1、 第第 七七 章章土土 壤壤 空空 气气 和和 热热 量量 内容提要：内容提要：l 土壤空气与大气的组成差异土壤空气与大气的组成差异 l 土壤空气的运动方式土壤空气的运动方式l 土壤热量来源土壤热量来源l 土壤热容量及计算土壤热容量及计算l 土壤导热率土壤导热率 l 土壤水、气、热三者相互关系土壤水、气、热三者相互关系 第一节第一节 土土 壤壤 空空 气气 土壤空气土壤空气土壤空气与土壤水分存在土壤空气与土壤水分存在于土体孔隙内，在一定容于土体孔隙内，在一定容积的土壤中，在孔隙度不积的土壤中，在孔隙度不变的情况下，两者所占的变的情况下，两者所占的容积比数量，土壤空气随容积比数量，土壤空气随土壤
2、水分而变化，而且呈土壤水分而变化，而且呈相应的消长关系。相应的消长关系。土壤空气土壤空气通气良好的土壤，其空气组成接近于大气，若通气不良，通气良好的土壤，其空气组成接近于大气，若通气不良，则土壤空气组成与大气有明显的不同。则土壤空气组成与大气有明显的不同。气气 体体 O2（%）CO2（%）N 2（%）其他气体（其他气体（%）近地表大气近地表大气 20.94 0.03 78.05 0.98土壤空气土壤空气 18.020.03 0.150.65 78.880.24 0.98一般越接近地表的土壤空气与大气组成越相近，土壤深一般越接近地表的土壤空气与大气组成越相近，土壤深度越大，土壤空气组成与大气差异
3、也越大。度越大，土壤空气组成与大气差异也越大。土壤空气与大气组成的数量差异（容积土壤空气与大气组成的数量差异（容积%）土壤空气土壤空气土壤土壤空气空气与近与近地表地表大气大气组成组成的差的差别别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土壤空气中水汽含量高于大气土壤空气中水汽含量高于大气 土壤空气中含有较多的还原性气体土壤空气中含有较多的还原性气体土壤空气土壤空气 影响土壤空气运动的因素有气象因素、土影响土壤空气运动的因素有气象因素、土壤性质及营林耕作措施等。气象因素主要壤性质及营林耕作措施等。气象因素主要有气温、
4、气压、风力和降水等。有气温、气压、风力和降水等。土壤与外界不断地进行气体的交换，如果土壤空气和大气不土壤与外界不断地进行气体的交换，如果土壤空气和大气不进行交换，进行交换，土壤空气中的氧气可能会由于土壤生物的存在，土壤空气中的氧气可能会由于土壤生物的存在，而在而在12-40h被消耗无余。被消耗无余。土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。土壤空气土壤空气土壤空气的对流土壤空气的对流 对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体流动，也称为质流。对流的流向一般是由高整体流动，也称为质流。对流的流向一般是由高压区流向低
5、压区。压区流向低压区。土壤空气的扩散土壤空气的扩散 气体扩散是指气体分子由浓度大（或分压大）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。处向浓度小（或分压小）处的运动。在分压梯度的作用下，在分压梯度的作用下，驱使驱使CO2气体分子不气体分子不断从土壤中向大气扩断从土壤中向大气扩散，同时使散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气散。土壤的分子不断从大气向土壤空气散。土壤的这种从大气中吸收这种从大气中吸收O2，同时排出，同时排出CO2的气体扩散作用，的气体扩散作用，被称为被称为土壤呼吸土壤呼吸。土壤呼吸强度是土壤代谢能力的标志，也是衡量土壤肥土壤呼吸强度是土壤代谢能力的标
6、志，也是衡量土壤肥力的指标之一。力的指标之一。一般情况下，这种扩散作用是土壤与大一般情况下，这种扩散作用是土壤与大气交换的主要机制。气交换的主要机制。土壤空气土壤空气CO2O2第二节第二节 土土 壤壤 热热 量量 土壤热量土壤热量一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源太阳辐射能太阳辐射能:土壤热量的土壤热量的最基本来源。最基本来源。生物热生物热:微生物分解有机微生物分解有机质的过程是放热的过程。质的过程是放热的过程。释放的热量，一部分被释放的热量，一部分被微生物自身利用，而大微生物自身利用，而大部分可用来调节土温。部分可用来调节土温。地球内热地球内热 二、土壤热性质二、土壤热性质 单位质量（重量
7、）或容积的土壤每升高（或降低）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）的热量，被称为土壤热容量。所需要（或放出的）的热量，被称为土壤热容量。土壤热量土壤热量土壤热容量土壤热容量以以C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量 单位是单位是J/J/（gg），C CV V代表容积热容量代表容积热容量 单位是单位是J/J/（cmcm3 3）。C C与与C CV V的关系的关系为为:C CV VCC 是土壤密度。是土壤密度。土壤不同组分的热容量土壤不同组分的热容量土壤组成物质土壤组成物质 质量热容量质量热容量 容积热容量容积热容量 J/（g）J/（cm3）粗石英砂粗石英砂
8、 0.745 2.163高岭石高岭石 0.975 2.410石灰石灰 0.895 2.435腐殖质腐殖质 1.996 2.525土壤空气土壤空气 1.004 1.25510-3土壤水分土壤水分 4.184 4.184土壤热量土壤热量土壤热量土壤热量 CvmCvVm+oCvVo+wCvVwaCvVa mCv、oCv、wCv和和aCv分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的容积热容量，容积热容量，Vm、Vo、Vw、Va分别为土壤矿物质、有机质、水和分别为土壤矿物质、有机质、水和空气在单位体积土壤中所占的体积比。空气在单位体积土壤中所占的体积比。不同土壤的固、液、气三
9、相物质组成比例是不同的，所以不同土壤的固、液、气三相物质组成比例是不同的，所以CvCv可表示为可表示为:因空气的热容量很小，可忽略不计，故土壤热容量可简化为：因空气的热容量很小，可忽略不计，故土壤热容量可简化为：Cv1.9Vm+2.5Vo+4.2VwJ/(cm3)导热性导热性:土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分传送给其邻近土层。土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性传送给其邻近土层。土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性能，称为导热性。能，称为导热性。导热率导热率:导热性大小用导热率（导热性大小用导热率（）表示，即在单位厚度（）表示，即
10、在单位厚度（1cm）土层，温差为土层，温差为1时，每秒钟经单位断面（时，每秒钟经单位断面（1cm2）通过的热量）通过的热量焦耳数。其单位是焦耳数。其单位是J/（cm2s）。）。土壤热量土壤热量土壤导热率土壤导热率土壤热量土壤热量土壤不同组成分的导热率土壤不同组成分的导热率 土壤组成分土壤组成分导热率导热率J/(cm2s)石英石英 4.427102湿砂粒湿砂粒 1.674102干砂粒干砂粒 1.674103泥炭泥炭 6.276104腐殖质腐殖质 1.255102土壤水土壤水 5.021103土壤空气土壤空气 2.092104土壤热量土壤热量矿物质虽然导热率最大，但它是相对稳定而不易变矿物质虽然导
11、热率最大，但它是相对稳定而不易变化的。而土壤中的水、气总是处于变动状态。因此，化的。而土壤中的水、气总是处于变动状态。因此，土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含水量的多少。水量的多少。当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，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。领，导热率增大。因而湿土比干土导热快。因而湿土比干土导热快。干土干土湿土湿土 土壤热扩散率土壤热扩散率 指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，指在标准状况下
12、，在土层垂直方向上每厘米距离内，1的温度梯度下，每秒流入的温度梯度下，每秒流入1cm2土壤断面面积的热量，土壤断面面积的热量，使单位体积（使单位体积（1cm3）土壤所发生的温度变化。其大小等）土壤所发生的温度变化。其大小等于土壤导热率于土壤导热率/容积热容量。容积热容量。土壤热量土壤热量在一定热量的供给下，能使土壤温度升高的快慢和难易决定于其热扩散率D=/Cv（厘米（厘米/秒）秒）第三节第三节 土壤水、气、热的调节土壤水、气、热的调节 水气热调节水气热调节 一、土壤水、气、热一、土壤水、气、热 的关系的关系土壤水、气、热是组成土壤肥力的重要因素，三者是互土壤水、气、热是组成土壤肥力的重要因素，
13、三者是互为矛盾，又互相制约的统一体。为矛盾，又互相制约的统一体。土壤水和空气共存于土壤孔隙，它们之间有着相互消土壤水和空气共存于土壤孔隙，它们之间有着相互消长的数量关系。长的数量关系。1、土壤水和空气、土壤水和空气 土壤含水量达到全容水量时，其大小孔隙往往充满水，土壤含水量达到全容水量时，其大小孔隙往往充满水，造成土壤的通气状况不良。当土壤含水量达到田间持造成土壤的通气状况不良。当土壤含水量达到田间持水量时，其大多数大孔隙充满了空气。当土壤含水量水量时，其大多数大孔隙充满了空气。当土壤含水量进一步降低，有许多毛管孔隙也为空气充满。这时容进一步降低，有许多毛管孔隙也为空气充满。这时容易造成土壤水
14、的供应不良，形成植物的旱害。易造成土壤水的供应不良，形成植物的旱害。水气热调节水气热调节 湿土温度上升慢，下降也慢，不同土层深度的温度梯湿土温度上升慢，下降也慢，不同土层深度的温度梯度也比较小；干土温度上升快，下降也快，而且不同度也比较小；干土温度上升快，下降也快，而且不同土层深度的温度梯度也比较大。土层深度的温度梯度也比较大。当土温较高时，土壤的蒸发量也较大，土壤易于失水当土温较高时，土壤的蒸发量也较大，土壤易于失水干燥，易于通气。土壤不同层次中的温度梯度还可引干燥，易于通气。土壤不同层次中的温度梯度还可引起土壤水分的运动，即从热处向冷处的运动；特别是起土壤水分的运动，即从热处向冷处的运动；特别是土壤冻结时可导致上层滞水，促使土壤过湿和通气不土壤冻结时可导致上层滞水，促使土壤过湿和通气不良。良。3、土壤热量对土壤水、气的影响、土壤热量对土壤水、气的影响 2、土壤水和土壤温度、土壤水和土壤温度 水气热调节水气热调节 二、土壤水、气、热的调节措施二、土壤水、气、热的调节措施通过耕作和施肥，改善土壤的通过耕作和施肥，改善土壤的物理性质物理性质 灌溉和排水措施灌溉和排水措施 混交、间种措施混交、间种措施 采用人工覆盖物采用人工覆盖物
