第七章 土壤空气和热量状况
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5土壤空气和热量状况
主要有两种方式：
（1）对流：土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整 体流动，也有人叫质流。
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：某种气体成分由于其分压梯度与 大气不同而产生的移动。
＝
Q / AT ( t1 t 2 ) / d
或
Qd AT ( t 1 t 2 )
3、 土壤热扩散率 是指在标准状况下，在土 层垂直方向上每厘米距离内，在1℃的温度 梯度下，每秒流入1cm2土壤断面面积的热量， 使单位体积（1cm3）土壤所产生的温度变化 量。其大小等于土壤导热率/容积热容量之 比值。 2 D ( cm / s )
Cv
式中: 为土壤导热率 Cv为土壤容积热容量
土壤的热扩散率同样取决于土壤含水量： 干土土温易升降，湿土不易升降；土壤质地、 结构、孔隙特性对C和λ有不同的影响，其对 D的影响也就不同。
（三）土壤温度变化规律
1.土壤温度年变化：中纬度、高 纬度地区月平均最高温度出现在 7或8月，月平均最低温度出现在 1月或2月。年内1~7月升温阶段，
（3）地球的内热： 由地球内部的岩浆通过传导作用至土
壤表面的热量。
பைடு நூலகம்
2、土壤热量的散失
主要途径有地面长波辐射、土面蒸发、生物消耗等。
3、土壤热量平衡 土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q P LE + R
S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；
Q为辐射平衡； LE为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加;
2.土壤空气中O2<<近地层大气中O2 原因：微生物和根系等土壤中生物呼吸消耗。 3.土壤空气中水汽压高于近地层大气中水汽压。 土壤空气几乎为水气饱和的，因为土壤湿度均在“最 大吸湿量“之上；而大气只有在多雨的季节才接近饱和。 4.土壤空气中有少量的还原性气体（痕量气体）。
（1）对流：土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整 体流动，也有人叫质流。
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：某种气体成分由于其分压梯度与 大气不同而产生的移动。
＝
Q / AT ( t1 t 2 ) / d
或
Qd AT ( t 1 t 2 )
3、 土壤热扩散率 是指在标准状况下，在土 层垂直方向上每厘米距离内，在1℃的温度 梯度下，每秒流入1cm2土壤断面面积的热量， 使单位体积（1cm3）土壤所产生的温度变化 量。其大小等于土壤导热率/容积热容量之 比值。 2 D ( cm / s )
Cv
式中: 为土壤导热率 Cv为土壤容积热容量
土壤的热扩散率同样取决于土壤含水量： 干土土温易升降，湿土不易升降；土壤质地、 结构、孔隙特性对C和λ有不同的影响，其对 D的影响也就不同。
（三）土壤温度变化规律
1.土壤温度年变化：中纬度、高 纬度地区月平均最高温度出现在 7或8月，月平均最低温度出现在 1月或2月。年内1~7月升温阶段，
（3）地球的内热： 由地球内部的岩浆通过传导作用至土
壤表面的热量。
பைடு நூலகம்
2、土壤热量的散失
主要途径有地面长波辐射、土面蒸发、生物消耗等。
3、土壤热量平衡 土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q P LE + R
S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；
Q为辐射平衡； LE为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加;
2.土壤空气中O2<<近地层大气中O2 原因：微生物和根系等土壤中生物呼吸消耗。 3.土壤空气中水汽压高于近地层大气中水汽压。 土壤空气几乎为水气饱和的，因为土壤湿度均在“最 大吸湿量“之上；而大气只有在多雨的季节才接近饱和。 4.土壤空气中有少量的还原性气体（痕量气体）。
土壤学土壤空气和热量状况
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二、土壤导热率(soil thermal conductivity)
1.概念 导热性：土壤具有的将所吸热量传导到邻近土层的 性质。 导热率λ：单位厚度（1cm）土层，温差1℃，每秒 经单位断面（1cm2）通过的热量卡数。
第3页/共41页
二、土壤空气含量(soil air content)
土壤空气含量=总孔度-水分容积百分率。 土壤空气的组成不是固定不变的，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含量增加， O2含量减少，其含量相互消长。
D—在该介质中扩散系数(其量纲为面积/时间)
从公式可见，气体扩散通量(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。
扩散系数D值的大小取决于土壤性质，主要取决 于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)。
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由于土壤组成分复杂，每种成分的热容量都 不一样，不同成分的容重也不一样。
Cv = mCv·Vm + OCv·Vo ＋
wCv·Vw+aCv·Va mCv、OCv、wCv和aCv分别为土壤矿物质、有
机质、水和空气的容积热容量；
Vm、Vo、Vw和Va分别为土壤矿物质、有机 质、水和空气在单位体积土壤中所占的体积比。
第14页/共41页
六、土壤通气指标
1.土壤孔隙度 总孔隙度50～55%或60%，其中通气孔度要求
8～10%，最好15～20%。这样可以使土壤有一定保 水能力又可透水通气。 2.土壤呼吸强度(intensity of soil respiration)
二、土壤导热率(soil thermal conductivity)
1.概念 导热性：土壤具有的将所吸热量传导到邻近土层的 性质。 导热率λ：单位厚度（1cm）土层，温差1℃，每秒 经单位断面（1cm2）通过的热量卡数。
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二、土壤空气含量(soil air content)
土壤空气含量=总孔度-水分容积百分率。 土壤空气的组成不是固定不变的，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含量增加， O2含量减少，其含量相互消长。
D—在该介质中扩散系数(其量纲为面积/时间)
从公式可见，气体扩散通量(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。
扩散系数D值的大小取决于土壤性质，主要取决 于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)。
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由于土壤组成分复杂，每种成分的热容量都 不一样，不同成分的容重也不一样。
Cv = mCv·Vm + OCv·Vo ＋
wCv·Vw+aCv·Va mCv、OCv、wCv和aCv分别为土壤矿物质、有
机质、水和空气的容积热容量；
Vm、Vo、Vw和Va分别为土壤矿物质、有机 质、水和空气在单位体积土壤中所占的体积比。
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六、土壤通气指标
1.土壤孔隙度 总孔隙度50～55%或60%，其中通气孔度要求
8～10%，最好15～20%。这样可以使土壤有一定保 水能力又可透水通气。 2.土壤呼吸强度(intensity of soil respiration)
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
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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
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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。
第七章-土壤空气PPT课件
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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
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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。
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土壤中生物的生命活动，使土壤空气中CO2 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。
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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 从大气中向土壤空气中扩散。
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 此土壤中NO2-和大量的Mn2+
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当Eh降到-110 mv时，Fe3+会大量转变为 Fe2+
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。
O2
20.94
18.0020.03
CO2
N2
0.03
78.05
0.150.65
78.8080.24
其他 气体 0.95
－
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5、土壤空气中的水汽含量比大气高 当土壤含水量超过土壤能吸附的水量时，
土壤空气总是水分饱和的。
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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、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
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
第七章--水分、空气与热量PPT课件
CV=р·C
.
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（二）土壤导热率
导热性:
土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为 导热性。导热性大小用导热率表示。
导热率:heat conductivity,thermal conductivity
在单位厚度（1厘米）土层，温差为1℃时，每秒 钟经单位断面（1厘米2）通过的热量焦耳数（）。 其单位是J.cm-2.s-1.℃-1。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含水 量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以干 土质量或容积的百分量表示。
.
11
（二）土壤水的有效性(availability)
土壤水的有效性是指土壤水能
否被植物吸收利用及其难易程度。
不能被植物吸收利用的水称为无
效水,能被植物吸收利用的水称为有
又称多余水，是指土壤中充 滞于充气孔隙中的水分。存在于 土壤中的时间短，很快会因为重 力作用而渗入或流出。
.
9
三、土壤水分常数及土壤水分有效性
（一）土壤水分常数(soil moisture constant)
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分 常数。
●吸湿系数(hygroscopic coefficient) 最大吸湿水量
1、土壤空气与根系发育
2、土壤空气与种子萌芽
3、土壤空气与养分状况
4、Hale Waihona Puke 壤空气与植物病害.20
三、土壤空气的调节
1、调节土壤质地、结构，改善土 壤孔隙状况
2、排水降低土壤含水量
.
21
第三节 土壤热量
土壤中的热状况指土体中的热量分 布及其动态变化。
.
22
一、土壤热来源
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7．1. 3. 3 影响土壤微生物活动和养分状况 7．1. 3. 4 影响植物生长的土壤环境状况
7.2 土壤热量状况
7.2.1 土壤热量的来源 7．2. 1. 1 太阳辐射能 7．2. 1. 2 生物热 7．2. 1. 3 地热
7.2.2 土壤的热性质
7.1.2 土壤空气的运动
7．1. 2. 1 土壤空气对流
土壤空气对流是指土壤与大气间由总压力梯度驱动气体的整体流动，也称为质流。
其流向总是由高压区流向低压区
很多因素引起土壤与大气间的压力差，而使土壤空气与大气产生对流 如气压、温差、降雨或灌溉和地面风力等
7．1. 2. 2 土壤空气扩散
在分压梯度的驱动下，使气体不断从土壤中向大气扩散， 也可使某种气体不断从大气向土壤空气扩散 也称土壤呼吸。是土壤空气与大气主要交换机制。
7.1.2 土壤空气的运动
7．1. 2. 1 土壤空气对流 7．1. 2. 2 土壤空气扩散 7．1. 2. 3 土壤通气性的调节
通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系 ①深耕结合施用有机肥料 培育和创造良好的土壤结构和耕层构造，增加土壤总孔隙度和空气孔隙度，改善通气性，从 根本上解决水、气之间矛盾。 ②客土掺沙、掺黏 改良过黏、过沙的土壤质地，提高土壤的透气性 ③雨后、灌水后及时中耕 消除土壤板结，以利通气。 ④灌溉结合排水 利用调节土壤墒情的办法来改善土壤通气状况
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
表7-1 土壤空气与大气组成比较（容积%） 气体成分 近地面大气 土壤空气 O2(%) 20.94 18～20.03 CO(%)2 0.03 0.15～0.65 N2(%) 78.05 78.8～80.24 其他气体(%) 0.98 —
土壤空气主要来自大气，少量是土壤中生物、 生物化学和纯化学过程产生的气体 故土壤空气与大气的组成基本相近，但也存在 一些差异
7.2 土壤热量状况
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力 土壤温度的调节
根据农业生产的需要，通常采取以下农业技术措施调节土壤温度。 (1)根据土性合理选择种植作物 冷性土宜种大豆、甜菜、马铃薯、葱蒜等作物 热性土宜种棉花、玉米、谷子、高粱、小麦等作物 冷性土春播宜晚、秋播宜早。热性土春播宜早、秋播宜迟 (2)翻耕松土 (3)灌溉排水 夏季灌水可以降土温，排水可以提高土温 (4)施用有机肥料 深色的马粪、羊粪、烟灰、草木灰等热性 塑料地膜、温室栽培、阳畦、遮荫、挡风 (5)广泛采用多种措施来调控土温 (6)喷洒土面保墒增温剂（土面增温剂）
1～2℃ 15～20天
5～6℃ 6～ 7天
9～10℃ 4～ 5天
比较活跃 10℃以上
受到阻碍 超过30～35℃
玉米（24）豆科（22—26）甘薯（18—19）
7.2 土壤热量状况
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力
（1）种子萌发 （2）作物根系生长 （3）作物生长 适宜的土温能够促进作物的营养生长和生殖生长 春麦苗期地上部分生长最好的土温为20～24℃ 后期以12～16℃为好，8℃以下或32℃以上则很少抽穗 （4）土壤微生物在 土壤微生物在15～40℃范围内最活跃 土温过低会导致土壤氮素缺乏而影响作物生长 （5）土壤的化学、物理变化过程 土温高，理化反应加快
7．2. 2. 1 土壤热容量
土壤的容积热容量
土壤的容积热容量是指单位容积的土壤，在温度升降1℃时所吸收或释放的热量 用Cv表示，常用单位J/(cm3· ℃) 重量热容或比热 质量热容量以单位质量土壤来计算，习惯上称之为重量热容或比热
表7-5 土壤各组成的热容 土壤组成 土壤空气 土壤水分 沙粒和黏粒 有机质
质量热容（J/(g·℃)
容积热容（J/(cm3·℃)
1.0048
0.0013
4.1868
4.1868
0.75～0.96
2.05～2.43
2.01
2.51
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
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力
土温对作物生长发育的影响是多方面的 （1）种子萌发 种子发芽出苗要求适宜的土温条件 小麦、大麦和燕麦 棉花、水稻和高粱 麦类
1～2℃
12～14℃
（2）作物根系生长 微弱生长 2～4℃ 最适土温
目前采用喷灌、滴灌等先进的灌水方法，既能节水又能改善土壤的通气状况。
7.1.3 土壤通气性与肥力
7 ．1. 3. 1 影响种子萌发
种子萌发首先需要吸收水分和一定量的氧气。 如果土壤中O2不足，就会影响种子萌发的生化过程。 种子正常发育需要O2的含量在10%以上, 如果小于5%，种子萌发将受到抑制 在土壤嫌气条件下，土壤微生物分解有机质会产生醛类和酸类物质
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 土壤热量的支出主要包括土壤水分蒸发、加热土体自身等而消耗 正值交换： 当表土温度高于下层土温时，热量将逐渐传入深层，称之为正值交换 负值交换：热量由深层传向地表，称之为负值交换 这就是土壤中的热量交换或热流 它事实上就是土壤热量的收支平衡，决定着土壤热状况。 。
日变化
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
季变化
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
土层变化
7.2 土壤热量状况
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 分 石 英 导热率 21 其他矿物平均 7 有机质 0.6 水 1.37 空气 0.06 冰 5.2
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气 7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气 7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气 7．1. 1. 4 土壤空气中还原性气体可能高于大气 7．1. 1. 5 土壤空气成分随时、空而变化
土壤空气成分随时间而不断变化
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
7．2. 2. 3 土壤热扩散率
土壤热扩散率是指单位时间流入（或流出）单位容积土壤的一定热量，
导致土壤温度升高或降低的程度 常用D表示，单位J/(cm2·s)。D可用土壤容积热容Cv和导热率λ计算。
D = λ/Cv
7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气
因为土壤中的生物活动，土壤空气中O2含量比大气少 作物生长旺季，呼吸强度大 或当增施有机肥料，土壤微生物好气分解旺盛时，消耗O2和产生的CO2最多
7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气 7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气 7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气
用费克(Fick)定律表示。即：qd = -Ddc/dx
7．1. 2. 3 土壤通气性的调节
土壤通气性是指土壤空气与大气不断进行气体交换的能力。 只有在通气性较好的土壤中，才能进行顺利的气体交换
土壤通气性主要取决于通气孔隙的数量和大小
要求土壤不仅要有适当的孔隙总量 更重要的是要有一定的通气孔隙度 通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系
影响土壤导热率的因素主要是土壤的松紧、土壤含水状况以及 土壤质地等
影响土壤导热率的因素
图7-2 干燥土壤热传导示意图
图7-3 湿润土壤热传导示意图
影响土壤导热率的因素
图7-4 土壤密度和含水率对导热率的影响(引自 Baver) 图7-5土壤质地和含水率对导热率的影响图中括号内为固相所占体(引自 Baver)
大气的相对湿度 土壤空气的相对湿度 50%～90%， 99%以上 只要土壤含水量在吸湿系数以上，土壤水分就会不断地蒸发 土壤空气中水汽饱和程度，一般近表层小而下层较大 水汽饱和对微生物活动有利
7．1. 1. 4 土壤空气中还原性气体可能高于大气
土壤通气严重不良时使土壤有机质在嫌气微生物作用下进行不彻底的分解 产生还原性气体，如CH4、H2S、NH3、H2等。还原性气体产生和累积 对作物产生毒害作用，还会影响土壤养分的供应和转化
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气
土壤空气中CO2的含量，通常比大气高数倍至数十倍。 当施入有机肥料后，CO2含量可达2%以上。 这主要是土壤微生物生命活动和植物根系呼吸作用的结果。 CO2溶于水，使土壤溶液趋于酸性，有利于矿质养分的溶解和释放。 但CO2浓度超过1%后，就会抑制种子萌发，延缓根系的发育
7.2 土壤热量状况
7.2.1 土壤热量的来源 7．2. 1. 1 太阳辐射能 7．2. 1. 2 生物热 7．2. 1. 3 地热
7.2.2 土壤的热性质
7.1.2 土壤空气的运动
7．1. 2. 1 土壤空气对流
土壤空气对流是指土壤与大气间由总压力梯度驱动气体的整体流动，也称为质流。
其流向总是由高压区流向低压区
很多因素引起土壤与大气间的压力差，而使土壤空气与大气产生对流 如气压、温差、降雨或灌溉和地面风力等
7．1. 2. 2 土壤空气扩散
在分压梯度的驱动下，使气体不断从土壤中向大气扩散， 也可使某种气体不断从大气向土壤空气扩散 也称土壤呼吸。是土壤空气与大气主要交换机制。
7.1.2 土壤空气的运动
7．1. 2. 1 土壤空气对流 7．1. 2. 2 土壤空气扩散 7．1. 2. 3 土壤通气性的调节
通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系 ①深耕结合施用有机肥料 培育和创造良好的土壤结构和耕层构造，增加土壤总孔隙度和空气孔隙度，改善通气性，从 根本上解决水、气之间矛盾。 ②客土掺沙、掺黏 改良过黏、过沙的土壤质地，提高土壤的透气性 ③雨后、灌水后及时中耕 消除土壤板结，以利通气。 ④灌溉结合排水 利用调节土壤墒情的办法来改善土壤通气状况
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
表7-1 土壤空气与大气组成比较（容积%） 气体成分 近地面大气 土壤空气 O2(%) 20.94 18～20.03 CO(%)2 0.03 0.15～0.65 N2(%) 78.05 78.8～80.24 其他气体(%) 0.98 —
土壤空气主要来自大气，少量是土壤中生物、 生物化学和纯化学过程产生的气体 故土壤空气与大气的组成基本相近，但也存在 一些差异
7.2 土壤热量状况
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力 土壤温度的调节
根据农业生产的需要，通常采取以下农业技术措施调节土壤温度。 (1)根据土性合理选择种植作物 冷性土宜种大豆、甜菜、马铃薯、葱蒜等作物 热性土宜种棉花、玉米、谷子、高粱、小麦等作物 冷性土春播宜晚、秋播宜早。热性土春播宜早、秋播宜迟 (2)翻耕松土 (3)灌溉排水 夏季灌水可以降土温，排水可以提高土温 (4)施用有机肥料 深色的马粪、羊粪、烟灰、草木灰等热性 塑料地膜、温室栽培、阳畦、遮荫、挡风 (5)广泛采用多种措施来调控土温 (6)喷洒土面保墒增温剂（土面增温剂）
1～2℃ 15～20天
5～6℃ 6～ 7天
9～10℃ 4～ 5天
比较活跃 10℃以上
受到阻碍 超过30～35℃
玉米（24）豆科（22—26）甘薯（18—19）
7.2 土壤热量状况
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力
（1）种子萌发 （2）作物根系生长 （3）作物生长 适宜的土温能够促进作物的营养生长和生殖生长 春麦苗期地上部分生长最好的土温为20～24℃ 后期以12～16℃为好，8℃以下或32℃以上则很少抽穗 （4）土壤微生物在 土壤微生物在15～40℃范围内最活跃 土温过低会导致土壤氮素缺乏而影响作物生长 （5）土壤的化学、物理变化过程 土温高，理化反应加快
7．2. 2. 1 土壤热容量
土壤的容积热容量
土壤的容积热容量是指单位容积的土壤，在温度升降1℃时所吸收或释放的热量 用Cv表示，常用单位J/(cm3· ℃) 重量热容或比热 质量热容量以单位质量土壤来计算，习惯上称之为重量热容或比热
表7-5 土壤各组成的热容 土壤组成 土壤空气 土壤水分 沙粒和黏粒 有机质
质量热容（J/(g·℃)
容积热容（J/(cm3·℃)
1.0048
0.0013
4.1868
4.1868
0.75～0.96
2.05～2.43
2.01
2.51
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
7 2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 土壤热量的来源 土壤的热性质 土壤热量平衡状况 土壤温度的变化 土壤温度与肥力
土温对作物生长发育的影响是多方面的 （1）种子萌发 种子发芽出苗要求适宜的土温条件 小麦、大麦和燕麦 棉花、水稻和高粱 麦类
1～2℃
12～14℃
（2）作物根系生长 微弱生长 2～4℃ 最适土温
目前采用喷灌、滴灌等先进的灌水方法，既能节水又能改善土壤的通气状况。
7.1.3 土壤通气性与肥力
7 ．1. 3. 1 影响种子萌发
种子萌发首先需要吸收水分和一定量的氧气。 如果土壤中O2不足，就会影响种子萌发的生化过程。 种子正常发育需要O2的含量在10%以上, 如果小于5%，种子萌发将受到抑制 在土壤嫌气条件下，土壤微生物分解有机质会产生醛类和酸类物质
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 土壤热量的支出主要包括土壤水分蒸发、加热土体自身等而消耗 正值交换： 当表土温度高于下层土温时，热量将逐渐传入深层，称之为正值交换 负值交换：热量由深层传向地表，称之为负值交换 这就是土壤中的热量交换或热流 它事实上就是土壤热量的收支平衡，决定着土壤热状况。 。
日变化
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
季变化
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
土层变化
7.2 土壤热量状况
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 分 石 英 导热率 21 其他矿物平均 7 有机质 0.6 水 1.37 空气 0.06 冰 5.2
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气 7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气 7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气 7．1. 1. 4 土壤空气中还原性气体可能高于大气 7．1. 1. 5 土壤空气成分随时、空而变化
土壤空气成分随时间而不断变化
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
7．2. 2. 3 土壤热扩散率
土壤热扩散率是指单位时间流入（或流出）单位容积土壤的一定热量，
导致土壤温度升高或降低的程度 常用D表示，单位J/(cm2·s)。D可用土壤容积热容Cv和导热率λ计算。
D = λ/Cv
7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气
因为土壤中的生物活动，土壤空气中O2含量比大气少 作物生长旺季，呼吸强度大 或当增施有机肥料，土壤微生物好气分解旺盛时，消耗O2和产生的CO2最多
7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气 7．1. 1. 2 土壤空气中的氧气低于大气 7．1. 1. 3 土壤空气中水汽含量高于大气
用费克(Fick)定律表示。即：qd = -Ddc/dx
7．1. 2. 3 土壤通气性的调节
土壤通气性是指土壤空气与大气不断进行气体交换的能力。 只有在通气性较好的土壤中，才能进行顺利的气体交换
土壤通气性主要取决于通气孔隙的数量和大小
要求土壤不仅要有适当的孔隙总量 更重要的是要有一定的通气孔隙度 通常采用以下农业措施来调节土壤三相容积比例关系
影响土壤导热率的因素主要是土壤的松紧、土壤含水状况以及 土壤质地等
影响土壤导热率的因素
图7-2 干燥土壤热传导示意图
图7-3 湿润土壤热传导示意图
影响土壤导热率的因素
图7-4 土壤密度和含水率对导热率的影响(引自 Baver) 图7-5土壤质地和含水率对导热率的影响图中括号内为固相所占体(引自 Baver)
大气的相对湿度 土壤空气的相对湿度 50%～90%， 99%以上 只要土壤含水量在吸湿系数以上，土壤水分就会不断地蒸发 土壤空气中水汽饱和程度，一般近表层小而下层较大 水汽饱和对微生物活动有利
7．1. 1. 4 土壤空气中还原性气体可能高于大气
土壤通气严重不良时使土壤有机质在嫌气微生物作用下进行不彻底的分解 产生还原性气体，如CH4、H2S、NH3、H2等。还原性气体产生和累积 对作物产生毒害作用，还会影响土壤养分的供应和转化
7.1 土壤空气状况
7.1.1 土壤空气的组成
7．1. 1. 1 土壤空气中CO2含量高于大气
土壤空气中CO2的含量，通常比大气高数倍至数十倍。 当施入有机肥料后，CO2含量可达2%以上。 这主要是土壤微生物生命活动和植物根系呼吸作用的结果。 CO2溶于水，使土壤溶液趋于酸性，有利于矿质养分的溶解和释放。 但CO2浓度超过1%后，就会抑制种子萌发，延缓根系的发育