农业概论第四章-土壤空气和热量2016.4.5

1、生物与农业工程学院,第四章 土壤空气和热量状况,第一节 土壤空气状况,土壤空气的组成及其特点 土壤空气的数量 土壤空气与作物生长 土壤通气性,土壤空气中CO2含量比大气高十几倍甚至几百倍。 土壤中有机质分解释放出大量的CO2； 根系和微生物的呼吸作用释放出CO2； 土壤中碳酸盐溶解会释放出CO2。,一 土壤空气的组成和特点,1、土壤中CO2含量,2、土壤O2含量,土壤空气中O2比大气低 根系和微生物的呼吸作用需要消耗O2； 有机质的分解消耗掉O2。,一 土壤空气的组成和特点,一 土壤空气的组成和特点,3、土壤空气相对湿度(土壤水汽）,土壤空气的相对湿度比大气高 除表层干燥土壤外，土壤空气湿度一

2、般都在99%以上，处于水汽饱和状态。 大气只有在多雨季节才接近饱和。,一 土壤空气的组成和特点,4、土壤中还原性气体,土壤空气中含有较多的还原性气体。当土壤通气不良时，土壤含O2量下降，OM在微生物作用下进行厌氧分解，产生大量的还原性气体比如CH4、H2等， 大气中一般还原性气体很少。,一 土壤空气的组成和特点,5、土壤空气组成的变化性,土壤空气组成不是固定不变的，比如土壤水分、土壤微生物活性、土壤深度、土壤温度、pH、栽培措施等都会影响到土壤空气的组成。 大气的组成相对比较稳定。,一 土壤空气的组成和特点,土壤空气与大气组成的差异（容积%）,一 土壤空气的组成和特点,土壤空气的特点,土壤空气

3、的组成因土壤通气状况和土层深度而异。 土壤中CO2含量高于大气 土壤中O2含量低于大气 土壤水汽含量一般高于大气 土壤中有时有少量还原性气体CH4、H2、H2S 土壤空气成分随时间和空间变化,一 土壤空气的组成和特点,二 土壤空气的数量,以容积百分数表示，旱田一般10-20%。 土壤空气的多少取决于孔隙度和含水量。 沙土的总孔隙度小，但是通气孔隙度大，粘土相反。,(一)影响种子的萌发,种子萌发需要温度、水分、O2。O2把种子贮存的养分氧化分解，释放出能量供生命活动需要。 种子萌发要求氧浓度10%。 O2含量不足时，代谢不能正常进行，有时产生酒精，有机酸，对种子有毒害作用。,三 土壤空气与作物生

4、长,大多数作物在通气良好的土壤中，根系长、颜色浅、根毛多，吸收能力强；缺O2土壤中的根系则短而粗，颜色暗，根毛大量减少，吸收能力弱。 根系生长需要氧：氧浓度910%，生长受阻；5%时，发育停止。,(二)影响根系发育,(三)影响根系吸收功能,通气不良时，根系呼吸作用减弱，吸收养分和水分的功能降低，特别是抑制对K的吸收，依次为Ca、Mg、N、P等。 影响养分的形态和有效性（特别是多价元素，如：Fe）。,(四)影响土壤微生物的活动和养分状况,通气好微生物活动旺盛，有机养分和矿质养分释放快，固N作用强。通气性差，养分释放慢，反硝化作用变强，N损失，固N作用减弱。 土壤空气中CO2的增多，使土壤溶液中C

5、O32-和HCO3-的浓度增加，有利于土壤矿物质中的Ca、Mg、P、K等养分的释放，但过多的CO2会使O2的供应不足，抑制根系对养分的吸收。 嫌气条件下产生有机酸、H2S，对种子和植物根系有毒害作用，水稻土壤溶液H2S达0.07mg/kg，水稻枯黄，稻根发黑。,(五)影响作物抗病性,土壤通气不良，使土壤中产生还原性气体，如H2S能抑制土壤酶(细胞色素氧化酶、过氧化酶等)的活性。 缺O2时，会使土壤酸度增大，利于致病霉菌发育，使作物生长不良，抗病力下降。,四 土壤通气性,1.土壤通气性 土壤通气性指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气的能力。,2.土壤通气性产生的机制,土壤空气对流

6、指土壤空气 与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称质流。动力是风、灌溉和温度。 土壤空气扩散 指某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而产生的移动。扩散作用是土壤与大气交换的主要机制。动力是分压梯度。,四 土壤通气性,土壤呼吸：土壤空气与大气间通过气体扩散作用不断地进行着气体交换，使土壤空气得到更新的过程。（典型的气体扩散）,四 土壤通气性,3.土壤通气性对土壤肥力的影响,通气性直接影响植物的生长 种子萌发、根系呼吸、根系吸收功能 通气性影响土壤微生物活动和土壤养分的转化 通气良好，好氧微生物活动旺盛，有机质分解迅速； 通气不良，有机质分解缓慢，并产生还原性有毒物质。,四 土壤通气性,影

7、响土壤的氧化还原状况 通气良好，土壤呈氧化状态； 通气不良，土壤呈还原状态。,四 土壤通气性,四 土壤通气性,4.土壤通气性的调节措施,施用有机肥：培育良好的土壤结构和耕层构造，提高土壤的总孔隙度和通气孔隙度。 质地：改良过粘过沙的土壤质地，提高土壤的通气性。 深耕：雨后及灌水后及时耕锄，防止表层土壤板结和形成结皮。 灌溉与排水：合理灌排，调节土壤水分状况。,四 土壤通气性,土壤热量来源 土壤热性质,第二节 土壤热量,太阳辐射 生物热：有机质分解、微生物代谢、植物种子发芽 地球内热,一 土壤热量来源,二 土壤热量的影响因素,地理条件: 气候、坡向 土壤热性质: 土壤热容量 土壤导热率 土壤热扩

8、散率 植被或其他覆盖物,三 土壤热性质,（1）土壤热容量 （2）土壤导热率 （3）土壤热扩散率,土壤热容量是指单位质量或容积土壤每升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，单位为焦耳/（克度）或焦耳/（立方厘米度）。 水的热容量最大，气体热容量最小。 土壤热容量与土壤含水量有关，干土的热容量为0.2焦耳/（克度）左右，水分饱和时土壤热容量接近1焦耳/（克度） 。,1.土壤热容量,土壤热容量的影响因素 含水量愈高的土壤，提高等同温度所需的热量愈大。 农村育秧，白天放干水，晚上灌满水。 沙性土热容量比粘重土壤小 沙性土白天升温较快，通常叫“热性土”。 粘重土壤含水量高，升温较慢，称“冷性土”。,1.

9、土壤热容量,导热性,土壤导热性是指土壤从温度较高的土层向温度较低的土层传递热量的能力，导热性的大小用导热率表示。 土壤导热率()：指厚度为1cm，两端温度相差 1时，每秒钟通过1cm2土壤断面的焦耳数，单位是J/(cm2s) 导热率高，表示传递热迅速。,2.土壤导热率,土壤不同组分的导热率（J/cm2 s）,2.土壤导热率,土壤导热率的影响因素,1）当土壤干燥缺水时，土粒间的孔隙被空气占领，导热率小。当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。,2.土壤导热率,2.土壤导热率,2）导热率与土壤容重成正比。因为容重小时，土壤疏松、孔隙度高，空气含量多，所以土壤的导热率低，反之则高。,土壤热

10、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/容积热容量的比值。,上式中:为土壤导热率，CV为土壤容积热容量。,3. 土壤热扩散率（土壤导温率）,3. 土壤热扩散率（土壤导温率）,干燥的土壤，导温率小，表层温度容易升降，温度变化明显。 潮湿的土壤，导温率大，表层温度变化小，比较平稳。 因此在气温较低的早春季节，潮湿的土壤增温迟缓，需要采取排水、松土等措施，以降低土壤含水量，才有利于土壤温度的提高。,第三节 土壤温度,土壤温度的变化规律 土壤温度与土壤肥力关系 土壤温度的调节

11、措施,一 土壤温度的变化规律,土壤温度是太阳辐射平衡、土壤热量平衡和土壤热学性质共同作用的结果。 日变化规律 土壤温度会随着太阳辐射强度的周期性变化而变化，但时间上有滞后现象。 随着土层的不断加深，温度的变化幅度逐渐减弱。,一 土壤温度的变化规律,夏天晴天中午到达土面的太阳辐射能最强 在1cm深处的土壤最高温度是在14:00才出现 8cm深处最高温度出现在16:00 32cm深处00:40达到最高温 70cm以下的土层温度昼夜变化甚微,土壤温度日变化规律,一 土壤温度的变化规律,年变化规律,指一年中各个月份土壤温度的变化。通常表土温度从3月份开始回升，7、8月份达到最高点，以后又逐渐下降。 随

12、着土层深度的增加，土温的年变幅逐渐缩小，最高最低温出现的时间亦逐渐推迟。 当达到相当深度后，土壤温度则终年不变。 这一深度因地带而异，高纬度地区为25m，中纬度地区为15-20m，热带为5-10m。,一 土壤温度的变化规律,一 土壤温度的变化规律,1. 影响植物根系的生长发育 一般植物根系在2-4时开始生长，10以上生长旺盛，超过30-35生长受阻。不同植物适宜根系生长土温不同：小麦12-16、玉米24-28、豆类22-26、水稻30-35。 温度低，受冻害，呼吸作用弱，根系生长受抑制，吸收养分能力低。温度高，呼吸作用旺盛，不利碳水化合物积累，根系发生木质化至根尖，根毛区减少，降低吸收水分、养

13、分的能力。,二、土壤温度对植物生长的影响,2影响种子的发芽出苗 不同作物适宜种子萌发的温度不同，在适宜温度内，温度越高，种子萌发速度越快。小麦、大麦1-2时15-20天，5-6时6-7天，9-10时2-3天萌发；谷子萌发温度为6-7；玉米萌发温度为1012；高梁萌发温度为12-14。 3影响植物的营养生长与生殖生长 水稻，温度过低生殖生长延迟，温度过高营养生长期缩短。 4对其他肥力因素影响，间接影响植物的生长 土温影响土壤的化学、物理变化过程，影响有效养分的释放。,二、土壤温度对植物生长的影响,三 土壤温度的调节措施,翻耕松土 可以提高地温 灌溉排水 夏季灌溉可降低土温，排水可使土温升高。 施用有机肥料 有机肥料可以提高土壤的吸热量。,广泛采用多项措施调节土温 遮阴，盖塑料地膜，压紧土壤，熏烟，设风障等。 施用土面