土壤结持度(英語:soil consistency)是指随含水量变化而呈现的土壤相态阶段。也称土壤稠度。例如,土壤从湿到干,依次有粘滞体塑性体酥性体刚性体等结持度。它们的流变性强度力学性质有所不同。 在土地耕作、土质地基施工和泥塑土坯制造等工作,均应分别地选择在其适合的土塌结持度阶段进行。土壤结持度的概念是1911年瑞典土壤学家阿尔贝特·阿特贝首先提出的,用以衡量结持度的指标是阿特贝限

对细质地土壤来说,从湿到干可划分出4—6种结持度阶段,其各分界点含水量(阿特贝限)也甚为显明。而在粗质地土壤中,结持度阶段及阿特贝限均不明显甚至有缺失。土壤结持度阶段的变化,是由于在不同的含水量时土壤的粘滞、粘着、可塑、粘结等基本力学性质先后出现、增强和减弱、消失,在它们的综合影响下,土壤就呈现出不同的物理相态——结持度,而且它们的各项综合力学性质——流变性、强度以及应力 - 应变关系等均显示出巨大的差别。因此,土壤结持度及其指标的概念和测定方法,是土壤耕作动力学土力学土工工程建设中的重要问题。土壤各项力学性质和结持度出现的含水量范围及其强弱变化,与土壤比面大小和表面性质的关系密切,而后两者则决定于土壤质地粘土矿物类型、交换性阳离子数量组成和有机质等因素,因而在不同质地结构的土壤中差别很大。

粘滞结持度

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粘滞结持度指含水量高的土壤悬液和泥浆,可在重力作用下克服其粘滞力(内摩擦力)而呈液态流动即粘滞流(牛顿流)。在此含水量范围内,土壤不粘时于外物如犁壁、副泥刀上,可发生震凝现象。通常,水田土壤的表层含水量高,多处于此时段。此时无粘着性、无塑性、粘结性弱或无,耕作阻力小,故水田多在此阶段进行带水耕作;但应注意细质地水田,因土壤软烂、承载力小,拖拉机车轮易于下陷打滑,皮帆机械操作还会破坏良好的结构体和耕层构造。粘滞结持度的含水量下限,即它与塑性结持度的分界点含水量是流限。

粘滞结持度阶段可进一步分为薄浆结持度与浓浆结持度。前者的含水量更高,粘滞力小而粘滞流快,后者含水量较低,粘滞流较慢。还有人把凝聚限含量作为上述两个分阶段的阿特贝限。但是,凝聚限饱含水量值大小,不仅决定于影响比面大小和表面性贡的土壤固相组成诸因素,而且还受液相(土壤水及外加的水)浓度、组成的影响。

塑性结持度

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呈现塑性的土壤物理相态阶段,称为塑性体或塑性流。它的含水量上、下限分别是流限与塑限,两者合称塑性限。当施加外力时,一旦当外力超过此土壤的塑变值(主要决定于其粘结力大小)时,土壤呈现塑性流(或称宾厄姆流)。或者,土壤可在外力作用下塑造成任意的形状。塑性是带水膜的片状粘粒子互相滑动并定向排列所致。故它只呈现于细质地土壤(各种塑性土)中,而粗质地土壤(非塑性土)多缺失此阶段。在塑性结持度范围内,土壤适宜于制造砖瓦、陶瓷器的泥坯,制造泥塑工艺品和塑造庙宇神像等;但不宜于进行土壤耕作,因为,此时犁耕翻转的土块、堡条等不会破碎,而且易发生粘闭现象,破坏土壤结构体,妨碍透气导水。

有人主张,对于有的细质地土壤来说,可在粘滞结持度与塑性结持度之间,再分出一个阶段,称为粘韧结持度。它与塑性结持度之间的分界点含水量(阿特贝限)是脱粒点。粘韧结持度的含水量比塑性结持度高,具有钻着性,故其耕作阻力比塑性结持度要大,而且易发生硬泥球现象,更容易沉陷和粘闭,所以更不宜于进行耕作。

酥性结持度

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也称酥软结持度或酥脆结持度,它是最适宜于进行耕作的土壤相态阶段。在此段含水且范围内,土壤括结性弱,塑性和粘着性不显,耕作阻力很小,易于形成和保持良好的团聚体,造成良好的上松下紧的耕层构造和土体构造,土体有一定强度而能抵抗农机具的压实和压板,利于吸水保水和透水通气。酥性结持度的上、下限含水量分别是塑限与缩限,两者含水量之差称为酥性指数或酥性值。此值越大,即土壤宜耕含水量越大,则宜耕时间越长,耕作安排更加容易。

刚性结持度

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细质地土壤在干燥时粘结成坚硬的土块,也称坚硬(或硬性)结持度。此时,粘结力极强,耕耙耪等作业难以破碎土块,或把土块表面磨削下成为粉屑,耕作质量差,机具磨损大,故不宜于进行耕耙作业。但是,此时的土壤强度大,承压力强,利于车辆和农业机器的行走、运输。刚性结持度的含水量上限是缩限,下限则是风干或烤干状态。粗质地土壤中缺少粘粒,干燥时的粘结性弱,土体松散,故缺少刚性结持度阶段。

参考资料

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  • (澳)马歇尔(Marshall,T.J),(澳)霍姆斯(Holmes,J.W)著;赵诚斋,徐松龄译.土壤物理学.北京市:科学出版社 , 1986