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。
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
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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利用率；长效氮肥和控施化肥的施用，生物 抑制剂的施用。
四、土壤通气状况与作物生长
➢ 影响种子萌发：O2浓度>10%； ➢ 影响根部呼吸： O2浓度<9~10%，根系受损，若降低5%下，绝大多数停止
生长。 ➢ 影响作物生长及吸收水肥的功能
土壤缺氧，吸收水分、养分功能受损。
第二章 土壤的基本物质组成
土壤的组成？
第四节 土壤空气
知识点： 1、土壤空气的组成特点； 2、土壤水通气性； 3、土壤温室气体的排放； 4、土壤通气状况与作物生长的关系。
一、土壤空气的组成
土壤空气和大气组成的差异
气体
O2 （%）
CO2 （%）
N2 （%）
其他气体
近地表大气 20.99
0.03
78.05
我国N2O排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生 产过程分别占5.8%和1.8%。
我国CO2的排放：能源活动占总排放素
氮肥施用、土壤有机质； 土壤含水量、温度、 pH值； 土壤孔隙度。
3、减少温室气体排放措施
➢增加陆地生态系统的碳吸收； ➢减少稻田排放； ➢促进区域间氮肥施用的均衡发展，提高氮肥
全球增温潜势（GWP）表示温室气体在不同 时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热 红外辐射的相对作用。
若把二氧化碳的GWP值设为1，则甲烷、氧 化亚氮 GWP值分別是23和296。
1、主要温室气体的排放
我国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动 （27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
0.98
土壤空气 18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
0.98
组成特点：
➢ a.CO2高于空气几倍-几十倍； ➢ b.O2含量低？； ➢ C.湿度高,99%； ➢ d.还原性气体（CH4，H2等）； ➢ e.数量和组成常发生变化。
二、土壤通气性(soil aeration)
2、土壤空气扩散
某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而 产生的移动。是土壤空气的主要交换方式 。
F= -D·dc/dx F：单位时间通过单位面积的气体扩散数量 D：扩散系数 dc/dx：气体浓度梯度
三、土壤温室气体排放 主要温室气体：CO2、CH4和N2O 1994年中国所排放的温室气体中CO2、CH4和N2O 分别占73.1%、19.7%、7.2%。
指土壤空气与近地面大气层大气进行交换 以及土体内部允许气体扩散和流动的性能。
有助于土壤空气的更新。
N2O CH4
土壤通气的两个机制：
1、土壤空气整体交换： 由于土壤空气与大气之间存在总的压力而引
起的气体交换，是土体内外部分气体的整体相 互流动，是一种短暂的交换方式。 影响因素：温度、大气压、水分
四、土壤通气状况与作物生长
➢ 影响种子萌发：O2浓度>10%； ➢ 影响根部呼吸： O2浓度<9~10%，根系受损，若降低5%下，绝大多数停止
生长。 ➢ 影响作物生长及吸收水肥的功能
土壤缺氧，吸收水分、养分功能受损。
第二章 土壤的基本物质组成
土壤的组成？
第四节 土壤空气
知识点： 1、土壤空气的组成特点； 2、土壤水通气性； 3、土壤温室气体的排放； 4、土壤通气状况与作物生长的关系。
一、土壤空气的组成
土壤空气和大气组成的差异
气体
O2 （%）
CO2 （%）
N2 （%）
其他气体
近地表大气 20.99
0.03
78.05
我国N2O排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生 产过程分别占5.8%和1.8%。
我国CO2的排放：能源活动占总排放素
氮肥施用、土壤有机质； 土壤含水量、温度、 pH值； 土壤孔隙度。
3、减少温室气体排放措施
➢增加陆地生态系统的碳吸收； ➢减少稻田排放； ➢促进区域间氮肥施用的均衡发展，提高氮肥
全球增温潜势（GWP）表示温室气体在不同 时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热 红外辐射的相对作用。
若把二氧化碳的GWP值设为1，则甲烷、氧 化亚氮 GWP值分別是23和296。
1、主要温室气体的排放
我国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动 （27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
0.98
土壤空气 18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24
0.98
组成特点：
➢ a.CO2高于空气几倍-几十倍； ➢ b.O2含量低？； ➢ C.湿度高,99%； ➢ d.还原性气体（CH4，H2等）； ➢ e.数量和组成常发生变化。
二、土壤通气性(soil aeration)
2、土壤空气扩散
某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而 产生的移动。是土壤空气的主要交换方式 。
F= -D·dc/dx F：单位时间通过单位面积的气体扩散数量 D：扩散系数 dc/dx：气体浓度梯度
三、土壤温室气体排放 主要温室气体：CO2、CH4和N2O 1994年中国所排放的温室气体中CO2、CH4和N2O 分别占73.1%、19.7%、7.2%。
指土壤空气与近地面大气层大气进行交换 以及土体内部允许气体扩散和流动的性能。
有助于土壤空气的更新。
N2O CH4
土壤通气的两个机制：
1、土壤空气整体交换： 由于土壤空气与大气之间存在总的压力而引
起的气体交换，是土体内外部分气体的整体相 互流动，是一种短暂的交换方式。 影响因素：温度、大气压、水分