第七章 土壤空气和热量状况

第七章土壤空气和热量状况主要内容:第一节土壤空气第二节土壤的氧化还原反应第三节土壤热量第四节土壤热特性第五节土壤温度变化第一节土壤空气

土壤空气是土壤重要组成之一，他对作物生长发育，微生物活动，各种养分物质的转化起着很大、甚至是决定性的作用。1、土壤空气存在土壤中未被水分占据的孔隙当中，水少空气多，水多空气少。2、土壤中非毛管孔隙（通气孔隙）用来存贮空气的，无效孔隙，毛管孔隙多为水占据。3、表层土壤15-25%通气孔隙，利于植物生长。表下层大于10%第一节土壤空气

一、土壤空气的组成

土壤空气来源于大气，但组成上有差别，近地表差别小，深土层差别大，通气好差别小，通气差差别大。1、土壤空气与大气相比有以下几个特点：1）CO2是大气5-20倍，微生物活动，有机质分解，根系呼吸作用。1亩小麦24小时呼出CO24kg；2）O2浓度低于大气。微生物活动，有机质分解，根系呼吸作用。3）土壤空气水汽饱和度高，除表层，一般大于99%，空气中只有雨天可达这么高。4）含有还原性气体，尤其在嫌气条件下产生CH4、H2、H2S第一节土壤空气

一、土壤空气的组成2、影响土壤空气组成的因素1）土壤水分和孔隙状况2）土壤生物活动3）土壤深度深度越深，CO2增加，O2降低。4）土壤温度5）PH6）季节变化冬——春——夏，CO2增加，O2降低7）栽培措施3、少量空气可溶解水中，例如氧气第一节土壤空气

二、土壤空气对作物生长影响1、影响根系发育养分吸收1）根系吸收O2呼出CO2、O2；根系呼吸能力减弱，吸收养分水分能力下降，影响大小依次为：K>Ca>Mg>N>P2）影响根系生长；通性好土壤，根系长，颜色浅，根毛多，吸收能力强；长期缺氧，根系短粗，颜色暗，根毛少，吸收能力弱。3）CO2多，易霉菌生长，作物易生病。第一节土壤空气

二、土壤空气对作物生长影响2、影响种子萌发种子萌发需要温度、水分、O2，O2把种子贮存养分，氧化分解，释放能量供生命活动需要。缺O2，谢不能正常进行。有时产生酒精，有机酸，对种子有毒害作用。3、对土壤养分影响1）通气好微生物活动旺盛，有机养分，矿质养分释放快，固N作用强。通气性差，养分释放慢，反硝化作用，N损失，固N作用弱。2）土壤中CO2多，利于CaMgK溶解，但由于植物根系吸收能力差而不能吸收。3）嫌气条件下产生有机酸、H2S，对种子和植物根系有毒害作用，水稻土壤溶液H2S达0.07mg/kg，水稻枯黄，稻根发黑。

第一节土壤空气

三、土壤空气的运动土壤空气不断与大气交换，同时土体内部气体不断运动，如果土壤空气与大气之间不进行交换，土壤空气的O2在12-40小时内消耗殆尽。交换方式有：对流和扩散。1、土壤空气的对流1）土壤空气与大气之间存在总压力梯度，而使气体在土壤孔隙与大气之间流动。由压力大向压力小方向流动。2）作用因素A）温度，热胀冷缩B）降雨，灌水的作用C）风力作用3）土壤空气对流可用方程描述

qv=-(k/η)⊿Pk——透气率η——粘滞系数⊿P——三维压力梯度第一节土壤空气

三、土壤空气的运动2、土壤空气的扩散1）某种气体存在分压梯度产生气体扩散（动力）CO2土壤——>大气O2大气——>土壤2）气体扩散可用Fick定律表示qd=-Ddc/dxqd——气体扩散率D——土壤中扩散系数dc/dx——浓度梯度D土壤中扩散系数：在单位分压梯度下，单位时间通过单位面积气体的量。

3）D的影响因素A）气体种类；O2是CO2的1.25倍；B）水分状况；C）孔隙状况，质地、结构、松紧状况，土层排列第一节土壤空气

四、土壤通气指标1、呼吸强度：单位面积或单位重量土壤在单位时间内释放CO2的克数。2、呼吸系数(RQ)：一定时间内一定面积土壤产生CO2和消耗O2的比值。通气良好RQ=1嫌气条件RQ>1有机质嫌气分解释放CO23、土壤氧化还原电位(Eh)第二节土壤的氧化还原反应一、土壤的氧化还原体系1、土壤空气组成和物质氧化还原状态1）有电子得失转移的化学反应为氧化还原反应。氧化剂+ne+=还原剂2）在一定条件下，氧化态物质与还原态物质达到平衡。3）土壤通气状况好，土壤空气中氧气多，溶解于土壤溶液中氧气多，是一种氧化剂，把还原态物质氧化为氧化态，溶解氧气减少，还原态物质增加。2、土壤氧化还原平衡体系氧铁锰氮硫有机碳氢第二节土壤的氧化还原反应一、土壤的氧化还原体系3、土壤氧化还原平衡体系共同特点1）包括有机体系和无机体系，这些体系的反应有可逆的，半可逆的和不可逆的。例如，有机体系为半可逆或不可逆的。2）有生物的参与例如，微生物对有机质分解例如，铁细菌，硫细菌，硝化细菌，亚硝化细菌，反硝化细菌3）土壤是不均质多相体系。Eh变异较大，多次测定，取平均值。4）土壤中氧化还原平衡体系经常会变动。第二节土壤的氧化还原反应二、土壤氧化还原指标1、氧化还原电位Eh。单位mv由于土壤溶液中氧化态物质和还原态物质的浓度关系而产生的电位称Eh。测定用铂电极，参比电极用甘汞电极2、电子活度的负对数(Pe)Pe=-lg[e-]

Pe=Eh/0.0592

Eh与Pe产生原因相同，但表达方式和单位不同。

第二节土壤的氧化还原反应三、影响土壤氧化还原因素1、土壤通气性；决定于水和孔隙状况，是主要因素。2、微生物活动；使土壤空气，土壤溶液中O2减少，从而使Eh下降，嫌气条件下作用明显。3、易分解有机质含量；耗O2，Eh低。易分解有机质有糖类、淀粉、纤、蛋白质、简单有机酸、醛类、醇类。新鲜有机质如（绿肥）含易分解有机质多。4、植物根系的代谢作用旱田植物耗O2，根系分泌物刺激微生物活动，均使Eh。水田水稻可将O2分泌土壤中，近根Eh升高。第二节土壤的氧化还原反应三、影响土壤氧化还原因素5、土壤pHEh=Eo-0.0592pH理论上PH升高1单位，Eh下降59mv。实际中，随PH升高而下降，但下降数值与理论值有时有一些差异。6、土壤中氧化态和还原态物质的多少如：多、缓冲作用强，Eh变化慢。如：氧化态物质多，Fe2O3、NO3-，淹水后Eh下降缓慢。

第二节土壤的氧化还原反应四、Eh和土壤养分状态1、N>410mvNH3——NO3-410~200mvNO3-——NO2-

<200mvNO3-，NO2-——N2

2、PEh>-200mv对P无影响；<-200mvFe3+——Fe2+被Fe3+固定P释放出来。3、SEh>-200nv为SO42-<-200mvSO42-——S2-H2S有毒害作用，S与Fe2+生成FeS可减轻毒害作用。4、FeEo=-110mvFe3+——Fe2+干旱，含CaCO3土壤有缺铁脱绿现象。5、MnMn4+=Mn2+Eo=400mv土壤缺锰少见，其有效性高。第二节土壤的氧化还原反应四、Eh和土壤养分状态旱田Eh200-700mv，400-500mv适宜。大于700mv，有机质矿化快，养分枯竭，Fe、Mn高价态，有效性低。小于200mv，有机质分解慢，N损失,营养不良，产生有机酸、H2S有毒害作用。水田Eh变动大，-150-500mv，200-400mv适宜。长期低于-110mv，水稻死亡。水田土壤表层氧化层Eh高，可保持在250mv以上，由水分入渗携O2所致。

第三节土壤热量一、土壤热量状况对土壤肥力的作用1、影响种子萌发不同作物适宜种子萌发的温度不同，在适宜温度内，温度越高，种子萌发速度越快。小麦、大麦1-2℃15-20天5-6℃6-7天9-10℃2-3天萌发谷子萌发温度：6-7℃玉米萌发10~12℃高梁12-14℃春季播种要根据气温，土壤温度条件。玉米粉种2、影响根系生长不同植物适宜根系生长土温不同小麦12-16℃玉米24-28℃豆类22-26℃水稻30-35℃温度低，受冻害，呼吸作用弱，根生长受抑制，吸收养分能力低。温度高，呼吸作用旺盛，不利碳水化合物积累，根系发生本质化至根尖，根毛区减少，降低水分、养分吸收。西瓜为什么昼夜温差大，甜第三节土壤热量一、土壤热量状况对土壤肥力的作用3、影响微生物活动，影响有机质积累，适宜25-35℃4、土温高，岩石风化强烈，温度变化岩石破碎。5、土壤温度变化影响土壤水分、空气的运动。第三节土壤热量二、土壤的热量来源1、太阳辐射能在大气上界，太阳辐射强度为1.9cal/cm2/min==8.0J/cm2/min，主要是短波辐射（0.4~4.0µm），通过直射、散射到达地面，部分被地面吸收，部分被反射。土壤主要热量来源。2、生物热微生物分解有机质释放热量，土壤中有机质数量有限，少部分分解，生物热量有限，但生物热可被利用，例如春季为提高地温，可施用半腐熟马粪。3、地球内热地心温度高，向地表传导热，平均54cal/cm2/年==227J/cm2/年，对土壤热量影响不大，但在一些地热异常区，数量较大，可被利用。第三节土壤热量三、土壤表面辐射平衡及影响因素1、地面辐射平衡RR=[到达地面短波辐射-反射短波辐射]+[收入长波辐射-支出长波辐射]=[(I+H)-(I+H)×α]-(E-G)R可以是某一段时间内辐射平衡（日，月，年）R正，地面辐射收大于支出，R负，支出大于收入。R白天正，夜间负。夏季正，冬季负。低纬终年正，高纬终年负。第三节土壤热量三、土壤表面辐射平衡及影响因素2、影响地面辐射平衡的因素1）太阳辐射强度：纬度、坡度、坡向、气候（阴天晴天）2）地面反射率：A）太阳入射角：入射角大，反射率小B）颜色C）粗糙程度D）含水状况E）植被及其它覆盖：有覆盖，反射强3）地面有效辐射A）云、雾、风，能吸收反射长波辐射B）海拔C）地表特征，地表起伏，粗糙，有效辐射面大，有效辐射大。D）地面覆盖，可减少有效辐射，雪、草皮、枯枝落叶、玻璃、塑料薄膜。第三节土壤热量四、土壤热量平衡，反映土壤热量的流向

Q=R±B±LE±P

Q为土壤热量或支出量R辐射平衡B传导热LE水分蒸发、凝结热P土壤与大气间热量交换第四节土壤热特性土壤热容量土壤导热率土壤导温率一、土壤热容量1、概念：单位体积或单位重量的土壤每升高1℃所需热量。重量热容量：J/(g.℃)Cg容积热重量：J/(cm3.℃)Cv2、土壤由矿物质、有机质、水和空气组成。其中水热容量大，气热容量小，固相变化小，水、气变化大。土壤热容量主要受土壤水分多少影响，水多，热容量大。第四节土壤热特性二、土壤导热率存在温度梯度，热量发生传导1、概念：单位厚度土壤温度相差1℃，每秒种传导通过单位断面的热量J数。J/(cm.S.℃)用λ表示。2、固、液、气导热率P126表6-4固相导热率是空气的100倍水相导热率是空气的25倍3、所以水分多，导热率大；土壤紧实，土壤通气孔隙少，固液相比例大，导热率大。容重大，导热率大。第四节土壤热特性三、土壤热扩散率（土壤导温率）1、概念：1℃的温度梯渡下，每秒流过1cm2土壤断面积热量，使单位体积土壤发生的温度变化。2、单位：cm2/s用D表示3、D=λ/Cv4、导温率大，升温慢，干土升温快。5、水分对土壤热扩散率影响开始，λ升高>CvD升高后来，λ升高<Cv