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土壤黏著性(soil adhesion)是土壤在一定含水量條件下,土壤顆粒黏附在外物(例如農(nóng)具)上的性質(zhì)。土壤過濕耕作,土壤顆粒黏著農(nóng)具,增大土壤顆粒與金屬間的摩擦阻力,使耕作困難。
由于土壤中往往有水分存在,其黏著性實(shí)際上是指土壤顆粒-水-外物相互吸引的性能。土壤黏著力的大小也以單位面積上的力來表示。影響土壤黏著性的主要因素也是活性表面大小和含水量多少兩方面。
就土壤含水量來說,開始出現(xiàn)黏著性時(shí)的含水量要比開始出現(xiàn)黏結(jié)性時(shí)的含水量大,這就是說,當(dāng)在土壤水量低時(shí),水膜很薄,土壤主要表現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象;當(dāng)含水量增加而水膜加厚到一定程度時(shí),水分子除了能被土壤顆粒吸引外,也能被各種物質(zhì)(例如農(nóng)具、其他器具、人體)所吸引,表現(xiàn)出黏著性。使土壤出現(xiàn)黏著性的含水量稱為黏著點(diǎn)。土壤含水量再繼續(xù)增加,則水膜過厚,黏著性又減弱,當(dāng)土壤表現(xiàn)出流體的性質(zhì)時(shí)黏著性完全消失。而土壤因含水量增加不再黏附在外物上,失去黏著性時(shí)的土壤含水量稱為脫黏點(diǎn)。所以土壤黏著性也是在一定含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)的性質(zhì)。
土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最繁重的生產(chǎn)過程之一,由于土壤對耕作機(jī)具的黏附,使犁耕阻力增加,為了克服土壤對耕作機(jī)具的黏附和摩擦所消耗的能量占耕地消耗總能量的30%~50%或更多。據(jù)估計(jì),如果能將耕作時(shí)土壤黏附與摩擦所造成的能量損失減少10%,那么我國每年用于農(nóng)田耕作的油耗便可減少7×107L。土壤耕作和土工建設(shè)中減輕土壤黏著性的技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面。
1、充注氣體或液體
此法是通過專設(shè)系統(tǒng)以一定壓力和一定方向向土壤與觸土部件的接觸面連續(xù)注人氣體或液體,使界面形成氣墊或液層,避免土壤與工作裝置的表面直接接觸,縮小黏附面積,并在減小土壤黏著力的同時(shí),大大降低土壤與觸土表面間的摩擦力。充注的氣體主要是空氣,有時(shí)也利用發(fā)動機(jī)的度氣。充注的液體除水外,還有油性潤滑劑、聚合物水溶液等。有的還同時(shí)充注氣體和液體形成空氣-乳狀液潤滑劑。
2、振動法
在垂直于觸土部件黏附界面方向施加振動,使界面不斷受到垂直界面的正反兩方向力的反復(fù)作用。這樣,一方面減輕土壤對工作裝置表面的壓實(shí),縮小接觸面積;另一方面可使接觸面出現(xiàn)有利于土壤滑動的水分和空氣,因此不用外界注水充氣,黏附界面也能進(jìn)行氣液潤滑。振動法必須專設(shè)振動裝置和隔振裝置。
3、電滲法
增加土壤與觸土部件表面間的水膜厚度,土壤黏著力將會大大降低。對界面黏附系統(tǒng)施加一定的電場,可迫使十填水遷移到界面,從而增加水膜厚度,降低水的張力,達(dá)到減小土壤黏著力的效果。
4、表面改性土壤
土壤對觸土部件工作面的黏附,主要是界面現(xiàn)象,只要能改變固體材料表面幾個(gè)分子層材料的性質(zhì),就可以有效地改變觸土部件的脫土性(脫土性強(qiáng),意味著黏著力?。?。研究表明,影響材料表面脫土性的重要因素之一是表面惜水性,憎水性強(qiáng)的材料,對土壤黏著力較小。為了減小舉耕阻力,許多學(xué)者對率體曲面進(jìn)行了改性研究。例如在犁體工作表面上涂一層熟石膏,用石蠟或亞麻仁油處理舉體曲面,用陶瓷或聚四氯乙烯覆蓋在犁壁上,其脫土性均比鋼、鐵、鋁材料好。
5、表面改形
改變觸土部件的宏觀或微觀的形狀,通過縮小其與土壤的實(shí)際接觸面積,使界面水膜不連續(xù)或造成應(yīng)力集中來減小黏著力。表面改形結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,無需增加動力,是一種較好的減小黏著力的方法。
6、仿生法
土壤中的動物,尤其生活在黏性土壤中的動物,經(jīng)過億萬年的進(jìn)化,在形態(tài)體表等多方面具有減小黏著力的特殊功能,因此從仿生學(xué)角度研究土壤動物的防黏機(jī)制和脫附規(guī)律,將是尋找機(jī)械觸土部件減小黏著力的有效途徑。
參考文獻(xiàn):
[1]徐建明.土壤學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2019:175-176.
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