第四章 土壤水、空气和热量(二)..

2、地面的反射率
太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜色、 粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。
3、地面有效辐射 影响地面有效辐射的因子有：
（1）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面 发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有 效辐射减少； （2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高 度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；
旱田：土壤的Eh为 400~700 mv 水田：土壤的Eh为 -200~400 mv
（二）土壤空气状况对植物生长的影响
1.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。
2.影响根系生长和吸收功能
土壤空气中O2浓度小于9％～10%时，根系发 育受影响，小于5％则绝大部分作物的根系停止 发育。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。 养分吸收量则相应降低，尤其对钾和氮的吸收影 响较大。
（3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐 射面大，有效辐射也大； （4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、 残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。
三、土壤的热量平衡
土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q P LE + R
收入： 主要来源于太阳辐射能，其次是土壤微生 物分解有机物释放的能量，地球内热和土壤 贮水的潜能等。 支出： 包括土壤水分蒸发、加热土体自身等而消 耗。
3、中耕松土，可降低土壤表层土的热容量，而促进表土升温。 ( )
4、一日之内土壤上下各层温度变化是同步的 ( )
5、土壤热量全部来源是太阳辐射。(
6、土温的变化与土壤肥力的高低无关。(
)
) )。 )
7、土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大( 8、土壤有机质含量越高，其热容量越大 (
9、土壤热扩散率随含水量的增加而增加，随热容量的增大而减小 ( )。 10 、 热 扩 散 率 表 示 土 壤 升 温 的 难 易 ， 导 热 率 表 示 是 热 传 导 的 快 慢 。 ( )
9、土壤Eh值主要由氧体系的氧化还原电位来决定。(
)
10、土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响(
)。
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。
一、土壤热量的来源 （一）太阳的辐射能
导热率:heat conductivity,thermal conductivity
在单位厚度（1厘米）土层，温差为1℃时，每秒 钟经单位断面（1厘米2）通过的热量焦耳数（）。 其单位是J.cm-2.s-1.℃-1。
土壤中各组分的导热率:固相>液相>气相。
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。
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。
适宜的土温能够促进作物的营养生长和生殖生长。各种
作物营养生长最旺盛时期所要求的土温：小麦为16～ 20℃ ，冬小麦为12—16℃ ，玉米为24～28℃，棉花为 25～35℃。
大多数土壤微生物在15～40℃范围内最活跃。土温过高

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。 • 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。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。
§1 土壤空气的组成与植物生长 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
近地面 的大气 土壤 空气
O2 20.94 18.020.03
CO2 0.03 0.150.65
N2 78.05 78.880.24
其他气体
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。
第三节
土壤热性质
一、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· ℃)。
或过低，其活动均受到抑制，并且影响土壤中有机质的矿 质化和腐殖化过程。硝化细菌和氮化细菌在土温28～ 30℃时最活跃。
四、土壤温度的调节措施
(1)根据土性合理选择种植作物
冷性土宜种大豆、甜菜、马铃薯、葱蒜等作物。热性土宜种 棉花、玉米、谷子、高粱、小麦等作物。冷性土春播宜晚、秋播宜 早。热性土春播宜早、秋播宜迟。
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。
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H
I
ELeabharlann Baidu
（二）生物热
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）、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。
通常采用以下农业措施来调节土壤通气状况
①深耕结合施用有机肥料；培育和创造良好的 土壤结构和耕层构造土壤总孔隙度和空气孔隙度， 改善通气性。 ②客土掺沙、掺黏，改良过黏、过沙的土壤质 地，提高土壤的透气性。 ③雨后、灌水后及时中耕，消除土壤板结，以 利通气。 ④灌溉结合排水，利用调节土壤墒情的办法来 改善土壤通气状况。目前采用喷灌、滴灌等先进的 灌水方法，既能节水又能改善土壤的通气状况。
（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。 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。
三、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℃
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· ℃)。
一般情况下，沙土的含水量比黏 土小，而空气含量相对较高，故其热 容一般低于黏土。所以沙土的温度容 易升降，常称其为“热性土”，而黏 土则相反，常称之“冷性土”。
二、土壤导热率
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、 土壤中的空气流
• 土壤空气运动的方式有两种：即对流和扩散。影响土壤空气运动 的因素有气象、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。
思考题
一、解释名词
土壤呼吸 气体扩散 Eh 土壤通气性 土壤热容量 土壤导热率 土壤热扩散率 土壤热状 况
二、问答题
1、土壤空气的组成有何特点?
2、土壤通气 性对土壤肥力有何影响?
3、土壤Eh的意义是什么?
4、如何调节土壤的通气性?
5、调节土壤热状况有哪些？关键措施是什么?为什么? 6、育秧时有牲畜粪内欧苗床促早发的机理是什么? 7、在沙漠地带，为什么有“朝穿皮袄午穿纱，晚上围 着火炉吃西瓜”的气候? 8 、粘土为什么叫“冷性土” ? 砂土为什么叫“暖性 土”?
(2)翻耕松土 (3)灌溉排水
夏季灌水可以降土温，排水可以提高土温。早春育秧时灌水、 可以保温防寒；旱地冬前浇冻水、可起到保苗、杀虫防旱的效果。
(4)施用有机肥料 (5)广泛采用多种措施来调控土温
塑料地膜、温室栽培、阳畦、遮阴
(6)喷洒土面保墒增温剂
课堂测验——快速判断！！
1、土壤含水量愈低，其热容量越小，导热率愈低土壤升温越快 ( ) 2、灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差。 ( )
土壤空气组成显然不是固定不变的。
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CO2含量明显高于未覆稻草原露地，而 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，
三、 土壤通气性(soil aeration)
（一）、土壤通气性的定义和指标
1. 土壤通气性
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。
2．土壤通气性指标---氧化还原电位（Eh）
土壤的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。
0.059 [氧化态] Eh Eo Log n [还原态]
热扩散率小的土 壤，如干土、沙质土 等，其表层土温易于 升降，温度变幅大； 而热扩散率大的土壤， 如湿土、黏土质等， 土温变幅小。
2.日变化
二、地形地貌和土壤性质对土温的影响
(一）海拔高度对土壤温度的影响
在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。
（二）坡向与坡度对土壤温度的影响
①坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同； ②不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样， 土壤水和植物覆盖度有差异，土温高低及变幅也就迥 然不同。南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、 早熟。
（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。
二 影响地面辐射平衡的因素
1、太阳的辐射强度
日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。 在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南移100 公里所产生的影响。 同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土温也 比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。
3.影响土壤微生物活动和养分状况
土壤通气良好，O2供应充足，大多数有益微生 物活动旺盛，土壤有机质分解迅速而彻底，可以 释放更多的速效养分供植物吸收利用。反之，不 利于向植物供应有效养分。
4.影响植物生长的土壤环境状况
通气良好时，土壤呈氧化状态，通气不良，土 壤还原性加强，有机质分解不彻底，可能产生过 多的还原性气体和有毒物质。
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
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） 5. 土壤空气时空变化差异大
课堂测验：
1、土壤空气质量的好坏关键不在其含量而于其质量( ) 2 、土壤空气和大气某些组成含量有差异 ，其他则是相同的 ( )。 3、 土壤空气是水汽饱和的( ) )
4、土壤空气中的CO2的数量是越低越好(
5、土壤空气的组成是时刻变化的(
)
)。 )
6、土壤水分含量的变化导致土壤通气性的变化( 7、土壤和土壤空气是矛盾的，永远无法调和的( 8、在土壤 通气性中，对流比扩散更重要( )
三、土壤的热扩散率
土壤热扩散率 是指在标准状况下，在
土层垂直方向上每厘米距离内，1℃的温度梯 度下，每秒流入1cm2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。 其大小等于土壤导热率/容积热容量之比值。
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Cv
(厘米
2
/ 秒)
上式中:为土壤导热率，
Cv为土壤容积热容量。