第七章 土壤空气ppt课件

精选,1,第七章土壤空气,精选,2,土壤空气是土壤的重要组分，是土壤肥力的四个要素之一，土壤空气状况是土壤重要的物理性质。另外，土壤的通气状况对土壤发生发展也有重要的影响。,精选,3,第一节土壤空气状况,精选,4,一、土壤空气的含量土壤空气的含量一般称为空气容量，通常以单位体积中，空气所占的容积百分数表示。一般旱地要求空气容量在1015%以上，这和通气孔隙度是一致的。,精选,5,土壤空气的含量不是一个稳定的数值，因各种自然因素和人为因素的影响而变化。土壤空气存在于未被水所占据的土壤孔隙中，在孔隙度不变的情况下，土壤含水量增加，空气含量必然减少。,精选,6,由于土壤水的含量随降雨、灌溉、蒸发、蒸腾等因素不断变化，土壤空气的含量也因此而不断变化。,精选,7,在水、气这对矛盾中，水处于主导地位，水可以赶走空气，但空气一般不能排斥水，水处于优先的、支配的地位。,精选,8,另外，对于一定的土壤类型来说，尽管接受的水分是一定的，但是通过人为因素改变土壤的孔隙状况，也会极大地影响土壤空气的含量。,精选,9,二、土壤空气的组成和土壤空气的含量一样，土壤空气的组成也不是固定不变的，而是随时间、土层深度、生物的活动不断变化的。其组成特点可以归纳为6个方面。,精选,10,1、土壤空气是不连续的在一般情况下，土壤空气被分隔在大大小小的土壤孔隙中，有时被土粒所分隔，有时被水分所分隔，不象大气层中那样连成一片。,精选,11,2、土壤空气是不均匀的土壤中的空气，由于受到生物活动的影响，在各处是不均匀的，有时，各点之间的差别是很大的。,精选,12,3、土壤空气中CO2的含量远远超过大气大气中CO2的含量约为0.03%，而在土壤中可高达0.160.65%。这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化,对提供矿质养分有积极作用。,精选,13,4、土壤空气中氧气的含量总是低于大气这是生物消耗的结果，在严重时对植物根系的呼吸和好气微生物的活动都会产生不利影响，氧气供应不足在土壤中不同程度地时有发生。有人认为，土壤空气中，氧的浓度低于10%是很普遍的现象。,精选,14,表7-1土壤空气与大气组成的比较（容积%）,精选,15,5、土壤空气中的水汽含量比大气高当土壤含水量超过土壤能吸附的水量时，土壤空气总是水分饱和的。,精选,16,6、土壤空气中有少量的还原性气体当土壤空气流通严重受阻时，有一些还原性气体在土壤中积累，如CH4、H2S、H2，特殊情况下，还可能产生PH3和CS2，严重危害作物生长。,精选,17,三、土壤空气与作物生长(一)影响根系的发育大多数作物在通气良好的土壤中，根系长、颜色浅、根毛多，缺氧的根系则短而粗，颜色发黑，根毛大量减少。,精选,18,根据资料，土壤空气中O2的浓度低于910%，根系发育就要受影响，如降到5%以下，绝大部分的根系就停止发育。,精选,19,中国农业大学试验资料：土壤空气中O2和CO2的总和为土壤空气的21%时，棉花根系的生长和O2/CO2的相对比例有关。,精选,20,O2占17.85%，CO2占3.15%时，发育良好；O2占14.7%，CO2占6.3%时，能正常生长；O2降到8.42%，CO2超过12.6%时，根系就停止发育。,精选,21,通气不良时，作物根呼吸作用减弱，吸收养分和水分的功能降低，特别是对K的吸收影响最大，因而作物柔软、黄化。长期淹水时，作物死亡，在一定程度上是渴死的。,精选,22,(二)影响种子萌发种子萌发需要氧气，使种子内的营养物质进行转化和代谢活动。通气不良时，一方面影响正常的转化，另一方面却因产生了有害物质，而使种子受害(粉籽、烂种)。,精选,23,(三)影响作物的抗病性原因是O2不足，CO2过多，土壤酸度增加，适于霉菌发育；同时，由于营养不良，作物抗病能力降低。,精选,24,第二节土壤通气性,精选,25,土壤通气性(soilaeration)有两方面的含意：一是指土壤空气与大气进行交换的能力；二是指土体内部空气扩散交流的能力。,精选,26,土壤具有良好的通气性，可以通过和大气的交流，不断更新土壤空气的组成，保证足够的氧气浓度，减少有害气体的影响。,精选,27,如果土壤通气由于某种原因受阻，土壤空气中的氧在很短时间内就可能被全部消耗掉，这对作物生长是非常有害的。,精选,28,一、土壤通气的机制(一)整体交流由于土壤空气和大气之间的总压力梯度而产生的整体流动，叫作整体交流。,精选,29,1、土壤温度的变化当土温高于气温时，土壤中的空气受热上升，近地面空气由于较湿而渗入土壤孔隙中，土壤温度的昼夜变化，都能促进这种交流。,整体交流产生的原因：,精选,30,2、水分进出土壤当土壤水分含量增加时，就有更多的孔隙被水所充塞，同时把相应体积的空气排挤出土体；而当水分由于再分布或蒸腾、蒸发而降低时，大气中的新鲜空气又会进入土体的孔隙之内。,精选,31,需要注意的是，如果水分迅速进入土壤，则可能有一部分空气被封闭在土体内，成为受挤压的气泡，此时水分的进入对空气的更新作用就受到限制，同时，空气也影响水的运动和分布。,精选,32,3、大气气压的变化因地面上的风和气体流动而产生的空气机械搅动，会推动表层土壤空气的整体流动，也是造成土壤空气与大气进行整体交流的因素。,精选,33,(二)气体扩散（soilairdiffusion)气体的扩散，是由个别气体的分压梯度而产生的移动。这是土壤通气的主要机制。,精选,34,土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2的浓度不断增加，O2的浓度不断减少，因而造成CO2分压不断升高，而O2的分压则不断下降，这样，就产生了土壤空气与大气之间的CO2梯度和O2分压梯度。,精选,35,这两个梯度的方向是相反的，它们分别引起CO2不断从土壤空气中向大气扩散，同时O2不断从大气中向土壤空气中扩散。这个过程叫作土壤呼吸。,精选,36,土壤中O2和CO2的扩散，可用扩散定律来描述：dQ=DA(dp/dx)dt这个公式可以叙述为：气体的扩散量和它的分压梯度以及扩散通道的断面积成正比。,精选,37,D为扩散系数，代表气体在单位分压梯度下，单位时间内通过单位面积土体断面的气体量。,精选,38,D主要取决于土壤性质，如孔隙状况。另外，也和气体本身的性质有关。相同含水量情况下，O2的扩散系数比CO2高1.25倍；温度对扩散系数也有影响，温度越高，扩散越快。,精选,39,土壤空气中的O2和CO2也可以在溶液中扩散，但这种扩散速率要比在空气中扩散慢得多。另一方面，由于各种气体和溶解度不同，在溶液中扩散的速度也不一样，CO2要比O2快。,精选,40,在土壤中，能让气体通过的主要是未被水占据的孔隙，而且这些孔隙又是粗细不等的，气体分子在其中扩散时，往往会碰壁，需要经过曲折的道路，才能从一点运动到另一点，速度极慢。,精选,41,二、土壤通气性的指标(一)氧扩散率(OxygenDiffusionRate,ODR)1、概念每分钟内扩散到每平方厘米土层氧的克数，称为土壤的氧扩散率。,精选,42,2、测定原理和方法用铂电极作为正极，一个标准电极作为负极，把电极插入土中，铂电极上的氧被还原，产生电流，其强度和氧被还原的量成比例，而氧被还原的数量与扩散到铂电极表面的氧的速率有关，根据测得的电流，用公式计算出氧的流量。,精选,43,一般认为，ODR的数值应大于310-7410-7克/cm2min，低于210-8克/cm2min，根系生长就会受阻。,精选,44,3、存在问题铂电极的界面条件与根周围的界面条件不完全一致；受含水量影响，对水分饱和的土壤适用，较干土壤不适用；还受其他因素的影响，如土壤pH等。,精选,45,(二)土壤通气量(soilairflux)指在单位时间内，在单位压力下，进入单位体积土壤的气体总量，用ml/cm3s来表示。(三)土壤的氧化还原电位,精选,46,第三节土壤的氧化还原电位,精选,47,一、土壤通气性与氧化还原电位如果土壤通气性好，土壤空气中氧含量高，土壤溶液中氧的浓度必然较高，这就强烈地影响土壤溶液的氧化还原状况。因此，土壤通气性的好坏，可以通过氧化还原电位来衡量。,精选,48,土壤氧化还原电位是如何产生的以Fe3+、Fe2+为例：在通气良好的土壤中，土壤溶液中氧分压较高，溶液中的铁大部分呈氧化态(Fe3+)存在，只有很少一部分铁没有氧化，呈Fe2+状态。,精选,49,如果通气不好，则Fe2+的浓度增高。Fe3+和Fe2+之间的转化，可以通过铂电极反应出来。,精选,50,在土壤中插入一个铂电极，则Fe2+和铂电极接触时，就有可能将电子传给它，使电极带阴电荷，相应地，Fe2+被氧化成Fe3+；,精选,51,与此同时，土壤溶液中含有的Fe3+和铂电极接触时，则从铂电极上获取一个电子，使电极带正电荷。,精选,52,在这个体系里，铂电极的电性及电位高低，决定于电极周围土壤溶液中Fe3+/Fe2+：Eh=E0+0.059logFe3+/Fe2+Eh就是这种Fe3+/Fe2+溶液的氧化还原电位，E0称为铁体系的标准氧化还原电位。,精选,53,土壤中有许多氧化还原体系，如：Mn4+Mn2+SO4=S=NO3-NO2-NO3-N2NO3NH4+CO2CH4,精选,54,反应所有这些体系的一般公式为：n为得失电子数。,精选,55,二、影响土壤氧化还原电位的因素(一)微生物的活动微生物的活动需要氧，可能是游离态的氧，也可能是化合物中的氧。微生物活动越强烈，耗氧越多，使土壤溶液中的氧分压降低，氧化还原电位下降，这种影响在通气性差时相当显著。,精选,56,(二)易分解有机质的含量有机质的分解主要是耗氧过程，通气性一定时，土壤中易分解的有机质越多，耗氧越多，氧化还原电位就越低。,精选,57,(三)土壤中易氧化和易还原的无机物质的含量土壤中的氧化铁和硝酸盐等含量高时，可以使Eh值下降得较慢。,精选,58,(四)植物根系的代谢作用植物根系的分泌物可以直接地或间接地影响到根际的氧化还原电位，这对植物营养有特殊的意义。,精选,59,一般情况下，根区的氧化还原电位要低于其它部位，这在旱田中是正常的现象。,精选,60,对水稻来说，由于其根系有分泌氧的能力，根际的Eh值反比根外高。水稻的这个生理特征，使健壮的水稻根系的根毛表面常常包有红棕色的胶膜，这层胶膜主要是铁质的含水氧化物，对根系有一定的保护作用。,精选,61,(五)土壤的pH值土壤pH和Eh呈负相关关系，pH值上升，Eh下降。大约为pH上升一个单位，Eh下降59mv，但也有例外情况，影响因素比较复杂。,精选,62,三、氧化还原电位与土壤肥力(一)反映土壤通气状况旱地土壤在田间持水量的情况下，其氧化还原电位一般在200mv以上，多数在300400mv或500600mv。,精选,63,高于700mv，可以认为是处于完全的好气状态，这时微生物的活动有可能受水分太低的限制，有机质的矿化会受到影响。,精选,64,(二)表明土壤中养分的存在形态在pH=7的中性土壤中，当Eh降到410mv以下时，NO3-就有还原为NO2-的可能，Mn4+也会还原成Mn2+，两者的标准氧化还原电位很接近，因此土壤中NO2-和大量的Mn2+可能相伴出现。,精选,65,当Eh降到-110mv时，Fe3+会大量转变为Fe2+，这种情况在旱田比较少见。Eh再降低，到-200mv时，SO4=开始还原为S=,这种情况在水田常常发生，使稻根发黑，严重影响水稻的生长和产量。,精选,66,(三)反映土壤中微生物的活性微生物的呼吸作用是一个耗氧的过程。如果微生物活动旺盛，短期内可以消耗大量氧气，同时产生大量的CO2，这就会使土空气中的氧分压迅速下降，而土壤中氧分压的恢复需要一个过程，其长短随土壤的通气性而异。,精选,67,在通气性基本一致的条件下，比较不同土壤的Eh，可以判断土壤中生物活动的强度，Eh低的土壤，其中的微生物活动比较旺盛。,精选,68,需要注意这里的因果关系；不是Eh低使微生物活动旺盛，而是生物活动的旺盛，导致Eh降低。因此，通过测定土壤的Eh，可以了解土壤中的微生物活动状态。,精选,69,第四节土壤通气性的调节,精选,70,一、促进土壤团粒结构的形成施有机质、砂掺粘等。,精选,71,二、排水在低洼或排水不良的土壤中，或者大雨之后，土壤被水饱和，造成严重的缺氧状态。此时，要采取有效的排水方法，迅速排除多余水分，改善土壤的通气状况。,精选,72,三、耕作措施中耕松土，打破土表结壳，是行之有效的改善通气性的措施。,精选,73,四、水田烤田1、能使土