土壤學土壤空氣和熱量狀況課件

1、第 五 章 土壤空氣和熱量狀況 第五章土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤空氣一土壤空氣的組成二土壤空氣的運動三土壤通氣性 四 土壤通氣性與土壤肥力五土壤通氣性的調(diào)節(jié) 第一節(jié) 土壤空氣一、土壤空氣的組成與變化 土壤空氣與大氣組成的比較（容積%） 第五章 土壤空氣和熱量土壤空氣的來源：1）主要來自大氣；2）土壤中生物、生物化學和純化學過程產(chǎn)生的氣體。氣 體O2CO2N2其他氣體近地面的大氣20.940.0378.050.98土 壤 空 氣18.0-20.030.15-0.6578.8-80.24 第一節(jié) 土壤空氣一、土壤空氣的組成與變化1、土壤空氣和近地面大氣空氣組成的差異 第五章 土壤空氣和熱量1、土壤空

2、氣和近地面大氣空氣組成的差異1）土壤空氣中的CO2含量高于大氣2）土壤空氣中的O2含量低于大氣3）土壤空氣中的水汽含量一般高于大氣4）土壤空氣中含有較高量的還原性氣體5）土壤空氣成分隨時、空而變化深度/cm覆 膜露 地05-0107-2905-0107-29CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.9150.0560.05650.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.50

3、6200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022 覆膜和裸露棉田在不同生長期內(nèi)土壤空氣含量(%) 第一節(jié) 土壤空氣一、土壤空氣的組成與變化1、土壤空氣和近地面大氣空氣組成的差異2、土壤空氣的變化規(guī)律 第五章 土壤空氣和熱量2、土壤空氣的變化規(guī)律：1）隨著土層深度的增加，土壤空氣

4、中CO2含量增大，O2含量減少2）氣溫和土溫升高，根系呼吸加強，微生物活動加快，土壤空氣中CO2含量增加，夏季CO2含量最高； 3）覆膜田塊的CO2含量明顯高于未覆稻草原露地，而O2則反之 4）土壤空氣中的CO2和O2的含量是相互消長的，二者的總和維持在1922%之間， 第五章土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤空氣一土壤空氣的組成二土壤空氣的運動二、 土壤空氣的運動1. 土壤空氣運動的方式有兩種： 即對流和擴散。2. 影響土壤空氣運動的因素 有氣象因素、土壤性質(zhì)及農(nóng)業(yè)措施，氣象因素主要有氣溫、氣壓、風力和降雨等。二、 土壤空氣的運動3. 土壤空氣對流 土壤空氣對流是指土壤與大氣間由總壓力梯度驅(qū)動氣體的整

5、體流動，也稱為質(zhì)流。 其流向總是由高壓區(qū)流向低壓區(qū)。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)生對流，如氣壓、溫差、降雨或灌溉和地面風力等。二、 土壤空氣的運動4. 土壤空氣擴散 土壤空氣組成中，C02的濃度高于大氣，O2的濃度低于大氣，使之分別產(chǎn)生了CO2和O2的分壓差，在分壓梯度的驅(qū)動下，使C02不斷從土壤中向大氣擴散，O2不斷從大氣向土壤空氣擴散，這種O2從大氣進入，而CO2從土體排出的氣體擴散作用，亦稱為土壤呼吸。一般認為擴散作用是土壤空氣與大氣進行交換的主要機制。 第五章土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤空氣一土壤空氣的組成二土壤空氣的運動三土壤通氣性三、 土壤通氣性(soil a

6、eration) （一）、土壤通氣性的定義和指標 土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴散和通氣的能力。 1靜態(tài)指標 （1）容積分數(shù)或充氣孔隙度 （2）土壤的空氣組成 （CO2和O2等的含量） 取樣的代表性不十分確定 三、 土壤通氣性(soil aeration) （一）、土壤通氣性的定義和指標 土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴散和通氣的能力。 1靜態(tài)指標2土壤通氣量(soil air flux) 土壤通氣量是指在單位時間內(nèi)，單位壓力下，進入單位體積土壤中的氣體總量（CO2和O2），常用單位是毫升 厘米-2 秒-1。土壤通氣量的大小標志著土壤通

7、氣性好壞，通氣量大則土壤通氣性良好。三、 土壤通氣性(soil aeration) （一）、土壤通氣性的定義和指標 土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴散和通氣的能力。 1靜態(tài)指標2土壤通氣量(soil air flux)3土壤氧化還原電位（Eh）3土壤氧化還原電位（Eh）土壤的Eh取決于土壤溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度比，而后者又主要取決于土壤中的氧氣壓或溶解態(tài)氧的濃度，這就直接與土壤通氣性相聯(lián)系。因此E可以做為土壤通氣性的指標，它指示土壤溶液中氧壓的高低，反映土壤通氣排水狀況。 第五章土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤空氣一土壤空氣的組成二土壤空氣的運動三土壤通氣性 四 土

8、壤通氣性與土壤肥力土壤空氣狀況對植物生長的影響 土壤空氣狀況是土壤肥力的重要因素之一。不僅 影響作物根系的發(fā)育和吸收能力，還影響土壤中的化學和生物化學過程、養(yǎng)分的形態(tài)及供肥能力。影響種子萌發(fā) 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。影響根系生長和吸收功能影響土壤微生物活動和養(yǎng)分狀況影響植物生長的土壤環(huán)境狀況影響植物的抗病性 四、土壤通氣性與土壤肥力 一般在通氣良好的土壤中，植物根系長、顏色淺、根毛多；而缺氧則會阻礙根系伸長和側根萌生，根系短而粗，顏色暗，根毛大量減少。 據(jù)北京農(nóng)業(yè)大學實驗站對棉花地的觀測，結果表明：土壤空氣中O2和CO2含量維持在21%左右，O2占

9、其中85%以上時棉花根系發(fā)育良好；當O2占70%以上時,棉花根系能正常生長；而CO2占60%以上時，根系生長完全停止。 第五章土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤空氣一土壤空氣的組成二土壤空氣的運動三土壤通氣性 四 土壤空氣與土壤肥力五土壤通氣性的調(diào)節(jié)五、 土壤通氣性的調(diào)節(jié)1、調(diào)節(jié)土壤水分含量 2、改良土壤結構 3、通過各種耕作手段來調(diào)節(jié)土壤通性 對旱作土壤，有中耕松土，深耙勤鋤，打破土表結殼，疏松耕層等措施。 對于水田土壤，可通過落水曬田、曬垡，擱田及合理的下滲速率等措施。 第二節(jié) 土壤熱量(Soil heat) 土壤熱量最基本的來源是太陽輻射能，還有生物熱和地熱 。 土壤溫度是衡量土壤熱量的尺度，反映

10、土壤熱能獲得和散失的平衡狀況。（一）太陽的輻射能在地球大氣層的頂部測得的垂直于太陽光下一平方厘米的黑體表面在一分鐘內(nèi)吸收的輻射能常數(shù)，稱作太陽常數(shù)，一般為1.9k/cm2/min。 99的太陽能包含在0.3-4.0微米的波長內(nèi)，這一范圍的波長通常稱為短波輻射。當太陽輻射通過大氣層時，其熱量一部分被大氣吸收散射，一部分被云層和地面反射，土壤吸收其中的一少部分。 HIEa一、土壤熱量的來源（二）生物熱有機物質(zhì)分解過程中釋放出的熱量，一部分被微生物利用，大部分用于提高土溫。 據(jù)估算，含有機質(zhì)4的土壤，每英畝耕層有機質(zhì)的潛能為6.281096.99109KJ，相當于2050噸無煙煤的熱量。 （三）地球

11、內(nèi)熱 從地球內(nèi)部的熱向地面?zhèn)鲗У臒崮?。地熱是一種重要的地下資源。尤其是在一些異常地區(qū)，如火山口附近、有溫泉之地。二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量(soil heat capacity,soil thermal capacity) 土壤熱容量是指單位質(zhì)量（重量）或容積的土壤每升高（或降低）1所需要（或放出的）熱量。 土壤熱容量的分類土壤熱容量依據(jù)單位土壤的計量形式(容積或質(zhì)量)不同，分為容積熱容量和質(zhì)量熱容量。土壤的容積熱容量：是指單位容積的土壤，在溫度升降1時所吸收或釋放的熱量，用C表示，常用單位J(cm3)。質(zhì)量熱容量：以單位質(zhì)量土壤來計算，習慣上稱之為重量熱容或比熱，用C表示，常用單位J(g)

12、。不同土壤組分的熱容量二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量2、土壤導熱性（1）導熱性: 土壤具有對所吸熱量傳導到鄰近土層性質(zhì)，稱為導熱性。導熱性大小用導熱率表示。（2）導熱率: 在單位厚度（1厘米）土層，溫差為1時，每秒鐘經(jīng)單位斷面（1厘米2）通過的熱量焦耳數(shù)（）。其單位是J.cm-2.s-1.-1。 二、土壤熱性質(zhì)2、土壤導熱性（1）導熱性:（2）導熱率: 土壤中各組分的導熱率:固相液相氣相。 影響土壤導熱率的主要因素: 土壤的松緊、土壤含水狀況、土壤質(zhì)地。 土壤導熱率與土溫的變化： 導熱率低的土壤，如干燥的沙土，白天收入的熱量不易下傳，使受熱的表層土溫升高較快，夜間降溫時下層熱量也不易上傳，使表層

13、土溫下降也大，所以晝夜溫差大。而導熱率高的土壤，如黏質(zhì)土，土溫變幅小，晝夜溫差不大。 當土壤干燥缺水時，土粒間的土壤孔隙被空氣占領，導熱率就小。當土壤濕潤時，土粒間的孔隙被水分占領，導熱率增大。二、土壤熱性質(zhì)2、土壤導熱性（1）導熱性:（2）導熱率:（3）土壤熱擴散率：（3）土壤的熱擴散率 土壤熱擴散率 是指在標準狀況下，在土層垂直方向上每厘米距離內(nèi)，1的溫度梯度下，每秒流入1cm2土壤斷面面積的熱量，使單位體積（1cm3）土壤所發(fā)生的溫度變化。其大小等于土壤導熱率/容積熱容量之比值。上式中:為土壤導熱率， Cv為土壤容積熱容量。CvDl=（cm3.s）二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量2、土壤導熱

14、性3、土壤的吸熱性 土壤對太陽輻射能吸收的能力。4、土壤散熱性是土壤向大氣散失熱量的性質(zhì)。三、土壤溫度（Soil temperature)1、土壤溫度的變化土壤溫度的變化均質(zhì)土壤的土壤溫度的理想日變化。在相繼的每一深度，溫度峰是衰減的，并且隨時間逐漸漂移，也就是說下層土壤溫度的變幅比上層小，并且滯后一段時間。見下圖土壤溫度的變化無冰凍地區(qū)土壤溫度剖面隨季節(jié)的變化：表層土溫隨季節(jié)的變幅要大于下層土壤，土層越深土溫變幅越小。此外，下層土溫的季節(jié)變化較上層有明顯滯后。2、地形地貌和土壤性質(zhì)對土溫的影響 (一）海拔高度對土壤溫度的影響 在山區(qū)隨著高度的增加，土溫還是比平地的土溫低。 （二）坡向與坡度對

15、土壤溫度的影響 坡地接受的太陽輻射因坡向和坡度而不同； 不同的坡向和坡度上，土壤蒸發(fā)強度不一樣，土壤水和植物覆蓋度有差異，土溫高低及變幅也就迥然不同。南坡的土壤溫度和水分狀況可以促進早發(fā)、早熟。 （三）土壤的組成和性質(zhì)對土壤溫度的影響 土壤顏色深的，吸收的輻射熱量多，紅色、黃色的次之，淺色的土壤吸收的輻射熱量小而反射率較高。在極端情況下，土壤顏色的差異可以使不同土壤在同一時間的土表溫度相差24，園藝栽培中或農(nóng)作物的苗床中，有的在表面覆蓋一層爐碴、草木灰或土雜肥等深色物質(zhì)以提高土溫。3、土壤溫度與肥力種子發(fā)芽出苗要求適宜的土溫條件。土溫對作物根最生長的關系很密切。一般根系在24時開始微弱生長，1

16、0以上根生長比較活躍，土溫超過：3035 時根系生長便受到阻礙。夏季土溫過高，常使根系組織加速成熟，甚至發(fā)生“燒根”現(xiàn)象或幼莖“燒傷”現(xiàn)象。冬季土溫過低易產(chǎn)生凍害，并影響作物根系對水肥的吸收。 適宜的土溫能夠促進作物的營養(yǎng)生長和生殖生長。各種作物營養(yǎng)生長最旺盛時期所要求的土溫：小麥為1620 ，冬小麥為1216 ，玉米為2428，棉花為2535。大多數(shù)土壤微生物在1540范圍內(nèi)最活躍。土溫過高或過低，其活動均受到抑制，并且影響土壤中有機質(zhì)的礦質(zhì)化和腐殖化過程。硝化細菌和氮化細菌在土溫2830時最活躍。四、土壤溫度的調(diào)節(jié)(1)根據(jù)土性合理選擇種植作物 冷性土宜種大豆、甜菜、馬鈴薯、蔥蒜等作物。熱性土宜種棉花、玉米、谷子、高粱、小麥等作物。冷性土春播宜晚、秋播宜早。熱性土春播宜早、秋播宜遲。(2)翻耕松土 (3)灌溉排水 夏季灌水可以降土溫，排水可以提高土溫。早春育秧時灌水、可以保溫防寒；旱地冬前澆凍水、可起到保苗、殺蟲防旱的效