土壤肥料学：第四章第三节 土壤空气与热量
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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。
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
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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
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
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
Fra Baidu bibliotek
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）；
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。
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。
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%。
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
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
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
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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
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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。
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
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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
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
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
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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）；
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。
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。
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%。
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
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
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
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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
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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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