土壤学土壤空气和热量状况

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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
第六章 土壤空气和热量状况
主要内容
教学目标 与要求
1.土壤空气 2.土壤热量 3.土壤热性质 4.土壤温度
1.掌握土壤空气的组成与大气组成 的差异及土壤空气运动的方式; 2.了解土壤热量的来源,掌握土壤 的三个热参数; 3.理解土壤温度变化的影响因素。
第一节 土壤空气(Soil Air)
一、土壤空气组成(soil air composition)
通气良好利于有机质矿质化。 (2) 根系吸收养分,也需要通气良好条件下的呼吸作
用提供能量。 4.土壤空气状况与作物抗病性 (1) 植物感病后,呼吸作用加强,以保持细胞内较高
的氧水平,对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用;
(2) 呼吸提供能量和中间产物,利于植物形成某些 隔离区阻止病斑扩大;
(3) 伤口呼吸显著增强,利于伤口愈合,减少病菌 侵染。
两种扩散都可以用费克(Fick)定律表示:
qd =Ddc/dx
qd—扩散通量(单位时间通过单位面积扩散的质 量); dc/dx—浓度梯度;
D—在该介质中扩散系数(其量纲为面积/时间) 从公式可见,气体扩散通量(qd)与其扩散系数 (D)和浓度梯度(dc/dx)或分压梯度(dp/dx)成正比。 浓度梯度是不易控制因素,所以只有调整扩散 系数D来控制气体扩散通量。 扩散系数D值的大小取决于土壤性质,主要取决 于通气孔隙状况及其影响因素(质地、结构、松紧程 度、土壤含水量等)。
土壤对大气中温室气体的吸收和消耗,称为汇。
五、土壤空气的运动
1.土壤空气的对流(convection)
土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体流动, 也称质流。对流由高压区流向低压区。
总压力梯度的产生:
气压变化、温度梯度、土壤表层风力、降水或灌溉 等。
土壤对流公式:qv=-(k/η)▽p qv—空气的容积对流量(单位时间通过单位横截 面积的空气容积); k—通气孔隙通气率; η—土壤空气的粘度; p—土壤空气压力的三维(向)梯度; 负号表示方向。 从公式可见空气对流量随土壤透气率和气压梯度 增加而增大。
平均 0.62 20.12 1.27 19.95 0.27 20.24 0.85 20.02
三、土壤空气与作物生长
1.土壤空气与根系
(1) 若土壤空气中O2的含量小于9%或10%,根系 发育就会受到影响,O2含量低至5%以下时,绝大 多数作物根系停止发育。
(2) O2与CO2在土壤空气中互为消长,当CO2含量大 于1%时,根系发育缓慢,至5~20%,则为致死的 含量。
二、土壤空气含量(soil air content)
土壤空气含量=总孔度-水分容积百分率。
土壤空气的组成不是固定不变的,土壤水分、 土壤生物活动、土壤深度、土壤温度、pH值,季 节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。
随着土壤深度增加,土壤空气中CO2含量增加, O2含量减少,其含量相互消长。
表6-2 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 (%)
表6-1 土壤空气与大气组成差异
气体 近地表大气
O2(%) 20.94
CO2(%) 0.03
N2 (%) 78.05
其它气体(%) 0.98
土壤空气 18.0~20.03 0.15~0.65 78.8~80.24 0.98
土壤空气与近地表大气组成,主要差别: (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)土壤空气中水汽含量一般高于大气; (4)土壤空气中含有较多的还原性气体。
2.土壤空气的扩散 在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压
梯度,驱使土壤从大气中吸收O2,同时排出CO2的气 体扩散作用,称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主 要机制。
土壤中CO2和O2的扩散过程分气相、液相两部分。 气相扩散:通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤 间的气体交流作用
液相扩散:通过不同厚度水膜的扩散
(3) 土壤空气中还原性气体,也可使根系受害,如 H2S使水稻产生黑根,导致吸收水肥能力减弱,甚 至死亡。
2.土壤空气与种子萌发(bourgeon)
种子萌发,所需氧气主要由土壤空气提供,缺 氧时,葡萄糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。
3.土壤空气与微生物活动 (1) 土壤空气影响微生物活动,从而影响有机质转化。
四、土壤空气与大气痕量温室气体(greenhouse gasses)的关系
大气中痕量(trace quantity)温室气体(CO2、 CH4、N2O、氟氯烃化合物)导致的气候变暖,是人 们非常关注的重大环境问题。土壤是大气痕量温室 气体的源(source)和汇(sink) 。
土壤向大气释放温室气体,因此说土壤是大气痕 量温室气体的源。
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