第七章 土壤空氣和熱量狀況

第七章土壤空氣和熱量狀況第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1土壤空氣狀況7.1.1土壤空氣的組成表7-1土壤空氣與大氣組成比較（容積%）氣體成分O2(%)CO(%)2N2(%)其他氣體(%)近地面大氣20.940.0378.050.98土壤空氣18～20.030.15～0.6578.8～80.24—土壤空氣主要來自大氣，少量是土壤中生物、生物化學(xué)和純化學(xué)過程產(chǎn)生的氣體故土壤空氣與大氣的組成基本相近，但也存在一些差異第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1土壤空氣狀況

7.1.1土壤空氣的組成土壤空氣中CO2的含量，通常比大氣高數(shù)倍至數(shù)十倍。當(dāng)施入有機(jī)肥料后，CO2含量可達(dá)2%以上。這主要是土壤微生物生命活動(dòng)和植物根系呼吸作用的結(jié)果。CO2溶于水，使土壤溶液趨于酸性，有利于礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解和釋放。但CO2濃度超過1%后，就會(huì)抑制種子萌發(fā)，延緩根系的發(fā)育因?yàn)橥寥乐械纳锘顒?dòng)，土壤空氣中O2含量比大氣少作物生長旺季，呼吸強(qiáng)度大或當(dāng)增施有機(jī)肥料，土壤微生物好氣分解旺盛時(shí)，消耗O2和產(chǎn)生的CO2最多7．1.1.3土壤空氣中水汽含量高于大氣7．1.1.2土壤空氣中的氧氣低于大氣7．1.1.1土壤空氣中CO2含量高于大氣第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1土壤空氣狀況

7.1.1土壤空氣的組成7．1.1.3土壤空氣中水汽含量高于大氣7．1.1.2土壤空氣中的氧氣低于大氣7．1.1.1土壤空氣中CO2含量高于大氣大氣的相對(duì)濕度土壤空氣的相對(duì)濕度50%～90%，99%以上只要土壤含水量在吸濕系數(shù)以上，土壤水分就會(huì)不斷地蒸發(fā)土壤空氣中水汽飽和程度，一般近表層小而下層較大水汽飽和對(duì)微生物活動(dòng)有利7．1.1.4土壤空氣中還原性氣體可能高于大氣

土壤通氣嚴(yán)重不良時(shí)使土壤有機(jī)質(zhì)在嫌氣微生物作用下進(jìn)行不徹底的分解產(chǎn)生還原性氣體，如CH4、H2S、NH3、H2等。還原性氣體產(chǎn)生和累積對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用，還會(huì)影響土壤養(yǎng)分的供應(yīng)和轉(zhuǎn)化第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1土壤空氣狀況

7.1.1土壤空氣的組成7．1.1.3土壤空氣中水汽含量高于大氣7．1.1.2土壤空氣中的氧氣低于大氣7．1.1.1土壤空氣中CO2含量高于大氣7．1.1.4土壤空氣中還原性氣體可能高于大氣

7．1.1.5土壤空氣成分隨時(shí)、空而變化土壤空氣成分隨時(shí)間而不斷變化土壤空氣成分隨時(shí)空間而不斷變化第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7．1.1.5土壤空氣成分隨時(shí)、空而變化7-2覆膜與裸露棉田不同生長期內(nèi)土壤空氣（O2、CO2）含量(容積%)深度(cm)第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7．1.1.5土壤空氣成分隨時(shí)、空而變化圖7-1土壤剖面上O2和CO2體積含量分布示意圖(引自J.Richter，1986)第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1.2土壤空氣的運(yùn)動(dòng)7．1.2.1土壤空氣對(duì)流

土壤空氣對(duì)流是指土壤與大氣間由總壓力梯度驅(qū)動(dòng)氣體的整體流動(dòng)，也稱為質(zhì)流。其流向總是由高壓區(qū)流向低壓區(qū)7．1.2.2土壤空氣擴(kuò)散在分壓梯度的驅(qū)動(dòng)下，使氣體不斷從土壤中向大氣擴(kuò)散，也可使某種氣體不斷從大氣向土壤空氣擴(kuò)散也稱土壤呼吸。是土壤空氣與大氣主要交換機(jī)制。用費(fèi)克(Fick)定律表示。即：qd=-Ddc/dx7．1.2.3土壤通氣性的調(diào)節(jié)很多因素引起土壤與大氣間的壓力差，而使土壤空氣與大氣產(chǎn)生對(duì)流如氣壓、溫差、降雨或灌溉和地面風(fēng)力等土壤通氣性是指土壤空氣與大氣不斷進(jìn)行氣體交換的能力。只有在通氣性較好的土壤中，才能進(jìn)行順利的氣體交換土壤通氣性主要取決于通氣孔隙的數(shù)量和大小要求土壤不僅要有適當(dāng)?shù)目紫犊偭扛匾氖且幸欢ǖ耐饪紫抖韧ǔ２捎靡韵罗r(nóng)業(yè)措施來調(diào)節(jié)土壤三相容積比例關(guān)系第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1.2土壤空氣的運(yùn)動(dòng)7．1.2.1土壤空氣對(duì)流

7．1.2.2土壤空氣擴(kuò)散7．1.2.3土壤通氣性的調(diào)節(jié)通常采用以下農(nóng)業(yè)措施來調(diào)節(jié)土壤三相容積比例關(guān)系①深耕結(jié)合施用有機(jī)肥料培育和創(chuàng)造良好的土壤結(jié)構(gòu)和耕層構(gòu)造，增加土壤總孔隙度和空氣孔隙度，改善通氣性，從根本上解決水、氣之間矛盾。②客土摻沙、摻黏改良過黏、過沙的土壤質(zhì)地，提高土壤的透氣性③雨后、灌水后及時(shí)中耕消除土壤板結(jié)，以利通氣。④灌溉結(jié)合排水利用調(diào)節(jié)土壤墑情的辦法來改善土壤通氣狀況目前采用噴灌、滴灌等先進(jìn)的灌水方法，既能節(jié)水又能改善土壤的通氣狀況。第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1.3土壤通氣性與肥力7．1.3.1影響種子萌發(fā)7．1.3.2影響根系生長和吸收功能種子萌發(fā)首先需要吸收水分和一定量的氧氣。如果土壤中O2不足，就會(huì)影響種子萌發(fā)的生化過程。種子正常發(fā)育需要O2的含量在10%以上,如果小于5%，種子萌發(fā)將受到抑制在土壤嫌氣條件下，土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)會(huì)產(chǎn)生醛類和酸類物質(zhì)也會(huì)影響和抑制種子的萌發(fā)植物的根系正常生長發(fā)育必須有一定供氧量。土壤空氣中O2含量(濃度)必須高于某一值（臨界值）低于這個(gè)濃度就會(huì)影響作物的正常生長。第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1土壤空氣狀況7.1.3土壤通氣性與肥力

7．1.3.1影響種子萌發(fā)7．1.3.2影響根系生長和吸收功能7．1.3.3影響土壤微生物活動(dòng)和養(yǎng)分狀況7．1.3.4影響植物生長的土壤環(huán)境狀況第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7．1.3.4影響植物生長的土壤環(huán)境狀況第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況7.2.1土壤熱量的來源7．2.1.1太陽輻射能7．2.1.2生物熱7．2.1.3地?zé)岬谑?，共二十八頁，編輯?023年，星期四7.2.2土壤的熱性質(zhì)7．2.2.1土壤熱容量

表7-5土壤各組成的熱容土壤組成土壤空氣土壤水分沙粒和黏粒有機(jī)質(zhì)質(zhì)量熱容（J/(g·℃)1.00484.18680.75～0.962.01容積熱容（J/(cm3·℃)0.00134.18682.05～2.432.51土壤的容積熱容量是指單位容積的土壤，在溫度升降1℃時(shí)所吸收或釋放的熱量用Cv表示，常用單位J/(cm3·℃)質(zhì)量熱容量以單位質(zhì)量土壤來計(jì)算，習(xí)慣上稱之為重量熱容或比熱重量熱容或比熱土壤的容積熱容量第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7．2.2.1土壤熱容量

7.2.2土壤的熱性質(zhì)如果用容積熱容量表示土壤熱容Cv為：Cv=CvsVs+CvwVw+CvaVa式中，Cvs、Cvw、Cva分別表示土壤固相、液相和氣相的容積熱容Vs、Vw、Va表示單位容積土壤固相、液相和氣相所占的容積第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2.2土壤的熱性質(zhì)7．2.2.2土壤導(dǎo)熱率（λ）單位溫度梯度下，單位時(shí)間通過單位面積土壤傳導(dǎo)的熱量表7-6土壤成分（10℃）和冰（0℃）的導(dǎo)熱J/(cm2·s·℃)］成分石英其他礦物平均有機(jī)質(zhì)水空氣冰導(dǎo)熱率2170.61.370.065.27．2.2.1土壤熱容量土壤導(dǎo)熱率受土壤組成的影響影響土壤導(dǎo)熱率的因素主要是土壤的松緊、土壤含水狀況以及土壤質(zhì)地等第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四影響土壤導(dǎo)熱率的因素

圖7-2干燥土壤熱傳導(dǎo)示意圖圖7-3濕潤土壤熱傳導(dǎo)示意圖第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四影響土壤導(dǎo)熱率的因素圖7-4土壤密度和含水率對(duì)導(dǎo)熱率的影響(引自Baver)圖7-5土壤質(zhì)地和含水率對(duì)導(dǎo)熱率的影響圖中括號(hào)內(nèi)為固相所占體(引自Baver)

第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2.2土壤的熱性質(zhì)

7．2.2.1土壤熱容量

7．2.2.2土壤導(dǎo)熱率7．2.2.3土壤熱擴(kuò)散率D=λ/Cv土壤熱擴(kuò)散率是指單位時(shí)間流入（或流出）單位容積土壤的一定熱量，導(dǎo)致土壤溫度升高或降低的程度常用D表示，單位J/(cm2·s)。D可用土壤容積熱容Cv和導(dǎo)熱率λ計(jì)算。一般情況下，熱擴(kuò)散率小的土壤，如干土、沙質(zhì)土等，其表層土溫易于升降，溫度變幅大，而熱擴(kuò)散率大的土壤，如濕土、黏土質(zhì)等，土溫變幅小

第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

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.2.3土壤熱量平衡狀況7.2.2土壤的熱性質(zhì)7.2.1土壤熱量的來源把太陽輻射能稱為基本熱源基本熱源：其他熱源則稱為一時(shí)性熱源。一時(shí)性熱源：一時(shí)性熱源雖然數(shù)量不大，但它在一定的情況下對(duì)調(diào)節(jié)土溫的作用是不可忽視的土壤熱量的支出主要包括土壤水分蒸發(fā)、加熱土體自身等而消耗當(dāng)表土溫度高于下層土溫時(shí)，熱量將逐漸傳入深層，稱之為正值交換正值交換：負(fù)值交換：熱量由深層傳向地表，稱之為負(fù)值交換這就是土壤中的熱量交換或熱流它事實(shí)上就是土壤熱量的收支平衡，決定著土壤熱狀況。。

第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

太陽太陽直達(dá)輻射I大氣散射云層散射云層吸收大氣吸收地面輻射E地面反射r天空輻射H逆輻射G第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四α=從地面反射的輻射能/投入地表的總輻射能R=[（I+H）-（I+H）*α]+（G-E）第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

7.2.4土壤溫度的變化7.2.2土壤的熱性質(zhì)7.2.3土壤熱量平衡狀況72.1土壤熱量的來源日變化第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

7.2.4土壤溫度的變化7.2.2土壤的熱性質(zhì)7.2.3土壤熱量平衡狀況72.1土壤熱量的來源季變化第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

7.2.4土壤溫度的變化7.2.2土壤的熱性質(zhì)7.2.3土壤熱量平衡狀況72.1土壤熱量的來源土層變化第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

7.2.5土壤溫度與肥力7.2.2土壤的熱性質(zhì)7.2.3土壤熱量平衡狀況72.1土壤熱量的來源7.2.4土壤溫度的變化土溫對(duì)作物生長發(fā)育的影響是多方面的（1）種子萌發(fā)種子發(fā)芽出苗要求適宜的土溫條件小麥、大麥和燕麥棉花、水稻和高粱1～2℃12～14℃麥類1～2℃5～6℃9～10℃15～20天6～7天4～5天（2）作物根系生長微弱生長比較活躍受到阻礙2～4℃10℃以上超過30～35℃最適土溫玉米（24）豆科（22—26）甘薯（18—19）第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2土壤熱量狀況

7.2.5土壤溫度與肥力7.2.