土壤肥料学：第四章第三节 土壤空气与热量
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B731-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素- 土壤水气热状况
2、膜状水（薄膜水） 指由土壤颗粒表面吸附所 保持的水层，膜状水的最大值叫最大分子持水量。 薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分，又称 为松束缚水分。
3、毛管水 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的 毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水是 土壤中最宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
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表 有机质对有效水范围的影响
类型
持水当量
壤土 泥炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭
20.0 166 31 21.6
萎蔫含水 量 7.1
82.3 14.5 8.5
有效含水范 围
13.l
83.7 16.5 13.l
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（三）土壤水分有效程度
用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要 视其能量水平。一般把土壤水势pF值4.2的土壤水 分确定为土壤有效水的最低标准。
● 土壤贮水量（水层厚度） 指一定厚度土层内 土壤水的总贮量。
● 相对含水量 指土壤含水量占田间持水量的百 分数。
●土壤水势与土壤水吸力 即能量表示法。
四、土壤水的植物有效性
（一）土壤水分常数
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分 常数。
吸湿系数 又称最大吸湿水量，是当空气相对湿
度接近饱和时土壤的吸湿水量。常以吸湿水占烘干 土的重量百分率来表示。 ● 萎蔫含水量 萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量。 植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，称萎 蔫含水量，或凋萎系数。
地下水 位低
4、重力水
又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙 中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因 为重力作用而渗入或流出。
二、土壤水分能量
（一）土水势的概念
3、毛管水 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的 毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水是 土壤中最宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
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表 有机质对有效水范围的影响
类型
持水当量
壤土 泥炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭
20.0 166 31 21.6
萎蔫含水 量 7.1
82.3 14.5 8.5
有效含水范 围
13.l
83.7 16.5 13.l
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（三）土壤水分有效程度
用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要 视其能量水平。一般把土壤水势pF值4.2的土壤水 分确定为土壤有效水的最低标准。
● 土壤贮水量（水层厚度） 指一定厚度土层内 土壤水的总贮量。
● 相对含水量 指土壤含水量占田间持水量的百 分数。
●土壤水势与土壤水吸力 即能量表示法。
四、土壤水的植物有效性
（一）土壤水分常数
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分 常数。
吸湿系数 又称最大吸湿水量，是当空气相对湿
度接近饱和时土壤的吸湿水量。常以吸湿水占烘干 土的重量百分率来表示。 ● 萎蔫含水量 萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量。 植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，称萎 蔫含水量，或凋萎系数。
地下水 位低
4、重力水
又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙 中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因 为重力作用而渗入或流出。
二、土壤水分能量
（一）土水势的概念
B732-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素-土壤养分
（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。
其中第一条最重要。但要通过实验来证明这几点往往很困 难。除了C、H、O三元素外，还有九种元素对所有的植物 都是必需的：N、P、K、Mg、S、Fe、Mo、Zn、Cu
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和Co对藻类、细菌与高等植物是必需的；
水分：50~60%
温度：35℃ ＜ 2℃ STOP!
养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。
（2）硝化作用
硝化微生物
2NO2- + O2
2NO3- + 40千卡
以(Nitrobacter为主)
条件：硝化细菌（以Nitrobacter为主）其它同亚硝化 作用
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
4）有硝态氮存在
5）pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时，反硝化 作用减弱。
(2)化学脱氮过程
主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较 高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包 括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚 氮的过程
A . 亚硝酸分解反应
所谓土壤养分，就是指这些主要靠土壤 提供的植物必需营养元素。
三、土壤养分的形态及有效性
• 水溶态：溶解于土壤溶液中的养分，有效性很高， 很容易被作物吸收。
• 交换态：被吸附于土壤胶体上的养分离子，有效 性高。
• 缓效态：存在于某些矿物中，如固定于矿物中的 K，有效性较低。
• 难溶态：存在于土壤矿物中的养分，难溶解，难 被利用，基本无效。
三、土壤钾的转化
其中第一条最重要。但要通过实验来证明这几点往往很困 难。除了C、H、O三元素外，还有九种元素对所有的植物 都是必需的：N、P、K、Mg、S、Fe、Mo、Zn、Cu
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和Co对藻类、细菌与高等植物是必需的；
水分：50~60%
温度：35℃ ＜ 2℃ STOP!
养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。
（2）硝化作用
硝化微生物
2NO2- + O2
2NO3- + 40千卡
以(Nitrobacter为主)
条件：硝化细菌（以Nitrobacter为主）其它同亚硝化 作用
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
4）有硝态氮存在
5）pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时，反硝化 作用减弱。
(2)化学脱氮过程
主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较 高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包 括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚 氮的过程
A . 亚硝酸分解反应
所谓土壤养分，就是指这些主要靠土壤 提供的植物必需营养元素。
三、土壤养分的形态及有效性
• 水溶态：溶解于土壤溶液中的养分，有效性很高， 很容易被作物吸收。
• 交换态：被吸附于土壤胶体上的养分离子，有效 性高。
• 缓效态：存在于某些矿物中，如固定于矿物中的 K，有效性较低。
• 难溶态：存在于土壤矿物中的养分，难溶解，难 被利用，基本无效。
三、土壤钾的转化
第四、五章 土壤水、空气、热量
三、土壤温度与作物生长 四、土壤温度的调节
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矿物质
固体土粒 有机质
占固体部分重量95%， 占整个土体容积的38%
占固体部分重量5%， 占整个土体容积的12%
由大气层进入的O2、N2等，土 壤自己产生的CO2、水汽等，
气体
粒间孔隙
占土体容积20－30%
液体
生物
占土体容积20－30%
昆虫、各种原生动物、藻类、各种微生物等
基质势
压力势 土水势
溶质势
重力势 2、土壤水吸力
土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情况下所 处的能态。土壤水吸力在数量上与土壤水负压力 相等，通常简称为土壤吸力。
3、 土壤水分特征曲线（又称土壤持水曲线） 土壤水分特征曲线指土壤水的基质势或土壤水吸 力与含量水量的关系曲线。
相同土壤含水量下，砂土水 吸力最小，粘土水吸力最大 土壤含水量随吸 力的增加而下降 相同水吸力下，粘土含 水量最高，砂土最低 所以，在相同 条件下，粘土 保持水分多但 对植物的有效 性最差
第五章
一、
土壤空气及热量状况
第一节 土壤空气 土壤空气的组成
土壤空气组成的特点：
1、土壤空气中的二氧化碳含量远大于大气
每亩地小麦一昼夜可放出约4升CO2
（2）土壤空气中氧的含量低
（3）土壤空气中的相对湿度比大气高
（4）土壤空气中有时含有还原性气体
微生物活动产生CH4、H2S、H2等
（5）土壤空气数量和组成经常处于变化之中。
2、土壤导热率（评价土壤传导热量快慢的指标）
土壤导热率指在面积为1m2、相距1m的两截面上温度 相差1度（K）时，每秒中所通过该单元土体的热量 焦耳数。其单位为J/（m· K · s）。
第4章土壤水、空气和热量
膜状水
当土壤含水量达到最大吸湿量时，土粒对 周围水分子还有剩余引力，可以在吸湿水 外层又吸附一层新的液态水膜。这层新的 水膜就称为膜状水。 基本性质与液态水相似，但粘滞性较大， 无溶解性。可以沿土粒从水膜厚处想薄处 移动。土壤膜状水含量达到最大时，成为 最大分子持水量。
当根接触膜状水时，膜状水可以被吸收。 但膜状水对植物而言是供不应求的。但 膜状水尚未完全被利用之前，植物就会 出现凋萎状态。 植物因缺水而出现永久萎焉时的土壤含 水量，称为凋萎系数。 凋萎系数是植物可以利用的有效水的下 限，它因土壤和植物的不同而不同。
水通过半透膜的移动
H O H O H H O H O H O H H H O H H O H H O H H O H
K+
H
Cl-
H
溶质势的计算：
o RT Ci
R — 气体常数 （82 bar / cm3 / mol . K） T — 绝对温度 （K）
Ci — 溶质各组分的溶度 （mol ）
×100
θ v θ m Db / Wb
例题：已知一土壤的重量含水量为20 % ，容重为 1.25 g cm-3 , 求该土壤的容积含水量？ （试算） θv = 20 ×1.25 / 1 = 25 %
土壤相对含水量：土壤含水量占某参照持 水量的百分数。
土壤相对含水量 =
土壤含水量 ×100 田间持水量
液柱上升高度是：h=2γcosθ/(ρgr)
γ= 表面张力；θ= 接触角；ρ= 液体密度；g= 重力加速度；r= 细管半径。
当θ>90度，这表示弯液面为凸面；同时h<0，表示流体在毛细管下降，即汞在 玻璃管的情况。
土壤水分、空气、热量(1)
害、渍害。因此必须排除土壤多余的水分，主要包括排除地表 积水、降低过高的地下水和除去土壤上层滞水。
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说，发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10％、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤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。土体中水分过多不仅 空气容量减少，而且阻碍土壤空气与大气的气体交换， 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因，对此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。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的，则应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出，则土壤水分含量增加；反之，土壤水的支出
大于收入，则土壤水分含量降低。在农业生产实践中，土壤水分平 衡的作用主要表现为：
①计算作物日耗水量 例如，某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm，然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm，假设灌水后的这段时间内无降雨过程，也没有 土壤水分的深层渗漏，则在此期间玉米的日耗水量为：
• （1）土水势 • （2）土壤水吸力 • （3）土壤水分特征曲线
（1）土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用，有时还存在附加压力，所以其水势必然与参 比系统不同，两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零，因此，土水势一般为负值，它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言，由于基质吸力对水分的吸持，完成这一过程需要环境 对它做功，所以基质势为负值；而饱和的土壤水不受基质吸 持，故其基质势为零。
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说，发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10％、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤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。土体中水分过多不仅 空气容量减少，而且阻碍土壤空气与大气的气体交换， 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因，对此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。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的，则应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出，则土壤水分含量增加；反之，土壤水的支出
大于收入，则土壤水分含量降低。在农业生产实践中，土壤水分平 衡的作用主要表现为：
①计算作物日耗水量 例如，某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm，然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm，假设灌水后的这段时间内无降雨过程，也没有 土壤水分的深层渗漏，则在此期间玉米的日耗水量为：
• （1）土水势 • （2）土壤水吸力 • （3）土壤水分特征曲线
（1）土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用，有时还存在附加压力，所以其水势必然与参 比系统不同，两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零，因此，土水势一般为负值，它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言，由于基质吸力对水分的吸持，完成这一过程需要环境 对它做功，所以基质势为负值；而饱和的土壤水不受基质吸 持，故其基质势为零。
第四章土壤水空气热量
和地下水（ground water）
1.吸湿水（hygroscopic water ）
概念：土壤固体土粒的表面能吸附空气中的水分子，形成薄 薄的水膜。 最大吸湿量（maximum hygroscopicity ） ：在水汽饱和的 空气中，吸湿水达到最大量时土壤含水量。
吸湿水受到束缚力，10000-31个大气压，植物吸水15-16大气 压，不能被植物利用。
密度1.2-2.4，冰点是-78 ℃ ，105℃可烘出来。
影响因素：质地、气温、相对湿度。
对植物无效！
土粒
土粒
吸湿水层 膜状水层
吸湿水示意图
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。
土壤 质地
紫色土 粘土
黄壤 重壤 4.11
潮土 中壤 2.52
砂土 砂土 0.8
吸湿系数 7.53 （%）
有 吸 风干土 湿无 水 烘干土
膜状水示意图
根毛
土粒
土粒
土粒
rd D
土粒
膜状水移动示意图
3.毛管水（capillary water）
概念：靠毛管力作用而保持和运动的土壤液态水。
毛管水受到吸力6.25-0.1个大气压，可被植物吸收
利用。
拉普拉斯(Laplace)公式： P=2T/R P—毛管力；T—表面张力；R—毛管半径
田间持水量(%)
凋萎系数(%) 有效水最大含量 (%)
12
3 9
18
5 13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
6 16
24
9 15
26
11 15
30
15 15
土壤含水量
二、土壤水分含量
1.质量含水量θm：土壤中水分的质量占干土重的 百分数。干土重为105℃ -110℃下的烘干土重。
土壤空气与热量
3.1.2 土壤通气性
土壤空气与近地层大气进行气体交换 以及土体内部气体扩散和流动的性能。 两种途径： 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。
2) 土壤空气整体交换
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。
3.1.3 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 氧浓度<10%时，嫌气呼吸产生有机酸类物质 2) 对作物根系生长及其吸收水肥功能的影响 氧浓度<9~10%，生长受阻； <5%时，发育停止。
3) 影响养分的形态和有效性(如：Fe)
4) 影响微生物的活性
3.2 土壤热量状况 3.2.1 土壤热量来源和热量平衡
来 源： (1) 太阳辐射能 (2) 生物热 (3) 地热
3.2.2
土壤热性质
(1) 土壤热容量 土壤热容量是指单位容积或单位质 量的土壤在温度升高或降低1℃时所吸收 或放出的热量。 容积热容量 质量热容量
容积热容量: 每1cm3土壤增、降1℃时需要吸收或 释放的热量，用Cv表示，单位为 J/(cm3· ℃)； 质量热容量(比热): 每1克土壤增、降温1℃时所需 吸收或释放的热量，用C表示，单位为 J/(g· ℃)。 Cv = C×ρ (ρ为土壤容重)。 热容量愈大，土壤温度变化愈缓慢，热容 量愈小，则土壤温度变化频繁 C水>C土>C气 粘土升温慢，冷性土； 砂土升温快，热性土。
(2) 土壤导热率
单位厚度(1cm)土层，温度相差1℃时，每 秒钟经单位断面(1cm2)通过的热量焦耳数。单 位: J/（cm· s） ℃·
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寒冷多风地区设置风障能降低风速，减少地面乱流和蒸发耗热的作用，可以有效地提高地温。
由缺二地O2球、土内壤部土中的的岩壤根浆系传空则导短至气而地粗表的，的根热更毛。数新量大（量减土少。壤空气与大气的交换） 1. 整体交换 W3—土壤水分蒸发所消耗的热量 R—其它方面所消耗的热量
土壤空气与土壤温度对植物生长的影响 土壤吸收一定的热量后，除用于本身的升温外，还将热量传给临近土层。
土壤导热率：指厚度为1cm，两端温度相差1℃时， 每秒钟通过1cm2土壤断面的焦耳数。（）
土壤导热率主要受含水量、松紧程度孔隙状况影响。 土壤导热率随含水量的增加而增加，因为含水量增加后 不仅在数量上水分增加易于导热，而且水分增加后使土 粒间彼此相连，增加了传热途经。所以湿土比干土导热 快。导热率低的土壤，昼夜温差大，导热率高的土壤昼 夜温差小。
土壤中O2的分压总是低于大气，而CO2的分压总是高于 大气。所以O2是从大气向土壤扩散，而CO2则是从土壤 向大气扩散，正如人不断呼出CO2和吸进O2一样，因此， 土壤气体交换被称为“土壤呼吸”。 三、土壤的通气性 土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体允许 通气的能力。 土壤通气性的重要性：通气与大气的交流，不断更新其 组成，使土体各部分组成趋向一致，如果土壤通气性差， 土壤中的O2在短时间内可能被全部耗竭，而CO2的含量随 之升高，以至妨碍作物根系的呼吸。
土壤微生物在分解有机质的过程中常放出一定的热量， 但数量较少。
2 3. 地球内热 由地球内部的岩浆传导至地表的热。但因地壳导热能力
差，因此这部分热量占的比例小，但温泉附近，这一热
源不可忽视。
二、土壤的热性质
1．土壤热容量
是指单位重量或单位容积的土壤，当温度增或减 1℃时所需要吸收或放出的热量，一般用焦耳数 表示。
由缺二地O2球、土内壤部土中的的岩壤根浆系传空则导短至气而地粗表的，的根热更毛。数新量大（量减土少。壤空气与大气的交换） 1. 整体交换 W3—土壤水分蒸发所消耗的热量 R—其它方面所消耗的热量
土壤空气与土壤温度对植物生长的影响 土壤吸收一定的热量后，除用于本身的升温外，还将热量传给临近土层。
土壤导热率：指厚度为1cm，两端温度相差1℃时， 每秒钟通过1cm2土壤断面的焦耳数。（）
土壤导热率主要受含水量、松紧程度孔隙状况影响。 土壤导热率随含水量的增加而增加，因为含水量增加后 不仅在数量上水分增加易于导热，而且水分增加后使土 粒间彼此相连，增加了传热途经。所以湿土比干土导热 快。导热率低的土壤，昼夜温差大，导热率高的土壤昼 夜温差小。
土壤中O2的分压总是低于大气，而CO2的分压总是高于 大气。所以O2是从大气向土壤扩散，而CO2则是从土壤 向大气扩散，正如人不断呼出CO2和吸进O2一样，因此， 土壤气体交换被称为“土壤呼吸”。 三、土壤的通气性 土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体允许 通气的能力。 土壤通气性的重要性：通气与大气的交流，不断更新其 组成，使土体各部分组成趋向一致，如果土壤通气性差， 土壤中的O2在短时间内可能被全部耗竭，而CO2的含量随 之升高，以至妨碍作物根系的呼吸。
土壤微生物在分解有机质的过程中常放出一定的热量， 但数量较少。
2 3. 地球内热 由地球内部的岩浆传导至地表的热。但因地壳导热能力
差，因此这部分热量占的比例小，但温泉附近，这一热
源不可忽视。
二、土壤的热性质
1．土壤热容量
是指单位重量或单位容积的土壤，当温度增或减 1℃时所需要吸收或放出的热量，一般用焦耳数 表示。
土壤肥料学教学大纲
《土壤肥料学》教学大纲一、课程性质和基本内容土壤肥料学时研究土壤、肥料和植物营养及其相互关系的一门学科。
通过了解土壤的组成和性质，土壤的形成、分类和分布，土壤管理，植物营养的基本原理，无机肥料的成分、性质和施用，以及有机肥料的成分、性质和积制。
二、教学目标及任务以提高土壤肥力为中心，研究土壤肥力发生发展的规律，了解各种养分对植物的作用，和植物对各种养分的需求，明确土壤、植株和肥料的关系。
掌握主要化肥和有机肥的性质、作用及其在土壤中的转化的关系和施用原则。
结合农业生产实际，学会经济用肥和科学施肥的原理和方法。
本课程教学应力求做到深度适当，结合我国生产实际，突出应用理论、应用技术的传授。
三、基本教学要求要求学生全面、系统掌握土壤肥料学基本理论和基本方法，并能应用于分析和解决生产中的有关问题。
并使学生在科学的态度、严谨的研究方法方面得到训练。
教学中要求学生对肥料使用的方法、技术等进行实际操作训练。
四、教材及主要参考书目教材：《土壤肥料学》（全国高等农林专科统编教材），王荫槐主编，中国农业大学出版社。
五、教学进度安排方案1、教学进度安排汇总表2、各章节教学目的要求及内容要点绪论教学内容：一、土壤肥料学的研究任务二、土壤与肥料科学的发展简史三、土壤肥料在农业可持续发展中的地位与作用教学要求：了解土壤肥料的发展历史，了解土壤肥料在农业生产中得作用第一章土壤水分、空气、热量和养分状况教学内容：第一节土壤水分一、土壤水分的类型和性质二、土壤水分含量及其有效性三、土壤水分的能量状态四、土壤水分状况与植物生长的关系第二节土壤空气一、土壤空气的组成和特点二、土壤通气机制，土壤通气性的原理及有关指标三、土壤通气性与作物生产的关系第三节土壤热量状况一、土壤热量的三个来源二、土壤的热特性：热容量、导热性、保湿性三、土壤温度的变化规律及影响因素四、土壤温度与植物生长的关系第四节土壤养分状况一、土壤养分的形态及有效性二、土壤养分的供应性能三、土壤养分的移动教学要求：重点掌握土壤水分、空气、热量、养分与植物生长的关系。
农业概论第四章 土壤空气和热量2016.4.5
一 土壤空气的组成和特点
4、土壤中还原性气体
土壤空气中含有较多的还原性气体。当土壤通
气不良时，土壤含 O2 量下降， OM 在微生物作
用下进行厌氧分解，产生大量的还原性气体比
如CH4、H2等，
大气中一般还原性气体很少。
一 土壤空气的组成和特点
5、土壤空气组成的变化性
土壤空气组成不是固定不变的，比如土壤水
向 上 每厘 米 距离 内 ， 1℃ 的 温 度 梯 度下 ， 每秒 流入
1cm2土壤断面的热量，使单位体积（1cm3）土壤所发
生的温度变化。其大小等于土壤导热率/容积热容量的
比值。
D (厘米2 / 秒) Cv
上式中:为土壤导热率，CV为土壤容积热容量。
3. 土壤热扩散率（土壤导温率）
干燥的土壤，导温率小，表层温度容易升降，
土壤温度会随着太阳辐射强度的周期性变化而变 化，但时间上有滞后现象。
随着土层的不断加深，温度的变化幅度逐渐减弱。
一 土壤温度的变化规律
一 土壤温度的变化规律
土壤温度日变化规律
夏天晴天中午到达土面的太阳辐射能最强 在1cm深处的土壤最高温度是在14:00才出现 8cm深处最高温度出现在16:00 32cm深处00:40达到最高温 70cm以下的土层温度昼夜变化甚微
四 土壤通气性
影响土壤的氧化还原状况
通气良好，土壤呈氧化状态； 通气不良，土壤呈还原状态。
四 土壤通气性
四 土壤通气性
4.土壤通气性的调节措施
施用有机肥：培育良好的土壤结构和耕层构造， 提高土壤的总孔隙度和通气孔隙度。 质地：改良过粘过沙的土壤质地，提高土壤的 通气性。 深耕：雨后及灌水后及时耕锄，防止表层土壤 板结和形成结皮。 灌溉与排水：合理灌排，调节土壤水分状况。
土壤空气和热量
降低。
第十五页，共二十五页。
第三节 土壤热性质
一、土壤热容量
重量热容量(Cp)：指单位重量土壤温度升高1℃所需的热量(卡/ 克·℃)。
容积热容量(Cv)：指单位容积的土壤温度升高1℃所需的 热量(卡/立方厘米·℃)。
由于土壤组成分(cC重hénvg=fènC)复p×杂土，壤每(t种ǔrǎn成g)容分(chéng fèn)的热容量都不 一样，不同成分(chéng fèn)的容重也不一样。
（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 。
第一页，共二十五页。
第一节 土壤(tǔrǎng)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。
第二十一页，共二十五页。
第四节 土壤温度
一、土壤温度年变化
升温阶段，一般为1月至7月，7月达最高； 降温阶段，一般是为7月至次年1月，1月达最低。
土层愈深，最高温和最低温达到的时间落后于表层土壤，称为“时 滞”。温度的变幅也随土层深度而缩小，至5～20米深处，土温年变幅消 失。
二、土温日变化
土表温度最高值出现在当地(dāngdì)时间13～14时，最低 温出现在日出之前。
第三节 土壤热性质
三、土壤(tǔrǎng)热扩散率
土壤(tǔrǎng)温度决定于土壤(tǔrǎng)导热率和热容量。如果热 一定，土壤温度升高的快慢和难易决定于其热扩 散率。
1、概念 指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，1℃
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有机质分解可释放一定热量，用于土壤升温
➢ 覆盖
早稻育秧 蔬菜保护地的栽培 喷洒土面保墒增温剂，在土面上形成薄膜，抑制
华中农业大学
重量热容量 （J·g-1 oC1）
0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
容积热容量 (J·cm-3 oC-1)
2.163 2.410 2.435
－ － 2.515 1.255×10-3 4.184
土壤热容量由土壤三相物质的热容量共同决定 Cv＝Cvs·Vs+Cvw·Vw＋Cva·Va
2) 扩散 气体分子由浓度大（分压大）处向浓度小（分压小）处 的运动，由气体分子的热运动/布朗运动引起的。
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如：O2大气→土壤， CO2土壤→大气(土壤呼吸)； 土壤呼吸
可用Fick第一定律表示:
dq
D0
dc dx
dq：扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量）；
D0：在该介质（土壤）中扩散系数； c：某种气体的浓度（单位容积扩散物质的质量）；
近地面大气 20.94
0.03
78.05
无
土壤空气 18-20.03 0.15-0.65 78.8～80.24 CH4、H2S、H2
➢ O2略低于大气 ➢ CO2是大气的几十倍 ➢ 有部分还原性气体(CH4、H2S、SO2、H2) ➢ 水汽处于饱和状态
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土壤空气的时空变化
随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2 含量减少； 气温和土温升高，根系呼吸加强，微生物活动加快， 土壤空气中CO2含量增加，夏季CO2含量最高； 土壤空气中的CO2和O2的含量相互消长，二者的总和 维持在19~22%。
第三节 土壤空气
土壤孔隙中的气体称为土壤空气。 土壤空气来源于大气、生物化学反应和化学反
应产生的气体（如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧 化物、二氧化碳等）。
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一、土壤空气组成
与大气组成基本一致，以O2、N2为主，少量CO2。
土壤空气与大气组成的比较（容积/%）
气体
O2
CO2
N2
还原性气体
热导率低的土壤：昼夜温差大 热导率高的土壤：昼夜温差不大
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土壤热扩散率 D
单位时间、单位温度梯度下，单位体积土壤温度 的变化。
D= λ/Cv 单位cm2/s
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土壤温度
土壤温度的季节或月变化
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土壤温度的日变化
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影响土壤温度的因素
1) 土壤组成与性质 2) 纬度和海拔高度
土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q P LE R
S-土壤在单位时间内实际获得或损失的热量； Q-辐射平衡； P-土壤与大气层之间的热交换量； LE-水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加; R-土面与土壤下层之间的热交换量。
一般情况下，白天S为正值，土壤温度升高；夜晚S为 负值，土表不断向外辐射损失热量，温度降低。
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二、土壤通气性
土壤空气与大气进行交换以及土体内气体扩散和通 气的性能。 交换方式
1) 对流（整体交换）： 土壤与大气间总压力梯度驱动气体的整体流动 ➢ 由高压区流向低压区 ➢ 由气压、风、温度、降水或灌溉等农耕措施引起； ➢ 仅对表层10cm左右的土壤空气更新起到某些作用。
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土壤热学性质
土壤热容量
单位质量或容积的土壤每升高（或降低）1oC所吸收（或 放出）的热量，称为土壤热容量。
C（重量热容量）：J/（g·oC ） Cv（容积热容量）：J/（cm3·oC ）
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土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰
Fe2O3 Al2O3 腐殖质 土壤空气 土壤水分
Cvs、Cvw和Cva分别为土壤固相、液相和气相的容积 热容量; Vs、Vw、Va分别为土壤固相、液相和气相在单位体 积土壤中所占的体积比。
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土壤热学性质
土壤导热率
导热性：土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的 性能。 导热率()：单位厚度土层温差为1oC时，单位时 间经过单位面积土壤传导的热量。 单位：J/(cm·s·oC)
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➢ 适时播种
冷性土春播宜晚，秋播宜早 暖性土传播宜早，秋播宜晚
➢ 灌溉排水：根据土壤热特性，水分增多，Cv增大
早春土温低、寒潮多，一季水稻，日排夜灌 晚稻遇高温季节，采取日灌夜排 对于冷浸田，要想办法开沟排水，通气增温
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➢ 增施有机肥
增加土壤O.M.含量，增强土壤吸热能力，提高 土温
低纬度>高纬度；海拔低>高海拔
3) 地形
阳坡>阴坡
4) 覆盖
植被、积雪、或其它覆盖； 地膜、塑料大棚（起保温作用）
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土温对植物生长的影响及其调节
植物种子发芽、植物生长需要一定的土温 各种作物的适时播种常以土温决定
土壤热量影响土壤中的生命活动和化学过程 微生物活动、O.M.的分解与积累、矿物风化
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土壤不同组成分的导热率
土壤组成分
导热率〔J/(cm·s·oC)〕 ➢
石英 湿砂粒 干砂粒 泥炭 腐殖质 土壤水 土壤空气
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
土壤导热率的 大小，取决于 土壤固、液、 气三相组成及 其比例。
x：扩散的距离；
dc/dx：浓度梯度。
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土壤通气性指标
1) 通气孔隙度：通气孔隙容积占总孔隙的1/5-2/5。 2) 氧扩散率：氧被呼吸消耗或被水排出后重新恢复速率，
以单位时间内扩散通过单位面积土壤的氧气量表示， 一般在30-40 mg/(cm2∙min) 植物生长良好。 3) 氧化还原电位：通气良好的土壤，Eh高达600-700mV。 4) 土壤呼吸系数(RQ)：土壤中产生的CO2与消耗氧的容 积的比率。RQ＞1 表示土壤中CO2含量高，土壤通 气性差。
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影响因素 土壤质地 土壤结构 土壤孔性 土壤水分
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第四节 土壤热量状况
太阳辐射能:土壤热 量的最基本来源
生物热:微生物分解有机质 的过程是放热的过程。 释放的热量，一部分被微 生物自身利用，而大部分 可用来调节土温。
太阳辐射 土壤热量的来源
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有机物分解
地球内热
土壤热量平衡
➢ 覆盖
早稻育秧 蔬菜保护地的栽培 喷洒土面保墒增温剂，在土面上形成薄膜，抑制
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重量热容量 （J·g-1 oC1）
0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
容积热容量 (J·cm-3 oC-1)
2.163 2.410 2.435
－ － 2.515 1.255×10-3 4.184
土壤热容量由土壤三相物质的热容量共同决定 Cv＝Cvs·Vs+Cvw·Vw＋Cva·Va
2) 扩散 气体分子由浓度大（分压大）处向浓度小（分压小）处 的运动，由气体分子的热运动/布朗运动引起的。
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如：O2大气→土壤， CO2土壤→大气(土壤呼吸)； 土壤呼吸
可用Fick第一定律表示:
dq
D0
dc dx
dq：扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量）；
D0：在该介质（土壤）中扩散系数； c：某种气体的浓度（单位容积扩散物质的质量）；
近地面大气 20.94
0.03
78.05
无
土壤空气 18-20.03 0.15-0.65 78.8～80.24 CH4、H2S、H2
➢ O2略低于大气 ➢ CO2是大气的几十倍 ➢ 有部分还原性气体(CH4、H2S、SO2、H2) ➢ 水汽处于饱和状态
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土壤空气的时空变化
随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2 含量减少； 气温和土温升高，根系呼吸加强，微生物活动加快， 土壤空气中CO2含量增加，夏季CO2含量最高； 土壤空气中的CO2和O2的含量相互消长，二者的总和 维持在19~22%。
第三节 土壤空气
土壤孔隙中的气体称为土壤空气。 土壤空气来源于大气、生物化学反应和化学反
应产生的气体（如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧 化物、二氧化碳等）。
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一、土壤空气组成
与大气组成基本一致，以O2、N2为主，少量CO2。
土壤空气与大气组成的比较（容积/%）
气体
O2
CO2
N2
还原性气体
热导率低的土壤：昼夜温差大 热导率高的土壤：昼夜温差不大
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土壤热扩散率 D
单位时间、单位温度梯度下，单位体积土壤温度 的变化。
D= λ/Cv 单位cm2/s
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土壤温度
土壤温度的季节或月变化
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土壤温度的日变化
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影响土壤温度的因素
1) 土壤组成与性质 2) 纬度和海拔高度
土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q P LE R
S-土壤在单位时间内实际获得或损失的热量； Q-辐射平衡； P-土壤与大气层之间的热交换量； LE-水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加; R-土面与土壤下层之间的热交换量。
一般情况下，白天S为正值，土壤温度升高；夜晚S为 负值，土表不断向外辐射损失热量，温度降低。
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二、土壤通气性
土壤空气与大气进行交换以及土体内气体扩散和通 气的性能。 交换方式
1) 对流（整体交换）： 土壤与大气间总压力梯度驱动气体的整体流动 ➢ 由高压区流向低压区 ➢ 由气压、风、温度、降水或灌溉等农耕措施引起； ➢ 仅对表层10cm左右的土壤空气更新起到某些作用。
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土壤热学性质
土壤热容量
单位质量或容积的土壤每升高（或降低）1oC所吸收（或 放出）的热量，称为土壤热容量。
C（重量热容量）：J/（g·oC ） Cv（容积热容量）：J/（cm3·oC ）
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土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰
Fe2O3 Al2O3 腐殖质 土壤空气 土壤水分
Cvs、Cvw和Cva分别为土壤固相、液相和气相的容积 热容量; Vs、Vw、Va分别为土壤固相、液相和气相在单位体 积土壤中所占的体积比。
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土壤热学性质
土壤导热率
导热性：土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的 性能。 导热率()：单位厚度土层温差为1oC时，单位时 间经过单位面积土壤传导的热量。 单位：J/(cm·s·oC)
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➢ 适时播种
冷性土春播宜晚，秋播宜早 暖性土传播宜早，秋播宜晚
➢ 灌溉排水：根据土壤热特性，水分增多，Cv增大
早春土温低、寒潮多，一季水稻，日排夜灌 晚稻遇高温季节，采取日灌夜排 对于冷浸田，要想办法开沟排水，通气增温
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➢ 增施有机肥
增加土壤O.M.含量，增强土壤吸热能力，提高 土温
低纬度>高纬度；海拔低>高海拔
3) 地形
阳坡>阴坡
4) 覆盖
植被、积雪、或其它覆盖； 地膜、塑料大棚（起保温作用）
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土温对植物生长的影响及其调节
植物种子发芽、植物生长需要一定的土温 各种作物的适时播种常以土温决定
土壤热量影响土壤中的生命活动和化学过程 微生物活动、O.M.的分解与积累、矿物风化
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土壤不同组成分的导热率
土壤组成分
导热率〔J/(cm·s·oC)〕 ➢
石英 湿砂粒 干砂粒 泥炭 腐殖质 土壤水 土壤空气
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
土壤导热率的 大小，取决于 土壤固、液、 气三相组成及 其比例。
x：扩散的距离；
dc/dx：浓度梯度。
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土壤通气性指标
1) 通气孔隙度：通气孔隙容积占总孔隙的1/5-2/5。 2) 氧扩散率：氧被呼吸消耗或被水排出后重新恢复速率，
以单位时间内扩散通过单位面积土壤的氧气量表示， 一般在30-40 mg/(cm2∙min) 植物生长良好。 3) 氧化还原电位：通气良好的土壤，Eh高达600-700mV。 4) 土壤呼吸系数(RQ)：土壤中产生的CO2与消耗氧的容 积的比率。RQ＞1 表示土壤中CO2含量高，土壤通 气性差。
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影响因素 土壤质地 土壤结构 土壤孔性 土壤水分
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第四节 土壤热量状况
太阳辐射能:土壤热 量的最基本来源
生物热:微生物分解有机质 的过程是放热的过程。 释放的热量，一部分被微 生物自身利用，而大部分 可用来调节土温。
太阳辐射 土壤热量的来源
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有机物分解
地球内热
土壤热量平衡