土壤空气介绍
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第六章 土壤空气和热量状况
土壤通气性测定 土壤通气性造成的土壤剖面分异
第二节 土壤热状 况
一、土壤热量soil heat （一）土壤热量来源 太阳辐射、生物热、地球内热 （二）土壤热量消耗 土壤水分蒸发、给近地面空气升温、向地下传 递 热通量：单位面积单位时间内垂直通过的热量。 J/cm2.min
二、土壤热性质
土壤热性质包括土壤热容量、导热率和导温率，决定 着土壤热量和温度变化的程度、热量传导的速度和深度。 （一）土壤热容量soil heat capacity，分为质量热容量和容积 热容量 1、质量热容量mass heat capacity是指单位质量土壤的温度升高 1℃所需的热量（焦/克.度），也叫土壤比热 2、容积热容量volume heat capacity是指单位容积土壤的温度升 高1℃所需的热量（焦/厘米3.度） 土壤容积热容量=土壤重量热容量×容重 土壤矿物质的质量热容量为0.71-1.09焦/克.度,平均为0.84 水的热容量最大，容积热容量为空气的千倍 各种土壤组分的密度和热容量单位时间内，单位面积土壤上由土 壤扩散出来的CO2量。 2、氧气扩散率ODR(oxygen diffusion rate） 单位时间通过单位土壤截面扩散的氧的质量。 微克/厘米2.分钟
五、土壤通气性指标 3、土壤通气孔隙度soil air porosity 4、土壤氧化还原电位Eh 由土壤溶液中氧化态物质和还原态物质相 对比例变化而产生的电位。 Eh是土壤通气性指标。大于400mv为氧化 态，通气好。
O2(%) 20.94 18.0-20.03
CO2(%) 0.03 0.15-0.65
N2(%) 78.05 78.8-80.24
其他气体(%) 0.98 0.98
三、土壤空气的意义
1、土壤形成发育，二氧化碳溶于土壤溶液变为碳酸，使土壤中碳酸盐类 溶解，增加了土壤溶液中钙、镁、钾、钠、铁、锰，为植物增长提供了 养分，促进了他们的移动。 2、土壤空气影响着土壤微生物的活动，从而对土壤有机质的分解和植物 营养物质的转化及其生物有效性产生影响。 3、由于氧的作用，可氧化土壤中某些矿物，如硫铁矿变为溶解态的硫酸 铁，亚铁和亚锰变为高价铁锰化合物。 4、植物生长发育 植物从种子发芽到成熟都需要有足够的土壤空气，块茎类植物对土壤空 气要求高于一般植物，种子发芽需要土壤空气中氧的含量10%以上，低 于0.5%种子不发芽，对于ODR临界值要求15×18-8—25×18-8克/厘米2. 分的范围。
第四章土壤空气和热量
二、土壤通气性
• 土壤通气性泛指土壤空气与大气进行交换、 不同土层之间气体扩散或交换的能力。
（一）土壤通气性的重要意义
• 其重要性在于补充氧气。 • 如果没有大气氧气的补充，土壤中的氧气 将迅速被耗尽，缺氧将严重影响根系的正 常生长，影响好气微生物的活动，从而影 响土壤养分的有效化。一些有毒的还原性 物质的累积将毒害根系，严重时会使植物 死亡。 • 因此，土壤必须具有一定的通气性。
（二）土壤通气性的机制
1、气体扩散 指某种气体由于分压梯度而产生的移动。 这是土壤与大气进行气体交换的主要形式。 土壤呼吸: O2（大气） 土壤 CO2（土壤） 大气
2、气体整体流动
• 由于土壤空气与大气之间存在总压力梯度 而引起的气体运动，称为整体流动。 • 温度、气压、降水、灌溉水的挤压等都可 以引起气体的整体流动。
• R随时间而变（年、月、日、瞬间） • 当R为正值，地面辐射收入大于支出，地 面增温； • 当R为负值，地面辐射收入小于支出，地 面降温； • 一般白天R为正值，地面增温； • 夜间R为负值，地面降温。
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳辐射强度 ---太阳的总辐射强度取决于气候（天气）情 况。 ---晴天的辐射强度比阴天大； ---日照角越大，单位面积上接受的热量越多， 辐射强度越高（中午，垂直，最高） ---北半球的南坡，太阳入射角比平地大，土 温比平地高；南坡土温比北坡高。
四、土壤热性质
一、土壤热容量（C） 土壤热容量指单位质量或容积的土壤每升 高（或降低）1º C所需要（或放出）的热容 量。 C = Cv*ρ ρ:土壤容重
• 水的热容量最大（4.184）; • 气体的热容量最小(1.255*10-3); • 矿物质(2.163-2.435)和有机质(2.515)热 容量介于其中。 • 在固相组成物质中，腐殖质热容量大于 矿物质。 • 土壤热容量主要取决于水分含量的多少 和腐殖质含量。
土壤空气、土壤热量及水气热调节
式中：E0：标准氧化还原电位，即体系中氧化剂与 还原剂浓度相等时的电位。
n：反应中电子转移数
39/42
氧化还原 状况
氧化
弱度还原
中度还原 强度还原
表2-20 土壤氧化还原状况分级
Eh范围
>400mV
400～ 200mV 200～100mV
<-100mV
化学反应
对作物生长的 影响
O2占优势，各物质以 旱作有利，水稻
2.5.2.2 土壤导热率（soil thermal conductivity）
土壤导热率是评价土壤传导热量快慢的指标，它 是指在面积为1m2、相距1m的两截面上温度相差1K度 时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。其单位 为：J·（m•K•s）-1。
土壤导热率的大小主要与土壤矿物质和土壤空气 有关。与土壤容重呈正相关，与土壤孔隙度呈负相关。
土壤
水分
4.187
4.187 0.0054-0.0059
矿质
土粒
1.930
0.712 0.0167-0.0209
土壤 有机质
2.512
1.930 0.0084-0.0126
导温率 (cm2 ·s-1) 0.1615-0.1923 0.0013-0.0014 0.0087-0.0108 0.0033-0.0050
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
30/42
2.6.1 土壤水、气、热的调节 2.6.1.1 土壤水分的调节 （1）土壤水分平衡 土壤水分的收入以降雨和灌溉水为主，此外还有 地下水的补给和其它来源的水（如水气凝结、外来径流 等）。 土壤水的支出主要有土表蒸发、植物蒸腾、向下 渗漏及地表径流损失等。
第5章 土壤空气
1．微生物的活动：消耗氧,释放CO2. 2．易分解有机的含量:有机物质分解过程是一个耗氧过程。 在一定的通气条件下，土壤中的易分解的有机愈多，耗氧也愈 多，其氧化还原电位就较低。 3．土壤中易氧化和还原的无机物的含量 土壤的氧化体和硝酸盐含量高时，可使Eh值下降得较慢。 (用加入外源铁，调控土壤释放CH4） 4．植物根系的代谢作用：根系呼吸和分泌物参与了氧化还原 作用，水稻根系输氧，根系附近为红色的。 5．土壤的pH值：一般随pH升高而下降，下降幅度很复杂,随 母质类型、气候特征不同而不同。
田 间 土 壤 通 气 性 测 定
四.土壤氧化还原电位（Eh）
（一）土壤氧还原体系（soil redox system)
Oxidation Oxidation: A reaction in which atoms or molecules gain oxygen, oe lose hydrogen or electrons Fe2+=Fe3++e-
dc q Ds dx
（4.10）
若用扩散气体的分压(P)代替浓度，方程为：
dP （4.11） dx 式中表示浓度与分压的换算常数（比值 ） q ( Ds / )
注意：气体扩散是土壤气体交换的主要机制！
三.土壤通气性的指标
（一）呼吸系数:（RQ，respiratory quotient),也叫“呼吸商“ 一定时间内一定面积土壤上所产生的CO2的容积与所消耗的O2的容积比。
（二）土壤通气的主要机制：主要有两种方式
1.整齐交换：土壤空气交换（soil air exchange）也有人叫质流、对流。 主要由于近地层环境因子剧烈变迁所引起的土壤中所有空气成分沿同一个方向 的流动。如：风、气压变化、温度梯度变化、降水和灌溉的作用。 这是特定条件下的土壤气体更新过程。 2.气体扩散（soil air diffusion)
田 间 土 壤 通 气 性 测 定
四.土壤氧化还原电位（Eh）
（一）土壤氧还原体系（soil redox system)
Oxidation Oxidation: A reaction in which atoms or molecules gain oxygen, oe lose hydrogen or electrons Fe2+=Fe3++e-
dc q Ds dx
（4.10）
若用扩散气体的分压(P)代替浓度，方程为：
dP （4.11） dx 式中表示浓度与分压的换算常数（比值 ） q ( Ds / )
注意：气体扩散是土壤气体交换的主要机制！
三.土壤通气性的指标
（一）呼吸系数:（RQ，respiratory quotient),也叫“呼吸商“ 一定时间内一定面积土壤上所产生的CO2的容积与所消耗的O2的容积比。
（二）土壤通气的主要机制：主要有两种方式
1.整齐交换：土壤空气交换（soil air exchange）也有人叫质流、对流。 主要由于近地层环境因子剧烈变迁所引起的土壤中所有空气成分沿同一个方向 的流动。如：风、气压变化、温度梯度变化、降水和灌溉的作用。 这是特定条件下的土壤气体更新过程。 2.气体扩散（soil air diffusion)
第5章 土壤空气
J mz
ρk ∂P =− η ∂z
PV = nRT
• ρ＝M/V，M=nm，其中M 和m分别为气体的质量和分 子量 m ∂P ∂ ⎛ k ∂P ⎞ m = ⎜ρ ρ= P ⎜ η ∂z ⎟ ⎟ RT ∂t ∂z ⎝ ⎠
RT
∂P ∂2P =α 2 ∂t ∂z
RTkρ α= mη
在三维坐标系中当考虑源汇项时的土壤气体对流运动方程为
沿z轴方向进入和流出单元体的土壤气体质量之差为
∂J mz − ΔxΔyΔzΔt ∂z
对于可压缩性气体，其密度是一个变量，则Δt时段内微元体内 土壤气体质量的变化量为
∂ρ ΔxΔyΔzΔt ∂t 在微元体内，。
∂J mz ∂ρ − ΔxΔyΔzΔt ΔxΔyΔzΔt = ∂z ∂t
∂ρ ∂ ⎛ D S ∂p ⎞ = ⎜ ⎜ β ∂z ⎟ ± S ( z , t ) ⎟ ∂t ∂z ⎝ ⎠
假定Ds和β为常数时
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ⎞ ⎜ ⎟ ± S ( z, t ) = β ⎜ ∂z 2 ⎟ ∂t ⎝ ⎠
在三维坐标系中土壤气体的扩散模型可以表示为
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ∂ 2 p ∂ 2 p ⎞ ⎜ = + 2 + 2 ⎟ ± S ( z, t ) ∂t β ⎜ ∂x 2 ∂y ∂z ⎟ ⎝ ⎠
5. 2 土壤通气性及其衡量指标
• 土壤通气性是指土壤气体的交换能力。土壤气体交换 包括土壤与近地面大气之间的交换以及土体内部的气 体交换两部分，其中前者占土壤气体交换过程的主导 地位。 • 土壤与大气气体之间的交换过程称为土壤的呼吸作 用。土壤的通气性是衡量土壤呼吸作用状况的指标。 • 土壤通气性可利用静态指标如土壤孔隙度等表征，也 可利用动态指标如土壤中的O2扩散率等描述。一般静 态指标的获取比较容易。但采用土壤气体交换速率作 为动态指标比采用气体含量的静态指标更具实际价 值。
ρk ∂P =− η ∂z
PV = nRT
• ρ＝M/V，M=nm，其中M 和m分别为气体的质量和分 子量 m ∂P ∂ ⎛ k ∂P ⎞ m = ⎜ρ ρ= P ⎜ η ∂z ⎟ ⎟ RT ∂t ∂z ⎝ ⎠
RT
∂P ∂2P =α 2 ∂t ∂z
RTkρ α= mη
在三维坐标系中当考虑源汇项时的土壤气体对流运动方程为
沿z轴方向进入和流出单元体的土壤气体质量之差为
∂J mz − ΔxΔyΔzΔt ∂z
对于可压缩性气体，其密度是一个变量，则Δt时段内微元体内 土壤气体质量的变化量为
∂ρ ΔxΔyΔzΔt ∂t 在微元体内，。
∂J mz ∂ρ − ΔxΔyΔzΔt ΔxΔyΔzΔt = ∂z ∂t
∂ρ ∂ ⎛ D S ∂p ⎞ = ⎜ ⎜ β ∂z ⎟ ± S ( z , t ) ⎟ ∂t ∂z ⎝ ⎠
假定Ds和β为常数时
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ⎞ ⎜ ⎟ ± S ( z, t ) = β ⎜ ∂z 2 ⎟ ∂t ⎝ ⎠
在三维坐标系中土壤气体的扩散模型可以表示为
∂ρ D S ⎛ ∂ 2 p ∂ 2 p ∂ 2 p ⎞ ⎜ = + 2 + 2 ⎟ ± S ( z, t ) ∂t β ⎜ ∂x 2 ∂y ∂z ⎟ ⎝ ⎠
5. 2 土壤通气性及其衡量指标
• 土壤通气性是指土壤气体的交换能力。土壤气体交换 包括土壤与近地面大气之间的交换以及土体内部的气 体交换两部分，其中前者占土壤气体交换过程的主导 地位。 • 土壤与大气气体之间的交换过程称为土壤的呼吸作 用。土壤的通气性是衡量土壤呼吸作用状况的指标。 • 土壤通气性可利用静态指标如土壤孔隙度等表征，也 可利用动态指标如土壤中的O2扩散率等描述。一般静 态指标的获取比较容易。但采用土壤气体交换速率作 为动态指标比采用气体含量的静态指标更具实际价 值。
土壤空气的组成特点
土壤空气的组成特点
土壤空气是土壤中的气体，其中含有大量的氧气、氮气和二氧化碳等气体。
土壤空气的组成在不同的土壤条件下有所不同，但大体上有以下几个特点：
氧气含量较高：土壤空气中氧气的含量通常占总气体的20%~30%。
氧气是生命活动中必不可少的气体，土壤中的微生物和植物都需要氧气进行生命活动。
氮气含量较低：土壤空气中氮气的含量通常占总气体的1%~2%。
氮气是植物生长发育中必需的养分，但土壤中的氮气通常含量较低。
二氧化碳含量较高：土壤空气中二氧化碳的含量通常占总气体的1%~2%。
二氧化碳是植物生长发育中必需的气体，也是植物光合作用
的原料。
水蒸气含量较低：土壤空气中水蒸气的含量通常占总气体的1%~2%。
水蒸气是土壤中的潜在水分，是植物生长发育的重要条件之一。
其他气体含量较低：土壤空气中还含有少量的氢气、氧化碳、硫化氢等气体。
这些气体对土壤中的生命活动有一定的影响，但含量较少。
土壤的空气特点
土壤的空气特点
土壤是由多种因素构成的自然环境，其中空气是土壤中的重要部分。
土壤空气的特点主要表现在以下几个方面：
首先，土壤空气的含氧量较低，通常只有空气中含氧量的五分之一左右，这是由于土壤中有机质的分解和微生物的呼吸消耗了大量的氧气。
此外，土壤中常存在着各种气体，如氮气、二氧化碳等，它们对土壤生态系统的运行和作用有重要影响。
其次，土壤空气的动态性较差，由于土壤的密度较高，土壤空气的气体分子运动速度较慢，因此导致土壤空气流动缓慢。
而且，土壤中的微生物和有机物质会吸附和固定空气中的气体，从而形成一种复杂的迁移和转化过程。
此外，土壤空气的湿度和温度较高，与地面空气相比，土壤空气的湿度和温度变化较慢，这是由于土壤中的水分和热量有较强的保持和储存能力。
修正土壤空气条件的方法之一是通过加强通风和增加土壤通气性能，这有助于提高土壤的氧气和水分的含量，从而促进植物的生长和发育。
综上所述，土壤空气的特点具有复杂性和动态性，它与土壤和植物生长密切相关。
因此，在进行土壤改良和农业生产中，我们需要认真关注土壤空气的特点和影响，并采取有针对性的措施来改善土壤空气环境，从而实现增产和提质的目标。
简述土壤空气的特点
简述土壤空气的特点
土壤空气是指存在于土壤孔隙中的气体，其主要成分是氧气、二氧化碳、氮气、水蒸气等。
与大气空气相比，土壤空气具有以下特点：
1. 氧气含量低：由于土壤孔隙小，水分多，通气性差，土壤空气中氧气含量较低。
2. 二氧化碳含量高：土壤中微生物活动繁多，分解有机物质产生大量二氧化碳，使得土壤空气中二氧化碳含量较高。
3. 湿度大：土壤中水分含量高，土壤空气中水蒸气含量也较高。
4. 温度变化小：由于土壤是较好的热传导介质，土壤空气受到温度变化的影响较小。
5. 具有微生物活动：土壤中微生物活动繁多，土壤空气中也存在着微生物及其代谢产物。
6. 具有特殊功能：土壤空气中的氧气、二氧化碳、氮气等有利于植物生长和土壤微生物的代谢活动。
综上所述，土壤空气具有其独特的特点和功能，对于土壤生态系统的
生态平衡和植物的生长发育有着重要的作用。
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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。
2.4 土壤空气
一、土壤空气的组成
土壤空气组成的特点： 1、土壤空气CO2比大气高10-100倍；2、土壤空气O2含量低； 3、土壤空气的相对湿度比大气高； 4、土壤空气中还有还原性气体。
气体
近地面的大 土 壤气空 气
土壤空气与大气组成的比较（容积%）
O2
CO2
N2
பைடு நூலகம்
其他气体
20.94
0.03
78.05
土壤氧化还原状况分级
•
旱地土壤的Eh值多在400~700 mV之间，大于700 mV，表明土壤通气 过强； Eh值低于200 mV，则土壤通气不良。
水田土壤的Eh值变化较大，正常值低于200~300 mV，长期积水的水 稻土可降至100 mV甚至下降到负值。
一般水稻适宜在轻度还原条件（180-300 mV）下生长。 水田土壤的Eh值低于180 mV或100 mV，将使土壤中Fe2+、Mn2+的浓 度升高，导致水稻Fe、Mn中毒。 Eh降至负值时，会产生有机酸和H2S。 Eh <-100mV时，硫化物与亚铁生成硫化铁沉淀，使水稻产生黑根。 土壤养分的转化也与Eh值有密切的关系。