要指标。 块状、核状、柱状和片状结构内部致密，孔隙细小，有效水分少，空气难以流通，块状、核状、柱状和片状结构内部致密，孔隙细小，有效水分少，空气难以流通， 林木根系难以穿扎；林木根系难以穿扎； 团粒结构是经过多级复合团聚而成

25、，总孔隙度较高，团粒内部主要是毛管孔隙，团粒结构是经过多级复合团聚而成，总孔隙度较高，团粒内部主要是毛管孔隙， 团粒之间主要是空气孔隙，大、小孔隙并存，搭配得当。团粒之间主要是空气孔隙，大、小孔隙并存，搭配得当。 从养分状况看，团粒内部的小孔隙，有利于嫌气性微生物活动和有机质适当积累，从养分状况看，团粒内部的小孔隙，有利于嫌气性微生物活动和有机质适当积累， 而团粒之间充满空气，有利于好气性微生物活动，可提供必要的速效养分。团粒结构多而团粒之间充满空气，有利于好气性微生物活动，可提供必要的速效养分。团粒结构多 为有机、无机胶体团聚形成，腐殖质和养分含量较高，阳离子交换量大，保肥供肥性强，为有机、

26、无机胶体团聚形成，腐殖质和养分含量较高，阳离子交换量大，保肥供肥性强， 具有具有“小肥料库小肥料库”之称。之称。 从水分状况看，当降水或灌水时，水分可迅速进入土壤并被毛管孔隙所保持，过多从水分状况看，当降水或灌水时，水分可迅速进入土壤并被毛管孔隙所保持，过多 的水分则通过团粒间的大孔隙渗入土壤下层，减少地面径流，防止土壤冲刷。晴天，地的水分则通过团粒间的大孔隙渗入土壤下层，减少地面径流，防止土壤冲刷。晴天，地 表团粒失水收缩，阻断土层中水分沿毛管孔隙上升至地表，减少水分蒸发，使土壤耐旱。表团粒失水收缩，阻断土层中水分沿毛管孔隙上升至地表，减少水分蒸发，使土壤耐旱。 2 2土壤结构的稳定性土壤结

27、构的稳定性 土壤结构体的机械稳定性越大，在耕锄管理过土壤结构体的机械稳定性越大，在耕锄管理过 程中被破坏的程度就越少。程中被破坏的程度就越少。 力稳定性、生物稳定性、水稳定性、团聚性。力稳定性、生物稳定性、水稳定性、团聚性。 2021-7-2333 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 二、土壤团粒结构二、土壤团粒结构 ( (一一) )土壤团粒的形成过程土壤团粒的形成过程 切割造型过程：切割造型过程： 根系切割根系切割 干湿交替干湿交替 冻融交替冻融交替 耕作耕作 2021-7-2334 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 明确土壤团聚体形成的条件明确土壤团聚体形成的条件:

28、: 1.1.足够的细碎土粒：足够的细碎土粒：细小的土粒包括微团聚体和单粒。土粒越细其粘结力越大，越有利于复粒的细小的土粒包括微团聚体和单粒。土粒越细其粘结力越大，越有利于复粒的 形成。过砂的土壤不能形成团聚体。形成。过砂的土壤不能形成团聚体。 2.2.胶结作用：胶结作用：指土粒通过有机和矿质胶体而结合在一起的过程。土壤中胶结物质有两大类：一类指土粒通过有机和矿质胶体而结合在一起的过程。土壤中胶结物质有两大类：一类 是有机胶结物质。如有机质中的多糖、胡敏酸、蛋白质等。一类是矿质胶结物质，如硅酸，含水氧化是有机胶结物质。如有机质中的多糖、胡敏酸、蛋白质等。一类是矿质胶结物质，如硅酸，含水氧化 铁、

29、铝及粘土矿物等。腐殖质是最理想的胶结剂（主要是胡敏酸）与钙结合形成不可逆凝聚状态，其铁、铝及粘土矿物等。腐殖质是最理想的胶结剂（主要是胡敏酸）与钙结合形成不可逆凝聚状态，其 团聚体疏松多孔，水稳性强。含水氧化铁、铝、粘粒形成的团聚体是非水稳性团聚体。团聚体疏松多孔，水稳性强。含水氧化铁、铝、粘粒形成的团聚体是非水稳性团聚体。 3.3.凝聚作用：凝聚作用：指土粒通过反荷离子等作用而紧固的过程。带负电荷的土壤胶粒相互排斥呈溶胶状指土粒通过反荷离子等作用而紧固的过程。带负电荷的土壤胶粒相互排斥呈溶胶状 态，但在态，但在CaCa2+ 2+、 、FeFe3+ 3+等阳离子的作用下，使胶粒相互靠近凝聚而形

30、成复粒，这是形成团聚体内的基础。 等阳离子的作用下，使胶粒相互靠近凝聚而形成复粒，这是形成团聚体内的基础。 4.4.团聚作用：团聚作用：指由于各种力的作用使土粒团聚在一起的过程。主要的外力有：植物根系及掘土动指由于各种力的作用使土粒团聚在一起的过程。主要的外力有：植物根系及掘土动 物。对土粒的穿插、切割、挤压而促使土块破裂，根系、掘土动物在土壤中的活动，微生物、菌丝体物。对土粒的穿插、切割、挤压而促使土块破裂，根系、掘土动物在土壤中的活动，微生物、菌丝体 对土粒的缠绕起到成型动力的作用。对土粒的缠绕起到成型动力的作用。 5.5.土壤耕作的作用：土壤耕作的作用：定时的合理耕作、中耕、耙、镇压等措

31、施具有切碎、挤压等作用，有利于促定时的合理耕作、中耕、耙、镇压等措施具有切碎、挤压等作用，有利于促 进团聚体的形成。进团聚体的形成。 6.6.土壤的干湿交替、冻融交替作用：土壤的干湿交替、冻融交替作用：干湿交替指土壤反复经受干缩和湿胀的过程，冻融交替指土干湿交替指土壤反复经受干缩和湿胀的过程，冻融交替指土 壤反复经受冷冻和热融的过程。农民对板结的土壤常以晒垡（犁冬晒白）、冻垡来改善土壤结构，就壤反复经受冷冻和热融的过程。农民对板结的土壤常以晒垡（犁冬晒白）、冻垡来改善土壤结构，就 是这个道理。是这个道理。 2021-7-2335 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 农作物秋收结束后及

32、时进行犁冬晒白，是一项重要的农事活动。犁冬晒白可以改良土壤农作物秋收结束后及时进行犁冬晒白，是一项重要的农事活动。犁冬晒白可以改良土壤 结构和理化性状，提高土壤肥力，消灭越冬病虫源，为来年的农业生产创造良好的土壤条件。结构和理化性状，提高土壤肥力，消灭越冬病虫源，为来年的农业生产创造良好的土壤条件。 农谚农谚“耕田不犁冬，来年禾仓空耕田不犁冬，来年禾仓空”，说的就是这个道理。为了提高犁冬的质量和效果，进行，说的就是这个道理。为了提高犁冬的质量和效果，进行 犁冬晒白时应注意如下几个方面：犁冬晒白时应注意如下几个方面： 1.1.早犁晒透。早犁冬可使土壤充分利用冬季阳光和北风晒透、风化，改良土壤结构

33、；促早犁晒透。早犁冬可使土壤充分利用冬季阳光和北风晒透、风化，改良土壤结构；促 进土壤有益微生物更新换代，加快有机养分分解，提高土壤肥力；破坏越冬虫生存条件，减进土壤有益微生物更新换代，加快有机养分分解，提高土壤肥力；破坏越冬虫生存条件，减 少来年病虫害发生，有利于来年作物增产增收。一般宜在秋收结束后少来年病虫害发生，有利于来年作物增产增收。一般宜在秋收结束后1010天内，约天内，约1111月上中旬月上中旬 进行。此时土壤湿度适中，翻犁容易，犁后泥坯完整，堆排有规律，晒白效果好。进行。此时土壤湿度适中，翻犁容易，犁后泥坯完整，堆排有规律，晒白效果好。 2. 2.适当犁深耕作层。耕层深厚，有利于

34、作物根系伸展、吸水、吸肥，增强土壤保水保肥适当犁深耕作层。耕层深厚，有利于作物根系伸展、吸水、吸肥，增强土壤保水保肥 能力，从而提高作物产量。冬翻的深度应视田土情况而定。土质黏、上下层肥力较一致的可能力，从而提高作物产量。冬翻的深度应视田土情况而定。土质黏、上下层肥力较一致的可 深些，反之应浅些，一般以深些，反之应浅些，一般以15201520厘米为宜；沙石底、咸酸底不宜深耕的农田，宜用客土入厘米为宜；沙石底、咸酸底不宜深耕的农田，宜用客土入 泥的办法增厚耕作层。如施入塘泥、土杂肥等，能起到培肥地力的作用，效果很好。泥的办法增厚耕作层。如施入塘泥、土杂肥等，能起到培肥地力的作用，效果很好。 3.

35、 3.对冷浸山坑田。开深沟排积水晒冬，可散发土壤毒性物质，减轻禾苗坐蔸黄化的发生。对冷浸山坑田。开深沟排积水晒冬，可散发土壤毒性物质，减轻禾苗坐蔸黄化的发生。 2021-7-2336 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2021-7-2337 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (三三) )团粒形成的微观机制团粒形成的微观机制 1.1.黏团说黏团说 2.2.等电凝聚说等电凝聚说( (略略) ) (1)(1)黏团黏团-团粒的基本单元团粒的基本单元 黏团是形成微团粒和团粒的基本单元。黏团是形成微团粒和团粒的基本单元。 黏团是由黏粒的定向排列和静电引力黏团是由黏粒的定向排列和

36、静电引力 而形成的一种直径小于而形成的一种直径小于5 5m m的土体，它可细的土体，它可细 分为重叠状黏团和内生状黏团，前者的黏土分为重叠状黏团和内生状黏团，前者的黏土 片间可分开，而后者的黏土片间由晶格相连片间可分开，而后者的黏土片间由晶格相连 不易分开。不易分开。 (2)(2)黏团的形成黏团的形成 黏团是以片状黏粒相互缔合而成的，片黏团是以片状黏粒相互缔合而成的，片 状黏粒之间的缔合方式有状黏粒之间的缔合方式有“面一面面一面”(FF)(FF)、 “面一边面一边”(FE)(FE)和和“边一边边一边”(EE)(EE)等。有机等。有机 胶体常常参与黏团的形成，并进一步促进黏胶体常常参与黏团的形成

37、，并进一步促进黏 团与黏团的团聚。粉粒和砂粒也可通过黏团团与黏团的团聚。粉粒和砂粒也可通过黏团 和有机胶体而参与团粒的形成。和有机胶体而参与团粒的形成。 A砂粒-有机胶体-砂粒 B砂粒-有机胶体-黏团 C黏团-有机胶体-黏团(C1面对面 C2边对面 C3边对边) D黏团-黏团 边对面 2021-7-2338 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (四四) )团粒结构在土壤肥力上的意义团粒结构在土壤肥力上的意义 1. 1.团粒结构土壤的大、小孔隙兼备团粒结构土壤的大、小孔隙兼备 2. 2.团粒结构土壤中水、气矛盾的解决团粒结构土壤中水、气矛盾的解决 3. 3.团粒结构土壤的保肥与供肥

38、协调团粒结构土壤的保肥与供肥协调 4. 4.团粒结构土壤宜于耕作团粒结构土壤宜于耕作 5. 5.团粒结构土壤具有良好的耕层构造团粒结构土壤具有良好的耕层构造 三、土壤结构改良三、土壤结构改良 1. 1.增施有机肥料增施有机肥料 2. 2.实行合理轮作实行合理轮作 3. 3.合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏 4. 4.土壤结构改良剂的应用土壤结构改良剂的应用 5. 5.盐碱土电流改良盐碱土电流改良 2021-7-2339 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 6-4 6-4 土壤力学性质土壤力学性质 土壤力学性质土壤力学性质(机械物理性质机械物理性

39、质)：当土壤受到外力作用当土壤受到外力作用 (如耕作如耕作) 时发生形变，时发生形变， 显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。它是多项土壤动力学性显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。它是多项土壤动力学性 质的统称质的统称( (土壤结持性、胀缩性、压板和阻力等土壤结持性、胀缩性、压板和阻力等) )。 一、土壤黏结和黏着性一、土壤黏结和黏着性 ( (一一) )土壤黏结性土壤黏结性 原意：指同种物质或同种分子相互吸引而黏结的性质。在土壤中，土粒通原意：指同种物质或同种分子相互吸引而黏结的性质。在土壤中，土粒通 过各种引力而黏结起来，称为土壤黏结性过各种引力而黏结起来，称为土壤黏

40、结性(g/cm(g/cm2 2 或 或 磅磅/ /英尺英尺2 2) )。 1.1.黏结力黏结力 范德华力、库伦力、氢键、化学键范德华力、库伦力、氢键、化学键 水膜黏结力水膜黏结力( (表面张力表面张力):): k常数，常数，r土壤颗粒半径，土壤颗粒半径，是表面张力，是表面张力，液体与土壤颗粒的接触角，液体与土壤颗粒的接触角，d土壤颗粒之间的距离的距离。土壤颗粒之间的距离的距离。 2021-7-2340 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 2.2.影响黏结性的因素影响黏结性的因素 (1)(1)土壤比表面土壤比表面( (单位质量土粒所具有的总面积单位质量土粒所具有的总面积 ) )及其影响

41、因素及其影响因素 土壤质地愈黏重，黏粒含量愈高土壤质地愈黏重，黏粒含量愈高( (尤其是尤其是2:12:1型黏粒矿物，黏粒比表面型黏粒矿物，黏粒比表面 大大),),其黏结性愈强；反之黏结力愈弱其黏结性愈强；反之黏结力愈弱( (砂地砂地) )。腐殖质的黏结力比黏粒小，。腐殖质的黏结力比黏粒小， 但比砂粒大，可增强砂土的黏结性。但比砂粒大，可增强砂土的黏结性。 (2)(2)土壤含水量土壤含水量 土壤含水量的多少，对黏结性的强土壤含水量的多少，对黏结性的强 弱的影响很大，在适度的含水量时土壤弱的影响很大，在适度的含水量时土壤 黏结性最强。一个完全干燥和分散的土黏结性最强。一个完全干燥和分散的土 粒，彼

42、此间在常压下不表现出黏结力。粒，彼此间在常压下不表现出黏结力。 当水膜分布均匀并在所有土粒接触点上当水膜分布均匀并在所有土粒接触点上 都出现接触点水的弯月面时，黏结力达都出现接触点水的弯月面时，黏结力达 最大值。随着含水量的增加，水膜不断最大值。随着含水量的增加，水膜不断 加厚加厚, ,土粒之间的距离不断增大土粒之间的距离不断增大, ,黏结力黏结力 便愈来愈弱。便愈来愈弱。 V g r s w 2 9 2 () 2021-7-2341 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (二二) )土壤黏着性土壤黏着性 土壤粘着性：土粒粘附在外物土壤粘着性：土粒粘附在外物( (农具农具) ) 上

43、的性质。上的性质。 粘着性实际上是指土粒水外物粘着性实际上是指土粒水外物 相互吸引的性能相互吸引的性能(g/cm(g/cm2 2 或或 磅磅/ /英尺英尺2 2) )。 二、土壤可塑性二、土壤可塑性 土壤可塑性：土壤在一定含水量范围内，可被外力造形，当外力消失或土土壤可塑性：土壤在一定含水量范围内，可被外力造形，当外力消失或土 壤干燥后，仍能保持其塑形不变的性能。壤干燥后，仍能保持其塑形不变的性能。 ( (一一) )土壤塑性的产生土壤塑性的产生 土壤塑性是片状黏粒及其水膜造成的。土壤只有在一定含水量范围内才具土壤塑性是片状黏粒及其水膜造成的。土壤只有在一定含水量范围内才具 有塑性。完全没有黏结

44、性的土壤没有塑性有塑性。完全没有黏结性的土壤没有塑性( (砂土砂土) )。土壤塑性的强弱与黏粒含量。土壤塑性的强弱与黏粒含量 及种类有关，及种类有关，2:12:1型的蒙脱类矿物的塑性强，而氧化铝型的蒙脱类矿物的塑性强，而氧化铝( (铁铁) )胶粒几乎无塑性。胶粒几乎无塑性。 2021-7-2342 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (二二) )塑性指数塑性指数 PLPL：土壤刚刚开始表现出可塑性的含水量：土壤刚刚开始表现出可塑性的含水量下塑限下塑限 LL LL：土壤失去塑性，并开始成流体流动时的土壤含水量：土壤失去塑性，并开始成流体流动时的土壤含水量 上塑限上塑限 PIPI：上

45、、下塑限之间的含水量称为塑性范围。其含水量差：上、下塑限之间的含水量称为塑性范围。其含水量差 值称为塑性值值称为塑性值( (或塑性指数或塑性指数) )。 PI = LL - PL PI = LL - PL 各种质地土壤的塑性值各种质地土壤的塑性值(含水量含水量) 下塑限下塑限上塑限上塑限塑性值塑性值 粘粘 土土 粘壤土粘壤土 壤壤 土土 砂壤土砂壤土 砂砂 土土 2330 1622 1015 10 0 4150 2840 1727 16 0 1820 1217 712 17)17，塑性土，塑性土( (壤土壤土)7)71717，弱塑性土，弱塑性土( (砂壤砂壤)7)7，无塑性土，无塑性土 ( (

46、砂砂)0)0 ( (三三) )影响土壤可塑性的因素影响土壤可塑性的因素 土壤的比表面、土壤质地、黏土矿物土壤的比表面、土壤质地、黏土矿物 类型、交换性离子组成、有机质含量和组类型、交换性离子组成、有机质含量和组 成、土壤结构、土壤溶液组成等。成、土壤结构、土壤溶液组成等。 2021-7-2343 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 三、土壤胀缩性三、土壤胀缩性 土壤膨胀性：黏性土由于含水量的增加而发生体积增大的性能土壤膨胀性：黏性土由于含水量的增加而发生体积增大的性能 土壤收缩性：土壤水分蒸发而引起其体积减小的性能。土壤收缩性：土壤水分蒸发而引起其体积减小的性能。 两者统称胀缩性。两

47、者统称胀缩性。 ( (一一) )土壤膨胀土壤膨胀 土体膨胀原因：黏粒的水化作用、黏性表面双电层的形成、扩散层增厚等土体膨胀原因：黏粒的水化作用、黏性表面双电层的形成、扩散层增厚等 土体膨胀分两个阶段：第一阶段是干黏粒表面吸附单层水分子，土体膨胀分两个阶段：第一阶段是干黏粒表面吸附单层水分子，“晶层间晶层间 膨胀膨胀”或或“粒间膨胀粒间膨胀”；第二阶段是由于双电层的形成，使黏粒或晶层进一步；第二阶段是由于双电层的形成，使黏粒或晶层进一步 推开，推开，“渗透膨胀渗透膨胀”。 膨胀率膨胀率膨胀系数 膨胀系数(ep) ep= V/V。=( V-V。)/V。 ep(线膨胀率)=( h-h。)/h。 膨胀

48、力膨胀力(Pp)：土样膨胀时产生的最大压力土样膨胀时产生的最大压力(kPa) Pp=10W/A w为施加在试样上的总平衡荷载(N)；A为试件面积(cm2)。 土壤线胀系数土壤线胀系数(COLE):(COLE):风干土样吸水线胀的长度与原长度之比。风干土样吸水线胀的长度与原长度之比。 湿土容重(Dbm) 风干土容重(Dbd) 2021-7-2344 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 ( (二二) )土壤收缩土壤收缩 土壤收缩：土壤收缩：由于土壤水分蒸发引起其容积减小的过程。由于土壤水分蒸发引起其容积减小的过程。 黏土收缩过程的黏土收缩过程的3 3个阶段：个阶段： 结构收缩：水分饱和土

49、壤的含水量结构收缩：水分饱和土壤的含水量 开始减少，但土壤容积的减少小于水容积开始减少，但土壤容积的减少小于水容积 的减少；常态收缩：土壤容积的减少与的减少；常态收缩：土壤容积的减少与 失水容积的减少相同；剩余收缩：此时失水容积的减少相同；剩余收缩：此时 土壤容积的减少大于水容积的减少。土壤容积的减少大于水容积的减少。 黏性土的收缩性指标可按收缩前后直黏性土的收缩性指标可按收缩前后直 线长短的变化或容积大小的变化来表示：线长短的变化或容积大小的变化来表示： ( (线收缩和容积收缩线收缩和容积收缩) )。 线缩率线缩率(L)： L。为潮湿状态中的土样长度；L为土样经收缩后的长度 容积收缩率容积收

50、缩率(V): V。为收缩前的体积(cm3)；V为收缩后的体积(cm3) ( (三三) )影响土壤胀缩性的因素影响土壤胀缩性的因素( (片状黏粒有关片状黏粒有关) ) 阳离子对土壤膨胀作用的次序：阳离子对土壤膨胀作用的次序：NaNa+ +/K/K+ +CaCa2+ 2+； ；MgMg2+ 2+ H H+ + 2021-7-2345 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 四、土壤的抗剪强度四、土壤的抗剪强度 土壤抗剪强度土壤抗剪强度(S)(S)：土壤对土粒移动所产生的最大内阻力，即土壤彼此滑动和滑越时的土壤对土粒移动所产生的最大内阻力，即土壤彼此滑动和滑越时的 阻力。阻力。 S-抗剪强度；

51、P-垂直于剪切面的有效压力；-摩擦角；tg-摩擦系数；C-土壤黏结力。 S S砂土 砂土=ptg =ptg（C=0C=0） 抗剪强度抗剪强度S S由黏结力由黏结力C C和内摩擦力和内摩擦力ptgptg两部两部 分组成。砂土的抗剪强度等于其内摩擦力。分组成。砂土的抗剪强度等于其内摩擦力。 土壤抗剪强度的测定：土壤抗剪强度的测定： 直接测定直接测定 三轴剪切测定三轴剪切测定 DLY-3型 粗粒土三轴剪切测定仪 将土样置于由上将土样置于由上、下盒构成的下盒构成的“剪切盒剪切盒”中中， 在其上加以垂直荷载，使土样在横断面上感受压在其上加以垂直荷载，使土样在横断面上感受压 应力应力P P，固定下盒固定下

52、盒，在上盒施以水平力，则土样在在上盒施以水平力，则土样在 位于上位于上、下盒之间的横断面上受到剪应力的作用下盒之间的横断面上受到剪应力的作用， 当剪应力超过一定值当剪应力超过一定值S S时时，土样便被剪断土样便被剪断。这一定这一定 值值S S即称为土壤的抗剪强度。即称为土壤的抗剪强度。 2021-7-2346 6 6 土壤结构与力学性质土壤结构与力学性质 五、土壤压缩与压实五、土壤压缩与压实 ( (一一) )土壤压缩土壤压缩 土壤压缩性土壤压缩性: :在压力作用下土壤体积减小的过程。在压力作用下土壤体积减小的过程。 若以纵坐标表示在各级压力下试样压缩稳定后的孔隙比若以纵坐标表示在各级压力下试样

53、压缩稳定后的孔隙比e e，以横坐标表示压力，以横坐标表示压力P P，可，可 绘制出压缩试验中孔隙比与压力的关系曲线，称压缩曲线。绘制出压缩试验中孔隙比与压力的关系曲线，称压缩曲线。 e = A lgp - Ce = A lgp - C A-压缩指数(dedlgp)；p-所施负荷和压力；C-常数(相当于单位负荷时的孔隙比 ( (二二) )土壤压实土壤压实 土壤压实：土壤压实：由于负荷或施压而造成的土壤容重由于负荷或施压而造成的土壤容重 增加和孔隙度降低的过程。土壤容重的增加是压实增加和孔隙度降低的过程。土壤容重的增加是压实 力和含水量的函数。力和含水量的函数。 随含土壤含水量增加，其愈易被压实，至土壤随含土壤含水量增加，其愈易被压实，至土壤 最适含水量时可使土壤容重达最大值。但土壤含水最适含水量时可使土壤容重达最大值。但土壤含水 量进一步增加，则容重反而下降。在压实曲线上的量进一步增加，则容