第六章土壤空气和热量状况

第六章土壤空气和热状况第一节土壤空气一、土壤空气存在状况二、土壤空气组成特点三、土壤空气的意义四、土壤通气性五、土壤通气性指标第二节土壤热状况一、土壤热量二、土壤热性质三、土壤温度第一节土壤空气soilair土壤中各种气体的总称，如N2、O2、CO2、CH4、N2O等。土壤空气的来源主要是近地表的大气，另有一部分是植物根系、土壤生物呼吸过程和土壤有机质分解过程的产物。它们一般以自由态、吸附态和溶解态存在。土壤空气的数量、组成及其更新对植物生长、土壤中的生物化学和化学过程、养分的转化及其有效性以及对环境都有重要影响。一、土壤空气存在状况1、自由态空气，存在于土壤孔隙中未被水占据的部分的气体，其容量决定于土壤孔隙度和含水量，成分主要是N2、O2、CO2和水汽，在通气严重受阻时，土壤处于嫌气微生物活动的控制之下，会出现还原性气体，如H2S、CH4等。2、吸附态空气，吸附在土壤颗粒表面的气体，其容量决定于土壤颗粒的比表面、气体分子结构和压力与温度，主要是二氧化碳，其次是氧气，最多的是水汽。3、溶解态空气，溶解于土壤溶液中的气体，其容量决定于气体分压、温度和气体成分的溶解度。如NH3、H2S和CO2溶解度较高，N2、H2较低。二、土壤空气组成特点1、与大气相比，氧气含量较低，二氧化碳含量较高。2、在渍水土壤中，还有一定数量的还原性气体，如甲烷、硫化氢、氢气等。3、土壤空气组成不是固定不变的，随着季节、昼夜、土壤深度、土壤含水量、作物种类及其生长期的不同而变化。4、土壤空气的水汽含量高，常处于水汽饱和状态。气体O2(%)CO2(%)N2(%)其他气体(%)近地表大气20.940.0378.050.98土壤空气18.0-20.030.15-0.6578.8-80.240.98三、土壤空气的意义1、土壤形成发育，二氧化碳溶于土壤溶液变为碳酸，使土壤中碳酸盐类溶解，增加了土壤溶液中钙、镁、钾、钠、铁、锰，为植物增长提供了养分，促进了他们的移动。2、土壤空气影响着土壤微生物的活动，从而对土壤有机质的分解和植物营养物质的转化及其生物有效性产生影响。3、由于氧的作用，可氧化土壤中某些矿物，如硫铁矿变为溶解态的硫酸铁，亚铁和亚锰变为高价铁锰化合物。4、植物生长发育植物从种子发芽到成熟都需要有足够的土壤空气，块茎类植物对土壤空气要求高于一般植物，种子发芽需要土壤空气中氧的含量10%以上，低于0.5%种子不发芽，对于ODR临界值要求15×18-8—25×18-8克/厘米2.分的范围。四、土壤通气性（一）土壤空气对流土壤与大气间由总压力梯度造成的气体整体流动。（二）土壤空气扩散soilairdiffusion土壤中气体分子因浓度梯度或分压不同而产生的移动。扩散是土壤通气的主要机制。F：土壤气通量（soilairflux),单位时间内，通过单位土壤截面的气体量。D：扩散系数diffusioncoefficient，符号表示从气体分压高处向低处扩散。de/dx：气体浓度梯度，或气体分压梯度dxdcDF土壤气体扩散示意图五、土壤通气性指标1、土壤呼吸强度:单位时间内，单位面积土壤上由土壤扩散出来的CO2量。2、氧气扩散率ODR(oxygendiffusionrate）单位时间通过单位土壤截面扩散的氧的质量。微克/厘米2.分钟3、土壤通气孔隙度soilairporosity4、土壤氧化还原电位Eh由土壤溶液中氧化态物质和还原态物质相对比例变化而产生的电位。Eh是土壤通气性指标。大于400mv为氧化态，通气好。五、土壤通气性指标土壤通气性测定土壤通气性造成的土壤剖面分异第二节土壤热状况一、土壤热量soilheat（一）土壤热量来源太阳辐射、生物热、地球内热（二）土壤热量消耗土壤水分蒸发、给近地面空气升温、向地下传递热通量：单位面积单位时间内垂直通过的热量。J/cm2.min二、土壤热性质土壤热性质包括土壤热容量、导热率和导温率，决定着土壤热量和温度变化的程度、热量传导的速度和深度。（一）土壤热容量soilheatcapacity，分为质量热容量和容积热容量1、质量热容量massheatcapacity是指单位质量土壤的温度升高1℃所需的热量（焦/克.度），也叫土壤比热2、容积热容量volumeheatcapacity是指单位容积土壤的温度升高1℃所需的热量（焦/厘米3.度）土壤容积热容量=土壤重量热容量×容重土壤矿物质的质量热容量为0.71-1.09焦/克.度,平均为0.84水的热容量最大，容积热容量为空气的千倍各种土壤组分的密度和热容量土壤物质的热容量heatcapacity土壤组成物质密度（克/厘米3）质量热容量（焦/克.度）容积热容量（焦/厘米3.度）土壤矿质2.60-2.700.71-1.091.93土壤有机质1.301.932.51土壤固相2.650.842.22水1.04.194.19空气0.00121.000.0013二、土壤热性质（二）土壤导热率soilheatconductivity单位温度梯度下，单位时间通过单位土壤截面的热量。焦/厘米2/.秒.度导热率高的土壤，热量易于在上下土层间传递，上下土层土温变化小；导热率低的土壤，地表温度高。水的导热率比空气大20多倍，所以，湿土导热比干土快。土壤物质导热率heatconductivity土壤成分导热率土壤质地风干土水分饱和土壤土壤矿物质0.017-0.021粗砂土0．0020．017土壤有机质0.0008-0.0025细砂土0．00190．016水0.0055-0.0059砂壤土0．001930．013空气0.00023-0.00024壤土0．001390．0088二、土壤热性质（三）土壤导温率soiltemperatureconductivity也叫土壤热扩散率，单位温度梯度下，单位时间流入单位土壤截面热量使单位容积土壤发生的温度变化。土壤导温率=土壤导热率/土壤容积热容量土壤含水量与土壤导热率和导温率00.10.20.30.40.50.60.702.55101520土壤含水量导热率、导温率导温率导热率三、土壤温度soiltemperature土壤温度对土壤理化性质、土壤过程、生物化学过程、植物生命活动等都有重要影响。（一）土壤温度与作物生长1、土温与种子发芽、出苗2、土温与植物根系生长3、土温与作物的生理过程（二）土壤温度状况soiltemperatureregime土体中温度的分布及其动态变化（三）影响土壤温度变化的因素气象因素、土壤性质、位置、土面覆盖情况、（四）土壤温度的调节农田基本建设、耕作、灌水排水、覆盖、第六章思考题1、土壤空气组成有哪些特点？2、土壤空气在土壤形成和植物生长上有什么意义？3、什么是土壤热容量？影响土壤热容量的主要因素是什么？4、土壤温度从哪些方面影响作物生长？如何对土壤温度进行调节？5、名词：土壤气通量、ODR、土壤呼吸强度、Eh、导热率、导温率