第四章 土壤水、空气和热量(二).ppt

教学目标】**土壤空气状况1．了解土壤空气的组成特点与大气的差异以及产生原因2．重点掌握土壤空气运动的方式，为什么说扩散运动方式是土壤空气运动的主要机制3．了解土壤空气影响植物生长和土壤肥力的哪些方面4．在农业生产中，一般用哪些措施来调节土壤空气状况**土壤热量状况1．了解土壤热量的来源，为什么说太阳辐射能是土壤热量最基本的来源2．重点掌握土壤的热性质以及它们在土壤中的变化和相互关系3．掌握土壤温度的日变化、年变化和对植物生长和土壤肥力的影响4．采用哪些措施、在一定程度上可调节土壤的温度状况第四章第四章 土壤空气和热量状况土壤空气和热量状况第一节第一节 土壤空气土壤空气 一一 土壤空气的组成土壤空气的组成 二二土壤空气的运动土壤空气的运动 三三土壤空气与土壤肥力土壤空气与土壤肥力 §1 §1 土壤空气的组成与植物土壤空气的组成与植物生长生长一、土壤空气的组成与变化气  体O2CO2N2其他气体近地面的大气20.940.0378.050.98土 壤 空 气18.0-20.030.15-0.6578.8-80.24－         土壤空气与大气组成的比较（容积%）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土壤空气和进地面大气空气组成的差异          1 1．土壤空气中的．土壤空气中的COCO2 2含量高于大气含量高于大气 2 2．土壤空气中的．土壤空气中的O O2 2含量低于大气含量低于大气 3 3．土壤空气中的水汽含量一般高于大气．土壤空气中的水汽含量一般高于大气 大大气气的的相相对对湿湿度度通通常常只只有有5050％％～～9090％％，，而而土土壤壤空空气气的的相相对对湿湿度大多是近饱和的度大多是近饱和的(99(99％以上％以上) ) 4 4．土壤空气中含有较高量的还原性气体（．土壤空气中含有较高量的还原性气体（CHCH4 4等）等） 5. 5. 土壤空气时空变化差异大土壤空气时空变化差异大土壤空气组成显然不是固定不变的  深度/cm覆    膜露    地05-0107-2905-0107-29CO2O2CO2O2CO2O2CO2O20－－0.915－－0.0560.056－50.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%) 土壤空气的变化规律：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， 土壤空气成分随时、空而变化。

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、二、 土壤中的空气流土壤中的空气流•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[土壤空气对流土壤空气对流 [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（一）、对流（一）、对流 对流，又称质流，驱动力是总气压梯度，它使气流冲从高压区向低压区运动。

        方程4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程必须说明:使用此方程的基本前提是流动过程属层流，且这种层流是在小的压力差作用下产生的 （ 二 ） 、 土 壤 空 气 扩 散 扩 散 （ soil air diffusion)         气气体体扩扩散散是是指指气气体体分分子子由由浓浓度度大大（（或或分分压压大大））处处向向浓浓度度小小（（或或分分压压小小））处处的的运运动动，，它它是是由由气气体体分分子子的的热热运运动动（（或或称称布朗运动）引起的布朗运动）引起的土壤中气体扩散过程也可用Fick第一定律表示  （4.10）式中：q表示体积扩散通量[LT-1] Ds表示土壤中气体表观扩散系数[L2T-1] C表示气体容积分数(浓度)[L3L3] x表示扩散距离 [L]若用扩散气体的分压(P)代替浓度，方程为： （4.11）式中表示浓度与分压的换算常数（比值 注意：注意：首先，土壤中气体表观扩散系数Ds必然比自由大气中的扩散系数Do小。

其次，水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分布， 不同充气孔隙度下草甸褐土透气率不同充气孔隙度下草甸褐土透气率K K值值( (北京农业大学北京农业大学 1989) 1989)基质势基质势(hPa)含水率含水率(%)充气孔度充气孔度(%)K( m/s)-9.840.2414.0612-9825.4728.83133-31023.0731.23272－－054.30682三、三、 土壤通气性土壤通气性( (soil aeration) soil aeration) （一）、土壤通气性的定义和指标（一）、土壤通气性的定义和指标 土壤通气性土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及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土体内部允许气体扩散和通气的能力土壤通气性主土壤通气性主要取决于空气孔隙的数量和大小，要求土壤不仅要有要取决于空气孔隙的数量和大小，要求土壤不仅要有适当的孔隙总量，更重要的是要有一定的空气孔隙度适当的孔隙总量，更重要的是要有一定的空气孔隙度 1 1．静态指标：．静态指标：（（1 1）容积分数或充气孔隙度）容积分数或充气孔隙度 （（2 2））土土壤壤的的空空气气组组成成 （（COCO2 2和和O O2 2等的含量）等的含量） 取样的代表性不十分确定取样的代表性不十分确定 2 2．土壤通气量．土壤通气量( (soil air flux)soil air flux) 土土壤壤通通气气量量是是指指在在单单位位时时间间内内，，单单位位压压力力下下，，进进入入单单位位体体积积土土壤壤中中的的气气体体总总量量（（COCO2 2和和O O2 2）），，常常用用单单位位是是毫毫升升   厘厘米米-2-2   秒秒-1-1。

土土壤壤通通气气量量的的大大小小标标志志着着土土壤壤通通气气性性好好坏坏，，通通气气量量大大则则土土壤壤通通气气性性良好3 3．土壤氧化还原电位（．土壤氧化还原电位（EhEh）） 土壤的土壤的EhEh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的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解态氧的浓度，这就直接与土壤通气性相联系因此此E Eh h可以做为土壤通气性的指标，它指示土壤溶液中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氧压的高低，反映土壤通气排水状况 注意：注意：①①土土壤壤空空气气对对植植物物生生长长的的影影响响，，有有许许多多过过程程和和因因素素需需进进一步研究如土壤微生物需一步研究如土壤微生物需O O2 2有一个很宽的范围有一个很宽的范围②②仅仅仅仅一一个个空空气气容容量量指指标标并并不不能能肯肯定定土土壤壤是是否否能能满满足足植植物和微生物对氧的需求物和微生物对氧的需求③③土土壤壤中中COCO2 2浓浓度度对对植植物物生生长长的的影影响响也也有有待待进进一一步步研研究究。

现现有有的的研研究究表表明明，，某某一一特特定定植植物物对对COCO2 2浓浓度度有有一一最最佳佳值值, ,过过高高或或过过低低都都会会引引起起根根系系生生长长衰衰退退过过高高浓浓度度COCO2 2往往往往伴伴随随缺缺O O2 2而而造造成成不不良良后后果果，，但但一一定定浓浓度度COCO2 2对对植植物物生生长长也也有有促促进进作作用用，，而而且且COCO2 2造造成成的的土土壤壤溶溶液液的的微微酸酸性性也也有有利于有些土壤养分的释放利于有些土壤养分的释放. .（二）、（二）、土壤通气性与肥力土壤通气性与肥力土壤空气状况对植物生长的影响(一)[ 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[影响根系生长和吸收功能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。

呼吸作用产生的能量，是植物吸收土壤水分和养分的能源土壤通气良好时，O2的供应充足，根系进行有氧呼吸，释放的能量就多，有利于根系对养分的吸收反之，根系厌氧呼吸释放的能量就少，养分吸收量则相应降低，尤其对钾和氮的吸收影响较大土壤空气状况对植物生长的影响(二)[影响土壤微生物活动和养分状况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土壤通气性对氮素的影响很大在嫌气条件下，只有固氮能力很弱的嫌气性固氮菌能够活动，而固氮能力很强的根瘤菌和好气性自生固氮菌的活动则受到抑制[影响植物生长的土壤环境状况影响植物生长的土壤环境状况[植物生长的环境状况主要包括土壤的氧化还原和土壤中有毒物质含量状况土壤的通气性对土壤的氧化还原状况影响很大，通气良好时，土壤呈氧化状态，而通气不良则土壤呈还原状态通气不良，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（三）、土壤通气性的调节（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三相容积比例关通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系，达到调节土壤空气孔隙和改善土壤通气状况的目系，达到调节土壤空气孔隙和改善土壤通气状况的目的 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 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 课堂测验：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( )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）太阳的辐射能（一）太阳的辐射能在地球大气层的顶部测得的垂直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，面在一分钟内吸收的辐射能常数，称作称作太阳常数太阳常数，一般为，一般为1.9k/cm2/min  9999％的太阳能包含在％的太阳能包含在0.3-4.00.3-4.0微微米的波长内，这一范围的波长通米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射常称为短波辐射当太阳辐射通过大气层时，其热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，土壤吸收分被云层和地面反射，土壤吸收其中的一少部分。

其中的一少部分 HIEa一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源（二）生物热（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（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、土壤表面的辐射平衡及影响因素二、土壤表面的辐射平衡及影响因素 （一）地面辐射平衡（一）地面辐射平衡 太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过大气层时，少部分直接到达地表的太阳能称为太阳直接辐射（I）被大气散射和云层反射的太阳辐射能，通过多次的散射和反射，又将其中的一部分辐射到地球上，一般称为天空辐射能或大气辐射（H）太阳直接辐射和大气辐射都是短波辐射 I+HI+H之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为环球辐射环球辐射  （二）影响地面辐射平衡的因（二）影响地面辐射平衡的因素素 1 1、、太阳的辐射强度太阳的辐射强度 日照角越大日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。

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，坡向的温差越大坡向的这种差异具有比北坡高坡度越陡，坡向的温差越大坡向的这种差异具有巨大的生态意义和农业意义巨大的生态意义和农业意义 2 2、、地面的反射率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、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粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率3 3、地面有效辐射、地面有效辐射  影响地面有效辐射的因子有：影响地面有效辐射的因子有： （（1 1））云雾、水汽和风：云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面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；效辐射减少； （（2 2））海拔高度：海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔空气密度、水汽、尘埃随海拔高度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增高度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；大； （（3 3））地表特征：地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面大，有效辐射也大；辐射面大，有效辐射也大； （（4 4））地面覆盖：地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、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。

残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射土壤热量平衡状况※土壤热量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，但这部分所占比重甚小，其数量比起太阳辐射能小得多，所以把太阳辐射能称为基本热源，而其他热源则称为一时性热源※土壤热量的支出主要包括土壤水分蒸发、加热土体自身等而消耗※太阳辐射到达地表后，一部分能量被反射回大气层加热近地面空气，大部分能量则被土壤吸收，从而使表土温度升高当表土温度高于下层土温时，热量将逐渐传人深层，称之为正值交换，而当地表接受不到或接受很少太阳辐射(如夜间或冬季)，而因地表土壤水分蒸发以及表土加热近地面大气而使表土温度低于下层土温，热量将由深层传向地表，称之为负值交换这就是土壤中的热量交换或热流，它事实上就是土壤热量的收支平衡，决定着土壤热状况三、土壤的热量平衡三、土壤的热量平衡土壤热量收支平衡可用下式表示：土壤热量收支平衡可用下式表示：S = Q S = Q   P P   L LE E + R + R S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量； Q为辐射平衡； L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加; P为土壤与大气层之间的湍流交换量； R为土面与土壤下层之间的热交换量。

第三节第三节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热容量一、土壤热容量( (soil heat capacity,soil thermal soil heat capacity,soil thermal capacity)capacity) 土壤热容量土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）高（或降低）1℃1℃所需要（或放出的）热量所需要（或放出的）热量 C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量( (mass heat capacity)mass heat capacity)，，单位是单位是JgJg- -1 1℃℃-1-1 C Cv v代表容积热容量代表容积热容量( (volume heat capacity) volume heat capacity) ，，单位是单位是（（JcmJcm-3-3℃℃-1-1）土壤的容积热容量（土壤的容积热容量（CvCv））可用下式表示：可用下式表示： CvCv = = mCv mCv··VmVm + + oCv oCv··Vo Vo ＋＋ wCv wCv··VwVw+ +aCvaCv··Va Va (6(6－－7)7)因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为： CvCv = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw ( = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw (JcmJcm-3-3 C C-1-1) ) (6(6－－8)8)请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值！！！请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值！！！土壤热容量热容量的分类[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。

[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·℃)要注意要注意C C和和CVCV之间的换算关系之间的换算关系 ，对于均质均相的土壤而言，对于均质均相的土壤而言∶∶ C CV V= r·C= r·C (1)(1)式中， 表示某物质的比重(g／cm3)有些书上用有些书上用 C CV V=р·C =р·C (2)(2)来表示是不正确的，来表示是不正确的，рр表示土壤容重表示土壤容重 应用下式表示：应用下式表示： C=C=C Cs sM Ms s + + C Cw wM Mw w + + C Ca aM Ma a (3)(3) 式中式中C Cs s, , C Cw w, C, Ca a分别表示土壤固相、液相和气相的分别表示土壤固相、液相和气相的质量热容量；质量热容量；M Ms s, M, Mw w, M, Ma a分别表示单位质量土壤中固相、液分别表示单位质量土壤中固相、液相和气相所占的质量相和气相所占的质量( (比例）。

比例）C C和和C CV V之间的换算关系之间的换算关系三相物质的热容量（一）三相物质的热容量（一）如果用容积热容量表示土壤热容如果用容积热容量表示土壤热容C C  ：： C Cv v= =C CvsvsV Vs s + + C CvwvwV Vw w + + C CvavaV Va a (4)(4) 式中式中V Vs s, , V Vw w, , V Va a分别表示单位容积土壤中固相、液相和气分别表示单位容积土壤中固相、液相和气相所占的比例，相所占的比例，C Cvsvs, , C Cvwvw, , C Cvava分别表示土壤中固相、液相和气相的分别表示土壤中固相、液相和气相的容积热容量（比例）容积热容量（比例） ，其中，其中V V 显然就是土壤容积含水量显然就是土壤容积含水量 在式在式(4)(4)中，由于气体的热容量中，由于气体的热容量CvCv很小，相对很小，相对于土壤固相和液土壤固相和液相来说可以忽略不计于是式相来说可以忽略不计。

于是式(4)(4)可写成可写成∶∶ C CV V= =C Cvsvs··V Vs s + +C Cvwvw ·· V Vw w (5)(5)式中，式中， C C s s可类似用固相比重可类似用固相比重与质量热容量与质量热容量CsCs换算根据土壤容重根据土壤容重( ( ) )的定义的定义 与与 s s之比即为之比即为VsVs，，由此可得：由此可得：C C = =  CsCs+ C+ C 在式在式(5)(5)中，中，V Vw w=θ=θv v( (土壤容积含水量土壤容积含水量) )，根据式，根据式(1)(1) C Cvsvs= = r rs s·Cs·Cs (6)(6) r rs s=M=MS S/V/VS S= ρ/V= ρ/VS S V Vs s= ρ /= ρ /r rs s (7)(7)将将(6)(6)、、(7)(7)代入式代入式(5)(5)得得 C Cv v=ρC=ρCs s + + C Cvwvw· θ· θv v (8) (8) 一一般般情情况况下下，，水水的的热热容容量量可可以以4.184.18J.cmJ.cm3 3/℃/℃，，当当有有机机质质含含量量不不高高时时，，固固相相物物质质的的质质量量热热容容量量可以近似取可以近似取0.850.85J/g/℃J/g/℃，，则式则式(8)(8)可变为可变为∶∶ C Cv v=0.85ρ+ =0.85ρ+ 4.18· 4.18· θθv v (9)(9)三相物质的热容量（二）三相物质的热容量（二） 由式(9)可以看出，土壤热容量随土壤容重（密度）和含水量的增加而增大，对于一定土壤而言，其固相物质容重变化很小，而其含水量则变化很大，故水分对土壤热容量影响最大。

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”三相物质的热容量（三）三相物质的热容量（三）表表6-1 6-1 不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量二、土壤导热率二、土壤导热率导热性导热性: : 土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，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称为导热性导热性大小用导热率表示导热率导热率: :heat conductivity,thermal conductivity 在单位厚度（在单位厚度（1 1厘米）土层，温差为厘米）土层，温差为1℃1℃时，时，每秒钟经单位断面（每秒钟经单位断面（1 1厘米厘米2 2）通过的热量焦耳数）通过的热量焦耳数（（ ）其单位是）其单位是J.cmJ.cm-2-2.s.s-1-1.℃.℃-1-1 土壤的导热性Ø土壤中的热传导:土壤吸收热量后，除了按热容增温外，同时还能够把吸收的热量传导给邻近的土壤，产生如同水流那样的热运动。

在稳态下，土壤热传导符合付里叶热定律Ø土壤导热率：是指在单位沮度梯度下，单位时间通过单位面积土壤传导的热量，反映了土壤导热性质的大小土壤是由三相物质组成的多孔体所以土壤导热率受土壤组成的影响很大Ø土壤中各组分的导热率:固相>液相>气相Ø影响土壤导热率的主要因素:土壤的松紧、土壤含水状况、土壤质地Ø土壤导热率与土温的变化：导热率低的土壤，如干燥的沙土，白天收入的热量不易下传，使受热的表层土沮升高较快，夜间降温时下层热量也不易上传，使表层土温下降也大，所以昼夜温差大而导热率高的土壤，如黏质土，土温变幅小，昼夜温差不大 当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导当土壤干燥缺水时，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，导热率就小当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大热率增大土壤的松紧程度反映了土壤的孔隙状况，它是土粒之间排列的紧密程度，相同土质的土壤其紧实度不同，容重也就不同疏松多孔而且干燥的土壤，其孔隙中充满了导热率极小的空气，热量只能从土粒间接触点的小狭道传导所以土壤导热率很低而湿润的土壤因水代替空气充填孔隙或在土粒外形成水膜，增加了热量的传导途径故其导热率大（入图）。

在同样质地和密度的土壤中，从干燥湿润含水量增加，导热率也迅速升高，但随着含水量升高到一定程度，水几乎完全成为土壤热流的介质媒体这时导热率升高的速度逐渐降低土壤质地越粗，导热率随含水量增加而变大的速率越快这是由于在粗质的沙土中，若土粒的比表面积小，少量的水(或含水)即可在土粒之间形成水膜，使热流易于通过而黏土中土粒比表面积大、孔隙多，需大量的补水才能完全形成水膜三、土壤的热扩散率三、土壤的热扩散率 土壤热扩散率土壤热扩散率 是指在标准状况下，在是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，土层垂直方向上每厘米距离内，1℃1℃的温度梯的温度梯度下，每秒流入度下，每秒流入1 1cmcm2 2土壤断面面积的热量，使土壤断面面积的热量，使单位体积（单位体积（1 1cmcm3 3））土壤所发生的温度变化其土壤所发生的温度变化其大小等于土壤导热率大小等于土壤导热率/ /容积热容量之比值容积热容量之比值上式中:为土壤导热率， Cv为土壤容积热容量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。

土壤热扩散率是指单位时间流入(或流出)单位容积土壤的一定热量，导致土壤温度升高或降低的程度，常用D表示，单位J／(cm3·s)右图反映了土壤质地和含水率对D的影响第四节第四节 土壤温度（土壤温度（Soil temperature) )一、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二、土壤温度的日变化二、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二、土壤温度的日变化三、地形地貌和土壤性质对土温的影响三、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（二）坡向与坡度对土壤温度的影响 ① ①坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同； ② ②不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，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。

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、早熟南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟 （三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响（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、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壤在同一时间的土表温度相差2 2－－4℃4℃，园艺栽培中或，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或土杂肥等深色物质以提高土温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 §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           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CO­2占60%以上时，根系生长完全停止 土壤空气氧浓度临界值(Vol%)作  物O2临界值     作  者大    麦7%~10%Geisler 1969玉    米14%Geisler 1969豌    豆20%Ammore,1961, Geisler 1969棉    花10%Tacket 1964谷类胚芽10%Gill 1956土壤温度的调节§通常采取以下农业技术措施调节土壤温度：§(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§(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 有机合成酸渣剂、天然酸喷制剂、沥青制剂1 1、、土土壤壤含含水水量量愈愈低低，，其其热热容容量量越越小小，，导导热热率率愈愈低低土土壤壤升升温温越越快快( ( ) )2 2、灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差 ( ) ( )3 3、、 中中 耕耕 松松 土土 ，， 可可 降降 低低 土土 壤壤 表表 层层 土土 的的 热热 容容 量量 ，， 而而 促促 进进 表表 土土 升升 温温 ( ( ) )4 4、一日之内土壤上下各层温度变化是同步的、一日之内土壤上下各层温度变化是同步的 ( ) ( )5 5、土壤热量全部来源是太阳辐射。

土壤热量全部来源是太阳辐射 )( )6 6、土温的变化与土壤肥力的高低无关土温的变化与土壤肥力的高低无关 )( )7 7、土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大、土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大( )( )8 8、土壤有机质含量越高，其热容量越大、土壤有机质含量越高，其热容量越大 ( ) ( )9 9、、土土壤壤热热扩扩散散率率随随含含水水量量的的增增加加而而增增加加，，随随热热容容量量的的增增大大而而减减小小 ( ( ) )1010、、热热扩扩散散率率表表示示土土壤壤升升温温的的难难易易，，导导热热率率表表示示是是热热传传导导的的快快慢慢 ( ) ) 课堂测验课堂测验————快速判断！！快速判断！！ 思考题：思考题：一、解释名词一、解释名词 土壤呼吸土壤呼吸 气体扩散气体扩散 Eh Eh 土壤通气性土壤通气性 土土壤壤热热容容量量 土土壤壤导导热热率率 土土壤壤热热扩扩散散率率 土土壤热状况壤热状况 二、问答题二、问答题 1 1、土壤空气的组成有何特点、土壤空气的组成有何特点? ? 2 2、土壤通气、土壤通气 性对土壤肥力有何影响性对土壤肥力有何影响? ? 3 3、土壤、土壤EhEh的意义是什么的意义是什么? ? 4 4、如何调节土壤的通气性、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”?9、入冬前小麦灌水可防冻，为什么?而春天灌返青水又不宜过早，又为什么?10、农民为什么说“锄下有水又有火”?11、地下水为什么冬暖夏凉?12. 土壤热量来源有哪些？冬季如何提高土壤温度？。