土壤空气
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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。
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、土壤热量及水气热调节
式中：E0：标准氧化还原电位，即体系中氧化剂与 还原剂浓度相等时的电位。
n：反应中电子转移数
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氧化还原 状况
氧化
弱度还原
中度还原 强度还原
表2-20 土壤氧化还原状况分级
Eh范围
>400mV
400～ 200mV 200～100mV
<-100mV
化学反应
对作物生长的 影响
O2占优势，各物质以 旱作有利，水稻
2.5.2.2 土壤导热率（soil thermal conductivity）
土壤导热率是评价土壤传导热量快慢的指标，它 是指在面积为1m2、相距1m的两截面上温度相差1K度 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）-1。
土壤导热率的大小主要与土壤矿物质和土壤空气 有关。与土壤容重呈正相关，与土壤孔隙度呈负相关。
土壤
水分
4.187
4.187 0.0054-0.0059
矿质
土粒
1.930
0.712 0.0167-0.0209
土壤 有机质
2.512
1.930 0.0084-0.0126
导温率 (cm2 ·s-1) 0.1615-0.1923 0.0013-0.0014 0.0087-0.0108 0.0033-0.0050
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
30/42
2.6.1 土壤水、气、热的调节 2.6.1.1 土壤水分的调节 （1）土壤水分平衡 土壤水分的收入以降雨和灌溉水为主，此外还有 地下水的补给和其它来源的水（如水气凝结、外来径流 等）。 土壤水的支出主要有土表蒸发、植物蒸腾、向下 渗漏及地表径流损失等。
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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11
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。
33
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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34
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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64
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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土壤空气介绍
0.95
18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
－
二、土壤通气性
1、土壤通气性：又称土壤透气性，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。
意义：它使得土壤空气能够得到不断的更新，从而使得土体 内部各部位的气体组成趋于一致。土壤维持适当的通气性， 也是保证土壤空气质量、提高土壤肥力、使植物根系正常生 长所必须的。
N的转化（硝化、反硝化） Fe的有效性 P的有效性等
三、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<9~10%，生长受阻； <5%时，发育停止。
3、影响养分的形态和有效性（特别是多价元素，如：Fe） 4、影响微生物的活性
2、土壤氧化还原电位（Eh）
土壤的Eh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质 的浓度比，而后者又主要取决于土壤中的氧化压或 溶解态氧的浓度，这就直接与土壤通气性相联系。
因此Eh可以做为土壤通气性的指标，它指示土壤 溶液中氧压的高低，反映土壤通气排水状况。
Eh
Eo
0.059 n
Log
[氧化态 ] [还原态 ]
四、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。
思考题
1、土壤空气组成与大气的组成有何不同？ 2、土壤空气有哪两种运动形式？ 3、举例说明土壤空气的调节方法。
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。
土壤的空气特点
土壤的空气特点
土壤是由多种因素构成的自然环境，其中空气是土壤中的重要部分。
土壤空气的特点主要表现在以下几个方面：
首先，土壤空气的含氧量较低，通常只有空气中含氧量的五分之一左右，这是由于土壤中有机质的分解和微生物的呼吸消耗了大量的氧气。
此外，土壤中常存在着各种气体，如氮气、二氧化碳等，它们对土壤生态系统的运行和作用有重要影响。
其次，土壤空气的动态性较差，由于土壤的密度较高，土壤空气的气体分子运动速度较慢，因此导致土壤空气流动缓慢。
而且，土壤中的微生物和有机物质会吸附和固定空气中的气体，从而形成一种复杂的迁移和转化过程。
此外，土壤空气的湿度和温度较高，与地面空气相比，土壤空气的湿度和温度变化较慢，这是由于土壤中的水分和热量有较强的保持和储存能力。
修正土壤空气条件的方法之一是通过加强通风和增加土壤通气性能，这有助于提高土壤的氧气和水分的含量，从而促进植物的生长和发育。
综上所述，土壤空气的特点具有复杂性和动态性，它与土壤和植物生长密切相关。
因此，在进行土壤改良和农业生产中，我们需要认真关注土壤空气的特点和影响，并采取有针对性的措施来改善土壤空气环境，从而实现增产和提质的目标。
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。
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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
简述土壤空气的特点
简述土壤空气的特点
土壤空气是指存在于土壤孔隙中的气体，其主要成分是氧气、二氧化碳、氮气、水蒸气等。
与大气空气相比，土壤空气具有以下特点：
1. 氧气含量低：由于土壤孔隙小，水分多，通气性差，土壤空气中氧气含量较低。
2. 二氧化碳含量高：土壤中微生物活动繁多，分解有机物质产生大量二氧化碳，使得土壤空气中二氧化碳含量较高。
3. 湿度大：土壤中水分含量高，土壤空气中水蒸气含量也较高。
4. 温度变化小：由于土壤是较好的热传导介质，土壤空气受到温度变化的影响较小。
5. 具有微生物活动：土壤中微生物活动繁多，土壤空气中也存在着微生物及其代谢产物。
6. 具有特殊功能：土壤空气中的氧气、二氧化碳、氮气等有利于植物生长和土壤微生物的代谢活动。
综上所述，土壤空气具有其独特的特点和功能，对于土壤生态系统的
生态平衡和植物的生长发育有着重要的作用。
土壤空气介绍
利用率；长效氮肥和控施化肥的施用，生物 抑制剂的施用。
四、土壤通气状况与作物生长
➢ 影响种子萌发：O2浓度>10%； ➢ 影响根部呼吸： O2浓度<9~10%，根系受损，若降低5%下，绝大多数停止
生长。 ➢ 影响作物生长及吸收水肥的功能
土壤缺氧，吸收水分、养分功能受损。
第二章 土壤的基本物质组成
土壤的组成？
第四节 土壤空气
知识点： 1、土壤空气的组成特点； 2、土壤水通气性； 3、土壤温室气体的排放； 4、土壤通气状况与作物生长的关系。
一、土壤空气的组成
土壤空气和大气组成的差异
气体
O2 （%）
CO2 （%）
N2 （%）
其他气体
近地表大气 20.99
0.03
78.05
我国N2O排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生 产过程分别占5.8%和1.8%。
我国CO2的排放：能源活动占总排放素
氮肥施用、土壤有机质； 土壤含水量、温度、 pH值； 土壤孔隙度。
3、减少温室气体排放措施
➢增加陆地生态系统的碳吸收； ➢减少稻田排放； ➢促进区域间氮肥施用的均衡发展，提高氮肥
全球增温潜势（GWP）表示温室气体在不同 时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热 红外辐射的相对作用。
若把二氧化碳的GWP值设为1，则甲烷、氧 化亚氮 GWP值分別是23和296。
1、主要温室气体的排放
我国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动 （27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
0.98
土壤空气 18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
0.98
组成特点：
➢ a.CO2高于空气几倍-几十倍； ➢ b.O2含量低？； ➢ C.湿度高,99%； ➢ d.还原性气体（CH4，H2等）； ➢ e.数量和组成常发生变化。
四、土壤通气状况与作物生长
➢ 影响种子萌发：O2浓度>10%； ➢ 影响根部呼吸： O2浓度<9~10%，根系受损，若降低5%下，绝大多数停止
生长。 ➢ 影响作物生长及吸收水肥的功能
土壤缺氧，吸收水分、养分功能受损。
第二章 土壤的基本物质组成
土壤的组成？
第四节 土壤空气
知识点： 1、土壤空气的组成特点； 2、土壤水通气性； 3、土壤温室气体的排放； 4、土壤通气状况与作物生长的关系。
一、土壤空气的组成
土壤空气和大气组成的差异
气体
O2 （%）
CO2 （%）
N2 （%）
其他气体
近地表大气 20.99
0.03
78.05
我国N2O排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生 产过程分别占5.8%和1.8%。
我国CO2的排放：能源活动占总排放素
氮肥施用、土壤有机质； 土壤含水量、温度、 pH值； 土壤孔隙度。
3、减少温室气体排放措施
➢增加陆地生态系统的碳吸收； ➢减少稻田排放； ➢促进区域间氮肥施用的均衡发展，提高氮肥
全球增温潜势（GWP）表示温室气体在不同 时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热 红外辐射的相对作用。
若把二氧化碳的GWP值设为1，则甲烷、氧 化亚氮 GWP值分別是23和296。
1、主要温室气体的排放
我国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动 （27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
0.98
土壤空气 18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
0.98
组成特点：
➢ a.CO2高于空气几倍-几十倍； ➢ b.O2含量低？； ➢ C.湿度高,99%； ➢ d.还原性气体（CH4，H2等）； ➢ e.数量和组成常发生变化。
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；
土壤空气专题培训
2.8 土壤氧化还原性质
（1）氧化还原体系： 氧、铁、锰、硫、氮体系
(2)土壤氧化还原电位
是指土壤中氧化剂和还原剂在氧化还原电 极上所建立旳平衡电位。
Eh=E0+59 ╳ log[氧化态/还原态]/n
E0-原则氧化还原电位 n-反应中电子转移数
通气情况：通 大，Eh值高
气性
良好
，P
O
2大
二、土壤通气性(soil aeration)
指土壤空气与近地面大气层大气进 行互换以及土体内部允许气体扩散和流 动旳性能。
土壤通气旳两个机制：
1、土壤空气整体互换：
因为土壤空气与大气之间存在总旳压力梯度而 引起旳气体互换，是土体内外部分气体旳整体 相互流动，是一种短暂旳互换方式。
影响原因：温度、大气压、水分
Cv=c╳d（d：容重）
土壤热容量主要影响原因： （三相构成）
水分、空气、矿质土粒及有机质
土壤温度变化主要受含水量、质地旳影响
土壤构成旳热特征
土 壤 构 成 份
容积热容量 重量热
导热率
（J·cm-1·K- 容量 （J·cm-1·s-1·K-1)
1)
(J·g-1·K-1)
导温率 (cm2 ·s-1)
，比值
增
旱地400~700mv，>750mv通气过强， <200mv通气不良
水稻生长合适Eh200~400mv <200mv ，Fe2+、Mn2+、H2S、丁酸旳积累。 <-100mv，根系变黑，腐烂，植株死亡。
影响原因：
通气性、微生物活动、易分解有机 质旳含量、植物根系旳代谢、土壤pH等。
K=λ/Cv, λ:导热率， Cv：热容量（容积）。
土壤空气特点
土壤空气特点引言土壤是地球表面的重要组成部分，它不仅为植物提供营养和生长的基质，还承载着生物多样性和环境健康的重要功能。
土壤中的空气是土壤环境中一个重要的组成部分，对于土壤生态系统的功能和稳定性具有重要影响。
本文将从土壤空气的组成、特点以及对土壤生态系统的影响等方面进行探讨。
1. 土壤空气的组成土壤空气主要由氮气、氧气、二氧化碳等组成，其中氮气占据主导地位。
还存在着微量的甲烷、一氧化二氮等温室气体。
1.1 氮气在土壤空气中，约有78%是由氮气（N2）构成。
虽然植物无法直接利用大量的N2作为养分来源，但一些特殊微生物可以通过固定大气中的N2将其转化为植物可利用的形式。
1.2 氧气与大气中相比，土壤空气中含有较少量的氧气（O2）。
这是因为土壤中存在着大量的微生物和有机质，它们会消耗氧气进行呼吸作用。
1.3 二氧化碳土壤空气中的二氧化碳（CO2）含量相对较高。
这是由于土壤中存在着大量的有机物质分解和微生物代谢过程，产生了大量的CO2。
1.4 其他成分除了主要组成部分外，土壤空气中还包含微量的甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）等温室气体。
它们在土壤生态系统中起到重要的调节作用。
2. 土壤空气的特点土壤空气与大气空气相比，具有以下几个特点：2.1 氧含量低由于土壤中存在大量的微生物和有机质，它们会消耗土壤空间中的氧气进行呼吸作用。
与大气相比，土壤空气中的氧含量较低。
2.2 CO2含量高由于土壤中存在有机物质分解和微生物代谢等过程，导致土壤空气中的CO2含量相对较高。
这也是植物通过根系吸收土壤中的CO2进行光合作用的重要途径。
2.3 湿度高土壤中的水分会蒸发到土壤空气中，导致土壤空气的湿度相对较高。
这对于土壤中生物活动和植物生长具有重要影响。
2.4 微生物丰富土壤中存在着丰富的微生物群落，它们在土壤空气中起着重要作用。
微生物通过呼吸作用、分解有机质等过程，影响着土壤空气的组成和特性。
3. 土壤空气对土壤生态系统的影响土壤空气在土壤生态系统中起着重要的调节作用，对于植物生长、有机质分解、养分循环等过程具有重要影响。
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
土壤空气与大气进行交换的机制
土壤空气与大气进行交换的机制
土壤空气与大气进行交换的机制主要包括对流和扩散两种方式。
对流是指气体在压力梯度作用下，从高压区向低压区的流动。
在大气中，对流主要受到温度梯度、气压梯度及地表障碍物的影响，导致气流产生上升或下降运动。
这种运动将携带土壤中的气体向上或向下传递，实现土壤空气与大气的交换。
当降雨或灌溉导致土壤孔隙中的水汽压发生变化时，也会引起对流。
扩散是指气体分子从高浓度向低浓度的迁移过程。
在土壤中，气体扩散主要受到土壤中气体分压差、土壤通气性及土壤微生物活动的影响。
当土壤中氧气和二氧化碳的浓度存在差异时，气体分子会从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，从而实现与大气的交换。
总之，土壤空气与大气的交换机制主要包括对流和扩散两种方式，这些机制有助于维持土壤生态系统的正常功能。
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☻ 一、土壤空气对作物生长的影响 ☻ 二、土壤热量对作物生长的影响 ☻ 三、土壤空气、热量状况的调节
一、土壤空气对植物生长的影响 1. 影响种子的萌发 种子萌发需要吸收一定的水分和氧气、缺O2会影响种子 内物质的转化和代谢活动。有机质嫌气分解也会产生醛 类或有机酸而妨碍种子的发芽。 2．影响根系的发育 通气良好有利于大多数作物根系的生长，表现为根系长， 颜色浅根毛多；缺O2土壤中的根系则短而粗，根毛数量 大量减少。研究表明：土壤空气中 O2 浓度低于 9%-10% 时，根系发育则会受到抑制；小于 5% 时，绝大部分作 物的根系就停止发育。
2.土壤导热率 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。土壤传导热量的特性称土壤导热 性。土壤导热性的大小用导热率衡量。 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。（J/cm2.S.K） 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。
3．影响根系吸收功能 土壤良好的通气状况有利于根系的有氧呼吸，释放较多 的能量，有利于根系对养分的吸收。 4．影响土壤微生物的活动和养分状况 土壤空气的数量和O2的含量显著影响到微生物的活性。 O2供应充足时，有机质分解速度快，分解彻底，氨化过 程加快，也有利于硝化过程的进行，故土壤中有效氮丰 富。 土壤缺 O2 时，则有利于反硝化作用的进行，造成氮素 的损失或导致亚硝酸态氮的累积而毒害根系。 5．影响植物生长的土壤环境状况。
2．土壤热量状况的调节 ①垄作 ②以水调温 ③覆盖 是调节土壤温度最常用的手段之一。包括透明覆盖和非 透明覆盖。 如秸秆、化学覆盖剂等，此外还有铺砂盖草等，可以起 到保墒增温的效果，塑料薄膜进行地表覆盖不仅有明显 的增温作用，也有一定的保墒效果。 ④设置风障 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。
3. 土壤热扩散率 指标准状态下，在土层垂直方向上，每cm距离内 有1℃的温度梯度（即单位距离的温差），每秒钟流入 1cm3土壤断面面积的热量，使单位体积（1cm3）土壤所 发生的温度变化。 土壤热扩散率（导温率）的大小同样取决于三相 物质的比例：一般而言，土壤固相部分较稳定。土壤导 温率主要取决于水和空气的比例，干土温度易上升，湿 土温度不易上升。 土壤热扩散率=/cv与导热率成正比，与容积热容量 成反比。 —导热率 cv —热容量 热容量不变时，导温率与导热率的增高是一致的， 但如果热容量发生变化时，则二者的表现就不一致了。 如当干土壤水分开始增加时，土壤导温率因导热率的增 大而增大。但当水分增加到一定程度后，导温率反而降 低。
二、土壤温度对植物生长的影响 1. 影响植物根系的生长发育 2．影响种子的发芽出苗 3．影响的植物的营养生长与生殖生长 4．对其他肥力因素影响，间接影响植物的生长 此外，土温影响土壤的化学、物理变化过程，影 响有效养分的释放。 三、土壤空气、热量状况的调节 1. 土壤空气状况的调节 （1）耕作 （2）轮作 （3）排水
重点：重点掌握土壤空气组成特点及土壤的通气性。
第二节
土壤热性质及土壤热量平衡
☻ 一、土壤的热量来源 ☻ 二、土壤的热性质 ☻ 三、土壤热平衡及其热量状况
一、土壤热量的来源 1．太阳的辐射能 太阳辐射能是土壤热量的主要来源，地球表面所获得的 平均辐射强度为1.9cal/cm2/mm，此值又称太阳常数。 2. 生物热 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。
2.土壤热量状况 土壤热量状况是指在周年或一日内上下土层 间的温度变化情况。 ①土壤温度的年变化 ②土壤温度的日变化 表层土温随季节的变化 幅度大于下层土壤，土层越深土温变幅越大。 3．影响土壤热状况的因素 ①天文及气象因素 ②土地位置 ③土壤的组成和性质 ④土面状况
第三节 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响
思考题
1. 与大气组成相比，土壤空气有哪些特点？ 2. 简述土壤空气更新的方式及其影响因素。 3. 土壤热特性包括哪些？这些因素对土壤热状况 有何影响？ 4. 如何调节土壤的热量状况？ 5. 土壤空气及温度对植物生长有何影响？ 6. 如何综合调节土壤水、气、热状况？
三、土壤热平衡及其热量状况 1．土壤热量平衡 当土壤表面吸收辐射热后，部分以辐射形式再返回大气，另一部分 传给下层土壤，以用以土壤水分蒸发的消耗，余下的热量才用于 土壤本身的升温。 土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况，可用下式表示： S=W1+W2+W3+R 式中：S—土壤表面接受的太阳辐射能 W1—地面辐射所损失的热量 W2—土壤增稳的热量 W3—土壤水分蒸发所消耗的热量 R—其它方面所消耗的 热量 一般情况下，在太阳辐射能量为一固定量的情况下，如果能 减少W1地面辐射能损失的能量、W3土壤水分蒸发所消耗的热量和R 土壤温度可随之增加；反之，土壤温度会降低。 农业生产中，常采用中耕松土，地表覆盖，设置风障，塑料 大棚等措施以调节土壤温度。
第五章
土壤空气及热量状况
♣第一节
土壤空气及其更新 ♣第二节 土壤热性质及土壤热量平衡 ♣第三节 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响
第一节 土壤空气及其更新
一、土壤空气组成特点 二、土壤空气的更新 三、土壤通气性
一、土壤空气的组成特点 1．土壤空气中的CO2的质量分数高于大气 2．土壤空气中的O2质量分数低于大气 3．土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气 4．土壤空气中有时有少量还原性气体 5．土壤空气成分随时间和空间而变化 二、土壤空气的更新（土壤空气与大气的交换） 1. 整体交换 土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素的作用下整体排 出土壤，同时大气也整体进入，称整体交换。交换速度较快。 如土温高于气温，土内空气受热膨胀而被排出土壤，气压低，大 气的重量减少，土壤空气被排出。 2. 气体扩散 气体扩散：它是指气体分子由浓度高（气压大）向浓度小（气压 低）处移动。交换速度较慢，气体扩散是气体交换的主要方式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 土壤热容量愈大，则土温升高或降低愈慢， 反之则愈快。 容积热容量与重量热容量的关系： 容积热容量 =重量热容量 ×土壤容重 土壤固、液、气三相组成的热容量差异很大。 土壤水的热容量最大。通过调控土壤水分状 况可以调节土壤热状况。
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。
一、土壤空气对植物生长的影响 1. 影响种子的萌发 种子萌发需要吸收一定的水分和氧气、缺O2会影响种子 内物质的转化和代谢活动。有机质嫌气分解也会产生醛 类或有机酸而妨碍种子的发芽。 2．影响根系的发育 通气良好有利于大多数作物根系的生长，表现为根系长， 颜色浅根毛多；缺O2土壤中的根系则短而粗，根毛数量 大量减少。研究表明：土壤空气中 O2 浓度低于 9%-10% 时，根系发育则会受到抑制；小于 5% 时，绝大部分作 物的根系就停止发育。
2.土壤导热率 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。土壤传导热量的特性称土壤导热 性。土壤导热性的大小用导热率衡量。 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。（J/cm2.S.K） 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。
3．影响根系吸收功能 土壤良好的通气状况有利于根系的有氧呼吸，释放较多 的能量，有利于根系对养分的吸收。 4．影响土壤微生物的活动和养分状况 土壤空气的数量和O2的含量显著影响到微生物的活性。 O2供应充足时，有机质分解速度快，分解彻底，氨化过 程加快，也有利于硝化过程的进行，故土壤中有效氮丰 富。 土壤缺 O2 时，则有利于反硝化作用的进行，造成氮素 的损失或导致亚硝酸态氮的累积而毒害根系。 5．影响植物生长的土壤环境状况。
2．土壤热量状况的调节 ①垄作 ②以水调温 ③覆盖 是调节土壤温度最常用的手段之一。包括透明覆盖和非 透明覆盖。 如秸秆、化学覆盖剂等，此外还有铺砂盖草等，可以起 到保墒增温的效果，塑料薄膜进行地表覆盖不仅有明显 的增温作用，也有一定的保墒效果。 ④设置风障 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。
3. 土壤热扩散率 指标准状态下，在土层垂直方向上，每cm距离内 有1℃的温度梯度（即单位距离的温差），每秒钟流入 1cm3土壤断面面积的热量，使单位体积（1cm3）土壤所 发生的温度变化。 土壤热扩散率（导温率）的大小同样取决于三相 物质的比例：一般而言，土壤固相部分较稳定。土壤导 温率主要取决于水和空气的比例，干土温度易上升，湿 土温度不易上升。 土壤热扩散率=/cv与导热率成正比，与容积热容量 成反比。 —导热率 cv —热容量 热容量不变时，导温率与导热率的增高是一致的， 但如果热容量发生变化时，则二者的表现就不一致了。 如当干土壤水分开始增加时，土壤导温率因导热率的增 大而增大。但当水分增加到一定程度后，导温率反而降 低。
二、土壤温度对植物生长的影响 1. 影响植物根系的生长发育 2．影响种子的发芽出苗 3．影响的植物的营养生长与生殖生长 4．对其他肥力因素影响，间接影响植物的生长 此外，土温影响土壤的化学、物理变化过程，影 响有效养分的释放。 三、土壤空气、热量状况的调节 1. 土壤空气状况的调节 （1）耕作 （2）轮作 （3）排水
重点：重点掌握土壤空气组成特点及土壤的通气性。
第二节
土壤热性质及土壤热量平衡
☻ 一、土壤的热量来源 ☻ 二、土壤的热性质 ☻ 三、土壤热平衡及其热量状况
一、土壤热量的来源 1．太阳的辐射能 太阳辐射能是土壤热量的主要来源，地球表面所获得的 平均辐射强度为1.9cal/cm2/mm，此值又称太阳常数。 2. 生物热 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。
2.土壤热量状况 土壤热量状况是指在周年或一日内上下土层 间的温度变化情况。 ①土壤温度的年变化 ②土壤温度的日变化 表层土温随季节的变化 幅度大于下层土壤，土层越深土温变幅越大。 3．影响土壤热状况的因素 ①天文及气象因素 ②土地位置 ③土壤的组成和性质 ④土面状况
第三节 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响
思考题
1. 与大气组成相比，土壤空气有哪些特点？ 2. 简述土壤空气更新的方式及其影响因素。 3. 土壤热特性包括哪些？这些因素对土壤热状况 有何影响？ 4. 如何调节土壤的热量状况？ 5. 土壤空气及温度对植物生长有何影响？ 6. 如何综合调节土壤水、气、热状况？
三、土壤热平衡及其热量状况 1．土壤热量平衡 当土壤表面吸收辐射热后，部分以辐射形式再返回大气，另一部分 传给下层土壤，以用以土壤水分蒸发的消耗，余下的热量才用于 土壤本身的升温。 土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况，可用下式表示： S=W1+W2+W3+R 式中：S—土壤表面接受的太阳辐射能 W1—地面辐射所损失的热量 W2—土壤增稳的热量 W3—土壤水分蒸发所消耗的热量 R—其它方面所消耗的 热量 一般情况下，在太阳辐射能量为一固定量的情况下，如果能 减少W1地面辐射能损失的能量、W3土壤水分蒸发所消耗的热量和R 土壤温度可随之增加；反之，土壤温度会降低。 农业生产中，常采用中耕松土，地表覆盖，设置风障，塑料 大棚等措施以调节土壤温度。
第五章
土壤空气及热量状况
♣第一节
土壤空气及其更新 ♣第二节 土壤热性质及土壤热量平衡 ♣第三节 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响
第一节 土壤空气及其更新
一、土壤空气组成特点 二、土壤空气的更新 三、土壤通气性
一、土壤空气的组成特点 1．土壤空气中的CO2的质量分数高于大气 2．土壤空气中的O2质量分数低于大气 3．土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气 4．土壤空气中有时有少量还原性气体 5．土壤空气成分随时间和空间而变化 二、土壤空气的更新（土壤空气与大气的交换） 1. 整体交换 土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素的作用下整体排 出土壤，同时大气也整体进入，称整体交换。交换速度较快。 如土温高于气温，土内空气受热膨胀而被排出土壤，气压低，大 气的重量减少，土壤空气被排出。 2. 气体扩散 气体扩散：它是指气体分子由浓度高（气压大）向浓度小（气压 低）处移动。交换速度较慢，气体扩散是气体交换的主要方式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 土壤热容量愈大，则土温升高或降低愈慢， 反之则愈快。 容积热容量与重量热容量的关系： 容积热容量 =重量热容量 ×土壤容重 土壤固、液、气三相组成的热容量差异很大。 土壤水的热容量最大。通过调控土壤水分状 况可以调节土壤热状况。
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。