稻麦轮作是中国南方农业的主导种植制度,不过该系统的弊端是土壤经过稻季的灌水、沉降固结和机械压实等过程之后耕层紧实致密,无法满足稻季后的旱作小麦对疏松透气苗床的质量要求。土壤的机械耕作则能够松碎土层、改善土壤物理状况,因此是缓解水稻土紧实化的有力措施之一。然而机械的碎土过程受多方面因素的影响,包括土壤自身破碎属性以及耕作机具的设计和应用参数,因此土壤耕作力学研究的目的之一是弄清如何从粘结致密的土体出发,利用合理的外加机械应力的扰动使土壤破碎,生成理想的土壤结构体。鉴于此,机械应力扰动对土壤破碎的影响机理以及土壤受机械扰动生成的土壤结构是土壤耕作力学研究的重点。本文以水稻土为研究对象,结合土壤破碎室内试验及田间土壤的机械扰动试验,系统研究水稻土在历经不同机械扰动过程的破碎表现及所得土壤结构的状态,具体工作如下:室内冲击破碎试验系统比较重塑水稻土和黄棕壤的破碎行为,通过比冲击破碎能、土壤破碎体分形维、平均土块径和比表面积等指标反映2种土壤的破碎特征,发现土壤的重塑密度及含水率显著影响土壤的破碎程度。2种影响因素所决定的土壤破碎体分形维数处于1.5-2.5的变化区间,且随土壤密度及含水率的增大,反映土壤破碎度的比表面积指标越小。鉴于重塑样在低含水率条件下的分形维较大且破碎比能较小,因此低含水率重塑土具有更高的碎土能效。鉴于拖拉机悬挂式耕作机具测试系统所受干扰较大、实现精准控制较难,本研究设计并构建了田间土壤机械扰动试验平台,该平台包括牵引机构、耕作机具扰动尺度调节装置及计算机测试系统。试验台能够挂接多种牵引类土壤耕作机具且可以实现对田间原位耕作测试过程各种工作参数的精准控制,包括前进速度、犁耕变幅及耕深特征,以获取不同边界条件及控制参数条件下的土壤破碎行为以及所得土壤结构状态,是进一步研究田间土壤耕作破碎机理的方法保障。综合运用自主构建的犁耕测试平台、配合系统的土壤物理力学原位测试,全面揭示水稻土的耕性及犁耕扰动后的土壤结构状态。圆锥贯入实验能够反映水稻土贯入阻力随土层深度不断增大的趋势,但土壤的抗剪强度随深度先下降后上升。与圆锥贯入和直剪测试相比,分层犁耕则能够反映水稻土结构的分层状况。分层扰动的试验结果表明土壤结构随着土壤深度的增加不断地恶化,因此在实施土壤耕作时宜维持原有的土层状态不被打乱,深松类耕作机具较之翻埋类耕作机具更加合理。犁耕的耕作比阻变化范围在19.8-52 kN/m2。水稻土的耕后土壤结构较差,直径>32mm的土块所占质量百分比高于60%以上。变幅耕作表明,随犁耕扰动幅宽的增大,平均土块经和分形维数随之增大,土壤破碎体的比表面积则减小,因此窄幅耕作是获得良好土壤结构的最优耕作策略。将数字图像处理方法应用于铧式犁机械扰动水稻土的土壤结构分析。对比不同茬口土壤结构,统计分析棱角性、形状指数以及矩形度指标。结果表明棱角性、形状指数和矩形度能很好地区分不同茬口的土壤结构。综合室内试验和田间测试的结果,运用3种不同的土壤破碎体质量-尺度分布模型分别检验冲击破碎和原位犁耕扰动的结果,发现Gaudin-Schuhmann模型能够最准确地描述2种土壤破碎过程的土壤结构状态。重塑水稻土冲击破碎后模型参数λ值为32mm,模型参数ω随平均土块径(MWD)线性增大,二者的拟合方程为ω = 0.1344 MWD-1.1153,拟合精度为0.91。田间水稻土耕后模型参数λ随作物季的不同而发生变化,λ值在冬季为256mm,夏季为128mm,模型参数ω随平均土块径线性增大,二者的拟合方程为ω= 0.0036 MWD + 0.3432,拟合精度为0.68。面积系数(S)随击实功及含水率的增大而减小。与比表面积和分形维数相比,面积系数(S)与平均土块径之间存在更高的线性拟合精度,但水稻土在稻茬口和麦茬口的拟合方程分别为:S =-0.0028 MWD + 0.8837、S =-0.0056 MWD + 0.9216。