土壤学

地面辐射平衡的影响因素 Influence factors 太阳的辐射强度 Solar radiation intensity 主要取决于气候；晴天比阴天的辐射强度大。天气条件相 同条件下取决于太阳光在地面上的投射角(日照角)，投射角又受 纬度和坡向坡度等影响。
地面的反射率 Reflection ratio of soil surface
一般情况下： 白天S为正值，即土壤温度升高； 夜晚S为负值，土表不断向外辐射损失热量，温度降低。
第三节
一、土壤热容量
土壤热性质
Soil heat properties
Heat capacity of soil
重量热容量(Cp)：单位重量土壤温度升高1℃所需的热量(J/g· ℃)。
容积热容量(Cv)：单位容积土壤温度升高1℃所需的热量(J/cm3· ℃)。
第六章
土壤空气和热量状况
Soil Air and Heat Regime
Contents:


Soil Soil Soil Soil
air 土壤空气 heat 土壤热量 heat properties 土壤热性质 temperature 土壤温度
第一节
土壤空气
Soil air
The gaseous constituents of soil air are derived largely from the atmosphere, the respiration and metabolism of soil organisms, and from the evaporation of soil moisture. Soil air is continuous with the atmosphere, ensures the free movement and exchange of gases.
太阳入射角、日照高度、地面状况，地面状况又包括颜色、 粗糙程度、含水状况、植被及其他覆盖物状况
地面有效辐射 Available radiation of surface
云雾、水汽和风。强烈吸收和反射地面发出的长波辐射， 减少有效辐射。
三、土壤的热量平衡 Heat balance of soil
当土面获得太阳辐 射能转换为热能时，大 部分热量消耗于土壤水 分蒸发和土壤与大气之 间的湍流热交换，一小 部分被生物活动所消耗， 只有很少部分通过热交 换传导至土壤下层。
土壤热量收支 Soil heat budget S=R±P±LE+Q
S——单位时间内土壤实际获得或失掉的热量； R——辐射平衡； P——土壤与大气层之间的湍流交换量； LE——水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加的量； Q——土面与土壤下层的之间的热交换量。 正负双重号表示不同情况下有土温增或减的不同方向
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。 土壤透水性
Soil filtration
土壤氧化还原电位
Soil redox potential
第二节
土壤热量
Soil heat
一、土壤热量来源 Sources of heat
太阳辐射能 Solar radiant energy 土壤热量的最根本来源。太阳能的99%为短波辐射。当太 阳辐射通过大气层时，一部分热量被大气吸收散射，一部分被 云层和地面反射，而土壤只吸收其中一少部分。 生物热 Biological heat 微生物分解有机质过程是放热过程。释放的热量一部分作 为微生物能源，大部分用来提高土温。 地热 Underground heat 地壳传热能力差，对土壤温度影响极小，可忽略不计
Diffusion coefficient D
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)。
D0--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
D=D0· l/le S·
Sun
云层散射
地面短波反射(I+H)×α
地面长波辐射 E
云 层 吸 收
大气吸收
以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值
H r
I
G
R=[(I+H)(I+H)×α] +(GE) =(I+H)(1­α)­ r
E
I+H——投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射 (I+H)×α——被地面反射出的短波辐射，(α为反射率) r=EG——是土壤向大气进行长波辐射量(E)与大气升温反向土壤辐射量(G)的差值；



The gases move along gradients of partial pressure. Oxygen will tend to migrate from the atmosphere where its partial pressure is high into the soil where it is low. Carbon dioxide and water vapour will tend to migrate from the soil into the atmosphere. Movement of gases may occur by diffusion, mass flow or in dissolved form. The balance between levels of oxygen and carbon dioxide in soil air depends largely on the rate of respiration of soil organisms and on the diffusivity characteristics of the soil.
78.05 78.8～80.24
其它气体(%) 0.98 0.98
Main different between soil air and atmosphere：
CO2 content
in soil air was higher than that in atmosphere. O2 content in soil air was lower than that in atmosphere. Vapor content in soil air was higher than that in atmosphere.
Soil
air is composed of more reducing gases.

Soil air content 土壤空气含量
soil air content (v%) = total porosity(%) - soil water content(v%)
土壤空气的组成含量不是固定不
Soil depth
扩散公式——Fick law：
qd =Ddc/dx
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； “-”—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。
Mass flow
质流（对流）
低压区
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
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：
qv=-(k/η)▽p
Qv—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
影响，O2含量低至5％以下时，绝大多数作物根系停止发育。 O2与CO2在土壤空气中互为消长，当CO2含量大于1％时， 根系发育缓慢，至5～20％，则为致死的含量。 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。
土壤空气与种子萌发
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。
土壤空气来源： 近地表大气 土壤微生物的呼吸和代谢 土壤水分的蒸发
一、土壤空气的组成
Soil air composition
土壤空气与大气组成的差别
O2(%)
atmosphere soil air 20.94 18.0～20.03
（volume%)
CO2(%)
0.03 0.15～0.65
N2 (%)
土壤空气影响微生物活动，影响有机质转化。 通气良好 利于有机质矿质化。
根系吸收养分，需通气良好条件下的呼吸作用提供能量。
土壤空气与大气痕量温室气体的关系
Relationship between soil air and greenhouse gases in atmosphere
大气中痕量温室气体（CO2、CH4、N2O、氯氟烃化合物） 导致的气候变暖，是人们关注的重大环境问题。 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(source)。 土壤对大气中温室气体的吸收和消耗，称为汇(sink)。
Content
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
O2
CO2含量增加，O2含量减少，其含量
相互消长。
二、土壤气体的运动和交换
The movement and exchange of soil gases
空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大
Dif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。