植物生長的水、空氣和熱量環(huán)境分析

第三章植物生長的水、氣、熱環(huán)境第一節(jié)土壤水分第二節(jié)土壤空氣和熱量第一節(jié)土壤水所有的水只有進(jìn)入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；

土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實(shí)際上是指在105℃溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。土壤水的重要性：一、土壤水的類型及性質(zhì)一、土壤水分類型及其性質(zhì)二、土壤水分的數(shù)量概念三、土壤水分的有效性吸濕水膜狀水毛管水重力水（形態(tài)觀點(diǎn)）一、土壤水分類型及性質(zhì)依土壤水分所受的力的作用劃分類型吸附水：土壤顆粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周圍的水分最大吸濕量：干土在近于水汽飽和的大氣中吸附水汽，并在土粒表面凝結(jié)成液態(tài)水的數(shù)量。定義：干燥土粒從空氣（土壤、大氣）中吸附的氣態(tài)水機(jī)制：表面能（表面分子引力:>31×105

Pa）水分常數(shù)1、土壤吸濕水

它所受土粒表面的吸附力很強(qiáng)，不能流動(dòng)；

因?yàn)樗艿奈h(yuǎn)大于植物根的吸水力(平均為1520kPa),植物無法吸收利用，屬于土壤水中的無效水，對(duì)生產(chǎn)的直接意義不大。

特點(diǎn)2.土壤膜狀水定義：土壤顆粒借助吸附力吸附在吸濕水外圍的連續(xù)液態(tài)水膜稱為土壤膜狀水機(jī)制：表面能（表面分子引力:6.25-31×105Pa

）膜狀水示意圖

膜狀水比吸濕水所受的吸附力小得多，它具有液態(tài)水的性質(zhì)，可以移動(dòng)，但其移動(dòng)速率非常慢。一般是由水膜厚處向水膜薄處移動(dòng)，如圖所示（0.2-0.4mm/hd=1.25）。特點(diǎn)膜狀水移動(dòng)示意圖

部分有效膜狀水的內(nèi)層水，植物根無法吸收利用，為無效水，而它的外層水，植物可以吸收利用，但數(shù)量極為有限。水分常數(shù)

凋萎蔫系數(shù)：當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水量

（萎蔫點(diǎn)，水受到的引力15.2105Pa

）。

影響因素：土壤質(zhì)地、植物種類、氣候等

下表給出了不同質(zhì)地土壤的萎蔫系數(shù)參考范圍。（P111表7-1）

萎蔫系數(shù)是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。凋萎蔫系數(shù)3、土壤毛管水定義：依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就稱為毛管水機(jī)制：毛管力（0.08-6.25×105

）

h水柱高度（cm)d孔隙直徑（mm）毛管作用力范圍：

0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm

毛管作用較強(qiáng)0.05(0.02)-0.005(0.002)毛管作用最強(qiáng)〈0.001mm

毛管作用消失

它不受重力支配而流失，所受力比植物根的吸水力小得多,是植物所需水分的主要給源

毛管水移動(dòng)性大，能較迅速地運(yùn)動(dòng)，一般向消耗點(diǎn)移動(dòng)，如向根系吸水點(diǎn)和表土蒸發(fā)面移動(dòng)（10-300mm/h）

它也是土壤養(yǎng)分的溶劑和輸送者特點(diǎn)是土壤中最寶貴的水

毛管懸著水（與地下水無關(guān)）在地下水較深的情況下，降水或灌溉水等地面水進(jìn)入土壤，借助毛管力保持在上層土壤毛管孔隙中的水分。它與來自地下水上升的毛管水并不相連，好像懸掛在半空中一樣，故稱之為毛管懸著水。毛管懸著水是地勢較高處植物吸收水分的主要給源。類型土粒毛管懸著水示意圖不同質(zhì)地和耕作條件下的田間持水量m（q%）緊實(shí)耕后

21

2528-32

24-28

22-26

20-24

13-20

10-14田間持水量二合土粘土重壤土中壤土輕壤土砂壤土砂土土壤質(zhì)地

在形態(tài)上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。

當(dāng)含水量達(dá)到田間持時(shí)，若繼續(xù)供水，并不能使該土體的持水量再增大，而只能進(jìn)一步濕潤下層土壤。田間持水量是確定灌水量的重要依據(jù)。

影響因素：質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、松緊狀況等水分常數(shù)

田間持水量(田持)：是指毛管懸著水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量P111

當(dāng)土壤含水量降低到一定程度時(shí)，較粗毛管中懸著水的連續(xù)狀態(tài)出現(xiàn)斷裂，蒸發(fā)速率明顯降低，此時(shí)土壤含水量稱為毛管水?dāng)嗔蚜?。大約相當(dāng)于該土壤田間持水量的75％左右。（生長阻礙含水量）

毛管水?dāng)嗔蚜克殖?shù)毛管持水量：毛管上升水的最大含量

毛管上升水（與地下水有關(guān)）借助于毛管力由地下水上升進(jìn)入上層土體的水毛管水上升高度：從地下水面到毛管上升水所能到達(dá)的絕對(duì)高度水分常數(shù)土粒毛管上升水示意圖地下水位4、重力水特點(diǎn)：臨時(shí)存在于土壤大孔隙（通氣孔隙）中的水分，與土壤養(yǎng)分的淋失有關(guān)；往往因水分過多，土壤空氣不足，造成內(nèi)澇，反而有害于作物生長（多余水）定義：土壤中不被土壤保持而受重力支配向下流動(dòng)的水，稱為重力水機(jī)制：重力（<0.08×105Pa

）二、土壤水分的數(shù)量概念土壤含水量（一）質(zhì)量含水量（

m或mw

）

質(zhì)量含水量：是指土壤中水分的質(zhì)量與干土質(zhì)量的比值。又稱為重量含水量，常用符號(hào)θm表示（百分率）100221

-=WWW

mqθm＝（水重/干土重）×100％干土，一般是指在105℃條件下烘干的土壤。例1：土壤烘干前濕重為95g，烘干后重79g，求質(zhì)量含水量。將測定數(shù)據(jù)代入上式，即求該土壤質(zhì)量含水量為：

θm＝[（95-79）/79]×100％＝20.3％土壤有效水(availablesoilwater)：在田間持水量（1-2萬帕）到永久萎蔫系數(shù)（150萬帕）之間保留在土壤中的水分。土壤水吸力大于150萬帕的土壤水對(duì)植物來說是無效水。三、土壤水的有效性土壤萎蔫系數(shù)：（wiltingpoint)作物葉片發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水量，也叫永久萎蔫點(diǎn)。四、園林植物對(duì)水分的要求1旱生植物：耐旱性強(qiáng)的植物，如長期處于干旱條件下能忍受水分不足。如沙棘、百合科、仙人掌科、景天科植物。2.中生植物是指適于生長在水分條件適中的環(huán)境中的植物。不能忍耐過干或過濕的環(huán)境。如油松、側(cè)柏、桑樹、旱柳等。3.水生植物生長在水中，不耐旱。又分為挺水植物如蘆葦、荷花，浮水植物如浮萍、鳳眼蓮，沉水植物如金魚藻、黑藻。4.濕生植物能生長在土壤水分經(jīng)常飽和的環(huán)境中如水松、紅樹、白柳。第二節(jié)土壤空氣和熱量1、土壤空氣的組成和特點(diǎn)2、土壤通氣性及機(jī)制3、土壤熱量的來源及影響因素4、土壤熱性質(zhì)及土壤溫度變化規(guī)律5、土壤空氣、溫度對(duì)園林植物生長和土壤肥力的影響

一、土壤空氣的組成與特點(diǎn)：

與近地面大氣成分近似但又有其自己的特點(diǎn)。1、土壤空氣中O2的數(shù)量較大氣為少，CO2的數(shù)量較大氣為多;2、土壤空氣中水汽含量比大氣高;3、土壤空氣中含有少量還原性氣體;二、土壤通氣性機(jī)制

1.土壤通氣性是指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換的能力。2.土壤空氣與大氣交換的機(jī)制有二：一是氣體對(duì)流，二是氣體擴(kuò)散（1）土壤空氣的對(duì)流

土壤與大氣間由總壓力梯度推動(dòng)的氣體整體流動(dòng)，。對(duì)流由高壓區(qū)流向低壓區(qū)。

影響土壤空氣對(duì)流的因素（1）氣壓變化：大氣壓上升，一部分空氣進(jìn)入土壤孔隙，大氣壓下降，土壤空氣膨脹，一部分土壤空氣進(jìn)入大氣。（2）溫度變化：土壤溫度高于大氣溫度時(shí)，土壤中的空氣進(jìn)入大氣，反之，則相反。（3）降水和灌溉：如土壤接受降水或灌溉，土壤含水量增加，孔隙中的空氣就進(jìn)入大氣，反之，則相反。（4）地表風(fēng)力：地表風(fēng)力大，土壤含水量下降，大氣中的空氣就進(jìn)入土壤孔隙。反之則相反。

（2）土壤空氣的擴(kuò)散

土壤中氣體分子因濃度梯度或分壓不同而產(chǎn)生的移動(dòng)。是土壤與大氣交換的主要機(jī)制。

（1）土壤松緊度：

土壤孔隙度愈大，尤其是粗孔隙愈多，氣體擴(kuò)散通道愈大，土壤氣體的擴(kuò)散系數(shù)也愈大。（2）

土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)

土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)決定著土壤的孔隙數(shù)量及孔隙大小，因而對(duì)氣體擴(kuò)散產(chǎn)生影響。砂質(zhì)土和有良好結(jié)構(gòu)土壤粗孔隙多，相對(duì)擴(kuò)散系數(shù)也高。（3）

土壤含水量

相對(duì)擴(kuò)散系數(shù)隨含水量的增加而減少，因?yàn)橥饪紫抖入S土壤含水量的增加而降低。影響土壤氣體擴(kuò)散的因素二、土壤空氣對(duì)植物生長的影響1、土壤空氣影響種子萌發(fā)和根系的發(fā)育①種子萌發(fā)需水分與氧氣、氧氣不足爛種；②根系生長需一定氧氣，氧氣含量低不長新根，氧氣少爛根；③不同作物缺氧的忍耐力不同。2、土壤空氣影響土壤養(yǎng)分狀況①氧氣多少影響礦化，影響?zhàn)B分供給；②影響根對(duì)養(yǎng)分吸收，如玉米缺氧對(duì)養(yǎng)分吸收能力依下列次序遞減：K＞Ca＞Mg＞N＞P；3、土壤空氣影響植物抗病性通氣不良產(chǎn)生還原性氣體H2S、CH4、H2、等會(huì)嚴(yán)重危害作物生長，CO2過多致使土壤酸度增高，致使霉菌發(fā)育，植株生病。4.土壤通氣性的調(diào)節(jié)土壤通氣性好壞主要取決于土壤通氣孔隙的多少，調(diào)節(jié)土壤通氣性就要通過各種措施改善土壤孔隙狀況。（1）改良土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)

（2）耕作管理

（3）排水和灌溉三、土壤的熱量來源及影響因素（一）土壤熱量的來源1、太陽的輻射能土壤熱量的最基本來源是太陽的輻射能。農(nóng)業(yè)就是在充分供應(yīng)水肥的條件下植物對(duì)太陽能的利用。2、生物熱微生物分解有機(jī)質(zhì)的過程是放熱的過程。據(jù)估算，含有機(jī)質(zhì)4％的土壤，每英畝耕層有機(jī)質(zhì)的潛能為6.28×109～6.99×109KJ，相當(dāng)于20～50噸無煙煤的熱量。

3、地球內(nèi)熱由于地殼的傳熱能力很差，每平方厘米地面全年從地球內(nèi)部獲得熱量不高過226J，地?zé)釋?duì)土壤溫度的影響極小，但在地?zé)岙惓５貐^(qū)，如溫泉、火山口附近，這一因素對(duì)土壤溫度的影響就不可忽略。（二）影響土壤熱狀況的因素1、環(huán)境因素：緯度、海拔高度、坡向、大氣透明度、地面覆蓋2、土壤性質(zhì)：土壤顏色、土壤質(zhì)地、土壤含水量、松緊度。四、土壤熱性質(zhì)及土壤溫度變化1、土壤熱容量

土壤熱容量是指單位質(zhì)量(重量)或容積的土壤每升高(或降低)1℃所需要(或放出的)的熱量。（一）土壤熱性質(zhì)

土壤不同組分的熱容量

土壤組成物質(zhì)重量熱容量［J/（g·℃）］容積熱容量［J/(cm3·℃）］粗石英砂高嶺石石灰Fe2O3Al2O3腐殖質(zhì)土壤空氣土壤水分0.7450.9750.8950.6820.9081.9961.0044.1842.0630.4102.435——2.5151.255×１０－３４.１８４

在土壤的三相物質(zhì)組成中，水的熱容量最大，氣體熱容量最小，礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)熱容量介于兩者之間。在固相組成物質(zhì)中，腐殖質(zhì)熱容量大于礦物質(zhì)，而礦物質(zhì)熱容量彼此差異較小。所以土壤熱容量的大小主要決定于土壤水分多少和腐殖質(zhì)含量。2、土壤導(dǎo)熱率

土壤具有對(duì)吸附熱量傳導(dǎo)到鄰近土層性質(zhì)，稱為導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性大小用導(dǎo)熱率表示。在單位厚度（１cm）土層，溫差為１℃時(shí)，每秒鐘經(jīng)單位斷面（１cm2）通過的熱量焦耳數(shù)（λ）。

土壤空氣導(dǎo)熱率最小，固體物質(zhì)中礦物質(zhì)導(dǎo)熱率最大，水介于兩者之間。因此，土壤導(dǎo)熱率的大小主要決定于土壤孔隙的多少和含水量的多少。

當(dāng)土壤干燥缺水時(shí)，土粒間的土壤孔隙被空氣占領(lǐng)，導(dǎo)熱率就小。當(dāng)土壤濕潤時(shí)，土粒間的孔隙被水分占領(lǐng)，導(dǎo)熱率增大。