土壤与环境的空气交换

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1、第四节土壤与环境的空气交换一、土壤空气含量和组成1、含量容重孔隙度田间持水量空气量g/cm3g/gcm3/cm3cm3/cm3砂壤土1.300.510.280.3640.146重粘土1.300.510.350.4550.055水多则气少。soilaircontent(v%)=totalporosity(%)-soilwatercontent(v%)土壤空气的组成含量不是固定不变的，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。Soilair

2、content土壤空气含量SoildepthContentCO2O2O2(%)CO2(%)N2(%)其它气体(%)atmosphere20.940.0378.050.98soilair18.0～20.030.15～0.6578.8～80.240.98土壤空气与大气组成的差别（volume%)2、组成二、土壤通气性一）、土壤与大气交换的机制1、质流交换整体交换，<100次/年2、扩散交换土壤呼吸，主要机制Fick定律总压力梯度的产生：气压变化、温度梯度、土壤表层风力、降水或灌溉等。土壤空气对流方程：空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大Massflow质流（

3、对流）土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体流动。对流方向：高压区低压区qv=-(k/η)▽pQv—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）“-”—表示方向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。Diffusion扩散扩散过程气相扩散液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通过不同厚度水膜的扩散扩散公式——Ficklaw：qd——扩散通量(单位时间通过单位

4、面积扩散的质量)dc/dx--浓度梯度；“-”—表示方向D--扩散系数(面积/时间)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。qd=Ddc/dxD0--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结构良好土壤中，气体在团聚体间大孔隙间扩散，而团聚体内小孔隙则较长时间保持或接近水饱和状态，限制团聚体内部通气性状。所以紧实大团块，即使周围大孔隙通气良好，在团块内部仍可能是缺氧。所

5、以通气良好的旱地也会有厌气性微环境。D=D0·S·l/leDiffusioncoefficientD扩散系数D值的大小取决于土壤性质，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)。二）、影响土壤通气性的因素1、质地2、结构3、土体构型4、土壤含水量Influencedfactorsofsoilairmovementandexchange影响土壤空气运动和交换的主要因素气象因素土壤因素农业措施气温、气压、风力和降雨等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)。耕作、施肥、灌水等三）、土壤通气指标1、气体扩散系数2、土壤呼吸商

6、3、土壤通气量4、通气孔隙度5、土壤氧化还原电位总孔隙度50～55%或60%，其中通气孔度要求8～10%，最好15～20%。使土壤有一定保水能力又可透水通气。单位时间通过单位断面的CO2数量土壤呼吸强度不仅作为土壤通气指标，而且是反映土壤肥力状况的一个综合指标。土壤孔隙度Soilporosity土壤呼吸强度Soilrespiratoryintensity土壤透水性Soilfiltration土壤氧化还原电位Soilredoxpotential三、土壤氧化还原状况一）、土壤氧化还原体系土壤中产生氧化还原反应的物质很多，存在着多种氧化还原体系。主要有：氧体系氮体

7、系铁体系锰体系硫体系氢体系有机物体系包括各种有机酸类、酚类、醛类和糖类化合物。土壤氧化还原体系的特点CharacteristicsofredoxsystemsinsoilsＯ２是主要氧化剂:在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。SOM(特别是新鲜有机物)是还原剂:土壤缺Ｏ２条件下，将氧化物转化为还原态。土壤氧化还原体系可分为无机体系和有机体系:无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上有微生物参与如:NH4+→

8、NO2-→NO3-(分别在亚硝酸细菌和