土壤空气的组成
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第六章 土壤空气和热量状况
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soil heat （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soil heat capacity，分为质量热容量和容积 热容量 1、质量热容量mass heat capacity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volume heat capacity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(oxygen diffusion rate） 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
五、土壤通气性指标 3、土壤通气孔隙度soil air porosity 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。
O2(%) 20.94 18.0-20.03
CO2(%) 0.03 0.15-0.65
N2(%) 78.05 78.8-80.24
其他气体(%) 0.98 0.98
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。
土壤空气的组成和含量
二：主要的成土矿物
矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、 内部构造的化合物或单质元素。 绝大多数：化合物、结晶质、固态的。 少数： 单质、非结晶质、液态的。
原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿物。 矿物
起源
次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生 改变而形成的新矿物。
(一)土壤中的原生矿物
石膏呈板状、块状、 无色或白色。玻璃光 泽或丝绢光泽。硬度 2．0，是干旱炎热气 候条件下的盐湖沉积。 常作土壤改良剂。
三：主要的成土岩石
1.岩浆岩
又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶 而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。
主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩， 等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、 斜长石、正长石石英等7种。
有机质—动物残体及其转化产物，约占固体 重量的5%以下。
土壤空气—一部分由地上大气层进入，主要
土
粒间孔隙（约 占土壤总容积 的50%）
为O2 、 N2 等，另一部分由土壤内部产生， 主要为CO2、水汽等。 土壤水分—主要由地上进入土中，其中含有溶 质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是 浓度不同的溶液（土壤溶液）。
第二章 土壤的基本组成
本章内容：
1.成土矿物和岩石的组成和风化特点 2.土壤颗粒的大小分级及土壤质地的分类 3.岩石的风化作用和成土作用 4.土壤有机质的矿质化和腐殖化作用
5.土壤水分的形态及性质，土水势和土壤水吸力
6.土壤的通气性机制，土壤热性质
矿物质—来自岩石的风化，包括原生矿 物 和次生矿物，约占固体重量的95%以上。 固体土壤（约 占土壤总容积 的50%）
第四章土壤空气和热量
二、土壤通气性
• 土壤通气性泛指土壤空气与大气进行交换、 不同土层之间气体扩散或交换的能力。
（一）土壤通气性的重要意义
• 其重要性在于补充氧气。 • 如果没有大气氧气的补充，土壤中的氧气 将迅速被耗尽，缺氧将严重影响根系的正 常生长，影响好气微生物的活动，从而影 响土壤养分的有效化。一些有毒的还原性 物质的累积将毒害根系，严重时会使植物 死亡。 • 因此，土壤必须具有一定的通气性。
（二）土壤通气性的机制
1、气体扩散 指某种气体由于分压梯度而产生的移动。 这是土壤与大气进行气体交换的主要形式。 土壤呼吸: O2（大气） 土壤 CO2（土壤） 大气
2、气体整体流动
• 由于土壤空气与大气之间存在总压力梯度 而引起的气体运动，称为整体流动。 • 温度、气压、降水、灌溉水的挤压等都可 以引起气体的整体流动。
• R随时间而变（年、月、日、瞬间） • 当R为正值，地面辐射收入大于支出，地 面增温； • 当R为负值，地面辐射收入小于支出，地 面降温； • 一般白天R为正值，地面增温； • 夜间R为负值，地面降温。
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳辐射强度 ---太阳的总辐射强度取决于气候（天气）情 况。 ---晴天的辐射强度比阴天大； ---日照角越大，单位面积上接受的热量越多， 辐射强度越高（中午，垂直，最高） ---北半球的南坡，太阳入射角比平地大，土 温比平地高；南坡土温比北坡高。
四、土壤热性质
一、土壤热容量（C） 土壤热容量指单位质量或容积的土壤每升 高（或降低）1º C所需要（或放出）的热容 量。 C = Cv*ρ ρ:土壤容重
• 水的热容量最大（4.184）; • 气体的热容量最小(1.255*10-3); • 矿物质(2.163-2.435)和有机质(2.515)热 容量介于其中。 • 在固相组成物质中，腐殖质热容量大于 矿物质。 • 土壤热容量主要取决于水分含量的多少 和腐殖质含量。
土壤空气和热量答案1土壤空气组成有哪些特点土壤
第七章土壤空气和热量答案1. 土壤空气组成有哪些特点？（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）土壤空气的组成不是绝对不变的，它会受其他因素的影响而发生变化。
2. 土壤热量主要有哪些来源？影响土壤热量状况的因素包括哪些？土壤热量的来源主要包括太阳的辐射能、生物热、地球内热。
影响土壤热量状况的因素包括太阳的辐射强度、地面的反射率、地面有效辐射。
3 土壤热容量与导热率有何区别？土壤热容量是单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）1℃所需要（或放出的）的热量。
在土壤的固、液、气三相物质组成中，水的热容量最大，气体热容量最小，矿物质和有机质热容量介于两者之间。
土壤导热率是在单位厚度（1cm）土层，温差为1℃时，每秒钟经单位断面（1 cm2）通过的热量焦耳数。
固体部分导热率最大，空气导热率最小，水的导热率介于两者之间。
4 土壤温度的时空变化与气温有何不同？土温的四季变化与气温的变化类似，通常全年表土最低温度出现在1-2月份，最高温度出现在7-9月份。
随着土层深度的增加，土温的年变幅范围逐渐缩小，最高最低温度出现的时间亦逐渐推迟。
土壤温度的日变化随着气温的变化而变化，但与气温相比，土温最高最低温度存在滞后现象，土温的昼夜变幅随深度的增加而缩小，而且最高、最低温度出现时间亦逐渐推迟。
土壤温度的空间变化主要受纬度、海拔高度及地形等因子的影响。
随着维度增高，土壤温度和气温均逐渐降低。
随着海拔升高，土壤温度和气温均降低，但是高山上的土温比气温高。
地形对土壤温度的影响影响表现主要在坡向与坡度方面。
大体表现为北半球的南坡（即阳坡），土温比平地要高，北坡（即阴坡）的情况与南坡则相反。
坡度越陡，南、北坡向的温差就越大。
5 土壤水、气、热的主要调节措施包括哪些？（1）通过耕作和施肥，改善土壤的物理性质（2）灌溉和排水措施（3）混交、间种措施（4）采用人工覆盖物措施6 土壤水、气、热三者之间存在什么关系？土壤水、气、热是组成土壤肥力的重要因素，三者是互为矛盾，又互相制约的统一体。
土壤的三相组成及其基本的物理特性
有机质在土壤中的含量，常以烘干土的 百分数表示。自然土壤中有机质的含量 差异很大，高的可达20％以上，称为有 机质土壤；低的不到 0.5％ 。
13
二、土壤液相
(一)组成
土壤的液相即土壤溶液。它是由水和各 种可溶及不可溶的物质组成，统称土壤 水。
土壤水是土壤三相组成中最活跃的物质， 它直接参与土壤的形成、变化及作物的 吸水吸肥等过程，它在土壤中的保持和 运移状况对土壤各项物理性质产生重要 的影响。因此，研究土壤水的各项性状 是土壤物理学的重要内容。
土壤吸水后，体积：净增加，这种性能谓之土
壤的膨胀性，亦称为湿胀性。相反，当土
壤失去水分后(如蒸发失水)，体积将缩小，称 这种性能为收缩性，亦称干缩性。
(4)透水性
水分从土壤颗粒间隙通过的性能称为土壤的透 水性 。
(5)压缩性
(6)强度
10
（二）有机质
1.组成
土壤中有机质的含量一般占土壤基质重 量的5％左右，虽然含量不多，但它却是 土壤肥力高低的主要因素。
（1）理化吸收性能 （2）有机质可以改善土壤的结构状况，
蛋白质、氨基酸糖类等是水稳定团粒结 构良好的胶结剂 （3）腐殖质可以使土壤的颜色加深，有 利于土壤吸热增温，有利于春播作物的 早发、速长
12
（4）由于有机质一般都是带电胶体，可 以提高土壤对酸碱变化的缓冲性；
（5）有机质对土壤的力学性质也有很大 影响，它可以降低土壤的抗剪强度，增 加土壤的压缩性，减少土壤的粘着力等。
曲线I的斜率大，Cμ1值小，而曲线II的斜率， Cμ2值大，土壤II的级配较土壤I的级配良好。
习惯上把Cμ <5的土壤称为级配不良的 土 壤 ， 5 < Cμ <l0 为 级 配 中 等 ， Cμ >10的土壤称为级配良好的土壤。
13
二、土壤液相
(一)组成
土壤的液相即土壤溶液。它是由水和各 种可溶及不可溶的物质组成，统称土壤 水。
土壤水是土壤三相组成中最活跃的物质， 它直接参与土壤的形成、变化及作物的 吸水吸肥等过程，它在土壤中的保持和 运移状况对土壤各项物理性质产生重要 的影响。因此，研究土壤水的各项性状 是土壤物理学的重要内容。
土壤吸水后，体积：净增加，这种性能谓之土
壤的膨胀性，亦称为湿胀性。相反，当土
壤失去水分后(如蒸发失水)，体积将缩小，称 这种性能为收缩性，亦称干缩性。
(4)透水性
水分从土壤颗粒间隙通过的性能称为土壤的透 水性 。
(5)压缩性
(6)强度
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（二）有机质
1.组成
土壤中有机质的含量一般占土壤基质重 量的5％左右，虽然含量不多，但它却是 土壤肥力高低的主要因素。
（1）理化吸收性能 （2）有机质可以改善土壤的结构状况，
蛋白质、氨基酸糖类等是水稳定团粒结 构良好的胶结剂 （3）腐殖质可以使土壤的颜色加深，有 利于土壤吸热增温，有利于春播作物的 早发、速长
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（4）由于有机质一般都是带电胶体，可 以提高土壤对酸碱变化的缓冲性；
（5）有机质对土壤的力学性质也有很大 影响，它可以降低土壤的抗剪强度，增 加土壤的压缩性，减少土壤的粘着力等。
曲线I的斜率大，Cμ1值小，而曲线II的斜率， Cμ2值大，土壤II的级配较土壤I的级配良好。
习惯上把Cμ <5的土壤称为级配不良的 土 壤 ， 5 < Cμ <l0 为 级 配 中 等 ， Cμ >10的土壤称为级配良好的土壤。
第5章 土壤空气
J mz
ρk ∂P =− η ∂z
PV = nRT
• ρ＝M/V，M=nm，其中M 和m分别为气体的质量和分 子量 m ∂P ∂ ⎛ k ∂P ⎞ m = ⎜ρ ρ= P ⎜ η ∂z ⎟ ⎟ RT ∂t ∂z ⎝ ⎠
RT
∂P ∂2P =α 2 ∂t ∂z
RTkρ α= mη
在三维坐标系中当考虑源汇项时的土壤气体对流运动方程为
沿z轴方向进入和流出单元体的土壤气体质量之差为
∂J mz − ΔxΔyΔzΔt ∂z
对于可压缩性气体，其密度是一个变量，则Δt时段内微元体内 土壤气体质量的变化量为
∂ρ ΔxΔyΔzΔt ∂t 在微元体内，。
∂J mz ∂ρ − ΔxΔyΔzΔt ΔxΔyΔzΔt = ∂z ∂t
∂ρ ∂ ⎛ D S ∂p ⎞ = ⎜ ⎜ β ∂z ⎟ ± S ( z , t ) ⎟ ∂t ∂z ⎝ ⎠
假定Ds和β为常数时
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ⎞ ⎜ ⎟ ± S ( z, t ) = β ⎜ ∂z 2 ⎟ ∂t ⎝ ⎠
在三维坐标系中土壤气体的扩散模型可以表示为
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ∂ 2 p ∂ 2 p ⎞ ⎜ = + 2 + 2 ⎟ ± S ( z, t ) ∂t β ⎜ ∂x 2 ∂y ∂z ⎟ ⎝ ⎠
5. 2 土壤通气性及其衡量指标
• 土壤通气性是指土壤气体的交换能力。土壤气体交换 包括土壤与近地面大气之间的交换以及土体内部的气 体交换两部分，其中前者占土壤气体交换过程的主导 地位。 • 土壤与大气气体之间的交换过程称为土壤的呼吸作 用。土壤的通气性是衡量土壤呼吸作用状况的指标。 • 土壤通气性可利用静态指标如土壤孔隙度等表征，也 可利用动态指标如土壤中的O2扩散率等描述。一般静 态指标的获取比较容易。但采用土壤气体交换速率作 为动态指标比采用气体含量的静态指标更具实际价 值。
ρk ∂P =− η ∂z
PV = nRT
• ρ＝M/V，M=nm，其中M 和m分别为气体的质量和分 子量 m ∂P ∂ ⎛ k ∂P ⎞ m = ⎜ρ ρ= P ⎜ η ∂z ⎟ ⎟ RT ∂t ∂z ⎝ ⎠
RT
∂P ∂2P =α 2 ∂t ∂z
RTkρ α= mη
在三维坐标系中当考虑源汇项时的土壤气体对流运动方程为
沿z轴方向进入和流出单元体的土壤气体质量之差为
∂J mz − ΔxΔyΔzΔt ∂z
对于可压缩性气体，其密度是一个变量，则Δt时段内微元体内 土壤气体质量的变化量为
∂ρ ΔxΔyΔzΔt ∂t 在微元体内，。
∂J mz ∂ρ − ΔxΔyΔzΔt ΔxΔyΔzΔt = ∂z ∂t
∂ρ ∂ ⎛ D S ∂p ⎞ = ⎜ ⎜ β ∂z ⎟ ± S ( z , t ) ⎟ ∂t ∂z ⎝ ⎠
假定Ds和β为常数时
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ⎞ ⎜ ⎟ ± S ( z, t ) = β ⎜ ∂z 2 ⎟ ∂t ⎝ ⎠
在三维坐标系中土壤气体的扩散模型可以表示为
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ∂ 2 p ∂ 2 p ⎞ ⎜ = + 2 + 2 ⎟ ± S ( z, t ) ∂t β ⎜ ∂x 2 ∂y ∂z ⎟ ⎝ ⎠
5. 2 土壤通气性及其衡量指标
• 土壤通气性是指土壤气体的交换能力。土壤气体交换 包括土壤与近地面大气之间的交换以及土体内部的气 体交换两部分，其中前者占土壤气体交换过程的主导 地位。 • 土壤与大气气体之间的交换过程称为土壤的呼吸作 用。土壤的通气性是衡量土壤呼吸作用状况的指标。 • 土壤通气性可利用静态指标如土壤孔隙度等表征，也 可利用动态指标如土壤中的O2扩散率等描述。一般静 态指标的获取比较容易。但采用土壤气体交换速率作 为动态指标比采用气体含量的静态指标更具实际价 值。
土壤空气、土壤热量及水气热调节
项目 对照 自然含水量 9.90
化肥 11.76
猪粪 15.08
秸秆 14.10
化肥+猪 粪
16.92
化肥+秸 秆
15.71
田间持水量 25.00 28.40 30.98 29.12 31.23 31.41
饱和含水量 35.18 35.10 39.23 36.90 40.71 40.68
34/42
2.6.1.2 土壤空气调节
对于粘质土壤的通气不良可采取合理耕作结合增 施有机肥料，以改善土壤结构、增加土壤通气孔隙。
对于地势低洼、地下水位高的易涝地区的土壤通 气不良应加强土壤水分管理，建立完整的排水系统，降 低地下水位，及时排除渍涝。
对于因降（灌）水量大而造成的土壤过湿、表土 板结而影响通气的，应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
K =λ /Cv
式中：K为土壤导温率；
λ 为导热率；
Cv为土壤容积热容量。
26/42
27/42
土壤组成与土壤的热特性
重量
导热率
土壤组 成分
容积热容量 （J·cm-3·K-1)
热容量 (J·g-1·K-1)
（J·cm-1·s-1·K-1)
土壤
空气
0.0013
1.00 0.00021-0.00025
28/42
2.5.3 土壤温度与作物生长 2.5.3.1 土壤温度与种子萌发 2.5.3.2 土壤温度与作物根系生长 2.5.3.3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长 2.5.3.4 土壤温度影响养分转化与吸收 此外，土壤有机质的转化、养分的释放以及土壤 中水、气的运动等也都受到土壤温度的影响。
29/42
2.6 土壤水、气、热的调节与氧化还原性 2.6.1 土壤水、气、热的调节 2.6.2 土壤氧化还原性质
土壤的物质组成及特性(下)
3.2土壤热量状况
3.2.2 土壤热学性质 土壤热容量 ①概念： 重量热容量——单位重量土壤增减1℃所需要或放出的热量。 也称比热C，单位为 卡/g· 度。 容积热容量——单位容积土壤增减1℃所需要或放出的热量。 也称热容量W，单位为 卡/cm3· 度。 W ＝ C ×容重 一般土壤热容量愈大，土温变幅愈小，土温愈稳定。 ②土壤三相物质的热容量比较：土壤空气的容积热容量极小，土壤 水分的容积热容量最大，约为固相物质的2倍。 土壤愈湿，土壤热容量愈大。因此，当春天土壤过湿时，可通 过耕作或排水降低热容量的方式，促使土温快速上升。
3.3土壤水分
土壤水分类型、水分常数及其有效性图示
3.3土壤水分 3.3.4 土壤水的能量——土水势
自然界中所有物质的自发和普遍的趋势 是：由势能较高处向较低处运动。土壤水分 亦从自由能高的地方向自由能低的地方移动。 土水势通常用单位容积土壤水分的势能值表 示，单位为帕（Pa）。
3、毛管水
• 当土壤含水量超过最大分子持水量时，水分子不 再受土粒表面引力的作用，而是靠毛管引力（水 的表面张力和水分子浸润力的合力）而保持在土 壤的毛管孔隙中，这部分的水就称为毛管水。 • 毛管水具有自由水的特点，能溶解溶质，移动速 度快，可以满足作物的需要，是作物可以利用的 土壤水分的主要形态。
• 根据毛管水与地下水的联系情况和所处的 地形部位，可以将其分为毛管上升水和毛 管悬着水。
（1）毛管悬着水
• 降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保 留在土壤上层的水分，称为毛管悬着水。 • 毛管悬着水达到最大量时的含水量，称为 田间持水量。 • 田间持水量是旱地土壤有效水的上限。（2）毛管上升水Fra bibliotek4、重力水
• 当土壤水份超过田间持水量时，多余的水份不能 为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向下渗 漏，这部分水就称为重力水。 • 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快，不 能被保持，所以对旱作而言是无效的。 • 当重力水达到饱和，即土壤孔隙全部充满水份时， 土壤的含水量就称为饱和持水量。
土壤系统的组成、结构与功能
土壤水的蒸发分为两个阶段：a）在大气物理条件下，土 壤水由饱和持水量降到田间持水量；b）土壤水由田间持 水量降到更低。
处于大气圈、生物圈和岩石圈交界面的土壤圈，它通过蒸发与 渗透作用，将大气降水、地表径流和地下径流三者紧紧地联系在 一起。
图3-4 全球水分循环示意图
3）土壤透水性 空隙吸收水分和重力作用下水分渗漏。其影响因 素主要有土壤空隙大小、土壤质地、结构、松紧 度。
（3）植物必需营养元素含量低，分布不平衡。
0.08 0.085
2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
土壤矿物按其成因类型分类：
原生矿物 —— 经过物理风化而未经化学风化的 碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改 变；
次生矿物 ——它们大多数是由原生矿物经化学风 化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有 所改变。
碳水化合物在土壤中极易被微生物所分解，也是 土壤微生物活动的主要能源物质。
2）纤维素、半纤维素 3）木质素 4）蛋白质 氨基酸（是土壤腐殖质的重要组成物） 5）脂肪、树脂、蜡质和单宁 6）灰分物质：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、
Al、Mn（低等植物的灰分物质含量高，盐生植物灰分质量
分数高）
(2) 脱硅阶段：
H2 Al2Si6O16 5HOH H2 Al2Si2O8 H2O(高岭石) 4H2SiO3
(3) 富铝化阶段：
H2 Al2Si2O8 H2O 4HOH 2Al(OH )3 2H2SiO3
2、土壤矿物风化过程的特征：
原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶 段性，在空间上也有地带性，如图2-3所示。
膏(CaSO4·2H2O)等，它们都是原生矿物经化学风化后的最终 产物，结晶构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤 中，许多滨海地区的土壤中也会大量出现。 （菌丝体、姜石、 石灰华）
处于大气圈、生物圈和岩石圈交界面的土壤圈，它通过蒸发与 渗透作用，将大气降水、地表径流和地下径流三者紧紧地联系在 一起。
图3-4 全球水分循环示意图
3）土壤透水性 空隙吸收水分和重力作用下水分渗漏。其影响因 素主要有土壤空隙大小、土壤质地、结构、松紧 度。
（3）植物必需营养元素含量低，分布不平衡。
0.08 0.085
2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
土壤矿物按其成因类型分类：
原生矿物 —— 经过物理风化而未经化学风化的 碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改 变；
次生矿物 ——它们大多数是由原生矿物经化学风 化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有 所改变。
碳水化合物在土壤中极易被微生物所分解，也是 土壤微生物活动的主要能源物质。
2）纤维素、半纤维素 3）木质素 4）蛋白质 氨基酸（是土壤腐殖质的重要组成物） 5）脂肪、树脂、蜡质和单宁 6）灰分物质：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、
Al、Mn（低等植物的灰分物质含量高，盐生植物灰分质量
分数高）
(2) 脱硅阶段：
H2 Al2Si6O16 5HOH H2 Al2Si2O8 H2O(高岭石) 4H2SiO3
(3) 富铝化阶段：
H2 Al2Si2O8 H2O 4HOH 2Al(OH )3 2H2SiO3
2、土壤矿物风化过程的特征：
原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶 段性，在空间上也有地带性，如图2-3所示。
膏(CaSO4·2H2O)等，它们都是原生矿物经化学风化后的最终 产物，结晶构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤 中，许多滨海地区的土壤中也会大量出现。 （菌丝体、姜石、 石灰华）
第五章 土壤空气与热状况
4、对土壤热特性的影响因素：固、液、气三相物质比例 由下表可见，土壤水分热容量最大，土壤空气最小，而 矿质土粒和土壤有机质介于两者之间，而固体是相对稳 定的，则主要取决于土壤水分和土壤空气的含量。 所以，粘土：水分含量较高，早春季节解冻迟，土壤回 升慢，为冷性土； 砂土：水分含量低，早春土温回升快，为热性土。
三、土壤通气性（soil aeration） 土壤通气性（土壤透气性）：指土壤空气与近地层大气进行气
体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能。
土壤通气性影响多种生物的生命活动，各种有机物质转化的化
学过程，根际呼吸，种子萌发，土壤病虫害的发生。
土壤通气产生的机制：
（一）、土壤空气扩散（Soil air diffusion） 指某种气体成分由于分压梯度与大气不同而产生的移动。它是 土壤空气与大气间进行交换的主要因素，原理服从气体扩散 公式： F＝－D· dc/dx F：单位时间气体扩散通过单位面积的数量； Dc/dx：气体浓度梯度或气体分压梯度； D：扩散系数，负号表示其从气体分压高向低扩散。
2、土壤水分调节：
减少土壤水分的损失；增加作物对降雨，灌溉水及土壤中 原有贮水的有效利用，同时包括对多余水分的排除等， 措施如下： （1）控制地表径流，增加土壤水分入渗；
合理耕翻：创造疏松的耕作层，保持土壤适当的透水性 以吸收更多的降雨和减少地表径流损失。 等高种植，建立水平梯田：改造地形，平整土地，减少 水土流失，梯田层层蓄水，坎地节节拦蓄 改良表土质地结构：增加土壤孔隙度，使蓄墒能力增强。
第二节
一、土壤热来源与平衡
土壤热状况
（一）土壤热来源
1、太阳辐射（solar radiation） 与所处的纬度有关，随纬度的提高，接受辐射减少；
2.3 土壤气体
露
O2 0.056 20.649 20.513 20.857 20.121 20.181 20.198 20.329
地
07-29 CO2 0.056 0.211 0.279 0.385 0.406 1.157 1.281 0.847 O2 － 20.653 20.668 20.506 20.634 20.362 19.873 20.022
中国农业大学资源与环境学院 吕贻忠
土壤气体的运动
扩散过程都可以用费克（Fick）定律表示。根据Fick定律，气体的扩散速率 （dQ/dt）和该气体的浓度梯度（dc/dx）以下式中qd表示扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量） D表示在该介质中扩散系数（其量纲为面积/时间） C表示某种气体（O2或CO2）的浓度（单位容积扩散物质的质量） X表示扩散的距离 dc/dx表示浓度梯度，对于气体来说，其浓度梯度常用分压梯度表示，则
中国农业大学资源与环境学院 吕贻忠
问： 1.在沙漠地带，为什么有“朝穿皮袄午穿纱，晚上围 着火炉吃西瓜”的气候?
2.为什么秋天晴朗的夜晚容易下霜？
中国农业大学资源与环境学院 吕贻忠
三、土壤的热量平衡
土壤热量收支平衡可用下式表示： S = Q ± P ± LE + R S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量； Q为辐射平衡； L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失 或增加; P为土壤与大气层之间的湍流交换量； R为土面与土壤下层之间的热交换量。
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，气体的传导与孔隙大小无关，主要与连续度有关。 而水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分布。
三、 土壤通气性(soil aeration)
土壤与环境的空气交换
Eh=-59pH
22
四、土壤通气和氧还状况对土壤功能的影响
一）、成土过程影响 季节性降水、积水，干湿交替
二）、对土壤养分影响 1、N 2、P 由氧化态到还原态 有效性提高 3、Fe、Mn 由氧化态到还原态 有效性提高
23
三）、还原条件的毒害问题 1、有机酸/醛 2、亚硝酸根积累 3、 Fe2+、Mn2+ 4、S2-、H2S
地面短波反射(I+H)×α 地面长波辐射 E
以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值
R=[(I+H)(I+H)×α] +(GE) =(I+H)(1α) r
云
层
大气吸收
吸
收
H
I G
E
r
I+H——投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射 (I+H)×α——被地面反射出的短波辐射，(α为反射率) r=EG——是土壤向大气进行长波辐射量(E)与大气升温反向土壤辐射量(G)的差值；
色、粗糙程度、含水状况、植被及其他覆盖物状况
地面有效辐射 Available radiation of surface 云雾、水汽和风。强烈吸收和反射地面发出的长波辐射，
减少有效辐射。
33
3、土壤的热量平衡 Heat balance of soil
当土面获得太阳辐 射能转换为热能时， 大部分热量消耗于土 壤水分蒸发和土壤与 大气之间的湍流热交 换，一小部分被生物 活动所消耗，只有很 少部分通过热交换传 导至土壤下层。
土壤向大气释放温室气体，因此说土壤是大气痕量温室气 体的源(source)。
土壤对大气中温室气体的吸收和消耗，称为汇(sink)。
miss sink——未探明汇
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四、土壤通气和氧还状况对土壤功能的影响
一）、成土过程影响 季节性降水、积水，干湿交替
二）、对土壤养分影响 1、N 2、P 由氧化态到还原态 有效性提高 3、Fe、Mn 由氧化态到还原态 有效性提高
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三）、还原条件的毒害问题 1、有机酸/醛 2、亚硝酸根积累 3、 Fe2+、Mn2+ 4、S2-、H2S
地面短波反射(I+H)×α 地面长波辐射 E
以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值
R=[(I+H)(I+H)×α] +(GE) =(I+H)(1α) r
云
层
大气吸收
吸
收
H
I G
E
r
I+H——投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射 (I+H)×α——被地面反射出的短波辐射，(α为反射率) r=EG——是土壤向大气进行长波辐射量(E)与大气升温反向土壤辐射量(G)的差值；
色、粗糙程度、含水状况、植被及其他覆盖物状况
地面有效辐射 Available radiation of surface 云雾、水汽和风。强烈吸收和反射地面发出的长波辐射，
减少有效辐射。
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3、土壤的热量平衡 Heat balance of soil
当土面获得太阳辐 射能转换为热能时， 大部分热量消耗于土 壤水分蒸发和土壤与 大气之间的湍流热交 换，一小部分被生物 活动所消耗，只有很 少部分通过热交换传 导至土壤下层。
土壤向大气释放温室气体，因此说土壤是大气痕量温室气 体的源(source)。
土壤对大气中温室气体的吸收和消耗，称为汇(sink)。
miss sink——未探明汇
土壤空气及热状况
水是热的良导体 空气是热的不良导体 因此水分多导热性好，空气多导热性差
第三节
二、土壤导热率
土壤缺水，土粒间孔隙被空气占据，导热率降低
土壤湿润，土粒间孔隙被水分占领，导热率升高
土壤热性质
第三节
二、土壤导热率
土壤热性质
不同组成分的导热率 （J/cm· S· C） 土壤组成分 石英 湿砂粒 干砂粒 泥炭 腐殖质 土壤水 土壤空气 导热率 4.427×10-2 1.674×10-2 1.674×10-3 6.276×10-4 1.255×10-2 5.021×10-3 2.092×10-4
第三节
土壤热容量 (Cv)
土壤热性质
一、土壤热容量(soil heat capacity,soil thermal capacity)
单位质量/容积土壤每升高/降低1℃吸收/放出的热量
Cp—重量热容-单位J/(g.K)
Cv—容积热容—单位J/(cm3.K) Cv=Cp×ρb
请注意矿物颗粒,有机质,空气和水的热容量值
o
第三节
三、土壤的热扩散率
土壤热性质
土壤热扩散率 标准状况下, 土层 垂直方向上每cm距离内，1℃温 度梯度下，每秒流入1cm2土壤断 面面积的热量,单位体积(1cm3)土 壤所发生的温度变化. 大小等于土 壤导热率/容积热容量的比值 (厘米 2 / 秒) D
当太阳辐射通过大气层时，热量部 分被大气吸收散射，部分被云层和 地面反射，土壤吸收其中一少部分
一、土壤热量的来源
第二节 土壤热性质及热平衡 （soil heat）
（二）生物热
据估算，含有机质4％的土壤，每m2耕层有机质的潜能为 6.28×109～6.99×109KJ，相当于燃烧4.94 ～12.36kg无烟煤 可用于升高低温，促进早春出苗或返青
第三节
二、土壤导热率
土壤缺水，土粒间孔隙被空气占据，导热率降低
土壤湿润，土粒间孔隙被水分占领，导热率升高
土壤热性质
第三节
二、土壤导热率
土壤热性质
不同组成分的导热率 （J/cm· S· C） 土壤组成分 石英 湿砂粒 干砂粒 泥炭 腐殖质 土壤水 土壤空气 导热率 4.427×10-2 1.674×10-2 1.674×10-3 6.276×10-4 1.255×10-2 5.021×10-3 2.092×10-4
第三节
土壤热容量 (Cv)
土壤热性质
一、土壤热容量(soil heat capacity,soil thermal capacity)
单位质量/容积土壤每升高/降低1℃吸收/放出的热量
Cp—重量热容-单位J/(g.K)
Cv—容积热容—单位J/(cm3.K) Cv=Cp×ρb
请注意矿物颗粒,有机质,空气和水的热容量值
o
第三节
三、土壤的热扩散率
土壤热性质
土壤热扩散率 标准状况下, 土层 垂直方向上每cm距离内，1℃温 度梯度下，每秒流入1cm2土壤断 面面积的热量,单位体积(1cm3)土 壤所发生的温度变化. 大小等于土 壤导热率/容积热容量的比值 (厘米 2 / 秒) D
当太阳辐射通过大气层时，热量部 分被大气吸收散射，部分被云层和 地面反射，土壤吸收其中一少部分
一、土壤热量的来源
第二节 土壤热性质及热平衡 （soil heat）
（二）生物热
据估算，含有机质4％的土壤，每m2耕层有机质的潜能为 6.28×109～6.99×109KJ，相当于燃烧4.94 ～12.36kg无烟煤 可用于升高低温，促进早春出苗或返青
土壤学土壤空气和热量状况
15 0.25 20.49 0.87 19.95 0.13 20.86 0.39 20.51
20 0.48 20.48 1.35 20.06 0.15 20.12 0.41 20.63
30 0.57 19.87 1.16 20.01 0.31 20.18 1.16 20.36
50 0.92 19.93 1.52 19.70 0.40 20.20 1.28 19.87
D=D0·S·l/le
D0—自由空气中的扩散系数； S—未被水分占据的孔隙度； l—土层厚度； le—气体分子扩散通过的实际长度。 l/le和S的值都小于1。
结构良好的土壤中，气体在团聚体间的大孔隙间 扩散，而团聚体内的小孔隙则较长时间保持或接近水饱 和状态，限制团聚体内部的通气性状。所以紧实的大团 块，即使周围大孔隙通气良好，在团块内部仍可能是缺 氧的。所以通气良好的旱地也会有厌气性的微环境。
六、土壤通气指标
1.土壤孔隙度 总孔隙度50～55%或60%，其中通气孔度要求
8～10%，最好15～20%。这样可以使土壤有一定 保水能力又可透水通气。 2.土壤呼吸强度(intensity of soil respiration)
覆膜
露地
05-01
07-29
05-01
07-29
CO2
O2
CO2
O2
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
O2
CO2
O2
0
—
— 0.92 —
— 0.06 0.06
—
5 0.16 20.50 1.01 20.44 0.07 20.65 0.21 20.65
10 0.42 20.40 1.06 20.28 0.10 20.51 0.28 20.67
土肥4~5及第一章测试题
§1.4 土壤空气一、土壤空气的组成特点1、土壤空气中CO 2含量高，O 2含量低；2、土壤空气中水汽含量高；3、土壤空气中的还原性气体，如CH 4，H 2S ，H 24、土壤空气的成分与数量，随季节和土层深度不同而有明显差异。
（1）CO 2含量夏季〉冬季；（2）越深土层CO 2〉浅层二、土壤通气性及其调节⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧灌溉排水中耕松土增施有机肥改善土壤结构改良土壤质地措施改善土壤松紧状况土壤含水量土壤质地土壤结构影响土壤通气性因素处向浓度小处运动。
土壤空气分子由浓度大气体扩散（主）：是指整体流动交换方式体通过的能力概念：是指土壤允许气、土壤通气性~12、土壤通气性决定于土壤孔隙的大小及其连通性。
高产土壤要求总孔隙度50%左右，其中空气孔隙大于10%以上。
总孔隙度粘土〉砂土，但小孔隙多。
§1.4 练习题一、名词解释1、土壤通气性：2、气体扩散：二、填空题1、 土壤空气中CO 2含量______（填〈、＝、〉）空气中CO 2含量，而O 2含量______（填〈、＝、〉）空气中O 2含量，H 2O 汽含量______空气中水汽含量。
土壤空气中CO 2冬季含量______（填〈、＝、〉）夏季含量，深层土壤O 2含量______（填〈、＝、〉）浅层O 2含量。
2、土壤气体与大气间的气体交换方式有__________和_________，其中最主要的方式是__________，这种方式是气体分子从____________向____________地方运动，因此，土壤空气与大气中的CO2和O2的运动方向是________________________。
3、水汽从气压_______处移向气压_______处，从温度_______处移向温度______处。
三、选择题1、下列气体中属于土壤中还原性气体的是（）A、CO2B、O2C、水汽D、H2S2、下列选项正确的是（）A、大气中O2含量大于土壤的B、大气中水汽高于土壤的C、大气中CO2含量大于土壤的D、大气中还原性气体高于土壤的3、高产肥沃土壤要求土壤通气孔隙度在（）A、10%以下；B、10%以上；C、20%以上；D、20%以下。
第七章-土壤空气PPT课件
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2、土壤空气是不均匀的
土壤中的空气，由于受到生物活动的影响， 在各处是不均匀的，有时，各点之间的差别是
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3、土壤空气中CO2的含量远远超过大气 大气中CO2的含量约为0.03%，而在土壤中
可高达0.16～0.65%。
这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化, 对提供矿质养分有积极作用。
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土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2 的浓度不断增加，O2的浓度不断减少，因而造成
CO2分压不断升高，而O2的分压则不断下降，这 样，就产生了土壤空气与大气之间的CO2梯度和 O2分压梯度。
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这两个梯度的方向是相反的，它们分别引起 CO2不断从土壤空气中向大气扩散，同时O2不断 从大气中向土壤空气中扩散。
在pH = 7的中性土壤中，当Eh降到410 mv以 下时，NO3-就有还原为NO2-的可能，Mn4+也会还 原成Mn2+ ，两者的标准氧化还原电位很接近，因 此土壤中NO2-和大量的Mn2+
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当Eh降到-110 mv时，Fe3+会大量转变为 Fe2+
Eh再降低，到-200 mv时，SO4=开始还原 为S=, 这种情况在水田常常发生，使稻根发黑， 严重影响水稻的生长和产量。
O2
20.94
18.0020.03
CO2
N2
0.03
78.05
0.150.65
78.8080.24
其他 气体 0.95
－
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5、土壤空气中的水汽含量比大气高 当土壤含水量超过土壤能吸附的水量时，
土壤空气总是水分饱和的。
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土壤空气的组成组成与大气相似,但有差别.表现在：1）二氧化碳含量高；2）氧气含量低；3）相对湿度高；4）含还原性气体；5）组成和数量处于变化中.§2 土壤通气性土壤通气性又称土壤透气性：是指土壤空气与近地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能.土壤通气性产生的机制生要有以下两方面：1）土壤空气扩散土壤空气扩散是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.其原理服从气体扩散公式：F = -D· dc/dx式中：F是单位时间气体扩散通过单位面积的数量； dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度；D是扩散系数,负号表示其从气体分压高处向低处扩散.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.（类似生物呼吸）2）土壤空气整体交换土壤空气整体交换也称土壤气体的整体流动,是指由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起的气体交换,是土体内外部分气体的整体相互流动.土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降雨或灌溉水的影响.§3 土壤通气状况与作物生长1）土壤通气状况对种子萌发的影响要求氧浓度>10%,否则,嫌气呼吸产生有机酸类物质2）土壤通气性对作物根系生长及其吸收水肥功能的影响根系生长需要氧：氧浓度。