第四章-土壤水、空气和热量(二)..

1土壤空气的组成与植物生长 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 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 5 土壤空气时空变化差异大 土壤空气组成显然不是固定不变的 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 土壤中的空气流 土壤空气运动的方式有两种 即对流和扩散 影响土壤空气运动的因素有气象 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 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 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 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 三 土壤通气性 soilaeration 一 土壤通气性的定义和指标1 土壤通气性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 2 土壤通气性指标 氧化还原电位 Eh 土壤的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 旱田 土壤的Eh为400 700mv水田 土壤的Eh为 200 400mv 二 土壤空气状况对植物生长的影响 1 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 2 影响根系生长和吸收功能土壤空气中O2浓度小于9 10 时 根系发育受影响 小于5 则绝大部分作物的根系停止发育 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 养分吸收量则相应降低 尤其对钾和氮的吸收影响较大 3 影响土壤微生物活动和养分状况土壤通气良好 O2供应充足 大多数有益微生物活动旺盛 土壤有机质分解迅速而彻底 可以释放更多的速效养分供植物吸收利用 反之 不利于向植物供应有效养分 4 影响植物生长的土壤环境状况通气良好时 土壤呈氧化状态 通气不良 土壤还原性加强 有机质分解不彻底 可能产生过多的还原性气体和有毒物质 三 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 通常采用以下农业措施来调节土壤通气状况 深耕结合施用有机肥料 培育和创造良好的土壤结构和耕层构造土壤总孔隙度和空气孔隙度 改善通气性 客土掺沙 掺黏 改良过黏 过沙的土壤质地 提高土壤的透气性 雨后 灌水后及时中耕 消除土壤板结 以利通气 灌溉结合排水 利用调节土壤墒情的办法来改善土壤通气状况 目前采用喷灌 滴灌等先进的灌水方法 既能节水又能改善土壤的通气状况 课堂测验 1 土壤空气质量的好坏关键不在其含量而于其质量 2 土壤空气和大气某些组成含量有差异 其他则是相同的 3 土壤空气是水汽饱和的 4 土壤空气中的CO2的数量是越低越好 5 土壤空气的组成是时刻变化的 6 土壤水分含量的变化导致土壤通气性的变化 7 土壤和土壤空气是矛盾的 永远无法调和的 8 在土壤通气性中 对流比扩散更重要 9 土壤Eh值主要由氧体系的氧化还原电位来决定 10 土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响 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 一 土壤热量的来源 二 生物热 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 二影响地面辐射平衡的因素 1 太阳的辐射强度 日照角越大 坡度越大 地面接受的太阳辐射越多 在中纬度地区 南坡坡地每增加一度 约相当于纬度南移100公里所产生的影响 同样 在中纬度地区 南坡比北坡接受的辐射能多 土温也比北坡高 坡度越陡 坡向的温差越大 2 地面的反射率 太阳的入射角越大 反射率越低 反之越大 土壤的颜色 粗糙程度 含水状况 植被及其他覆盖物等都影响反射率 3 地面有效辐射 影响地面有效辐射的因子有 1 云雾 水汽和风 它们能强烈吸收和反射地面发出的长波辐射 使大气逆辐射增大 因而使地面有效辐射减少 2 海拔高度 空气密度 水汽 尘埃随海拔高度增加而减少 大气逆辐射相应减少 有效辐射增大 3 地表特征 起伏 粗糙的地表比平滑表面辐射面大 有效辐射也大 4 地面覆盖 导热性差的物体如秸杆 草皮 残枝落叶等覆盖地面时 可减少地面的有效辐射 三 土壤的热量平衡 土壤热量收支平衡可用下式表示 S Q P LE R 收入 主要来源于太阳辐射能 其次是土壤微生物分解有机物释放的能量 地球内热和土壤贮水的潜能等 支出 包括土壤水分蒸发 加热土体自身等而消耗 第三节土壤热性质一 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 一般情况下 沙土的含水量比黏土小 而空气含量相对较高 故其热容一般低于黏土 所以沙土的温度容易升降 常称其为 热性土 而黏土则相反 常称之 冷性土 二 土壤导热率导热性 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 导热率 heatconductivity thermalconductivity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 土壤中各组分的导热率 固相 液相 气相 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 热扩散率小的土壤 如干土 沙质土等 其表层土温易于升降 温度变幅大 而热扩散率大的土壤 如湿土 黏土质等 土温变幅小 2 日变化 二 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 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 三 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 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 四 土壤温度的调节措施 1 根据土性合理选择种植作物冷性土宜种大豆 甜菜 马铃薯 葱蒜等作物 热性土宜种棉花 玉米 谷子 高粱 小麦等作物 冷性土春播宜晚 秋播宜早 热性土春播宜早 秋播宜迟 2 翻耕松土 3 灌溉排水夏季灌水可以降土温 排水可以提高土温 早春育秧时灌水 可以保温防寒 旱地冬前浇冻水 可起到保苗 杀虫防旱的效果 4 施用有机肥料 5 广泛采用多种措施来调控土温塑料地膜 温室栽培 阳畦 遮阴 6 喷洒土面保墒增温剂有机合成酸渣剂 天然酸喷制剂 沥青制剂 1 土壤含水量愈低 其热容量越小 导热率愈低土壤升温越快 2 灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差 3 中耕松土 可降低土壤表层土的热容量 而促进表土升温 4 一日之内土壤上下各层温度变化是同步的 5 土壤热量全部来源是太阳辐射 6 土温的变化与土壤肥力的高低无关 7 土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大 8 土壤有机质含量越高 其热容量越大 9 土壤热扩散率随含水量的增加而增加 随热容量的增大而减小 10 热扩散率表示土壤升温的难易 导热率表示是热传导的快慢 课堂测验 快速判断 思考题一 解释名词土壤呼吸气体扩散Eh土壤通气性土壤热容量土壤导热率土壤热扩散率土壤热状况二 问答题1 土壤空气的组成有何特点 2 土壤通气性