土壤学(第六章) 土壤空气和热量状况

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1、第六章土壤空气和热量状况土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系第一节土壤空气(SoilAir)一、土壤空气组成(soilaircomposition)气体O2(%)CO2(%)N2(%)其它气体(%)近地表大气20.940.0378.050.98土壤空气18

2、.0～20.030.15～0.6578.8～80.240.98表6－1土壤空气与大气组成差异土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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

3、CO2含量增加，O2含量减少，其含量相互消长。二、土壤空气含量(soilaircontent)土壤空气含量=总孔度-水分容积百分率。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系表6－2覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量（%）土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系三、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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系(2)O2与CO2在土壤空气中互为消长，当CO2

4、含量大于1％时，根系发育缓慢，至5～20％，则为致死的含量。(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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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。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

5、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；土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系(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。四、土壤空气与大气痕量温室气体(greenhousegasses)的关系大气中痕量(tracequantity)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(

6、sink)。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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。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：土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系气压变化、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)▽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）；k—通气孔隙通气

7、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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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两种扩散都可以用费克（Fick）定律

8、表示：qd=Ddc/dx土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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)。