第七章 土壤空气
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土壤空气的组成
土壤空气的组成组成与大气相似,但有差别.表现在：1）二氧化碳含量高；2）氧气含量低；3）相对湿度高；4）含还原性气体；5）组成和数量处于变化中.§2 土壤通气性土壤通气性又称土壤透气性：是指土壤空气与近地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能.土壤通气性产生的机制生要有以下两方面：1）土壤空气扩散土壤空气扩散是指某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而产生的移动.其原理服从气体扩散公式：F = -D· dc/dx式中：F是单位时间气体扩散通过单位面积的数量； dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度；D是扩散系数,负号表示其从气体分压高处向低处扩散.土壤呼吸：土壤空气与大气间通过气体扩散作用不断地进行着气体交换,使土壤空气得到更新的过程.（类似生物呼吸）2）土壤空气整体交换土壤空气整体交换也称土壤气体的整体流动,是指由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起的气体交换,是土体内外部分气体的整体相互流动.土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降雨或灌溉水的影响.§3 土壤通气状况与作物生长1）土壤通气状况对种子萌发的影响要求氧浓度>10%,否则,嫌气呼吸产生有机酸类物质2）土壤通气性对作物根系生长及其吸收水肥功能的影响根系生长需要氧：氧浓度。
土壤空气和热量答案1土壤空气组成有哪些特点土壤
第七章土壤空气和热量答案1. 土壤空气组成有哪些特点？（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（5）土壤空气的组成不是绝对不变的，它会受其他因素的影响而发生变化。
2. 土壤热量主要有哪些来源？影响土壤热量状况的因素包括哪些？土壤热量的来源主要包括太阳的辐射能、生物热、地球内热。
影响土壤热量状况的因素包括太阳的辐射强度、地面的反射率、地面有效辐射。
3 土壤热容量与导热率有何区别？土壤热容量是单位质量（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。
在土壤的固、液、气三相物质组成中，水的热容量最大，气体热容量最小，矿物质和有机质热容量介于两者之间。
土壤导热率是在单位厚度（1cm）土层，温差为1℃时，每秒钟经单位断面（1 cm2）通过的热量焦耳数。
固体部分导热率最大，空气导热率最小，水的导热率介于两者之间。
4 土壤温度的时空变化与气温有何不同？土温的四季变化与气温的变化类似，通常全年表土最低温度出现在1-2月份，最高温度出现在7-9月份。
随着土层深度的增加，土温的年变幅范围逐渐缩小，最高最低温度出现的时间亦逐渐推迟。
土壤温度的日变化随着气温的变化而变化，但与气温相比，土温最高最低温度存在滞后现象，土温的昼夜变幅随深度的增加而缩小，而且最高、最低温度出现时间亦逐渐推迟。
土壤温度的空间变化主要受纬度、海拔高度及地形等因子的影响。
随着维度增高，土壤温度和气温均逐渐降低。
随着海拔升高，土壤温度和气温均降低，但是高山上的土温比气温高。
地形对土壤温度的影响影响表现主要在坡向与坡度方面。
大体表现为北半球的南坡（即阳坡），土温比平地要高，北坡（即阴坡）的情况与南坡则相反。
坡度越陡，南、北坡向的温差就越大。
5 土壤水、气、热的主要调节措施包括哪些？（1）通过耕作和施肥，改善土壤的物理性质（2）灌溉和排水措施（3）混交、间种措施（4）采用人工覆盖物措施6 土壤水、气、热三者之间存在什么关系？土壤水、气、热是组成土壤肥力的重要因素，三者是互为矛盾，又互相制约的统一体。
2009111121851SS42土壤空气.
第一种方式：
气体的扩散 受气体分子扩散定 律支配，气体分子 总是由分压高处向 分压低处移动，分 压差越大，扩散速 度越快。
3
扩散定律
dQ/dt∝A.dC/dX 即: dQ=D.A.dC/dx .dt
影响扩散的因素: 外因:扩散系数D ∝温度。 氧气扩散正比大气压，CO2相反 内因：D ∝浓度 气体种类：O2D大于CO2 1.5倍 通气面积A成正比 含水量:成反比 气体实际通道L:成反比
第二节
土壤空气
土壤空气是指存在孔隙中的混合气体。土壤空气 含量是指田间持水量时 V 气 /V 土 % 。旱作要求 1015%以上。
1、土壤空气的组成和特点 2、土壤空气与大气交换 3、土壤通气性表示方法 4、土壤空气与作物生长 5、土壤勇气性调节
一、土壤空气的组成和特点
含量高于大气，而O2含量低于大气。土壤CO2大于1% 危害植物。 水气含量远远高于大气，达到饱和状态。 分布不匀，局部有CH4，H2S，H2等还原性气体积累。
9
土壤空气对土壤肥力的影响
影响氧化—还原状况
一般土壤的Eh在200—300mv比较合适。Eh＞700mv 易造成养分损失； Eh＜-100mv则还原性过强 铁、锰养分元素有多种形态，但作物只能吸收利用某 一种形态。土壤氧化还原电位决定这些养分的形态和 有效性。还原条件可提高铁锰的有效性，但过多会危 害作物，所以必须经常调节土壤的通气状况，使之向 有利的方向发展。
6
四、土壤空气对作物生长的影响
影响种子萌发
不同作物，不同器官，同一种作物的不同生育时期， 对氧气的需求都有差异。 水稻等水生作物要求生活在淹水的环境，而旱地作物 必须生活在通气性良好的土壤上，一些作物对淹水非 常敏感，另一些作物对淹水有一定的抵抗能力。 旱地作物种子萌发和苗期最易遭受土壤缺氧的危害。 一般要求在10％以上。缺O2将影响酶的活性，抑制种 子的萌发。
土壤空气、土壤热量及水气热调节
2.4.2.2 土壤空气整体交换（soil air exchange） 亦称土壤气体的整体流动，是指由于土壤空气与 大气之间存在总的压力梯度而引起的气体交换，是土体 内外部分气体的整体相互流动。 影响因素：温度、气压、刮风、降雨和灌溉。 土壤空气的整体交换方式是暂时的，土壤中气体扩 散是持续的。 气体扩散是土壤中气体交换的主要方式。
Q = E －Q1 － Q2 － Q3 式中：Q 为用于土壤增温的热量
E 为土壤表面获得的太阳辐射能
Q1 为地表辐射所损失的热量
Q2 为土壤水分蒸发所消耗的热量
Q3为其它方面消耗的热量
18/42
19/42
2.5.2 土壤的热特性 2.5.2.1 土壤热容量（soil heat capacity） 土壤热容量是指单位容积或单位质量的土壤在温度 升高或降低1℃时所吸收或放出的热量。 容积热容量是指每1cm3土壤增、降温1℃时所需要吸 收或释放的热量，用Cv表示，单位为J·cm-3·K-1. 质量热容量也称比热，是指每克土壤增、降温1℃时 所需吸收或释放的热量，用c表示, 单位为J·g-1·K-1。 Cv = c×d（式中d为土壤容重）。
土壤导热率随水分的增加而逐渐加大。但不同质地， 导热率增大的情况有所不同。
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质地粗的土壤，不需要很多水就能在土粒接触处 形成水膜和水环，使热量易于通过。所以砂质土在最 初供水时，导热率就显著增加；以后再供水，则导热 率很快达最高值，此后再增加水对导热率就没有多大 影响了。
粘质土在最初供水时，导热率增加不多，（因其 比表面大，需要更多的水才能在土粒表面形成水膜和 水环），继续供水，土壤导热率才显著增加。
项目 对照 自然含水量 9.90
化肥 11.76
猪粪 15.08
土壤空气介绍
0.95
18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
－
二、土壤通气性
1、土壤通气性：又称土壤透气性，指土壤空气与近 地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散 和流动的性能。
意义：它使得土壤空气能够得到不断的更新，从而使得土体 内部各部位的气体组成趋于一致。土壤维持适当的通气性， 也是保证土壤空气质量、提高土壤肥力、使植物根系正常生 长所必须的。
N的转化（硝化、反硝化） Fe的有效性 P的有效性等
三、土壤通气状况与作物生长
1、土壤通气状况对种子萌发的影响 要求氧浓度>10%，否则，嫌气呼吸产生有机酸类物质。
2、土壤通气性对作物根系生长及其吸收水肥功能的影响 根系生长需要氧：氧浓度<9~10%，生长受阻； <5%时，发育停止。
3、影响养分的形态和有效性（特别是多价元素，如：Fe） 4、影响微生物的活性
2、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。
Eh
Eo
0.059 n
Log
[氧化态 ] [还原态 ]
四、土壤通气性的调节
1、调节土壤水分含量
2、改良土壤结构 3、通过各种耕作手段来调节土壤通性
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。
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。
思考题
1、土壤空气组成与大气的组成有何不同？ 2、土壤空气有哪两种运动形式？ 3、举例说明土壤空气的调节方法。
土壤空气、土壤热量及水气热调节
项目 对照 自然含水量 9.90
化肥 11.76
猪粪 15.08
秸秆 14.10
化肥+猪 粪
16.92
化肥+秸 秆
15.71
田间持水量 25.00 28.40 30.98 29.12 31.23 31.41
饱和含水量 35.18 35.10 39.23 36.90 40.71 40.68
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2.6.1.2 土壤空气调节
对于粘质土壤的通气不良可采取合理耕作结合增 施有机肥料，以改善土壤结构、增加土壤通气孔隙。
对于地势低洼、地下水位高的易涝地区的土壤通 气不良应加强土壤水分管理，建立完整的排水系统，降 低地下水位，及时排除渍涝。
对于因降（灌）水量大而造成的土壤过湿、表土 板结而影响通气的，应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
K =λ /Cv
式中：K为土壤导温率；
λ 为导热率；
Cv为土壤容积热容量。
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土壤组成与土壤的热特性
重量
导热率
土壤组 成分
容积热容量 （J·cm-3·K-1)
热容量 (J·g-1·K-1)
（J·cm-1·s-1·K-1)
土壤
空气
0.0013
1.00 0.00021-0.00025
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2.5.3 土壤温度与作物生长 2.5.3.1 土壤温度与种子萌发 2.5.3.2 土壤温度与作物根系生长 2.5.3.3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长 2.5.3.4 土壤温度影响养分转化与吸收 此外，土壤有机质的转化、养分的释放以及土壤 中水、气的运动等也都受到土壤温度的影响。
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2.6 土壤水、气、热的调节与氧化还原性 2.6.1 土壤水、气、热的调节 2.6.2 土壤氧化还原性质
七章土壤污染及其防治
A00 A0 A1 A2 A3 B1 B2 B3
Cc
Cs
G
疏松旳枯枝落叶层、未经分解
暗色半分解有机质层
暗色旳腐殖层 灰白色旳灰化层
向B曾过渡层，多似A层 向A曾过渡层，多似B层 棕色至红棕色旳淀积层
向C层过渡层
CaCO3聚积层 CaSO4聚积层 潜育层（灰粘层）
可能出现 旳特殊层次
D
土壤旳构成
土壤
中科院地理科学与资源环境研究所研究员陈同斌 前后用了３年 多旳时间对北京市全市旳土壤和蔬菜进行了大规模旳取样分析和 研究，发现土壤污染问题已经比较严重，而且已经影响到蔬菜等 农产品旳质量。 南京农业大学农业资源与生态环境研究所研究员潘根兴 在２０ ０２年初做过一个南京市各城区旳土壤重金属污染调查。结果一 样很严重。超过７０％旳采样区域存在重金属污染，测出旳最高 铅含量超过９００ｐｐｍ，超过国家原则３倍以上。
——净化能力
土壤环境元素背景值和土壤环境容量
土 简称土壤
壤
环境背景 值，是指
环 未受或极
境 少受人类
注意
土不壤同土环境壤背环景境值容是量一不种同范。围 值同，一而土不壤是对一不种同拟旳定污值染。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ旳 土环壤境环容境量背是景不值同旳2，-3主倍要作是 为因土为土壤污壤染净起化始能值力旳指问标题。
元 活动尤其
土壤污染物 化学物质类
农业污染
农药和化肥在生产、贮存、 运送、销售和使用过程污染
湿沉降，降雨、结露等降水
大气沉降 干沉降，尘埃、重金属颗粒
放射性物质 生物污染物
生物污染
病原菌等微生物污！染注意未经处理旳生 活污水和医院污水
固体废物旳农业利用、堆放、处理、填埋
第七章 土壤空气和热量状况.ppt
一般情况下，热扩散率小的土壤，如干土、沙质土等，
其表层土温易于升降，温度变幅大，而热扩散率大的
土壤，如湿土、黏土质等，土温变幅小
7.2 土壤热量状况
7.2.1 土壤热量的来源 7.2.2 土壤的热性质 7 .2.3 土壤热量平衡状况
基本热源： 把太阳辐射能称为基本热源 一时性热源： 其他热源则称为一时性热源。 一时性热源虽然数量不大，但它在一定的情况下对调节土温的作用是不可 忽视的
7.2.2 土壤的热性质
7．2. 2. 1 土壤热容量
如果用容积热容量表示土壤热容Cv为： Cv = CvsVs + CvwVw + CvaVa
式中，Cvs、Cvw、Cva分别表示 土壤固相、液相和气相的容积热容
Vs、Vw、Va表示单位容积土壤固相、液相和气相所占的 容积
7.2.2 土壤的热性质
7．2. 2. 1 土壤热容量
7．2. 2. 2 土壤导热率（λ）
单位温度梯度下，单位时间通过单位面积土壤传导的热量 土壤导热率受土壤组成的影响
表 7-6 土壤成分（10℃）和冰（0℃）的导热J/(cm2·s·℃)］
成
石 英 其他矿物平均 有机质 水 空气 冰
导热率 21
7
0.6 1.37 0.06 5.2
天 空 辐 射
r
H
太阳
太
阳
直
达
云层吸收
辐逆
射 辐 大气吸收 地
I
射
面
G
辐
射
E
α=从地面反射的辐射能 / 投入地表的总辐射能 R=[（I+H）-（I+H）*α]+（G-E）
7.2 土壤热量状况
7 2.1 土壤热量的来源 7.2.2 土壤的热性质 7.2.3 土壤热量平衡状况 7.2.4 土壤温度的变化
其表层土温易于升降，温度变幅大，而热扩散率大的
土壤，如湿土、黏土质等，土温变幅小
7.2 土壤热量状况
7.2.1 土壤热量的来源 7.2.2 土壤的热性质 7 .2.3 土壤热量平衡状况
基本热源： 把太阳辐射能称为基本热源 一时性热源： 其他热源则称为一时性热源。 一时性热源虽然数量不大，但它在一定的情况下对调节土温的作用是不可 忽视的
7.2.2 土壤的热性质
7．2. 2. 1 土壤热容量
如果用容积热容量表示土壤热容Cv为： Cv = CvsVs + CvwVw + CvaVa
式中，Cvs、Cvw、Cva分别表示 土壤固相、液相和气相的容积热容
Vs、Vw、Va表示单位容积土壤固相、液相和气相所占的 容积
7.2.2 土壤的热性质
7．2. 2. 1 土壤热容量
7．2. 2. 2 土壤导热率（λ）
单位温度梯度下，单位时间通过单位面积土壤传导的热量 土壤导热率受土壤组成的影响
表 7-6 土壤成分（10℃）和冰（0℃）的导热J/(cm2·s·℃)］
成
石 英 其他矿物平均 有机质 水 空气 冰
导热率 21
7
0.6 1.37 0.06 5.2
天 空 辐 射
r
H
太阳
太
阳
直
达
云层吸收
辐逆
射 辐 大气吸收 地
I
射
面
G
辐
射
E
α=从地面反射的辐射能 / 投入地表的总辐射能 R=[（I+H）-（I+H）*α]+（G-E）
7.2 土壤热量状况
7 2.1 土壤热量的来源 7.2.2 土壤的热性质 7.2.3 土壤热量平衡状况 7.2.4 土壤温度的变化
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生电流，其强度和氧被还原的量成比例，而氧被
还原的数量与扩散到铂电极表面的氧的速率有
关，根据测得的电流，用公式计算出氧的流量。
一般认为，ODR的数值应大于3×10-7— 4×10-7克/cm2· min，低于2×10-8克/cm2· min， 根系生长就会受阻。
3、存在问题 ① 铂电极的界面条件与根周围的界面条件不完 全一致； ② 受含水量影响，对水分饱和的土壤适用，较 干土壤不适用； ③ 还受其他因素的影响，如土壤pH等。
此土壤中NO2-和大量的Mn2+可能相伴出现。
当Eh降到-110 mv时，Fe3+会大量转变为 Fe2+ ，这种情况在旱田比较少见。 Eh再降低，到-200 mv时，SO4=开始还原
为S=, 这种情况在水田常常发生，使稻根发黑，
严重影响水稻的生长和产量。
(三) 反映土壤中微生物的活性
微生物的呼吸作用是一个耗氧的过程。如
(二) 土壤通气量 ( soil air flux ) 指在单位时间内，在单位压力下，进入单位 体积土壤的气体总量，用ml/cm3· s来表示。 (三) 土壤的氧化还原电位
第三节 土壤的氧化还原电位
一、土壤通气性与氧化还原电位
如果土壤通气性好，土壤空气中氧含量高， 土壤溶液中氧的浓度必然较高，这就强烈地影响
(一) 影响根系的发育
大多数作物在通气良好的土壤中，根系长、 颜色浅、根毛多，缺氧的根系则短而粗，颜色发 黑，根毛大量减少。
根据资料，土壤空气中O2的浓度低于9～
10%，根系发育就要受影响，如降到5%以下，
绝大部分的根系就停止发育。
中国农业大学试验资料：
土壤空气中O2和CO2的总和为土壤空气的
在土壤中插入一个铂电极，则Fe2+和铂电极
接触时，就有可能将电子传给它，使电极带阴电
荷，相应地，Fe2+被氧化成Fe3+；
与此同时，土壤溶液中含有的Fe3+和铂电 极接触时，则从铂电极上获取一个电子，使电 极带正电荷。
在这个体系里，铂电极的电性及电位高低，
决定于电极周围土壤溶液中〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕：
(五) 土壤的pH值 土壤pH和Eh呈负相关关系，pH值上升， Eh下降。
大约为pH上升一个单位，Eh下降59mv，
但也有例外情况，影响因素比较复杂。
三、氧化还原电位与土壤肥力
(一) 反映土壤通气状况 旱地土壤在田间持水量的情况下，其氧化还 原电位一般在200 mv以上，多数在300～400 mv 或500～600 mv。
这个公式可以叙述为：
气体的扩散量和它的分压梯度以及扩散通 道的断面积成正比。
D为扩散系数，代表气体在单位分压梯度下，
单位时间内通过单位面积土体断面的气体量。
D主要取决于土壤性质，如孔隙状况。另外，
也和气体本身的性质有关。
相同含水量情况下，O2的扩散系数比CO2高
1.25倍；温度对扩散系数也有影响，温度越高，
(二) 易分解有机质的含量
有机质的分解主要是耗氧过程，通气性
一定时，土壤中易分解的有机质越多，耗氧
越多，氧化还原电位就越低。
(三) 土壤中易氧化和易还原的无机物质的含量
土壤中的氧化铁和硝酸盐等含量高时，可以
使Eh值下降得较慢。
(四) 植物根系的代谢作用
植物根系的分泌物可以直接地或间接地影响
渴死的。
(二) 影响种子萌发
种子萌发需要氧气，使种子内的营养物质进
行转化和代谢活动。通气不良时，一方面影响正
常的转化，另一方面却因产生了有害物质，而使
种子受害(粉籽、烂种)。
(三) 影响作物的抗病性
原因是O2不足，CO2过多，土壤酸度增加，
适于霉菌发育；同时，由于营养不良，作物抗病
能力降低。
2、土壤空气是不均匀的 土壤中的空气，由于受到生物活动的影响，
在各处是不均匀的，有时，各点之间的差别是
很大的。
3、土壤空气中CO2的含量远远超过大气
大气中CO2的含量约为0.03%，而在土壤中
可高达0.16～0.65%。
这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化,
对提供矿质养分有积极作用。
4、土壤空气中氧气的含量总是低于大气
空气中的氧在很短时间内就可能被全部消耗
掉，这对作物生长是非常有害的。
一、土壤通气的机制
(一) 整体交流
由于土壤空气和大气之间的总压力梯度而 产生的整体流动，叫作整体交流。
整体交流产生的原因：
1、土壤温度的变化
当土温高于气温时，土壤中的空气受热上升，
近地面空气由于较湿而渗入土壤孔隙中，土壤温 度的昼夜变化，都能促进这种交流。
土壤溶液的氧化还原状况。因此，土壤通气性的
好坏，可以通过氧化还原电位来衡量。
土壤氧化还原电位是如何产生的 —以Fe3+、Fe2+为例： 在通气良好的土壤中，土壤溶液中氧分压较
高，溶液中的铁大部分呈氧化态(Fe3+ )存在，只
有很少一部分铁没有氧化，呈Fe2+ 状态。
如果通气不好，则Fe2+的浓度增高。 Fe3+和Fe2+之间的转化，可以通过铂电极 反应出来。
第二节 土壤通气性
土壤通气性(soil aeration) 有两方面的含意：
一是指土壤空气与大气进行交换的能力； 二是指土体内部空气扩散交流的能力。
土壤具有良好的通气性，可以通过和大 气的交流，不断更新土壤空气的组成，保证 足够的氧气浓度，减少有害气体的影响。
如果土壤通气由于某种原因受阻，土壤
分布。
3、大气气压的变化
因地面上的风和气体流动而产生的空气机械
搅动，会推动表层土壤空气的整体流动，也是造
成土壤空气与大气进行整体交流的因素。
(二) 气体扩散（soil air diffusion) 气体的扩散，是由个别气体的分压梯度而产 生的移动。 这是土壤通气的主要机制。
土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2
土壤空气的含量不是一个稳定的数值，因 各种自然因素和人为因素的影响而变化。土壤
空气存在于未被水所占据的土壤孔隙中，在孔
隙度不变的情况下，土壤含水量增加，空气含
量必然减少。
由于土壤水的含量随降雨、灌溉、蒸发、
蒸腾等因素不断变化，土壤空气的含
量也因此而不断变化。
在水、气这对矛盾中，水处于主导地位， 水可以赶走空气，但空气一般不能排斥水，水 处于优先的、支配的地位。
0.059 [氧化态] Eh Eo Log n [还原态]
n为得失电子数。
二、影响土壤氧化还原电位的因素
(一) 微生物的活动 微生物的活动需要氧，可能是游离态的氧， 也可能是化合物中的氧。微生物活动越强烈，耗 氧越多，使土壤溶液中的氧分压降低，氧化还原 电位下降，这种影响在通气性差时相当显著。
的道路，才能从一点运动到另一点，速度极慢。
二、土壤通气性的指标
(一) 氧扩散率(Oxygen Diffusion Rate, ODR) 1、概念 每分钟内扩散到每平方厘米土层氧的克数，
称为土壤的氧扩散率。
2、测定原理和方法 用铂电极作为正极，一个标准电极作为负
极，把电极插入土中，铂电极上的氧被还原，产
Eh = E0 + 0.059 log 〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕
Eh就是这种〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕溶液的氧化还
原电位，E0称为铁体系的标准氧化还原电位。
土壤中有许多氧化还原体系，如：
Mn4+
NO3NO3
Mn2+
NO2NH4+
SO4=
NO3CO2
S=
N2 CH4
反应所有这些体系的一般公式为：
果微生物活动旺盛，短期内可以消耗大量氧气，
同时产生大量的CO2，这就会使土空气中的氧分
压迅速下降，而土壤中氧分压的恢复需要一个过
程，其长短随土壤的通气性而异。
在通气性基本一致的条件下，比较不同土壤 的Eh，可以判断土壤中生物活动的强度，Eh低 的土壤，其中的微生物活动比较旺盛。
需要注意这里的因果关系；不是Eh低使微
高于700mv，可以认为是处于完全的好气 状态，这时微生物的活动有可能受水分太低的 限制，有机质的矿化会受到影响。
(二) 表明土壤中养分的存在形态
在pH = 7的中性土壤中，当Eh降到410 mv以
下时，NO3-就有还原为NO2-的可能，Mn4+也会还
原成Mn2+ ，两者的标准氧化还原电位很接近，因
2、水分进出土壤 当土壤水分含量增加时，就有更多的孔隙被
水所充塞，同时把相应体积的空气排挤出土体；
而当水分由于再分布或蒸腾、蒸发而降低时，大
气中的新鲜空气又会进入土体的孔隙之内。
需要注意的是，如果水分迅速进入土壤，
则可能有一部分空气被封闭在土体内，成为受
挤压的气泡，此时水分的进入对空气的更新作
用就受到限制，同时，空气也影响水的运动和
扩散越快。
土壤空气中的O2和CO2也可以在溶液中扩
散，但这种扩散速率要比在空气中扩散慢得多。
另一方面，由于各种气体和溶解度不同，在 溶液中扩散的速度也不一样，CO2要比O2快。
在土壤中，能让气体通过的主要是未被水占
据的孔隙，而且这些孔隙又是粗细不等的，气体
分子在其中扩散时，往往会碰壁，需要经过曲折
的浓度不断增加，O2的浓度不断减少，因而造成
CO2分压不断升高，而O2的分压则不断下降，这
样，就产生了土壤空气与大气之间的CO2梯度和
O2分压梯度。
这两个梯度的方向是相反的，它们分别引起
CO2不断从土壤空气中向大气扩散，同时O2不断
还原的数量与扩散到铂电极表面的氧的速率有
关，根据测得的电流，用公式计算出氧的流量。
一般认为，ODR的数值应大于3×10-7— 4×10-7克/cm2· min，低于2×10-8克/cm2· min， 根系生长就会受阻。
3、存在问题 ① 铂电极的界面条件与根周围的界面条件不完 全一致； ② 受含水量影响，对水分饱和的土壤适用，较 干土壤不适用； ③ 还受其他因素的影响，如土壤pH等。
此土壤中NO2-和大量的Mn2+可能相伴出现。
当Eh降到-110 mv时，Fe3+会大量转变为 Fe2+ ，这种情况在旱田比较少见。 Eh再降低，到-200 mv时，SO4=开始还原
为S=, 这种情况在水田常常发生，使稻根发黑，
严重影响水稻的生长和产量。
(三) 反映土壤中微生物的活性
微生物的呼吸作用是一个耗氧的过程。如
(二) 土壤通气量 ( soil air flux ) 指在单位时间内，在单位压力下，进入单位 体积土壤的气体总量，用ml/cm3· s来表示。 (三) 土壤的氧化还原电位
第三节 土壤的氧化还原电位
一、土壤通气性与氧化还原电位
如果土壤通气性好，土壤空气中氧含量高， 土壤溶液中氧的浓度必然较高，这就强烈地影响
(一) 影响根系的发育
大多数作物在通气良好的土壤中，根系长、 颜色浅、根毛多，缺氧的根系则短而粗，颜色发 黑，根毛大量减少。
根据资料，土壤空气中O2的浓度低于9～
10%，根系发育就要受影响，如降到5%以下，
绝大部分的根系就停止发育。
中国农业大学试验资料：
土壤空气中O2和CO2的总和为土壤空气的
在土壤中插入一个铂电极，则Fe2+和铂电极
接触时，就有可能将电子传给它，使电极带阴电
荷，相应地，Fe2+被氧化成Fe3+；
与此同时，土壤溶液中含有的Fe3+和铂电 极接触时，则从铂电极上获取一个电子，使电 极带正电荷。
在这个体系里，铂电极的电性及电位高低，
决定于电极周围土壤溶液中〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕：
(五) 土壤的pH值 土壤pH和Eh呈负相关关系，pH值上升， Eh下降。
大约为pH上升一个单位，Eh下降59mv，
但也有例外情况，影响因素比较复杂。
三、氧化还原电位与土壤肥力
(一) 反映土壤通气状况 旱地土壤在田间持水量的情况下，其氧化还 原电位一般在200 mv以上，多数在300～400 mv 或500～600 mv。
这个公式可以叙述为：
气体的扩散量和它的分压梯度以及扩散通 道的断面积成正比。
D为扩散系数，代表气体在单位分压梯度下，
单位时间内通过单位面积土体断面的气体量。
D主要取决于土壤性质，如孔隙状况。另外，
也和气体本身的性质有关。
相同含水量情况下，O2的扩散系数比CO2高
1.25倍；温度对扩散系数也有影响，温度越高，
(二) 易分解有机质的含量
有机质的分解主要是耗氧过程，通气性
一定时，土壤中易分解的有机质越多，耗氧
越多，氧化还原电位就越低。
(三) 土壤中易氧化和易还原的无机物质的含量
土壤中的氧化铁和硝酸盐等含量高时，可以
使Eh值下降得较慢。
(四) 植物根系的代谢作用
植物根系的分泌物可以直接地或间接地影响
渴死的。
(二) 影响种子萌发
种子萌发需要氧气，使种子内的营养物质进
行转化和代谢活动。通气不良时，一方面影响正
常的转化，另一方面却因产生了有害物质，而使
种子受害(粉籽、烂种)。
(三) 影响作物的抗病性
原因是O2不足，CO2过多，土壤酸度增加，
适于霉菌发育；同时，由于营养不良，作物抗病
能力降低。
2、土壤空气是不均匀的 土壤中的空气，由于受到生物活动的影响，
在各处是不均匀的，有时，各点之间的差别是
很大的。
3、土壤空气中CO2的含量远远超过大气
大气中CO2的含量约为0.03%，而在土壤中
可高达0.16～0.65%。
这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化,
对提供矿质养分有积极作用。
4、土壤空气中氧气的含量总是低于大气
空气中的氧在很短时间内就可能被全部消耗
掉，这对作物生长是非常有害的。
一、土壤通气的机制
(一) 整体交流
由于土壤空气和大气之间的总压力梯度而 产生的整体流动，叫作整体交流。
整体交流产生的原因：
1、土壤温度的变化
当土温高于气温时，土壤中的空气受热上升，
近地面空气由于较湿而渗入土壤孔隙中，土壤温 度的昼夜变化，都能促进这种交流。
土壤溶液的氧化还原状况。因此，土壤通气性的
好坏，可以通过氧化还原电位来衡量。
土壤氧化还原电位是如何产生的 —以Fe3+、Fe2+为例： 在通气良好的土壤中，土壤溶液中氧分压较
高，溶液中的铁大部分呈氧化态(Fe3+ )存在，只
有很少一部分铁没有氧化，呈Fe2+ 状态。
如果通气不好，则Fe2+的浓度增高。 Fe3+和Fe2+之间的转化，可以通过铂电极 反应出来。
第二节 土壤通气性
土壤通气性(soil aeration) 有两方面的含意：
一是指土壤空气与大气进行交换的能力； 二是指土体内部空气扩散交流的能力。
土壤具有良好的通气性，可以通过和大 气的交流，不断更新土壤空气的组成，保证 足够的氧气浓度，减少有害气体的影响。
如果土壤通气由于某种原因受阻，土壤
分布。
3、大气气压的变化
因地面上的风和气体流动而产生的空气机械
搅动，会推动表层土壤空气的整体流动，也是造
成土壤空气与大气进行整体交流的因素。
(二) 气体扩散（soil air diffusion) 气体的扩散，是由个别气体的分压梯度而产 生的移动。 这是土壤通气的主要机制。
土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2
土壤空气的含量不是一个稳定的数值，因 各种自然因素和人为因素的影响而变化。土壤
空气存在于未被水所占据的土壤孔隙中，在孔
隙度不变的情况下，土壤含水量增加，空气含
量必然减少。
由于土壤水的含量随降雨、灌溉、蒸发、
蒸腾等因素不断变化，土壤空气的含
量也因此而不断变化。
在水、气这对矛盾中，水处于主导地位， 水可以赶走空气，但空气一般不能排斥水，水 处于优先的、支配的地位。
0.059 [氧化态] Eh Eo Log n [还原态]
n为得失电子数。
二、影响土壤氧化还原电位的因素
(一) 微生物的活动 微生物的活动需要氧，可能是游离态的氧， 也可能是化合物中的氧。微生物活动越强烈，耗 氧越多，使土壤溶液中的氧分压降低，氧化还原 电位下降，这种影响在通气性差时相当显著。
的道路，才能从一点运动到另一点，速度极慢。
二、土壤通气性的指标
(一) 氧扩散率(Oxygen Diffusion Rate, ODR) 1、概念 每分钟内扩散到每平方厘米土层氧的克数，
称为土壤的氧扩散率。
2、测定原理和方法 用铂电极作为正极，一个标准电极作为负
极，把电极插入土中，铂电极上的氧被还原，产
Eh = E0 + 0.059 log 〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕
Eh就是这种〔Fe3+〕/〔Fe 2+〕溶液的氧化还
原电位，E0称为铁体系的标准氧化还原电位。
土壤中有许多氧化还原体系，如：
Mn4+
NO3NO3
Mn2+
NO2NH4+
SO4=
NO3CO2
S=
N2 CH4
反应所有这些体系的一般公式为：
果微生物活动旺盛，短期内可以消耗大量氧气，
同时产生大量的CO2，这就会使土空气中的氧分
压迅速下降，而土壤中氧分压的恢复需要一个过
程，其长短随土壤的通气性而异。
在通气性基本一致的条件下，比较不同土壤 的Eh，可以判断土壤中生物活动的强度，Eh低 的土壤，其中的微生物活动比较旺盛。
需要注意这里的因果关系；不是Eh低使微
高于700mv，可以认为是处于完全的好气 状态，这时微生物的活动有可能受水分太低的 限制，有机质的矿化会受到影响。
(二) 表明土壤中养分的存在形态
在pH = 7的中性土壤中，当Eh降到410 mv以
下时，NO3-就有还原为NO2-的可能，Mn4+也会还
原成Mn2+ ，两者的标准氧化还原电位很接近，因
2、水分进出土壤 当土壤水分含量增加时，就有更多的孔隙被
水所充塞，同时把相应体积的空气排挤出土体；
而当水分由于再分布或蒸腾、蒸发而降低时，大
气中的新鲜空气又会进入土体的孔隙之内。
需要注意的是，如果水分迅速进入土壤，
则可能有一部分空气被封闭在土体内，成为受
挤压的气泡，此时水分的进入对空气的更新作
用就受到限制，同时，空气也影响水的运动和
扩散越快。
土壤空气中的O2和CO2也可以在溶液中扩
散，但这种扩散速率要比在空气中扩散慢得多。
另一方面，由于各种气体和溶解度不同，在 溶液中扩散的速度也不一样，CO2要比O2快。
在土壤中，能让气体通过的主要是未被水占
据的孔隙，而且这些孔隙又是粗细不等的，气体
分子在其中扩散时，往往会碰壁，需要经过曲折
的浓度不断增加，O2的浓度不断减少，因而造成
CO2分压不断升高，而O2的分压则不断下降，这
样，就产生了土壤空气与大气之间的CO2梯度和
O2分压梯度。
这两个梯度的方向是相反的，它们分别引起
CO2不断从土壤空气中向大气扩散，同时O2不断