第四章-土壤物理性质(3)课件

土壤的气相组成。对植物生长发育、微生物活动、物质转化等有重要的影响，甚至起决定性的作用。重要的土壤肥力因素。第五节土壤空气（Soilair）

一、土壤空气的含量和组成

气体O2CO2N2其它气体大气20.940.0378.050.98土壤空气18.0-20.030.15-0.6578.8-80.240.98大气与土壤空气的平均组成（占体积%）1．CO2含量高于大气（大气0.03%，土壤中CO2含量可达百倍以上），O2含量低于大气（生物消耗）。2．水汽含量高于大气，一般为水汽饱和状态。3．有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2、某些有机挥发性气体等。土壤空气组成显然不是固定不变的。①土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进一步研究。如土壤微生物需O2有一个很宽的范围。②仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植物和微生物对氧的需求。③土壤中CO2浓度对植物生长的影响也有待进一步研究。现有的研究表明，某一特定植物对CO2浓度有一最佳值，过高或过低都会引起根系生长衰退。过高浓度CO2往往伴随缺O2而造成不良后果，但一定浓度CO2对植物生长也有促进作用，而且CO2造成的土壤溶液的微酸性也有利于有些土壤养分的释放.注意：二、土壤通气性（soilaeration)（一）对流（整体交换）受温度、气压、风力及降水、灌水等作用而产生的土壤空气与大气之间的整体流动。如土温变化，土壤含水量变化等。（二）土壤空气扩散（soilairdiffusion)

气体扩散是指气体分子由浓度大（或分压大）处向浓度小（或分压小）处的运动，它是由气体分子的热运动（或称布朗运动）引起的。(三)土壤通气性指标

土壤通气性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。1．静态指标（1）容积分数或充气孔隙度通气孔隙度：非毛管孔隙度10%（2）土壤的空气组成（CO2和O2等的含量）

土壤容气量=土壤总孔隙度-含水量（质量%）

土壤容重

土壤容气量10%--通气有保障，25%--通气最理想2．土壤通气量(soilairflux)

土壤通气量是指在单位时间内，单位压力下，进入单位体积土壤中的气体总量（CO2和O2），常用单位是毫升

厘米-2

秒-1。土壤通气量的大小标志着土壤通气性好坏，通气量大则土壤通气性良好。3.土壤氧扩散率（ODR)（oxygendiffusionrate)：

单位氧分压梯度下，单位时间内扩散通过单位面积土层的O2的量。它反映了土壤空气中O2补充更新的速度。表土壤氧扩散率与植物生长关系［ODR的单位：10-8克／厘米2／分钟］

植物种类土壤质地不同深度土层的ODR生长情况10厘米20厘米30厘米花椰莱壤土533138生长很好莴苣粉质壤土492632生长好菜豆壤土272725缺绿症甜菜壤土586016主根发育不良草莓砂壤土363234缺绿症棉花粘壤土79

缺绿症柑桔砂壤土644539根生长很快

4．土壤氧化还原电位（Eh）

土壤的Eh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解态氧的浓度，这就直接与土壤通气性相联系。因此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。

１、开沟排水，消除湿害

表各种旱作物对地下水位的限度

作物地下水位（米）作物地下水位（米）棉花1.0～1.4小麦0.5～0.6大豆0.5～0.6油菜0.8～1.0大麦0.6～0.7

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。三、土壤通气性的调节２、合理灌排：

不同作物耐渍能力不同：蚕豆>油菜>小麦>红花草子

３、改良土壤结构：

砂土：通气孔过多。粘土：细孔多。4、合理施用有机肥５、合理耕作：疏松耕层

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。第六节土壤热状况（Soilheatregime）

一、土壤热量的来源（一）太阳的辐射能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。

99％的太阳能包含在0.3-4.0微米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时，其热量一部分被大气吸收散射，一部分被云层和地面反射，土壤吸收其中的一少部分。地面辐射平衡示意图（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）地球内热

二、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

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。三、土壤的热性质(一)土壤热容量(soilheatcapacity,soilthermalcapacity)

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。

C：质量（重量）热容量(massheatcapacity)单位是Jg-1℃-1。

Cv：容积热容量(volumeheatcapacity)，单位是（Jcm-3℃-1）。CV=C·ρρ：土壤容重土壤CV较大的容易升温还是不易升温？土壤的主要组成部分为：矿物质，有机质、水、空气。

Cv=mCvVm+oCvVo+wCvVw+aCvVa=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw

CV：整个土壤的容积热容量，mCV：矿物质的容积热容量Vm：矿物质在单位体积土壤中所占的体积oCV：有机质的容积热容量Vo：有机质在单位体积土壤中所占的体积wCV：水的容积热容量Vw：水在单位体积土壤中所占的体积aCV：空气的容积热容量，Va：空气在单位体积土壤中所占的体积土壤Cv的大小主要决定于Vw.因为一定地区的土壤，其Vm和Vo处于相对稳定状态，变化不大，因此，土壤热容量随含水量的增加而增加。农业生产上以水调温，排水提高土温。表不同土壤组分的热容量(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。导热率:heatconductivity,thermalconductivity

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。

表土壤不同组成分的导热率土壤组成分导热率J/(cm·s·℃）石英4.427×10-2湿砂粒1.674×10-2腐殖质1.255×10-2土壤水5.021×10-3土壤空气2.092×10-4

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。导热率的影响因素土壤中的λ为：固相>液相>气相含土壤空气多，疏松干燥的土壤，λ小→孔隙多。紧实，板结，潮湿的土壤，λ较大→水分取代土壤颗粒间的空气。影响λ的因素主要是：土壤孔隙状况，松紧度及土壤含水量。(三)土壤热扩散率

（Soiltemperatureconductivity）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。上式中:

为土壤导热率，

Cv为土壤容积热容量。热扩散率的影响因素一定的土壤而言，固相部分较稳定，D值主要决定于土壤水与空气的比例。一般来讲，干土土温易上升，湿土不易上升。湿土性冷的原因：含水量高，导温性差。砂土昼夜温差大的原因：白天：通气孔隙多，水分含量少，导温性好。晚上：通气孔隙多，导温快，即降温快。四、土壤温度的变化规律（一）土壤温度的年或月变化（二）土壤温度的日变化（二）土壤温度的日变化五、影响土壤温度状况的因素（一）纬度：纬度越高，太阳入射角越小，太阳辐射强度越小。赤道上，太阳垂直照射。（二）海拔高度：海拔越高，空气密度越小，大气逆辐射减小。“山高一丈，土凉三寸”。（三）坡向：在中纬度地区，南坡太阳射角大于北坡，因此南坡单位面积上接受的太阳辐射能大于北坡，所以，南、北坡土壤温度的差异是很明显的，土壤发育的程度也有一定的不同。盖房子朝南，也是为了接受更多的阳光。“宁种阳坡三寸泥，不种阴坡一尺土”。（四）坡度：地面坡度的大小影响到太阳辐射光的入射角。入射角增大，接受的辐射强度增加，而地面坡度越大，太阳入射角越大，辐射强度越大。

（五）土面状况：

干湿情况，有无复盖，植被等。

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。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2－4℃。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。（六）土壤组成和性质影响土壤温度的因素1、地理位置：纬度、海拔、坡度、坡向等。2、土壤组成和性质：颜色、孔隙状况、含水量等。3、耕作制：水田、旱地、林地、复盖物等。六、土壤温度的调节1．灌溉排水：根据土壤的热特性，水分增多，CV增大，合理灌水和排水。早春，土温低，寒潮多，一季水稻，日排夜灌。晚稻，遇高温季节，采取日灌夜排（灌水降温，排水升温）。对于冷浸田，要想办法开沟排水，通气增温。2．增施有机肥增加土壤O·M的含量，增强土壤吸热能力