砂姜黑土主要特征为颜色深暗、质地黏重、有较强的可塑性和胀缩性。这样的结构导致土壤没有足够的毛管孔隙，而多数为无效水存在的微孔隙和较大的裂隙，土壤保水性能差、有效水分少、易涝易旱。这些问题的根源与砂姜黑土较高的粘粒含量与其粘土矿物的组成和特性有关。以砂姜黑土的可塑性及胀缩性为主要研究内容，研究这些属性内在的成因及改良途径，提高耕作质量和效率，对于提高砂姜黑土肥力及生产力水平有着重要意义。本文主要研究结果如下:　　1.调查区域所有土壤样本粘粒部分硅铝率均在3-4之间，土壤粘粒部分以2∶1型粘土矿物为主。不同类型砂姜黑土在矿物学组成上有着相似性，粘粒部分含有大量的蒙脱石，并且含有一定量的绿泥石;尤其是砂姜黑土耕层下方的残余黑土层，有大量的绿泥石和过渡矿物次生绿泥石。成土过程中，土壤富含的镁以羟基离子的形式插入到蒙脱石层间，从而使部分胀缩性粘土矿物转化为非胀缩性的绿泥石或其过渡矿物。　　2.与相同区域的其他地带性土壤相比，普通砂姜黑土及石灰性砂姜黑土耕层有机碳含量并不低。但轻组有机碳含量显著低于其他地带性土壤，重组有机碳含量显著高于其他地带性土壤。砂姜黑土较高含量的胀缩性粘土矿物使得较古老的有机物质得到物理保护。土壤腐殖酸通过多价阳离子的离子键和土壤颗粒形成复合体。胡敏酸选择性地与铁离子相结合，而富里酸选择性地与铝离子相结合。残余黑土层及普通砂姜黑土胡敏酸光密度指数最高，说明胡敏酸芳构化程度较高。　　3.虽然土壤可塑性和胀缩性均与粘粒含量呈正相关关系，但是这些性质受粘土矿物类型的影响却不相同。不同粘土矿物对土壤可塑性的贡献为高岭石＞伊利石＞蒙脱石，而对胀缩性的贡献正好相反:蒙脱石＞伊利石＞高岭石。土壤的吸湿水含水量与土壤界限含水量的相关性要优于粘粒含量。建立了土壤最大吸湿水含水量与土壤不同界限含水量之间的一元线性回归模型，模型的残差标准差均小于2，可以用来较准确地预测土壤界限含水量。　　4.1H NMR弛豫分析可以高效快速并且无损地用于研究土壤的孔隙分布，尤其适合用以研究胀缩性土壤的孔隙分布。土壤收缩特征曲线和核磁共振弛豫分析的结果说明:颗粒间和团聚体间孔隙的水分是在结构段收缩过程中失去的，收缩过程的正常段是膨胀型层状硅酸盐矿物层间水化离子失去水分收缩变窄的过程。当土壤开始收缩时，土壤所剩的水分基本上都是膨胀型粘土矿物的层间水。土壤充分膨胀后粘土矿物层间水的体积可以作为土壤膨胀能力的一个重要指标，用来快速有效的估计土壤的膨胀限含水量。　　5.在田间条件下，添加钾元素改变了土壤的粘土矿物组成及交换性和非交换性阳离子组成。X射线衍射分析表明，部分蒙脱石复钾后转化为非胀缩性的伊利石，土壤的缩限含水量升高，胀缩性障碍得到改善。土壤吸湿性能减弱，降低了土壤的萎蔫系数。　　6.不同耕作措施对砂姜黑土温度和水分的影响试验结果表明，砂姜黑土冬小麦免耕利于土壤水分的保持，减小土壤水分的波动，减轻土壤膨胀收缩对土壤结构体的不良影响。垄作有利于改善土壤物理性状，增加土壤孔隙度，但不利于土壤水分的保持。　　砂姜黑土有机质特征、孔隙结构特征和较强的可塑性及胀缩性，均与其较高的粘粒含量及粘粒矿物学特性有关。本文对砂姜黑土的矿物学组成、孔隙结构特征和界限含水量进行了研究，以期为砂姜黑土新的改良途径提供理论依据。