第五講 土壤水、空氣和熱量

1、第四節(jié)、土壤空氣p 2.4 土壤空氣p土壤空氣是土壤的重要組成,也是土壤的肥力因素之一。p2.4.1 土壤空氣的組成p土壤組成的特點如下:p（1）土壤空氣中的二氧化碳含量比大氣高十至數(shù)百倍；p（2）土壤空氣中氧的含量低；p（3）土壤空氣中的相對濕度比大氣高；p（4）土壤空氣中有時含有還原性氣體；p（5）土壤空氣數(shù)量和組成經常處于變化之中。2.4.2 土壤通氣性p土壤通氣性泛指土壤空氣與大氣進行交換、不同土層之間氣體擴散或交換的能力。（一）土壤通氣性的重要意義p其重要性在于補充氧氣。p如果沒有大氣氧氣的補充，土壤中的氧氣將迅速被耗盡，缺氧將嚴重影響根系的正常生長，影響好氣微生物的活動，從而影響土

2、壤養(yǎng)分的有效化。一些有毒的還原性物質的累積將毒害根系，嚴重時會使植物死亡。p因此，土壤必須具有一定的通氣性。（二）土壤通氣性的機制 1、氣體擴散 指某種氣體由于分壓梯度而產生的移動。 這是土壤與大氣進行氣體交換的主要形式。 土壤呼吸: O2（大氣） 土壤 CO2（土壤） 大氣p其原理服從氣體擴散公式： F = -Ddc/dxp 式中：pF是單位時間氣體擴散通過單位面積的數(shù)量； pdc/dx是氣體濃度梯度或氣體分壓梯度；pD是擴散系數(shù)，負號表示其從氣體分壓高處向低處擴散。p由上式可知，氣體分壓梯度是引起土壤空氣擴散的主要動力。2、氣體整體流動p由于土壤空氣與大氣之間存在總壓力梯度而引起的氣體運動

3、，稱為整體流動。p溫度、氣壓、降水、灌溉水的擠壓等都可以引起氣體的整體流動。4.3 4.3 土壤空氣與作物生長的關系土壤空氣與作物生長的關系p（一）土壤空氣影響種子萌發(fā)和根系的發(fā)育p種子萌發(fā)需水分與氧氣、氧氣不足爛種；根系生長需一定氧氣，氧氣含量低不長新根，氧氣少爛根；不同作物缺氧的忍耐力不同。p（二）土壤空氣影響土壤養(yǎng)分狀況p氧氣多少影響礦化，影響?zhàn)B分供給；影響根對養(yǎng)分吸收，如玉米缺氧對養(yǎng)分吸收能力依下列次序遞減：KCaMg N P；影響?zhàn)B分存在形態(tài)，一般氧化態(tài)養(yǎng)分易被作物吸收利用。p（三）土壤空氣影響植物抗病性p通氣不良產生還原性氣體H2S、CH4、H2等會嚴重危害作物生長，CO2過多致使

4、土壤酸度增高，致使霉菌發(fā)育，植株生病4.44.4土壤通氣性的衡量p比較使用的衡量指標有二：（1）土壤氧化還原電位；（2）土壤的氣孔隙度（土壤容氣量） 土壤氧化還原狀態(tài)可直接或間接影響土壤養(yǎng)分轉化和養(yǎng)分形態(tài)及其對作物的有效性。 鐵、錳等變價金屬元素，當土壤處于氧化態(tài)時（即 土壤含水量少，呈氧化態(tài)時、有機質礦化速率較快，養(yǎng)分釋放快，不利于有機質保存。 土壤含水量多，呈還原態(tài)時、有機質礦化速率較慢，養(yǎng)分釋放慢，還原性物質積累過多，不利于植物生長。 直接測定這些物質的絕對數(shù)量十分困難，一般都通過測定土壤溶液中的氧化還原電位（）來衡量土壤的氧化還原狀況。）（還原態(tài)氧化態(tài)mvlogn59EEh04.5 4

5、.5 土壤通氣性的調節(jié)土壤通氣性的調節(jié)p土壤通氣性能取決于土壤中通氣孔隙的大小和多少。土壤通氣性能取決于土壤中通氣孔隙的大小和多少。 從植物生長對土壤環(huán)境條件的要求來看，要求從植物生長對土壤環(huán)境條件的要求來看，要求土壤土壤中孔隙大小分配適當，即能保證土壤有適量的水分，又中孔隙大小分配適當，即能保證土壤有適量的水分，又要有足夠的空氣以保證植物對水分和空氣的需求。要有足夠的空氣以保證植物對水分和空氣的需求。4.5 4.5 土壤通氣性的調節(jié)土壤通氣性的調節(jié)增施有機肥料增施有機肥料質地粘重，通氣孔隙數(shù)量不足質地粘重，通氣孔隙數(shù)量不足土壤過濕，表土板結土壤過濕，表土板結地勢低洼、地下水位過高，土壤地勢低

6、洼、地下水位過高，土壤水分過多水分過多 措施：措施：排水排水中耕、松土中耕、松土 p熱量對土壤微生物活動，植物的生長、土壤物理、熱量對土壤微生物活動，植物的生長、土壤物理、化學過程均有較大影響?；瘜W過程均有較大影響。p因此，土壤熱量是土壤肥力四大要素之一。因此，土壤熱量是土壤肥力四大要素之一。一一 土壤溫度與作物生長的關系土壤溫度與作物生長的關系一、土壤熱量的來源 太陽輻射能（主要來源）；這是土壤熱量的最主要來源，太陽輻射能（主要來源）；這是土壤熱量的最主要來源，也是地球上一切能量的最初來源，太陽輻射能是極其巨大的，也是地球上一切能量的最初來源，太陽輻射能是極其巨大的，達到地球的只是太陽總輻射

7、能的很小一部分，大約是達到地球的只是太陽總輻射能的很小一部分，大約是20億分億分之一。之一。 生物熱：微生物分解有機質是一個放熱過程，釋放出的熱生物熱：微生物分解有機質是一個放熱過程，釋放出的熱量，一部分被微生物自身利用，大部分用來提高土溫。量，一部分被微生物自身利用，大部分用來提高土溫。 地熱：地球內部的巖漿通過傳導作用達到地表熱量，地熱地熱：地球內部的巖漿通過傳導作用達到地表熱量，地熱對土壤溫度的影響極小，但地熱異常地區(qū)，比如溫泉、火山對土壤溫度的影響極小，但地熱異常地區(qū)，比如溫泉、火山口附近，地熱對土溫的影響就比較大?？诟浇?，地熱對土溫的影響就比較大。二、土壤的熱量平衡二、土壤的熱量平衡

8、 土壤熱量平衡也就指土壤熱量的收支情況。 土壤表面吸收的太陽輻射能，部分以太陽輻射形式返回大氣，部分消耗于土壤水分的蒸發(fā)，部分向下層土壤傳導，剩余的熱量用于提高土壤溫度。土壤吸收的太陽輻射能 地表輻射 水分蒸發(fā) 向下傳導 提高土溫 Q=EQ1Q2Q3 Q用于土壤增溫的熱量 Q1地表輻射損失的熱量 Q2土壤水分蒸發(fā)所消耗的熱量 Q3其它方面的熱量損失 E土壤表面獲得的太陽輻射能 在一定的地區(qū)E值一般是固定的， 所以在Q1、Q2、Q3 等方面的 支出減少，土壤溫度增加， 否則土溫下降。p土壤接受熱量后，土溫升降的速率及變化土壤接受熱量后，土溫升降的速率及變化幅度主要決定于土壤的熱性質，土壤的熱幅度

9、主要決定于土壤的熱性質，土壤的熱性質主要包括性質主要包括熱容量、導熱性與導溫性。熱容量、導熱性與導溫性。 p1 1、土壤熱容量土壤熱容量p單位重量或單位體積的土壤，溫度每升高單位重量或單位體積的土壤，溫度每升高或降低或降低1 C時所吸收或放出熱量的焦耳數(shù)時所吸收或放出熱量的焦耳數(shù)叫做土壤熱容量叫做土壤熱容量 。四、土壤熱性質p以重量為土壤計量單位時，叫重量熱容量，用C表示，單位為J/KgK。p用容積為土壤計量單位時，叫容積熱容量，用Cv表示，換算：Cv=C :土壤容重土壤容重土壤熱容量的數(shù)值，與土壤三相物質組成比例以及各相的熱容量有密切關系。土壤組成土壤空氣土壤水分砂粒和粘粒有機質重（質）量熱

10、容量J(gK)-1容積熱容量J(cm3K)-11.00480.00134.18684.18680.750.962.052.432.012.51在三相組成中，土壤水分的熱容量最大，土壤空氣的熱容量最小，礦物質和有機質的熱容量介于兩者之間（較穩(wěn)定）。土壤熱容量的大小主要取決于土壤水分，土壤愈潮濕（水多氣少），土壤熱容量大，溫度變化愈慢；土壤愈干燥（水少氣多），土壤熱容量小，土壤溫度變化愈大。2、土壤導熱率p土壤熱量由熱量高處向熱量低處傳導。土壤傳導土壤熱量由熱量高處向熱量低處傳導。土壤傳導熱量的性能即熱量的性能即土壤導熱性土壤導熱性。p導熱率是指單位溫度梯度下，單位時間通過單位導熱率是指單位溫度梯

11、度下，單位時間通過單位面積土壤傳導的熱量，單位面積土壤傳導的熱量，單位J/cm.s.土壤熱的傳導總是由土溫高處向土溫低處。土壤的導熱率也和土壤的三相物質比率有關。礦物質的導熱率最大，約為空氣導熱率100倍，其次是土壤水分，比空氣大25倍，土壤空氣的導熱率最小。影響土壤導熱率大小因素是：土壤含水量；土壤松緊度和孔隙狀況。 當土壤干燥時，孔隙被空氣所占領，導熱率就低。 當土壤濕潤時，孔隙被水所占領，導熱率增大。 土壤溫度的變化決定于土壤的土壤溫度的變化決定于土壤的導熱性和熱容量導熱性和熱容量。那么在一定的熱量供給下，能使土溫升高的快慢那么在一定的熱量供給下，能使土溫升高的快慢和難易則決定于其熱擴散

12、率。和難易則決定于其熱擴散率。 指在標準狀態(tài)下，在土層垂直方向上1cm的距離內1的溫度梯度下，每秒流入1cm2土壤截面的熱量。用K表示。土壤熱擴散土壤熱擴散率與導熱率和熱容量的關系如下：率與導熱率和熱容量的關系如下：土壤熱擴散率的大小反應土壤導熱引起土壤溫度土壤熱擴散率的大小反應土壤導熱引起土壤溫度變化性能的強弱，變化性能的強弱， K K = = C Cv v 三、土壤溫度變化三、土壤溫度變化土壤熱量基本來源是太陽輻射，由于太陽輻射有周期性的日、年變化，所以土溫也有周期性的日、年變化。（一）土壤溫度的日變化1.概念土表日間增熱和夜間冷卻所引起的土溫晝夜變化,稱土溫日變化。2.特點(1)土表溫度

13、的最高值出現(xiàn)在13-14時左右,最低值出現(xiàn)在早晨5-6點。(2)土溫的日變化幅度以表土最大，愈向深層變幅愈小，到40cm處已沒有太大的變化。(3)白天表層土溫高于底層,晚間底層土溫高于表層。 （二）土壤溫度的年變化 1.概念土溫以一年為周期的變化。2.特點(1)土表的月平均最高溫度在七月或八月，最低在一月或二月。一月(二月)至七月(八月)為升溫階段，七月(八月)至次年一月(二月)降溫階段。(2)隨著土層深度的增加,土溫的年變幅逐漸減小以至不變，最高、最低溫度的出現(xiàn)時間也逐漸推遲。 (3)在升溫階段，表土溫度高，底土溫度低，熱量由土表向下傳導；在降溫階段，則相反。四、影響土壤溫度變化的條件四、影

14、響土壤溫度變化的條件（一）影響土壤溫度變化的環(huán)境因素 1.緯度 高緯地區(qū)，由于太陽照射傾斜度大，地面上單位面積上接受太陽輻射能就少，土溫低。而在低緯度地區(qū)，太陽直射在地面上，單位面積上所接受的太陽能較多，故土溫較高。 2.地形 高山大氣流動頻繁，氣溫較平地低。原因是土壤接受輻身能雖強，但由于與大氣熱交換平衡結果，土溫仍低于平地。 3.坡向 一般南坡、東南及西南坡照射時間長，太陽高度角大，受熱多，土溫高。 4.大氣透明度 透明度好，白天地面吸收輻射能較多，土溫上升快，夜間土壤散熱也多，因此晝夜溫差大；反之，情況正好與上述相反。 5.地面覆蓋和雪覆蓋 地面有覆蓋時，土溫變化小。(原因是白天可阻止太

15、陽直接照射,夜間可減少地面散熱)。（二）影響土壤溫度變化的土壤因素 1.土壤顏色 深色土壤吸熱快，反射少，升溫快。 2.土壤質地 砂土孔隙多，熱容量和導熱率都低，故增溫冷卻劇烈，群眾稱之為“熱性土”，所以早春砂性土可較一般土地提早播種。 粘土孔隙少，熱容量和導熱率都大，故增溫冷卻緩和，群眾稱之為“冷性土”，播種必須推遲。 3.土壤松緊與孔隙狀況 疏松多孔的土壤，增溫冷卻劇烈。緊實少孔的土壤增溫冷卻緩和。四、土壤水氣熱的調控四、土壤水氣熱的調控一、土壤水、氣、熱之間的相互關系一、土壤水、氣、熱之間的相互關系1 1、土壤水、氣之間的相互關系、土壤水、氣之間的相互關系 水多氣少，水少氣多水多氣少，水

16、少氣多2 2、土壤水、熱之間的相互關系、土壤水、熱之間的相互關系 含水量高時，土壤熱容量大，土溫不易變化，穩(wěn)溫。含水量高時，土壤熱容量大，土溫不易變化，穩(wěn)溫。 3、土壤熱量與空氣之間的關系 土壤空氣的擴散率隨溫度的升高而增加，土壤溫度通過影響微生物的活動，間接地影響土壤空氣的組成。二、土壤水、氣、熱的調控（一）加強農田基本建設，改善水、氣、熱狀況（一）加強農田基本建設，改善水、氣、熱狀況（1 1）完善田間排灌系統(tǒng)）完善田間排灌系統(tǒng)（2 2）建立防護林帶）建立防護林帶（3 3）培肥土壤：改善結構，水氣并存）培肥土壤：改善結構，水氣并存 （二）合理排灌，控制水分，調節(jié)氣、熱（二）合理排灌，控制水分

17、，調節(jié)氣、熱-早春秧田早春秧田“日排夜灌日排夜灌”，有利于保溫，防止，有利于保溫，防止凍害；凍害；-炎夏炎夏“日灌夜排日灌夜排”，可降低土溫，可降低土溫-稻田管理中有稻田管理中有“淺水灌溉淺水灌溉”、“排水曬田排水曬田”等措施，有利于調節(jié)土溫，兼有調節(jié)空氣的效等措施，有利于調節(jié)土溫，兼有調節(jié)空氣的效果果（三）合理耕作、輪作、蓄水、通氣、增溫（三）合理耕作、輪作、蓄水、通氣、增溫1、深耕：、深耕： 使耕層疏松，使耕層疏松，減弱毛管作用，減弱毛管作用，增大孔隙，因此增大孔隙，因此增加透水蓄水能力，減少土壤蒸發(fā)，增加透水蓄水能力，減少土壤蒸發(fā)，改善土壤改善土壤通氣狀況，通氣狀況，降低土壤熱容量和導熱率，有利于降低土壤熱容量和導熱率，有利于土壤增溫土壤增溫2、中耕、中耕 中耕可以疏松表土，中耕可以疏松表土，切斷毛管，減少蒸發(fā)，切斷毛管，減少蒸發(fā)，有助于表土升溫有助于表土升溫3、輪作和壟作、輪作和壟作-水旱輪作，可以改善