第七章 土壤空气和热量状况

第七章土壤空气和热量状况第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1土壤空气状况7.1.1土壤空气的组成表7-1土壤空气与大气组成比较（容积%）气体成分O2(%)CO(%)2N2(%)其他气体(%)近地面大气20.940.0378.050.98土壤空气18～20.030.15～0.6578.8～80.24—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，但也存在一些差异第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1土壤空气状况

7.1.1土壤空气的组成土壤空气中CO2的含量，通常比大气高数倍至数十倍。当施入有机肥料后，CO2含量可达2%以上。这主要是土壤微生物生命活动和植物根系呼吸作用的结果。CO2溶于水，使土壤溶液趋于酸性，有利于矿质养分的溶解和释放。但CO2浓度超过1%后，就会抑制种子萌发，延缓根系的发育因为土壤中的生物活动，土壤空气中O2含量比大气少作物生长旺季，呼吸强度大或当增施有机肥料，土壤微生物好气分解旺盛时，消耗O2和产生的CO2最多7．1.1.3土壤空气中水汽含量高于大气7．1.1.2土壤空气中的氧气低于大气7．1.1.1土壤空气中CO2含量高于大气第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1土壤空气状况

7.1.1土壤空气的组成7．1.1.3土壤空气中水汽含量高于大气7．1.1.2土壤空气中的氧气低于大气7．1.1.1土壤空气中CO2含量高于大气大气的相对湿度土壤空气的相对湿度50%～90%，99%以上只要土壤含水量在吸湿系数以上，土壤水分就会不断地蒸发土壤空气中水汽饱和程度，一般近表层小而下层较大水汽饱和对微生物活动有利7．1.1.4土壤空气中还原性气体可能高于大气

土壤通气严重不良时使土壤有机质在嫌气微生物作用下进行不彻底的分解产生还原性气体，如CH4、H2S、NH3、H2等。还原性气体产生和累积对作物产生毒害作用，还会影响土壤养分的供应和转化第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1土壤空气状况

7.1.1土壤空气的组成7．1.1.3土壤空气中水汽含量高于大气7．1.1.2土壤空气中的氧气低于大气7．1.1.1土壤空气中CO2含量高于大气7．1.1.4土壤空气中还原性气体可能高于大气

7．1.1.5土壤空气成分随时、空而变化土壤空气成分随时间而不断变化土壤空气成分随时空间而不断变化第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7．1.1.5土壤空气成分随时、空而变化7-2覆膜与裸露棉田不同生长期内土壤空气（O2、CO2）含量(容积%)深度(cm)第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7．1.1.5土壤空气成分随时、空而变化图7-1土壤剖面上O2和CO2体积含量分布示意图(引自J.Richter，1986)第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1.2土壤空气的运动7．1.2.1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7．1.2.2土壤空气扩散在分压梯度的驱动下，使气体不断从土壤中向大气扩散，也可使某种气体不断从大气向土壤空气扩散也称土壤呼吸。是土壤空气与大气主要交换机制。用费克(Fick)定律表示。即：qd=-Ddc/dx7．1.2.3土壤通气性的调节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通气性是指土壤空气与大气不断进行气体交换的能力。只有在通气性较好的土壤中，才能进行顺利的气体交换土壤通气性主要取决于通气孔隙的数量和大小要求土壤不仅要有适当的孔隙总量更重要的是要有一定的通气孔隙度通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1.2土壤空气的运动7．1.2.1土壤空气对流

7．1.2.2土壤空气扩散7．1.2.3土壤通气性的调节通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系①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，增加土壤总孔隙度和空气孔隙度，改善通气性，从根本上解决水、气之间矛盾。②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③雨后、灌水后及时中耕消除土壤板结，以利通气。④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。第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1.3土壤通气性与肥力7．1.3.1影响种子萌发7．1.3.2影响根系生长和吸收功能种子萌发首先需要吸收水分和一定量的氧气。如果土壤中O2不足，就会影响种子萌发的生化过程。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在土壤嫌气条件下，土壤微生物分解有机质会产生醛类和酸类物质也会影响和抑制种子的萌发植物的根系正常生长发育必须有一定供氧量。土壤空气中O2含量(浓度)必须高于某一值（临界值）低于这个浓度就会影响作物的正常生长。第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.1土壤空气状况7.1.3土壤通气性与肥力

7．1.3.1影响种子萌发7．1.3.2影响根系生长和吸收功能7．1.3.3影响土壤微生物活动和养分状况7．1.3.4影响植物生长的土壤环境状况第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7．1.3.4影响植物生长的土壤环境状况第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况7.2.1土壤热量的来源7．2.1.1太阳辐射能7．2.1.2生物热7．2.1.3地热第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2.2土壤的热性质7．2.2.1土壤热容量

表7-5土壤各组成的热容土壤组成土壤空气土壤水分沙粒和黏粒有机质质量热容（J/(g·℃)1.00484.18680.75～0.962.01容积热容（J/(cm3·℃)0.00134.18682.05～2.432.51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Cv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重量热容或比热土壤的容积热容量第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7．2.2.1土壤热容量

7.2.2土壤的热性质如果用容积热容量表示土壤热容Cv为：Cv=CvsVs+CvwVw+CvaVa式中，Cvs、Cvw、Cva分别表示土壤固相、液相和气相的容积热容Vs、Vw、Va表示单位容积土壤固相、液相和气相所占的容积第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2.2土壤的热性质7．2.2.2土壤导热率（λ）单位温度梯度下，单位时间通过单位面积土壤传导的热量表7-6土壤成分（10℃）和冰（0℃）的导热J/(cm2·s·℃)］成分石英其他矿物平均有机质水空气冰导热率2170.61.370.065.27．2.2.1土壤热容量土壤导热率受土壤组成的影响影响土壤导热率的因素主要是土壤的松紧、土壤含水状况以及土壤质地等第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期四影响土壤导热率的因素

图7-2干燥土壤热传导示意图图7-3湿润土壤热传导示意图第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期四影响土壤导热率的因素图7-4土壤密度和含水率对导热率的影响(引自Baver)图7-5土壤质地和含水率对导热率的影响图中括号内为固相所占体(引自Baver)

第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2.2土壤的热性质

7．2.2.1土壤热容量

7．2.2.2土壤导热率7．2.2.3土壤热扩散率D=λ/Cv土壤热扩散率是指单位时间流入（或流出）单位容积土壤的一定热量，导致土壤温度升高或降低的程度常用D表示，单位J/(cm2·s)。D可用土壤容积热容Cv和导热率λ计算。一般情况下，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

第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

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.2.3土壤热量平衡状况7.2.2土壤的热性质7.2.1土壤热量的来源把太阳辐射能称为基本热源基本热源：其他热源则称为一时性热源。一时性热源：一时性热源虽然数量不大，但它在一定的情况下对调节土温的作用是不可忽视的土壤热量的支出主要包括土壤水分蒸发、加热土体自身等而消耗当表土温度高于下层土温时，热量将逐渐传入深层，称之为正值交换正值交换：负值交换：热量由深层传向地表，称之为负值交换这就是土壤中的热量交换或热流它事实上就是土壤热量的收支平衡，决定着土壤热状况。。

第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

太阳太阳直达辐射I大气散射云层散射云层吸收大气吸收地面辐射E地面反射r天空辐射H逆辐射G第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四α=从地面反射的辐射能/投入地表的总辐射能R=[（I+H）-（I+H）*α]+（G-E）第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

7.2.4土壤温度的变化7.2.2土壤的热性质7.2.3土壤热量平衡状况72.1土壤热量的来源日变化第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

7.2.4土壤温度的变化7.2.2土壤的热性质7.2.3土壤热量平衡状况72.1土壤热量的来源季变化第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

7.2.4土壤温度的变化7.2.2土壤的热性质7.2.3土壤热量平衡状况72.1土壤热量的来源土层变化第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

7.2.5土壤温度与肥力7.2.2土壤的热性质7.2.3土壤热量平衡状况72.1土壤热量的来源7.2.4土壤温度的变化土温对作物生长发育的影响是多方面的（1）种子萌发种子发芽出苗要求适宜的土温条件小麦、大麦和燕麦棉花、水稻和高粱1～2℃12～14℃麦类1～2℃5～6℃9～10℃15～20天6～7天4～5天（2）作物根系生长微弱生长比较活跃受到阻碍2～4℃10℃以上超过30～35℃最适土温玉米（24）豆科（22—26）甘薯（18—19）第二十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期四7.2土壤热量状况

7.2.5土壤温度与肥力7.2.