植物生长的水、空气和热量环境

二、土壤空气对植物生长的影响
1、土壤空气影响种子萌发和根系的发育
①种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；②根系生长需一定氧 气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；③不同作物缺氧的忍耐 力不同。 2、土壤空气影响土壤养分状况 ①氧气多少影响矿化，影响养分供给；②影响根对养分吸收，如 玉米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减：K＞Ca＞Mg ＞N ＞P； 3、土壤空气影响植物抗病性
毛管悬着水是地势较高处植物吸收水分的主要给源。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
水分常数
田间持水量(田持)：是指毛管悬着水达到最大数量时的土
壤含水量 P111
在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田间持时，若继续供水，并不能使该土体 的持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持 水量是确定灌水量的重要依据。
1、土壤空气中O2的数量较大气为少，CO2的数量较大气为多;
2、土壤空气中水汽含量比大气高; 3、土壤空气中含有少量还原性气体;
二、土壤通气性机制 1. 土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换的能
力。
2.土壤空气与大气交换的机制有二： 一是气体对流，二是气体扩散
（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，。 对流由高压区流向低压区。
• 1旱生植物 ：耐旱性强的植物，如长期 处于干旱条件下能忍受水分不足。如沙 棘、百合科、仙人掌科、景天科植物。
2.中生植物
是指适于生长在水分条件适中的环境中 的植物。不能忍耐过干或过湿的环境。 如油松、侧柏、桑树、旱柳等。
3.水生植物
• 生长在水中，不耐旱。又分为挺水植物 如芦苇、荷花，浮水植物如浮萍、凤眼 莲，沉水植物如金鱼藻、黑藻。
四、 土壤热性质及土壤温度变化
（一）土壤热性质
1、土壤热容量
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)的热量。
土壤不同组分的热容量
重量热容量 ［J/（g · ℃）］ 0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184 容积热容量［J/(cm3 · ℃）］ 2.063 0.410 2.435 — — 2.515 1.255×１０－３ ４.１８４
影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等
不同质地和耕作条件下的田间持水量 （m%）
土壤质地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土 二合土 耕后 田间持水量
10-14 13-20 20-24 22-26 24-28 28-32 25
紧实
21
水分常数
毛管水断裂量
当土壤含水量降低到一定程度时， 较粗毛管中悬着水的连续状态出现断 裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含 水量称为毛管水断裂量。
第三章 植物生长的水、气、热环境 第一节 土壤水分 第二节 土壤空气和热量
第一节 土壤水
土壤水的重要性：
所有的水只有进入土壤转化为土壤水， 才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的 最主要来源。 •土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 •土壤水是土壤形成发育的催化剂； •土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水 实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐出来 的水。
土壤有效水(available soil water)：在田间持水量（ 1-2万帕）到永久萎蔫系数（150万帕）之间保留 在土壤中的水分。 土壤水吸力大于150万帕的土壤水对植物来说是无 效水。
土壤萎蔫系数：
（wilting point)
作物叶片发生永久萎蔫时的 土壤含水量，也叫永久萎蔫 点。
四、园林植物对水分的要求
向根系吸水点和表土蒸发面移动（10-300mm/h ）
它也是土壤养分的溶剂和输送者
是土壤中最宝贵的水
类型 毛管悬着水（与地下水无关）
在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进 入土壤，借助毛管力保持在上层土壤毛管孔隙中的水分。 它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在半 空中一样，故称之为毛管悬着水。
一、
土壤水的类型及性质
一、土壤水分类型及其性质
二、土壤水分的数量概念
三、土壤水分的有效性
一、土壤水分类型及性质
• • • •
吸附水：
吸湿水 膜状水 毛管水 重力水
（形态观点）
依土壤水分所受的 力的作用划分类型
土壤颗粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周围的水分
1、土壤吸湿水
定义：干燥土粒从空气（土壤、大气）中吸附的气态水
机制：表面能（表面分子引力: >31 × 105 Pa）
水分常数
最大吸湿量：干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽， 并在土粒表面凝结成液态水的数量。
特点 它所受土粒表面的吸附力很强，不能流动； 因为它所受的吸力远大于植物根的吸水力(平均为
1520kPa), 植物无法吸收利用，属于土壤水中的无效水， 对生产的直接意义不大。
影响土壤空气对流的因素
• （1）气压变化：大气压上升，一部分空气进入土壤 孔隙，大气压下降，土壤空气膨胀，一部分土壤空气 进入大气。 • （2）温度变化：土壤温度高于大气温度时，土壤中 的空气进入大气，反之，则相反。 • （3）降水和灌溉：如土壤接受降水或灌溉，土壤含 水量增加，孔隙中的空气就进入大气，反之，则相反。 • （4）地表风力：地表风力大，土壤含水量下降，大 气中的空气就进入土壤孔隙。反之则相反。
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［J/(cm· s· ℃)]
土壤组成分 导热率
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
复习思考
一、名词解释：毛管水、田间持水量、凋萎系数、土壤通气 性、土壤热容量 土壤导热率
二、思考
1、土壤水分类型、特点及其有效性 2、土壤空气组成特点； 3、土壤通气性的机制。
大约相当于该土壤田间持水量的75 ％左右。（生长阻碍含水量）
毛管上升水（与地下水有关）
借助于毛管力由地下水上升进入上层土体的水 毛管水上升高度： 从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度 水分常数 毛管持水量：毛管上升水的最大含量
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
4、重力水
定义：土壤中不被土壤保持而受重力支配向下流动 的水，称为重力水 机制：重力（<0.08× 105 Pa ）
2、土壤导热率
土壤具有对吸附热量传导到邻近 土层性质，称为导热性。
导热性大小用导热率表示。在单位厚 度（１cm）土层，温差为１℃时，每 秒钟经单位断面（１cm2）通过的热量 焦耳数（λ ）。
土壤空气导热率最小，固体物质中矿 物质导热率最大，水介于两者之间。 因此，土壤导热率的大小主要决定于 土壤孔隙的多少和含水量的多少。

三、土壤的热量来源及影响因素
（一）土壤热量的来源
1、太阳的辐射能 土壤热量的最基本来源是太阳的辐射能。农业就是 在充分供应水肥的条件下植物对太阳能的利用。
2、生物热 微生物分解有机质的过程是放热的过程。 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。
3、地球内热 由于地壳的传热能力很差，每平方厘米 地面全年从地球内部获得热量不高过226J， 地热对土壤温度的影响极小，但在地热异常 地区，如温泉、火山口附近，这一因素对土 壤温度的影响就不可忽略。
（二）影响土壤热状况的因素
1、环境因素：纬度、海拔高度、坡向、大气 透明度、地面覆盖 2、 土壤性质：土壤颜色、土壤质地、土壤 含水量、松紧度。
4.湿生植物
• 能生长在土壤水分经常饱和的环境中如 水松、红树、白柳。
第二节 土壤空气和热量
1、土壤空气的组成和特点
2、土壤通气性及机制
3、土壤热量的来源及影响因素
4、土壤热性质及土壤温度变化规律
5、土壤空气、温度对园林植物生长和土 壤肥力的影响
一、土壤空气的组成与特点：
与近地面大气成分近似但又有其自己的特点。
θm＝（水重/干土重）×100％
W 1 -W 2 m= 100 W2
干土，一般是指在105℃条件下烘干的土壤。 例1 ：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重79g，求质量含水 量。将测定数据代入上式， 即求该土壤质量含水量为：
θm＝[（95 - 79）/ 79] ×100
20.3％
三、土壤 水的有效性
0.1-1mm
有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强
• h水柱高度（cm) •d孔隙直径（mm）
0.05(0.02)-0.005(0.002) 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失
特点
它不受重力支配而流失，所受力比植物根的吸水力小得多,
是植物所需水分的主要给源
毛管水移动性大，能较迅速地运动，一般向消耗点移动，如
（ P 111表7-1）
表 7.1 不同质地土壤的萎蔫系数（m%） 土壤质地 萎蔫系数 粗砂壤土 0.96～1.11 细砂土 2.7～3.6 砂壤土 5.6～6.9 壤 土 9.0～12.4 粘壤土 13.0～16.6
萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。
3、土壤毛管水
定义：依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称 为毛管水 机制：毛管力（0.08- 6.25× 105 ） 毛管作用力范围：
特点：临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与 土壤养分的淋失有关；往往因水分过多，土壤空气不足， 造成内涝，反而有害于作物生长（多余水）
二、土壤水分的数量概念
（一）质量含水量（m或 mw ）
土壤含水量
质量含水量： 是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。又 称为重量含水量，常用符号θm表示（百分率）
通气不良产生还原性气体H2S、CH4、H2、等会严重危害作物生长，
CO2过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病。
4.土壤通气性的调节
土壤通气性好坏主要取决于土壤通气 孔隙的多少，调节土壤通气性就要通过 各种措施改善土壤孔隙状况。 （1）改良土壤质地和结构 （2）耕作管理 （3）排水和灌溉
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
在土壤的三相物质组成中，水的 热容量最大，气体热容量最小，矿物 质和有机质热容量介于两者之间。在 固相组成物质中，腐殖质热容量大于 矿物质，而矿物质热容量彼此差异较 小。所以土壤热容量的大小主要决定 于土壤水分多少和腐殖质含量。
2.土壤膜状水
定义：土壤颗粒借助吸附力吸附在吸湿水外围的连 续液态水膜称为土壤膜状水 机制：表面能（表面分子引力: 6.25-31 × 105 Pa ）
膜状水示意图
特点
膜状水比吸湿水所受的吸附力小得多，它具有液态水的
性质，可以移动，但其移动速率非常慢。一般是由水膜厚
处向水膜薄处移动，如图所示（0.2-0.4mm/h d=1.25） 。
（2）土壤空气的扩散
土壤中气体分子因浓度梯度或分压不 同而产生的移动。是土壤与大气交换的主 要机制。
影响土壤气体扩散的因素
• （1）土壤松紧度： 土壤孔隙度愈大，尤其是粗孔隙愈多，气体 扩散通道愈大，土壤气体的扩散系数也愈大。 • （2） 土壤质地和结构 土壤质地和结构决定着土壤的孔隙数量及孔 隙大小，因而对气体扩散产生影响。砂质土和 有良好结构土壤粗孔隙多，相对扩散系数也高。 • （3） 土壤含水量 相对扩散系数随含水量的增加而减少，因为 通气孔隙度随土壤含水量的增加而降低。
部分有效
膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水， 而它的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限。 水分常数
凋萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土 壤含水量
（萎蔫点，水受到的引力15.2 105 Pa ）。
凋Baidu Nhomakorabea蔫系数
影响因素：土壤质地、植物种类、气候等
下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。