土壤學(xué)土壤空氣和熱量狀況

關(guān)于土壤學(xué)土壤空氣和熱量狀況第一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(yùn)動(dòng)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)第二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(lái)源：

1）主要來(lái)自大氣；

2）土壤中生物、生物化學(xué)和純化學(xué)過(guò)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－第三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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第四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、土壤空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(shí)、空而變化第五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

深度/cm覆膜露地05-0107-2905-0107-29CO2O2CO2O2CO2O2CO2O20－－0.915－－0.0560.056－50.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022

覆膜和裸露棉田在不同生長(zhǎng)期內(nèi)土壤空氣含量(%)

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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第七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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(qiáng)，微生物活動(dòng)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(zhǎng)的，二者的總和維持在19~22%之間，第八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(yùn)動(dòng)第十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤空氣的運(yùn)動(dòng)1.土壤空氣運(yùn)動(dòng)的方式有兩種：

即對(duì)流和擴(kuò)散。2.影響土壤空氣運(yùn)動(dòng)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(fēng)力和降雨等。第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤空氣的運(yùn)動(dòng)3.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(chēng)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(duì)流，如氣壓、溫差、降雨或灌溉和地面風(fēng)力等。第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤空氣的運(yùn)動(dòng)4.土壤空氣擴(kuò)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(dòng)下，使C02不斷從土壤中向大氣擴(kuò)散，O2不斷從大氣向土壤空氣擴(kuò)散，這種O2從大氣進(jìn)入，而CO2從土體排出的氣體擴(kuò)散作用，亦稱(chēng)為土壤呼吸。一般認(rèn)為擴(kuò)散作用是土壤空氣與大氣進(jìn)行交換的主要機(jī)制。第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(yùn)動(dòng)三土壤通氣性第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、土壤通氣性(soilaeration)（一）、土壤通氣性的定義和指標(biāo)

土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和通氣的能力。1．靜態(tài)指標(biāo)（1）容積分?jǐn)?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第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、土壤通氣性(soilaeration)（一）、土壤通氣性的定義和指標(biāo)

土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和通氣的能力。1．靜態(tài)指標(biāo)2．土壤通氣量(soilairflux)

土壤通氣量是指在單位時(shí)間內(nèi)，單位壓力下，進(jìn)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(biāo)志著土壤通氣性好壞，通氣量大則土壤通氣性良好。第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、土壤通氣性(soilaeration)（一）、土壤通氣性的定義和指標(biāo)

土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和通氣的能力。1．靜態(tài)指標(biāo)2．土壤通氣量(soilairflux)3．土壤氧化還原電位（Eh）第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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Eｈ可以做為土壤通氣性的指標(biāo)，它指示土壤溶液中氧壓的高低，反映土壤通氣排水狀況。

第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(yùn)動(dòng)三土壤通氣性四土壤通氣性與土壤肥力第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日土壤空氣狀況對(duì)植物生長(zhǎng)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(xué)和生物化學(xué)過(guò)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(zhǎng)和吸收功能影響土壤微生物活動(dòng)和養(yǎng)分狀況影響植物生長(zhǎng)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第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

一般在通氣良好的土壤中，植物根系長(zhǎng)、顏色淺、根毛多；而缺氧則會(huì)阻礙根系伸長(zhǎng)和側(cè)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(xué)實(shí)驗(yàn)站對(duì)棉花地的觀測(cè)，結(jié)果表明：土壤空氣中O2和CO2含量維持在21%左右，O2占其中85%以上時(shí)棉花根系發(fā)育良好；當(dāng)O2占70%以上時(shí),棉花根系能正常生長(zhǎng)；而CO2占60%以上時(shí)，根系生長(zhǎng)完全停止。

第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(yùn)動(dòng)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)第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、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(jié)構(gòu)

3、通過(guò)各種耕作手段來(lái)調(diào)節(jié)土壤通性

對(duì)旱作土壤，有中耕松土，深耙勤鋤，打破土表結(jié)殼，疏松耕層等措施。

對(duì)于水田土壤，可通過(guò)落水曬田、曬垡，擱田及合理的下滲速率等措施。

第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二節(jié)土壤熱量(Soilheat)

土壤熱量最基本的來(lái)源是太陽(yáng)輻射能，還有生物熱和地?zé)帷?/p>

土壤溫度是衡量土壤熱量的尺度，反映土壤熱能獲得和散失的平衡狀況。第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日（一）太陽(yáng)的輻射能在地球大氣層的頂部測(cè)得的垂直于太陽(yáng)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(chēng)作太陽(yáng)常數(shù)，一般為1.9k/cm2/min。

99％的太陽(yáng)能包含在0.3-4.0微米的波長(zhǎng)內(nèi)，這一范圍的波長(zhǎng)通常稱(chēng)為短波輻射。當(dāng)太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層時(shí)，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(lái)源第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日（二）生物熱有機(jī)物質(zhì)分解過(guò)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(jī)質(zhì)4％的土壤，每英畝耕層有機(jī)質(zhì)的潛能為6.28×109～6.99×109KJ，相當(dāng)于20～50噸無(wú)煙煤的熱量。

（三）地球內(nèi)熱

從地球內(nèi)部的熱向地面?zhèn)鲗?dǎo)的熱能。地?zé)崾且环N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。第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量(soilheatcapacity,soilthermalcapacity)

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。

第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日土壤熱容量的分類(lèi)土壤熱容量依據(jù)單位土壤的計(jì)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(shí)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(lái)計(jì)算，習(xí)慣上稱(chēng)之為重量熱容或比熱，用C表示，常用單位J／(g·℃)。第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日不同土壤組分的熱容量第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量2、土壤導(dǎo)熱性（1）導(dǎo)熱性:

土壤具有對(duì)所吸熱量傳導(dǎo)到鄰近土層性質(zhì)，稱(chēng)為導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性大小用導(dǎo)熱率表示。（2）導(dǎo)熱率:

在單位厚度（1厘米）土層，溫差為1℃時(shí)，每秒鐘經(jīng)單位斷面（1厘米2）通過(guò)的熱量焦耳數(shù)（）。其單位是J.cm-2.s-1.℃-1。

第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤熱性質(zhì)2、土壤導(dǎo)熱性（1）導(dǎo)熱性:（2）導(dǎo)熱率:

土壤中各組分的導(dǎo)熱率:固相>液相>氣相。

影響土壤導(dǎo)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(dǎo)熱率與土溫的變化：導(dǎo)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(shí)下層熱量也不易上傳，使表層土溫下降也大，所以晝夜溫差大。而導(dǎo)熱率高的土壤，如黏質(zhì)土，土溫變幅小，晝夜溫差不大。第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

當(dāng)土壤干燥缺水時(shí)，土粒間的土壤孔隙被空氣占領(lǐng)，導(dǎo)熱率就小。當(dāng)土壤濕潤(rùn)時(shí)，土粒間的孔隙被水分占領(lǐng)，導(dǎo)熱率增大。第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤熱性質(zhì)2、土壤導(dǎo)熱性（1）導(dǎo)熱性:（2）導(dǎo)熱率:（3）土壤熱擴(kuò)散率：第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）土壤的熱擴(kuò)散率土壤熱擴(kuò)散率是指在標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)熱率/容積熱容量之比值。上式中:為土壤導(dǎo)熱率，

Cv為土壤容積熱容量。CvDl=Ｊ／（cm3.s）第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、土壤熱性質(zhì)1、土壤熱容量2、土壤導(dǎo)熱性3、土壤的吸熱性土壤對(duì)太陽(yáng)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)。第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、土壤溫度（Soiltemperature)1、土壤溫度的變化第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日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(shí)間逐漸漂移，也就是說(shuō)下層土壤溫度的變幅比上層小，并且滯后一段時(shí)間。見(jiàn)下圖第三十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日土壤溫度的變化無(wú)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。第三十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、地形地貌和土壤性質(zhì)對(duì)土溫的影響

(一）海拔高度對(duì)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(duì)土壤溫度的影響①坡地接受的太陽(yáng)輻射因坡向和坡度而不同；②不同的坡向和坡度上，土壤蒸發(fā)強(qiáng)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(jìn)早發(fā)、早熟。

（三）土壤的組成和性質(zhì)對(duì)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(shí)間的土表溫度相差2－4℃，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。第四十頁(yè)，共