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、生物化學和純化學過程產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。當施入有機肥料后，CO2含量可達2%以上。這主要是土壤微生物生命活動和植物根系呼吸作用的結果。CO2溶于水，使土壤溶液趨于酸性，有利于礦質養(yǎng)分的溶解和釋放。但CO2濃度超過1%后，就會抑制種子萌發(fā)，延緩根系的發(fā)育因為土壤中的生物活動，土壤空氣中O2含量比大氣少作物生長旺季，呼吸強度大或當增施有機肥料，土壤微生物好氣分解旺盛時，消耗O2和產生的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濕度土壤空氣的相對濕度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微生物活動有利7．1.1.4土壤空氣中還原性氣體可能高于大氣

土壤通氣嚴重不良時使土壤有機質在嫌氣微生物作用下進行不徹底的分解產生還原性氣體，如CH4、H2S、NH3、H2等。還原性氣體產生和累積對作物產生毒害作用，還會影響土壤養(yǎng)分的供應和轉化第四頁，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、空而變化土壤空氣成分隨時間而不斷變化土壤空氣成分隨時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、空而變化7-2覆膜與裸露棉田不同生長期內土壤空氣（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、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土壤空氣的運動7．1.2.1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動氣體的整體流動，也稱為質流。其流向總是由高壓區(qū)流向低壓區(qū)7．1.2.2土壤空氣擴散在分壓梯度的驅動下，使氣體不斷從土壤中向大氣擴散，也可使某種氣體不斷從大氣向土壤空氣擴散也稱土壤呼吸。是土壤空氣與大氣主要交換機制。用費克(Fick)定律表示。即：qd=-Ddc/dx7．1.2.3土壤通氣性的調節(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生對流如氣壓、溫差、降雨或灌溉和地面風力等土壤通氣性是指土壤空氣與大氣不斷進行氣體交換的能力。只有在通氣性較好的土壤中，才能進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?shù)目紫犊偭扛匾氖且幸欢ǖ耐饪紫抖韧ǔ２捎靡韵罗r業(yè)措施來調節(jié)土壤三相容積比例關系第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.1.2土壤空氣的運動7．1.2.1土壤空氣對流

7．1.2.2土壤空氣擴散7．1.2.3土壤通氣性的調節(jié)通常采用以下農業(yè)措施來調節(jié)土壤三相容積比例關系①深耕結合施用有機肥料培育和創(chuàng)造良好的土壤結構和耕層構造，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、過沙的土壤質地，提高土壤的透氣性③雨后、灌水后及時中耕消除土壤板結，以利通氣。④灌溉結合排水利用調節(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質會產生醛類和酸類物質也會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）低于這個濃度就會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地熱第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四7.2.2土壤的熱性質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質質量熱容（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℃時所吸收或釋放的熱量用Cv表示，常用單位J/(cm3·℃)質量熱容量以單位質量土壤來計算，習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7．2.2.2土壤導熱率（λ）單位溫度梯度下，單位時間通過單位面積土壤傳導的熱量表7-6土壤成分（10℃）和冰（0℃）的導熱J/(cm2·s·℃)］成分石英其他礦物平均有機質水空氣冰導熱率2170.61.370.065.27．2.2.1土壤熱容量土壤導熱率受土壤組成的影響影響土壤導熱率的因素主要是土壤的松緊、土壤含水狀況以及土壤質地等第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期四影響土壤導熱率的因素

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

7．2.2.1土壤熱容量

7．2.2.2土壤導熱率7．2.2.3土壤熱擴散率D=λ/Cv土壤熱擴散率是指單位時間流入（或流出）單位容積土壤的一定熱量，導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和導熱率λ計算。一般情況下，熱擴散率小的土壤，如干土、沙質土等，其表層土溫易于升降，溫度變幅大，而熱擴散率大的土壤，如濕土、黏土質等，土溫變幅小

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.2.3土壤熱量平衡狀況7.2.2土壤的熱性質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性熱源。一時性熱源：一時性熱源雖然數(shù)量不大，但它在一定的情況下對調節(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表土溫度高于下層土溫時，熱量將逐漸傳入深層，稱之為正值交換正值交換：負值交換：熱量由深層傳向地表，稱之為負值交換這就是土壤中的熱量交換或熱流它事實上就是土壤熱量的收支平衡，決定著土壤熱狀況。。

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太陽太陽直達輻射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.