第五章土壤空气和热量状况.ppt

第五章土壤空气和热量状况 第五章土壤空气和热量 第一节土壤空气 一土壤空气的组成二土壤空气的运动三土壤空气与土壤肥力 第一节土壤空气 一 土壤空气的组成与变化 土壤空气与大气组成的比较 容积 第五章土壤空气和热量 土壤空气主要来自大气 少量是土壤中生物 生物化学和纯化学过程产生的气体 故土壤空气与大气的组成基本相近 也存在些差异 土壤空气和进地面大气空气组成的差异 1 土壤空气中的CO2含量高于大气2 土壤空气中的O2含量低于大气3 土壤空气中的水汽含量一般高于大气大气的相对湿度通常只有50 90 而土壤空气的相对湿度大多是近饱和的 99 以上 4 土壤空气中含有较高量的还原性气体 CH4等 土壤空气组成显然不是固定不变的 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 土壤空气的变化规律 随着土层深度的增加 土壤空气中CO2含量增大 O2含量减少 无论在膜地或露地均是如此 气温和土温升高 根系呼吸加强 微生物活动加快 土壤空气中CO2含量增加 夏季CO2含量最高 覆膜田块的CO 2含量明显高于未覆稻草原露地 而O2则反之 土壤空气中的CO2和O2的含量是相互消长的 二者的总和维持在19 22 之间 土壤空气成分随时 空而变化 CO2含量随土层加深而增加 O2则相应减少 冬季表土CO2含量最少 开春后根系呼吸加强 微生物活动加快 CO2含量增加 到夏季最高 二 土壤空气运动 土壤空气运动的方式有两种 即对流和扩散 1 土壤空气对流土壤空气对流是指土壤与大气间由总压力梯度驱动气体的整体流动 也称为质流 其流向总是由高压区流向低压区 很多因素引起土壤与大气间的压力差 而使土壤空气与大气产生对流 如气压 温差 降雨或灌溉和地面风力等 2 土壤空气扩散土壤空气组成中 C02的浓度高于大气 O2的浓度低于大气 使之分别产生了CO2和O2的分压差 在分压梯度的驱动下 使C02不断从土壤中向大气扩散 O2不断从大气向土壤空气扩散 这种O2从大气进入 而CO2从土体排出的气体扩散作用 亦称为土壤呼吸 一般认为扩散作用是土壤空气与大气进行交换的主要机制 3 影响土壤空气运动的因素有气象因素 土壤性质及农业措施 气象因素主要有气温 气压 风力和降雨等 三 土壤通气性 soilaeration 一 土壤通气性的定义和指标土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力 1 静态指标 1 容积分数或充气孔隙度 2 土壤的空气组成 CO2和O2等的含量 取样的代表性不十分确定 三 土壤通气性 soilaeration 一 土壤通气性的定义和指标土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力 1 静态指标 三 土壤通气性 soilaeration 一 土壤通气性的定义和指标土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力 1 静态指标 3 土壤氧化还原电位 Eh 3 土壤氧化还原电位 Eh 土壤的Eh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的浓度比 而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶解态氧的浓度 这就直接与土壤通气性相联系 因此Eh可以做为土壤通气性的指标 它指示土壤溶液中氧压的高低 反映土壤通气排水状况 土壤空气状况对植物生长的影响 土壤空气状况是土壤肥力的重要因素之一 不仅影响作物根系的发育和吸收能力 还影响土壤中的化学和生物化学过程 养分的形态及供肥能力 影响种子萌发种子正常发育需要O2的含量在10 以上 如果小于5 种子萌发将受到抑制 影响根系生长和吸收功能影响土壤微生物活动和养分状况影响植物生长的土壤环境状况 四 土壤空气与土壤肥力 一般在通气良好的土壤中 植物根系长 颜色浅 根毛多 而缺氧则会阻碍根系伸长和侧根萌生 根系短而粗 颜色暗 根毛大量减少 据北京农业大学实验站对棉花地的观测 结果表明 土壤空气中O2和CO2含量维持在21 左右 O2占其中85 以上时棉花根系发育良好 当O2占70 以上时 棉花根系能正常生长 而CO 2占60 以上时 根系生长完全停止 五 土壤通气性的调节 1 调节土壤水分含量 2 改良土壤结构 3 通过各种耕作手段来调节土壤通性 对旱作土壤 有中耕松土 深耙勤锄 打破土表结壳 疏松耕层等措施 对于水田土壤 可通过落水晒田 晒垡 搁田及合理的下渗速率等措施 第二节土壤热量 Soilheat 土壤热量最基本的来源是太阳辐射能 还有生物热和地热 土壤温度是衡量土壤热量的尺度 反映土壤热能获得和散失的平衡状况 一 太阳的辐射能在地球大气层的顶部测得的垂直于太阳光下一平方厘米的黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数 称作太阳常数 一般为1 9k cm2 min 99 的太阳能包含在0 3 4 0微米的波长内 这一范围的波长通常称为短波辐射 当太阳辐射通过大气层时 其热量一部分被大气吸收散射 一部分被云层和地面反射 土壤吸收其中的一少部分 一 土壤热量的来源 二 生物热 有机物质分解过程中释放出的热量 一部分被微生物利用 大部分用于提高土温 据估算 含有机质4 的土壤 每英亩耕层有机质的潜能为6 28 109 6 99 109KJ 相当于20 50吨无烟煤的热量 三 地球内热 从地球内部的热向地面传导的热能 地热是一种重要的地下资源 尤其是在一些异常地区 如火山口附近 有温泉之地 二 土壤热性质1 土壤热容量 soilheatcapacity soilthermalcapacity 土壤热容量是指单位质量 重量 或容积的土壤每升高 或降低 1 所需要 或放出的 热量 土壤热容量的分类 土壤热容量依据单位土壤的计量形式 容积或质量 不同 分为容积热容量和质量热容量 土壤的容积热容量 是指单位容积的土壤 在温度升降1 时所吸收或释放的热量 用C 表示 常用单位J cm3 质量热容量 以单位质量土壤来计算 习惯上称之为重量热容或比热 用C表示 常用单位J g 不同土壤组分的热容量 二 土壤热性质 2 土壤导热率 1 导热性 土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质 称为导热性 导热性大小用导热率表示 2 导热率 在单位厚度 1厘米 土层 温差为1 时 每秒钟经单位断面 1厘米2 通过的热量焦耳数 其单位是J cm 2 s 1 1 二 土壤热性质 2 土壤导热率 1 导热性 2 导热率 土壤中各组分的导热率 固相 液相 气相 影响土壤导热率的主要因素 土壤的松紧 土壤含水状况 土壤质地 土壤导热率与土温的变化 导热率低的土壤 如干燥的沙土 白天收入的热量不易下传 使受热的表层土温升高较快 夜间降温时下层热量也不易上传 使表层土温下降也大 所以昼夜温差大 而导热率高的土壤 如黏质土 土温变幅小 昼夜温差不大 当土壤干燥缺水时 土粒间的土壤孔隙被空气占领 导热率就小 当土壤湿润时 土粒间的孔隙被水分占领 导热率增大 三 土壤的热扩散率土壤热扩散率是指在标准状况下 在土层垂直方向上每厘米距离内 1 的温度梯度下 每秒流入1cm2土壤断面面积的热量 使单位体积 1cm3 土壤所发生的温度变化 其大小等于土壤导热率 容积热容量之比值 上式中 为土壤导热率 Cv为土壤容积热容量 三 土壤温度 Soiltemperature 1 土壤温度的季节或月变化 土壤温度的变化 均质土壤的土壤温度的理想日变化 在相继的每一深度 温度峰是衰减的 并且随时间逐渐漂移 也就是说下层土壤温度的变幅比上层小 并且滞后一段时间 见下图 土壤温度的日变化 无冰冻地区土壤温度剖面随季节的变化 表层土温随季节的变幅要大于下层土壤 土层越深土温变幅越小 此外 下层土温的季节变化较上层有明显滞后 三 地形地貌和土壤性质对土温的影响 一 海拔高度对土壤温度的影响在山区随着高度的增加 土温还是比平地的土温低 二 坡向与坡度对土壤温度的影响 坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同 不同的坡向和坡度上 土壤蒸发强度不一样 土壤水和植物覆盖度有差异 土温高低及变幅也就迥然不同 南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发 早熟 三 土壤的组成和性质对土壤温度的影响土壤颜色深的 吸收的辐射热量多 红色 黄色的次之 浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高 在极端情况下 土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相差2 4 园艺栽培中或农作物的苗床中 有的在表面覆盖一层炉碴 草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温 土壤温度与肥力 种子发芽出苗要求适宜的土温条件 土温对作物根最生长的关系很密切 一般根系在2 4 时开始微弱生长 10 以上根生长比较活跃 土温超过 30 35 时根系生长便受到阻碍 夏季土温过高 常使根系组织加速成熟 甚至发生 烧根 现象或幼茎 烧伤 现象 冬季土温过低易产生冻害 并影响作物根系对水肥的吸收 适宜的土温能够促进作物的营养生长和生殖生长 各种作物营养生长最旺盛时期所要求的土温 小麦为16 20 冬小麦为12 16 玉米为24 28 棉花为25 35 大多数土壤微生物在15 40 范围内最活跃 土温过高或过低 其活动均受到抑制 并且影响土壤中有机质的矿质化和腐殖化过程 硝化细菌和氮化细菌在土温28 30 时最活跃 土壤温度的调节 1 根据土性合理选择种植作物冷性土宜种大豆 甜菜