第七章 土壤空气

由于土壤水的含量随降雨、灌溉、蒸发、 由于土壤水的含量随降雨、灌溉、蒸发、蒸 腾等因素不断变化， 腾等因素不断变化，土壤空气的含量也因此而不 断变化。 断变化。 在水、气这对矛盾中，水处于主导地位， 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， 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。 先的、支配的地位。
2、水分进出土壤 、 当土壤水分含量增加时， 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； 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 而当水分由于再分布或蒸腾、蒸发而降低时， 气中的新鲜空气又会进入土体的孔隙之内。 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， 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， 则可能有一部分空气被封闭在土体内，成为受 挤压的气泡， 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， 用就受到限制，同时，空气也影响水的运动和 分布。 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，也会推动表层土壤空气的整体流动， 搅动，也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。 成土壤空气与大气进行整体交流的因素。
二、土壤空气的组成
和土壤空气的含量一样， 和土壤空气的含量一样，土壤空气的组成也 不是固定不变的，而是随时间、土层深度、 不是固定不变的，而是随时间、土层深度、生物 的活动不断变化的。 的活动不断变化的。 其组成特点可以归纳为6个方面。 其组成特点可以归纳为 个方面。 个方面
1、土壤空气是不连续的 、土壤空气是不连续的
另外，对于一定的土壤类型来说， 另外，对于一定的土壤类型来说，尽管接 受的水分是一定的， 受的水分是一定的，但是通过人为因素改变土 壤的孔隙状况，也会极大地影响土壤空气的含 壤的孔隙状况， 量。
土壤空气的含量一般称为空气容量， 土壤空气的含量一般称为空气容量，通常以 单位体积中，空气所占的容积百分数表示。 单位体积中，空气所占的容积百分数表示。一般 旱地要求空气容量在10～15%以上，这和通气孔 旱地要求空气容量在 ～ 以上， 以上 隙度是一致的。 隙度是一致的。
一、土壤通气的机制
(一) 土壤空气和大气之间的整体交流 一

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。 产生的整体流动，叫作整体交流。
整体交流产生的原因： 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， 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 近地面空气由于较湿而渗入土壤孔隙中， 度的昼夜变化，都能促进这种交流。 度的昼夜变化，都能促进这种交流。
三、土壤空气与作物生长 土壤空气与作物生长
(一) 影响根系的发育 一 大多数作物在通气良好的土壤中，根系长、 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， 颜色浅、根毛多，缺氧的根系则短而粗，颜色发 黑，根毛大量减少。 根毛9～ 根据资料，土壤空气中O2的浓度低于 ～ 10%，根系发育就要受影响，如降到5%以下， ，根系发育就要受影响，如降到 以下， 以下 绝大部分的根系就停止发育。 绝大部分的根系就停止发育。
中国农业大学试验资料： 中国农业大学试验资料：
土壤空气中O 土壤空气中 2和CO2的总和为土壤空气的 21%时，棉花根系的生长和O2 / CO2的相对比 时 棉花根系的生长和 例有关。 例有关。
O2占17.85%， CO2 占3.15%时，发育良好； ， 时 发育良好； O2 占14.7%， CO2占6.3%时，能正常生长； ， 时 能正常生长； 降到8.42%， CO2超过 超过12.6%时，根系就 O2降到 ， 时 停止了发育。 停止了发育。
(三) 影响作物的抗病性 三 过多，土壤酸度增加， 原因是O 不足， 原因是 2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， 适于霉菌发育；同时，由于营养不良，抗病能力 降低。 降低。
第二节 土壤通气性 (soil aeration)
土壤通气性有两方面的含意： 土壤通气性有两方面的含意： 一是指土壤空气与大气进行交换的能力； 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。 二是指土体内部空气扩散交流的能力。
3、土壤空气中CO2的含量远远超过大气 、土壤空气中 大气中CO2的含量约为 的含量约为0.03%，而在土壤中可高 大气中 ， 达0.16～0.65%。 ～ 。 这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化, 对 这一特点有利于土壤中矿物质的化学风化 提供矿质养分有积极作用。 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 、 这是生物消耗的结果， 这是生物消耗的结果，在严重时对植物根 系的呼吸和好气微生物的活动会产生不利影 响，氧气供应不足在土壤中不同程度地时有发 生。有人认为，土壤空气中，氧的浓度低于 有人认为，土壤空气中， 10%是很普遍的现象。 是很普遍的现象。 是很普遍的现象
在一般情况下， 在一般情况下，土壤空气被分隔在大大小 小的土壤孔隙中，有时被土粒所分隔， 小的土壤孔隙中，有时被土粒所分隔，有时被 水分所分隔，不象大气层中那样连成一片。 水分所分隔，不象大气层中那样连成一片。
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， 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 在各处是不均匀的，有时， 很大的。 很大的。
土壤空气中的O 土壤空气中的 2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。 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 另一方面，由于各种气体和溶解度不同， 溶液中扩散的速度也不一样，CO2要比O2快。 溶液中扩散的速度也不一样， 要比
在土壤中， 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， 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， 分子在其中扩散时，往往会碰壁，需要经过曲折 的道路，才能从一点运动到另一点，速度极慢。 的道路，才能从一点运动到另一点，速度极慢。
第七章 土壤空气
土壤空气是土壤的重要组分， 土壤空气是土壤的重要组分，是土壤肥力的 四个要素之一， 四个要素之一，土壤空气状况是土壤重要的物理 性质。 性质。 另外， 另外，土壤的通气状况对土壤发生发展也有重 要的影响。 要的影响。
第一节 土壤空气状况
一、土壤空气的含量
土壤空气的含量不是一个稳定的数值， 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。 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， 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， 隙度不变的情况下，土壤含水量增加，空气含 量必然减少。 量必然减少。
(二) 气体扩散（soil air diffusion) 二 气体扩散（ 气体的扩散，是由个别气体的分压梯度而产 气体的扩散， 生的移动。 生的移动。 这是土壤通气的主要机制。 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 土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2 的浓度不断增加， 的浓度不断减少， 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 分压不断升高， 的分压则不断下降， 样，就产生了土壤空气与大气之间的CO2梯度和 就产生了土壤空气与大气之间的 O2分压梯度。 分压梯度。
D为扩散系数，代表气体在单位分压梯度下每 为扩散系数， 为扩散系数 单位时间内通过单位面积土体断面的气体量。 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， 主要取决于土壤性质，如孔隙状况。另外， 主要取决于土壤性质 也和气体本身的性质有关。 也和气体本身的性质有关。 相同含水量情况下， 的扩散系数比CO2高 相同含水量情况下，O2的扩散系数比 1.25倍；温度对扩散系数也有影响，温度越高，扩 倍 温度对扩散系数也有影响，温度越高， 散越快。 散越快。
这两个梯度的方向是相反的， 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 2不断 不断从土壤空气中向大气扩散，同时O 从大气中向土壤空气中扩散。 从大气中向土壤空气中扩散。
这个过程叫作土壤呼吸。 这个过程叫作土壤呼吸。
土壤中O 的扩散，可用扩散定律来描述： 土壤中 2和CO2的扩散，可用扩散定律来描述： dQ = D · A · (dp/dx)dt 这个公式可以叙述为： 这个公式可以叙述为： 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。 道的断面积成正比。
土壤通气性的重要性在于，通过和大气的 土壤通气性的重要性在于， 交流，不断更新土壤空气的组成， 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。 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， 如果土壤通气由于某种原因受阻，土壤空气 中的氧在很短时间内就可能被全部消耗掉， 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。 作物生长是非常有害的。
二、土壤通气性的指标

(一) 氧扩散率 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。 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， 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 把电极插入土中，铂电极上的氧被还原， 生电流，其强度和氧被还原的量成比例， 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。 根据测得的电流，用公式计算出氧的流量。