第五章土壤空气和热量状况

大气的相对湿度通常只有50％～90％，而土壤空气的 相对湿度大多是近饱和的(99％以上)。
4．土壤空气中含有较高量的还原性气体（CH4等）
土壤空气组成显然不是固定不变的。
覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%)
覆 膜 深度
/cm 0 5 10 15 20 － 0.158 0.420 0.250 0.483 05-01 07-29 05-01
其他气体
近地面 的大气 土 壤 空 气
0.98 －
土壤空气主要来自大气，少量是土壤中生物、生物化学和纯化 学过程产生的气体。故土壤空气与大气的组成基本相近，也存 在些差异。
土壤空气和进地面大气空气组成的差异
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．土壤空气中的水汽含量一般高于大气
土壤的容积热容量：是指单位容积的土壤，
在温度升降1℃时所吸收或释放的热量，用C表 示，常用单位J／(cm3· ℃)。
质量热容量：以单位质量土壤来计算，习惯
上称之为重量热容或比热，用C表示，常用单 位J／(g· ℃)。
不同土壤组分的热容量
6－3 土壤不同组分的热容量 重量热容量 （Jg c ） 粗石英砂 高 岭 石 石 灰 0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
20.181
20.198 20.329
1.157
1.281 0.847
20.362
19.873 20.022
土壤空气的变化规律：
随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大， O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此； 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； 覆膜田块的CO-含量明显高于未覆稻草原露地，而 2 O2则反之 土壤空气中的CO2和O2的含量是相互消长的，二者 的总和维持在19~22%之间，
2. 土壤空气扩散 土壤空气组成中，C02的浓度高于大气， O2的浓度低于大气，使之分别产生了CO2 和O2的分压差，在分压梯度的驱动下，使 C02不断从土壤中向大气扩散，O2不断从 大气向土壤空气扩散，这种O2从大气进入， 而CO2从土体排出的气体扩散作用，亦称 为土壤呼吸。一般认为扩散作用是土壤空 气与大气进行交换的主要机制。
二、土壤热性质
1、土壤热容量 (soil heat capacity,soil thermal capacity)
土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升
高（或降低）1℃所需要（或放出的）热量。
土壤热容量的分类
土壤热容量依据单位土壤的计量形式(容积或
质量)不同，分为容积热容量和质量热容量。
3. 影响土壤空气运动的因素 有气象因素、土壤性质及农业措施，气 象因素主要有气温、气压、风力和降雨 等。
三、 土壤通气性(soil aeration)
（一）、土壤通气性的定义和指标 土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土 体内部允许气体扩散和通气的能力。 1．静态指标
（1）容积分数或充气孔隙度 （2）土壤的空气组成 （CO2和O2等的含量）
露 地
07-29
CO2
O2
－ 20.497 20.397 20.486 20.478
CO2
0.915 1.006 1.060 0.865 1.348
O2
－ 20.439 20.275 19.953 20.060
CO2
－ 0.70 0.104 0.134 0.150
O2
0.056 20.649 20.513 20.857 20.121
五、 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，有中耕松土，深耙勤锄，打破土 表结壳，疏松耕层等措施。 对于水田土壤，可通过落水晒田、晒垡，搁田 及合理的下渗速率等措施。
第二节 土壤热量 (Soil heat)
土壤热量最基本的来源是太阳辐射能， 还有生物热和地热 。 土壤温度是衡量土壤热量的尺度，反 映土壤热能获得和散失的平衡状况。
a
H
I
E
（二）生物热
有机物质分解过程中释放出的热量，一部分被微生
物利用，大部分用于提高土温。 据估算，含有机质4％的土壤，每英亩耕层有机 质的潜能为6.28×109～6.99×109KJ，相当于20～50 吨无烟煤的热量。
（三）地球内热
从地球内部的热向地面传导的热能。地热是一种重 要的地下资源。尤其是在一些异常地区，如火山口附近、 有温泉之地。
土壤空气成分随时、空而变化。 CO2含量随土层加深而增加， O2则相应减少，冬季表土CO2含量最少，开春后根系呼吸加强， 微生物活动加快，CO2含量增加，到夏季最高。
二、 土壤空气运动
土壤空气运动的方式有两种：即对流和扩散。 1.土壤空气对流
土壤空气对流是指土壤与大气间由总压力梯度 驱动气体的整体流动，也称为质流。 其流向总是由高压区流向低压区。很多因素引 起土壤与大气间的压力差，而使土壤空气与大 气产生对流，如气压、温差、降雨或灌溉和地 面风力等。
（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响
土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次 之，浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况 下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相 差2－4℃，园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖 一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。
一、土壤热量的来源
（一）太阳的辐射能
在地球大气层的顶部测得 的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1.9k/cm2/min。
99％的太阳能包含在0.34.0微米的波长内，这一范围 的波长通常称为短波辐射。 当太阳辐射通过大气层时， 其热量一部分被大气吸收散射， 一部分被云层和地面反射，土 壤吸收其中的一少部分。
影响根系生长和吸收功能 影响土壤微生物活动和养分状况 影响植物生长的土壤环境状况
一般在通气良好的土壤中，植物根 系长、颜色浅、根毛多；而缺氧则会阻 碍根系伸长和侧根萌生，根系短而粗， 颜色暗，根毛大量减少。 据北京农业大学实验站对棉花地的观 测，结果表明：土壤空气中O2和CO2含 量维持在21%左右，O2占其中85%以上 时棉花根系发育良好；当O2占70%以上 时,棉花根系能正常生长；而CO-占 2 60%以上时，根系生长完全停止。
-1 -1
土壤组成物质
容积热容量 (Jcm c ) 2.163 2.410 2.435 － － 2.515 1.255×10-3 4.184
-3 -1
Fe2O3 Al2O3 腐 殖 质 土壤空气 土壤水分
二、土壤热性质 2、土壤导热率
（1）导热性:
土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为 导热性。导热性大小用导热率表示。
土壤温度与肥力
种子发芽出苗要求适宜的土温条件。 土温对作物根最生长的关系很密切。一般根系在2～4℃时
开始微弱生长，10℃以上根生长比较活跃，土温超过： 30～35 ℃时根系生长便受到阻碍。
夏季土温过高，常使根系组织加速成熟，甚至发生“烧根”
现象或幼茎“烧伤”现象。冬季土温过低易产生冻害，并 影响作物根系对水肥的吸收。
第
五
章
土壤空气和热量状况
第五章
土壤空气和热量
第一节
一
土壤空气
土壤空气的组成
二 土壤空气的运动 三 土壤空气与土壤肥力
第五章
土壤空气和热量
第一节 土壤空气 一、土壤空气的组成与变化
土壤空气与大气组成的比较（容积%） 气 体
O2 20.94 18.020.03
CO2 0.03 0.150.65
N2 78.05 78.880.24
取样的代表性不十分确定
三、 土壤通气性(soil aeration)
（一）、土壤通气性的定义和指标 土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土 体内部允许气体扩散和通气的能力。 1．静态指标 2．土壤通气量(soil air flux)
土壤通气பைடு நூலகம்是指在单位时间内，单位压力下，进入单位 体积土壤中的气体总量（CO2 和O2 ），常用单位是毫升 厘米-2 秒-1。土壤通气量的大小标志着土壤通气性好坏， 通气量大则土壤通气性良好。
当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙 被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时， 土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。
土壤不同组成分的导热率（焦耳/厘米·秒·度） 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
0.059 [氧化态] Eh Eo Log n [还原态]
四、土壤空气与土壤肥力
土壤空气状况对植物生长的影响 土壤空气状况是土壤肥力的重要因素之一。不仅 影响作物根系的发育和吸收能力，还影响土壤中的 化学和生物化学过程、养分的形态及供肥能力。
影响种子萌发
种子正常发育需要O2的含量在10％以上，如果小于5％， 种子萌发将受到抑制。
三、土壤温度（Soil temperature)
1、土壤温度的季节或月变化
土壤温度的变化
均质土壤的土壤温度的理想日变化。在相继的每一深 度，温度峰是衰减的，并且随时间逐渐漂移，也就是说下 层土壤温度的变幅比上层小，并且滞后一段时间。见下图
土壤温度的日变化
无冰冻 地区土壤温 度剖面随季 节的变化： 表层土温随 季节的变幅 要大于下层 土壤，土层 越深土温变 幅越小。此 外，下层土 温的季节变 化较上层有 明显滞后。
三、 土壤通气性(soil aeration)