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土壤結持度

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土壤結持度(英語:soil consistency)是指隨含水量變化而呈現的土壤相態階段。也稱土壤稠度。例如,土壤從濕到干,依次有粘滯體塑性體酥性體剛性體等結持度。它們的流變性強度力學性質有所不同。 在土地耕作、土質地基施工和泥塑土坯製造等工作,均應分別地選擇在其適合的土塌結持度階段進行。土壤結持度的概念是1911年瑞典土壤學家阿爾貝特·阿特貝首先提出的,用以衡量結持度的指標是阿特貝限

對細質地土壤來說,從濕到干可劃分出4—6種結持度階段,其各分界點含水量(阿特貝限)也甚為顯明。而在粗質地土壤中,結持度階段及阿特貝限均不明顯甚至有缺失。土壤結持度階段的變化,是由於在不同的含水量時土壤的粘滯、粘着、可塑、粘結等基本力學性質先後出現、增強和減弱、消失,在它們的綜合影響下,土壤就呈現出不同的物理相態——結持度,而且它們的各項綜合力學性質——流變性、強度以及應力 - 應變關係等均顯示出巨大的差別。因此,土壤結持度及其指標的概念和測定方法,是土壤耕作動力學土力學土工工程建設中的重要問題。土壤各項力學性質和結持度出現的含水量範圍及其強弱變化,與土壤比面大小和表面性質的關係密切,而後兩者則決定於土壤質地粘土礦物類型、交換性陽離子數量組成和有機質等因素,因而在不同質地結構的土壤中差別很大。

粘滯結持度

粘滯結持度指含水量高的土壤懸液和泥漿,可在重力作用下克服其粘滯力(內摩擦力)而呈液態流動即粘滯流(牛頓流)。在此含水量範圍內,土壤不粘時於外物如犁壁、副泥刀上,可發生震凝現象。通常,水田土壤的表層含水量高,多處於此時段。此時無粘着性、無塑性、粘結性弱或無,耕作阻力小,故水田多在此階段進行帶水耕作;但應注意細質地水田,因土壤軟爛、承載力小,拖拉機車輪易於下陷打滑,皮帆機械操作還會破壞良好的結構體和耕層構造。粘滯結持度的含水量下限,即它與塑性結持度的分界點含水量是流限。

粘滯結持度階段可進一步分為薄漿結持度與濃漿結持度。前者的含水量更高,粘滯力小而粘滯流快,後者含水量較低,粘滯流較慢。還有人把凝聚限含量作為上述兩個分階段的阿特貝限。但是,凝聚限飽含水量值大小,不僅決定於影響比面大小和表面性貢的土壤固相組成諸因素,而且還受液相(土壤水及外加的水)濃度、組成的影響。

塑性結持度

呈現塑性的土壤物理相態階段,稱為塑性體或塑性流。它的含水量上、下限分別是流限與塑限,兩者合稱塑性限。當施加外力時,一旦當外力超過此土壤的塑變值(主要決定於其粘結力大小)時,土壤呈現塑性流(或稱賓厄姆流)。或者,土壤可在外力作用下塑造成任意的形狀。塑性是帶水膜的片狀粘粒子互相滑動並定向排列所致。故它只呈現於細質地土壤(各種塑性土)中,而粗質地土壤(非塑性土)多缺失此階段。在塑性結持度範圍內,土壤適宜於製造磚瓦、陶瓷器的泥坯,製造泥塑工藝品和塑造廟宇神像等;但不宜於進行土壤耕作,因為,此時犁耕翻轉的土塊、堡條等不會破碎,而且易發生粘閉現象,破壞土壤結構體,妨礙透氣導水。

有人主張,對於有的細質地土壤來說,可在粘滯結持度與塑性結持度之間,再分出一個階段,稱為粘韌結持度。它與塑性結持度之間的分界點含水量(阿特貝限)是脫粒點。粘韌結持度的含水量比塑性結持度高,具有鑽着性,故其耕作阻力比塑性結持度要大,而且易發生硬泥球現象,更容易沉陷和粘閉,所以更不宜於進行耕作。

酥性結持度

也稱酥軟結持度或酥脆結持度,它是最適宜於進行耕作的土壤相態階段。在此段含水且範圍內,土壤括結性弱,塑性和粘着性不顯,耕作阻力很小,易於形成和保持良好的團聚體,造成良好的上松下緊的耕層構造和土體構造,土體有一定強度而能抵抗農機具的壓實和壓板,利於吸水保水和透水通氣。酥性結持度的上、下限含水量分別是塑限與縮限,兩者含水量之差稱為酥性指數或酥性值。此值越大,即土壤宜耕含水量越大,則宜耕時間越長,耕作安排更加容易。

剛性結持度

細質地土壤在乾燥時粘結成堅硬的土塊,也稱堅硬(或硬性)結持度。此時,粘結力極強,耕耙耪等作業難以破碎土塊,或把土塊表面磨削下成為粉屑,耕作質量差,機具磨損大,故不宜於進行耕耙作業。但是,此時的土壤強度大,承壓力強,利於車輛和農業機器的行走、運輸。剛性結持度的含水量上限是縮限,下限則是風乾或烤乾狀態。粗質地土壤中缺少粘粒,乾燥時的粘結性弱,土體鬆散,故缺少剛性結持度階段。

參考資料

  • (澳)馬歇爾(Marshall,T.J),(澳)霍姆斯(Holmes,J.W)著;趙誠齋,徐松齡譯.土壤物理學.北京市:科學出版社 , 1986