土壤学课件：8土壤空气和热量

土壤中CO2和O2的扩散过程分气相、液相两部分。 气相扩散 通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间的 气体交流作用
液相扩散 通过不同厚度水膜的扩散 两种扩散都可以用费克(Fick)定律表示：
qd =Ddc/dx
土壤
第一节 土壤空气
式中：qd--扩散通量(单位时间通过单位面积扩散的质 量)； dc/dx--浓度梯度；
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.
第一节 土壤空气
四、土壤空气与大气痕量温室气体的关系 大气中痕量温室气体（CO2、CH4、N2O、氯氟烃化合
物）导致的气候变暖，是人们关注的重大环境问题。 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。 土壤对大气中温室气体的吸收和消耗，称为汇。
土壤空气
二、土壤空气的运动
土壤与外界不断地进行气体的交换，如果土壤空气和大气不 进行交换，土壤空气中的氧气可能会由于土壤生物的存在， 而在12-40h被消耗无余。
0.98
一般越接近地表的土壤空气与大气组成越相近， 土壤深度越大，土壤空气组成与大气差异也越大。
土壤空气
土壤 空气 与近 地表 大气 组成 的差
别
土壤空气中的CO2含量高于大气 土壤空气中的O2含量低于大气 土壤空气中水汽含量高于大气 土壤空气中含有较多的还原性气体
土壤剖面CO2和O2体积含量分布示意图
土壤对流公式：qv=-(k/η)▽p
qv--空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的
空气容积）
“-”--表示方向
k--通气孔隙通气率 η--土壤空气的粘度
p--土壤空气压力的三维（向）梯度
从公式可见
空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大
第一节 土壤空气
2、土壤空气的扩散
在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压梯度， 驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用， 称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。
土壤空气
在分压梯度的作用下，
CO2 O2
驱使CO2气体分子不 断从土壤中向大气扩
散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气散。土壤的 这种被从称大为气土中壤吸呼收吸O。2，同时排出CO2的气体扩散作用
第一节 土壤空气
二、土壤空气含量
土壤空气含量=总孔度-水分容积百分率 土壤空气的组成不是固定不变的，土壤水分、土 壤生物活动、土壤深度、土壤温度、pH值，季节变化 及栽培措施等都会影响土壤空气变化。 随着土壤深度增加，土壤空气中CO2含量增加，O2 含量减少，其含量相互消长。
三、土壤空气与作物生长
2、土壤空气与种子萌发
种子萌发，所需氧气主要由土壤空气提供，缺氧时， 葡萄糖酒精发酵，产生酒精，使种子受害。
第一节 土壤空气
3、土壤空气与微生物活动
（1）土壤空气影响微生物活动，影响有机质转化。 通气良好 利于有机质矿质化。
（2）根系吸收养分，需通气良好条件下的呼吸作用提供能ຫໍສະໝຸດ Baidu。 4、土壤空气状况与作物抗病性 （1）植物感病后，呼吸作用加强，以保持细胞内较高的 氧水平，对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用。 （2）呼吸提供能量和中间产物，利于植物形成某些隔离 区阻止病斑扩大。 （3）伤口呼吸增强，利于伤口愈合，减少病菌侵染。
1、土壤空气与根系
第一节 土壤空气
若土壤空气中O2的含量小于9％或10％，根系发育 就会受到影响，O2含量低至5％以下时，绝大多数作物 根系停止发育。
O2与CO2在土壤空气中互为消长，当CO2含量大于1 ％时，根系发育缓慢，至5～20％，则为致死的含量。
土壤空气中还原性气体，也可使根系受害，如H2S使 水稻产生黑根，导致吸收水肥能力减弱，甚至死亡。
D=D0·S·l/le
第一节 土壤空气
式中： 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
结构良好土壤中，气体在团聚体间大孔隙间扩散，而 团聚体内小孔隙则较长时间保持或接近水饱和状态，限制 团聚体内部通气性状。所以紧实大团块，即使周围大孔隙 通气良好，在团块内部仍可能是缺氧。所以通气良好的旱 地也会有厌气性微环境。
第八章 土壤空气和热量状况
内容提要
土壤空气与大气的组成差异 土壤空气的运动方式 土壤热量来源及土壤的热量平衡 土壤热容量及计算 土壤导热率 土壤水、气、热三者相互关系
土壤空气
第一节 土壤空气 一、土壤空气的数量与组成
土壤空气与土壤水分 存在于土体孔隙内， 在一定容积的土壤中， 在孔隙度不变的情况 下，两者所占的容积 比数量，土壤空气随 土壤水分而变化，而 且呈相应的消长关系。
土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。
影响土壤空气运动的因素有气象因素、土 壤性质及营林耕作措施等。气象因素主要 有气温、气压、风力和降水等。
1、土壤空气的对流 土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体
流动，也称质流。对流由高压区 低压区。
第一节 土壤空气
总压力梯度的产生： 气压变化、温度梯度、土壤表层风力、降水或灌溉等。
第一节 土壤空气
一、土壤空气组成
通气良好的土壤，其空气组成接近于大气，若通气不良， 则土壤空气组成与大气有明显的不同。
表6－1 土壤空气与大气组成差异
气体 近地表大气
O2(%) 20.94
CO2(%) 0.03
N2 (%) 78.05
其它气体(%) 0.98
土壤空气 18.0～20.03 0.15～0.65 78.8～80.24
D--在该介质中扩散系数(其量纲为面积/时间) 从公式可见，气体扩散通量(qd)与其扩散系数(D) 和浓度梯度(dc/dx)或分压梯度(dp/dx)成正比。 浓度梯度是不易控制因素，所以只有调整扩散系数 D来控制气体扩散通量。 扩散系数D值的大小取决于土壤性质，通气孔隙状 况及其影响因素(质地、结构、松紧程度、土壤含水量等