Chap08-土壤空气和热量状况+-+复件

α —反射率
地面辐射平衡示意图
2.影响地面辐射平衡的因素 影响地面辐射平衡的因素
– 1、太阳的辐射强度 、
• 日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。 坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。 • 在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南 在中纬度地区，南坡坡地每增加一度， 移100公里所产生的影响。 100公里所产生的影响。 公里所产生的影响 • 同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土 同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多， 温也比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。 温也比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这 种差异具有巨大的生态意义和农业意义。 种差异具有巨大的生态意义和农业意义。
–99％的太阳能包含在0.3-4.0微 99％的太阳能包含在0.3-4.0微 99 0.3 米的波长内， 米的波长内，这一范围的波长通 常称为短波辐射。 常称为短波辐射。 当太阳辐射通过大气层时， 当太阳辐射通过大气层时，其热 量一部分被大气吸收散射， 量一部分被大气吸收散射，一部 分被云层和地面反射， 分被云层和地面反射，土壤吸收 其中的一少部分。 其中的一少部分。
– 2、地面的反射率 、
• 太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜 太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。 粗糙程度、含水状况， 色、粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响 反射率。 反射率。
3、地面有效辐射
• 影响地面有效辐射的因子有： 影响地面有效辐射的因子有：
（1）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地 云雾、水汽和风 云雾 面发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面 有效辐射减少； （2）海拔高度 海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高 海拔高度 度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大； （3）地表特征 地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐 地表特征 射面大，有效辐射也大； （4）地面覆盖 地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、 地面覆盖 残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。
8.1 土壤空气状况
二 土壤空气的运动 （一）土壤空气的对流及其产生原因 （二）土壤空气的扩散及其产生原因 （三）土壤通气性 1 土壤通气性的定义 2 土壤通气性的调节
一 土壤中的空气流动
（一）对流
对流，又称质流，驱动力是总气压梯度，它使 气流从高压区向低压区整体运动。
∂P / ∂t = α∂ ρ / ∂x
土壤空气的变化规律： 土壤空气的变化规律：
♠随着土层深度的增加，土壤空气中 随着土层深度的增加， 随着土层深度的增加 含量增大， 含量减少， CO2含量增大，O2含量减少，无论在膜 地或露地均是如此； 地或露地均是如此； ♠气温和土温升高，根系呼吸加强，微 气温和土温升高，根系呼吸加强， 气温和土温升高 生物活动加快，土壤空气中CO 生物活动加快，土壤空气中CO2含量增 夏季CO 含量最高； 加，夏季CO2含量最高； ♠覆膜田块的CO-2含量明显高于未覆 覆膜田块的CO 覆膜田块的CO 稻草原露地， 则反之. 稻草原露地，而O2则反之. ♠土壤空气中的CO2和O2的含量是相 土壤空气中的CO 土壤空气中的 互消长的， 互消长的，二者的总和维持在 19~22%之间 之间. 19~22%之间.
3.地球内热 3.地球内热
8.2 土壤热量状况
（二）土壤表面的辐射平衡及影响因素
1. 地面辐射平衡
R=[(I+H) －(I+H) α] +(G - E)
H E I
R= (I + H)(1-α) - r
r=E-G
R—地面辐射平衡差额 I—太阳直接辐射 H—大气辐射（天空辐射） E—地面辐射 G—逆辐射 r—地面有效辐射
三
土壤空气与土壤肥力
1.影响种子萌发 2.影响根系的生长发育 作物的抵抗缺氧能力的在小顺序为： 水稻 ＞ 玉米 ＞ 西红柿 ＞ 豌豆 3.影响根系吸收功能 玉米在缺氧时对各种养分吸收能力递减顺序是： K＞Ca＞Mg＞N＞P 反之，通气后，各养分吸收能力递增顺序是： K＞N＞Ca＞Mg＞P，
4.影响土壤微生物活动和养分状况 固氮作用和反硝化作用都与土壤空气状况密切相关。 5.影响植物生长的土壤环境状况 通气不良，土壤还原性加强，有机质分解不彻底， 可能产生过多的还原性气体，如H2S, CH4等，H2S是含铁 酶（如细胞色素氧化酶，过氧化物酶等）的抑制剂，土 壤溶液中H2S含量达到0.07ppm时，水稻即表现枯黄，稻 根发黑。CH4的存在可以降低大麦根的生长速度，抑制 西红柿的生长等。
不同充气孔隙度下草甸褐土透气率K值 北京农业大学 不同充气孔隙度下草甸褐土透气率 值(北京农业大学 1989)
基质势(hPa) -9.8 -98 -310 － 含水率(%) 40.24 25.47 23.07 0 充气孔度 (%) 14.06 28.83 31.23 54.30 K(µm/s) 12 133 272 682
第二节 2.生物热 2.生物热
土壤热量（soil heat）
–据估算，含有机质4％的土壤，每英亩耕层有机质的潜能为 据估算，含有机质4 的土壤， 据估算 6.28× 6.99× KJ，相当于20 50吨无烟煤的热量。 20～ 6.28×109～6.99×109KJ，相当于20～50吨无烟煤的热量。
春 夏
夏 春
注意： 注意：
① 土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进 一步研究。如土壤微生物需O2有一个很宽的范围。 ② 仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植 物和微生物对氧的需求。 ③ 土壤中CO2浓度对植物生长的影响也有待进一步研究。 现有的研究表明，某一特定植物对CO2浓度有一最佳值, 过高或过低都会引起根系生长衰退。过高浓度CO2往往 伴随缺O2而造成不良后果，但一定浓度CO2对植物生长 也有促进作用，而且CO2造成的土壤溶液的微酸性也有 利于有些土壤养分的释放.
2. 土壤通气性的调节 （1）调节土壤水分含量 （2）改良土壤结构 （3）通过各种耕作手段来调节土壤通性 对旱作土壤 旱作土壤，有中耕松土，深耙勤锄，打破土表结壳， 中耕松土，深耙勤锄，打破土表结壳， 旱作土壤 中耕松土 疏松耕层等措施。 疏松耕层 对于水田土壤 水田土壤，可通过落水晒田、晒垡，搁田 合理的 落水晒田、 水田土壤 落水晒田 晒垡，搁田及合理的 下渗速率等措施。 下渗速率
8.1 土壤空气状况
一 二 三 土壤
一
气体成分 近地面大气 土壤空气
土壤空气的组成
表 8-1 O2 20.94 18~20.03 土壤空气与大气组成比较 （容积 % ） CO2 0.03 0.15~0.65 N2 78.05 78.8~80.24 其它气体 0.98
第8 章
【教学目标】 教学目标】
土壤空气和热量状况
**土壤空气状况 1．了解土壤空气的组成特点与大气的差异以及产生原因。 2．重点掌握土壤空气运动的方式。 3．了解土壤空气影响植物生长和土壤肥力的哪些方面。 4．了解在农业生产中，一般用哪些措施来调节土壤空气状 况。
【教学目标】 教学目标】 **土壤热量状况 1．了解土壤热量的来源，为什么说太阳辐射能是土壤 热量最基本的来源。 2．重点掌握土壤的热性质以及它们在土壤中的变化和 相互关系。 3．掌握土壤温度的日变化、年变化和对植物生长和土 壤肥力的影响。 4．采用哪些措施、在一定程度上可调节土壤的温度状 况。
第二节
土壤热量（soil heat）
8.2 土壤热量状况
（三）土壤的热量平衡
S = Q ± P ± LE + R
S— Q— P— LE — 土壤在单位时间内实际获得 或失掉的热量 辐射平衡 土壤与大气层之间的湍流交 换量 水分蒸发、 水分蒸发、蒸腾或水汽凝结 而造成的热量损失或增加的 量 土面与土壤下层之间的热交 换量
0.98
主要差别： 主要差别： 1 土壤空气中的CO2含量高于大气 2 土壤空气中的O2含量低于大气 3 土壤空气中水汽含量一般高于大气 4 土壤空气中含有较多的还原性气体 5 土壤空气成分随时空而变化
影响土壤空气变化的因素：土壤水分、土壤生物活动、
土壤深度、土壤温度、pH、季节变化及栽培措施等。
8.2 土壤热量状况
（二）土壤表面的辐射平衡及影响因素 一 土壤的热量平衡 二 土壤热性质 三 土壤温度 四 土壤温度与土壤肥力 五 土壤温度调节
8.2 土壤热量状况
一 土壤的热量平衡 （一）土壤热量来源 1 太阳的辐射能 2 生物热 3 地球内热
1.太阳的辐射能 1.太阳的辐射能
垂直于太阳光下一平方厘米 的黑体表面在一分钟内吸收的辐 射能常数），称作太阳常数，一 般为1.9kal/cm2/min。 1.9kal/cm2/min。 1.9kal/cm2/min
2
2
方程4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程。 必须说明: 使用此方程的基本前提是流动过程属层流， 且这种层流是在小的压力差作用下产生的。
（二）土壤空气扩散扩散（soil air diffusion) 土壤空气扩散扩散（ 气体扩散是指气体分子由浓度大（或分压大）处向 浓度小（或分压小）处的运动，它是由气体分子的热运动 （或称布朗运动 布朗运动）引起的 布朗运动 土 壤 中 气 体 扩 散 过 程 也 可 用 Fick 第 一 定 律 表 示 。
dc q = − Ds dx
（4.10）
式中： q：表示扩散通量;Ds：表示土壤中气体表观扩散系数 c：表示某种气体 浓度;x：表示扩散距离 Dc/dx：表示浓度梯度
注意： 注意： 首先，土壤中气体表观扩散系数Ds必然比自由大气 中的扩散系数Do小。 其次，水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分 布，然而，气体扩散与孔隙直径大小分布无关，因为分子 热运动时的平均自由途径（即无规则运动的一个分子与其 它 分 子 碰 撞 前 所 经 历 的 “ 平 均 ” 距 离 ） 只 有 0.0001 至 0.0005毫米，比一般的充气孔隙小得多。扩散主要受可供 扩散的连续孔隙的总体积和弯曲度的制约 连续孔隙的总体积和弯曲度的制约。 连续孔隙的总体积和弯曲度的制约