土壤空气的组成特点
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。
土壤肥料学(最全)
土壤学复习重点第一章绪论1、土壤：覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征，能够生长绿色植物的疏松物质层。
2、土壤的基本组成：矿物质、有机质、土壤生物（土壤固相）、土壤水分（土壤液相）、和土壤空气（土壤气相）三相五种物质组成的多相多孔分散体系。
3、土壤肥力：指土壤在某种程度上能同时不断地供给和调节植物正常生长发育所需要的水分、养分、空气、热量的能力。
自然肥力：自然因素综合作用下；人工肥力：自然土壤的基础上，通过耕种、熟化过程发展起来。
4、土壤生产力：土壤生长植物并提供产品的能力，由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定。
5、成土因素：气候、生物、地形、母质和时间。
第二章土壤矿物质土粒1、矿物：矿物是一类天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的化合物或单质。
土壤矿物按矿物来源，可分为原生矿物和次生矿物；按矿物的结晶状态，可分为结晶质和非晶质。
2、岩石：岩石是指由一种（单质岩）或数种（复成岩）矿物组成的自然集合体。
3、岩石的类型：岩浆岩（火成岩）；沉积岩（具有成层性，常有化石）；变质岩（定向排列性）。
4、风化作用：风化作用是指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下，发生机械破碎和化学变化的过程。
包括物理风化、化学风化、生物风化三种类型。
物理风化：岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。
主要原因是地球表面温度的变化，所以大都属于热力学风化。
物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而不改变其矿物组成和化学成分，但为化学风化创造了条件。
化学风化：指岩石在化学因素作用下，其组成矿物的化学成分发生分解和改变，直至形成在地表环境中稳定的新矿物。
特点：不仅使已破碎的岩石进一步变细，更重要的是岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新的物质。
化学风化一般包括：溶解作用（溶解于水）；水化作用（矿物化合为含水矿物，增大体积，降低硬度）；水解作用（水解离出氢离子与矿物中的碱金属置换，水的解离程度随温度升高而增加）；氧化作用（产生各种酸）生物风化：岩石在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下进行崩解和分解。
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。
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。
第5章 土壤空气
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、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
34/42
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。
26/42
27/42
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
28/42
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。
29/42
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
土壤的物质组成及特性(下)
3.2土壤热量状况
3.2.2 土壤热学性质 土壤热容量 ①概念： 重量热容量——单位重量土壤增减1℃所需要或放出的热量。 也称比热C，单位为 卡/g· 度。 容积热容量——单位容积土壤增减1℃所需要或放出的热量。 也称热容量W，单位为 卡/cm3· 度。 W ＝ C ×容重 一般土壤热容量愈大，土温变幅愈小，土温愈稳定。 ②土壤三相物质的热容量比较：土壤空气的容积热容量极小，土壤 水分的容积热容量最大，约为固相物质的2倍。 土壤愈湿，土壤热容量愈大。因此，当春天土壤过湿时，可通 过耕作或排水降低热容量的方式，促使土温快速上升。
3.3土壤水分
土壤水分类型、水分常数及其有效性图示
3.3土壤水分 3.3.4 土壤水的能量——土水势
自然界中所有物质的自发和普遍的趋势 是：由势能较高处向较低处运动。土壤水分 亦从自由能高的地方向自由能低的地方移动。 土水势通常用单位容积土壤水分的势能值表 示，单位为帕（Pa）。
3、毛管水
• 当土壤含水量超过最大分子持水量时，水分子不 再受土粒表面引力的作用，而是靠毛管引力（水 的表面张力和水分子浸润力的合力）而保持在土 壤的毛管孔隙中，这部分的水就称为毛管水。 • 毛管水具有自由水的特点，能溶解溶质，移动速 度快，可以满足作物的需要，是作物可以利用的 土壤水分的主要形态。
• 根据毛管水与地下水的联系情况和所处的 地形部位，可以将其分为毛管上升水和毛 管悬着水。
（1）毛管悬着水
• 降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保 留在土壤上层的水分，称为毛管悬着水。 • 毛管悬着水达到最大量时的含水量，称为 田间持水量。 • 田间持水量是旱地土壤有效水的上限。（2）毛管上升水Fra bibliotek4、重力水
• 当土壤水份超过田间持水量时，多余的水份不能 为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向下渗 漏，这部分水就称为重力水。 • 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快，不 能被保持，所以对旱作而言是无效的。 • 当重力水达到饱和，即土壤孔隙全部充满水份时， 土壤的含水量就称为饱和持水量。
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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。