第五讲 土壤水、空气和热量

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第五讲 土壤水、空气和热量

第五讲 土壤水、空气和热量

K=
λ Cv
土壤热扩散率的大小反应土壤导热引起土壤温度 变化性能的强弱,影响因素主要也是土壤含水量 ,干土易升温,湿土不易升温。
三、土壤温度变化
• 土壤热量基本来源是太阳辐射,由于太阳辐射有周期性的日、年变化, 所以土温也有周期性的日、年变化。 • (一)土壤温度的日变化 • 1.概念 • 土表日间增热和夜间冷却所引起的土温昼夜变化,称土温日变化。 • 2.特点 • (1)土表温度的最高值出现在13-14时左右,最低值出现在早晨5-6点。 • (2)土处已 没有太大的变化。 • (3)白天表层土温高于底层,晚间底层土温高于表层。

4.4土壤通气性的衡量
比较使用的衡量指标有二: (1)土壤氧化还原电位; (2)土壤的通气孔隙度(土壤容气量)

• 1、土壤通气孔隙度(%) • 一般非毛管孔隙度15-20%为良好,<10通气不 良,10-15中等。 • 2、土壤氧化还原电位 • 在土壤中,通气条件越好, Eh值越大,土壤的 氧化性越强。 • 如水分含量较高,Eh就小,土壤处于还原状态。

土壤热的传导总是由土温高处向土温低处。
土壤的导热率也和土壤的三相物质比率有关。
土壤组成
导热率 [cal/(cm·s·℃)]
表 6-16 土壤各组成成分的导热率 矿物质 水分 空气
0.004-0.005 0.0014 0.00005
干燥土壤
0.0003-0.0005
矿物质的导热率最大,约为空气导热率100倍,其次是土壤水分, 比空气大25倍,土壤空气的导热率最小。 影响土壤导热率大小因素是:①土壤含水量;②土壤松紧度和 孔隙状况。 • 当土壤干燥时,孔隙被空气所占领,导热率就低。 • 当土壤湿润时,孔隙被水所占领,导热率增大。

第五章 土壤水、热、气、肥及其相互关系土壤学课件

第五章   土壤水、热、气、肥及其相互关系土壤学课件
b. 针对生产要求, 在早春晚秋时, 防止霜 冻, 要提高土温 ;
炎热夏季, 防止热害,要降低土温.
调节措施: a. 适时翻耕
翻耕可改变土壤松紧度和水气比例, 降低热 容量和导热率, 利于提高土温.
b. 合理排灌 灌水, 降低土温; 排水, 提高土温. 早春时, 可排水晒田, 日排夜灌提高土温; 炎夏则日灌夜排, 降低土温.
1.3.1.1吸湿水:
干燥的土粒由于分子引力和静电引力的 存在而从空气中吸收水份的性质称为吸 湿性,所紧密吸附的水分就称为吸湿水.
特点:
<1>.吸湿水的数量与大气温、湿度有关, 大 气温度愈低、湿度愈大, 吸湿量愈大;
也与质地有关,质地愈重,吸湿性愈强,吸 湿量也愈大.
<2>.吸湿水受土粒引力极大{31~10000个大气 压},无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动, 与土粒作整体运动. 同时,植物根系的根吸力一般只有10~20个大 气压,所以吸湿水不能被一般植物吸收利用.
c. 合理施肥 冷性土施热性肥 (含水少的有机肥, 如羊 粪、马粪等); 热性土施冷性肥.
d. 土表覆盖, 地膜覆盖, 土壤遮荫, 喷施增 温保墒剂等, 都可调节土温.
第 二 节 土壤水份
土壤水分即土体中所含有的各种水分。
1、大气降水: 雨, 雪, 霜, 冰雹, 地面水汽凝结等. 2、人工灌溉水, 自然流水. 3、地下水: 不是每种土壤都有,只有地下水位高, 能 达到耕作层的, 才能成为土壤水分.
由于土壤的温度也高于绝对零度, 故土壤本身 也要以电磁波的方式向外辐射能量, 这种辐射, 使土壤热量减少, 土温降低。
大气逆辐射:
近地层大气得到土壤辐射后, 温度升高, 高于绝 对零度, 也要以电磁波的方式向周围辐射能量, 其中有部分返还地表, 返还地表的这部分大气 辐射就称为大气逆辐射, 它使土壤热量增加, 温 度提高.

土壤地理学 第5讲(空气、热量及其水分)

土壤地理学 第5讲(空气、热量及其水分)
吸附力很强;无溶解能力,不移动,通常在105~110℃ 条件下烘干除去。
对植物无效
吸有
湿 水

风干土 烘干土
风干土重 烘干土重= ——————
1+吸湿水%
土壤吸湿水含量受土壤质地和空气湿度的影响。粘质 土吸附力强,吸湿水含量高,砂质土则吸湿水含量低;空 气相对湿度高,吸湿水含量高,反之则吸湿水含量低。
土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素 的作用下整体排出土壤,同时大气也整体进入,称整 体交换。交换速度较快。 2. 气体扩散
它是指气体分子由浓度高(气压大)向浓度小 (气压低)处移动。交换速度较慢,气体扩散是气体 交换的主要方式。
土壤中不断进行的动植物呼吸作用和
微生物对有机质物的生物化学分解作用,使
土壤空气来源: 近地表大气 土壤微生物的呼吸和代谢 土壤水分的蒸发
一、土壤空气的组成特点
1.土壤空气中的CO2的质量分数高于大气 2.土壤空气中的O2质量分数低于大气 3.土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气 4.土壤空气中有时有少量还原性气体 5.土壤空气成分随时间和空间而变化
二、土壤空气的更新(土壤空气与大气的交换) 1. 整体交换
得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积, 其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层 大气中O2、CO2浓度之间差异的扩大,这样 必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生,如 图 3-1所示。
图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图
土壤中O2的分压总是低于大气,而CO2的分压总 是高于大气。所以O2是从大气向土壤扩散,而 CO2则是从土壤向大气扩散,正如人不断呼出CO2 和吸进O2一样,因此,土壤气体交换被称为“土 壤呼吸”。
田间持水量(field moisture capacity): 毛管悬着水达最大量时的土

第五章土壤空气与土壤热量状况PPT课件

第五章土壤空气与土壤热量状况PPT课件

问题:土壤空气质量如何满足作物生长
需求的?
有资料表明:如果土壤不具备通气性,那 么,土壤空气中O2仅能够作物根系呼吸消 耗12~40个小时,可见,土壤气体更新是 多么重要。土壤是如何通气的呢?
.
19
二、土壤空气的更新
★土壤空气与大气的交换方式
气体扩散 整体对流
1. 气体扩散(90%)
气体分子由浓度高处→
各有其独立的运动发展变化规律各自与环境状况息息相关相互联系相互制自与环境状况息息相关相互联系相互制虽然它们均受土壤原始质地组成的强烈影响虽然它们均受土壤原始质地组成的强烈影响但也可以通过人为耕作施肥灌溉等措施但也可以通过人为耕作施肥灌溉等措施得到改善其中结构性的改善是关键
复习回顾 1、2
第五章 土壤空气与土壤热量
P114
土壤热平衡应用
S=Q±P±LE±R
农业生产中,常采用中 耕松土,地表覆盖,设 置风障,塑料大棚等措 施以调节土壤温度。
.
36
★ 2.土壤热量状况
①土温的日变化
土壤表层:
最低温出现于早晨5-6点 最高温出现在下午13-14点
表层变化幅度大,约每深10㎝可滞后 2.5-3.5小时,至40-100cm深处变化幅 度小甚至消失,
0.0209 1.9259
有机质 1.9259 2.5121
沙土是“热性
土”,粘土是
“冷性土”,为
P112
什么?
土壤水分 4.1868 4.1868 土壤空气 1.0048 0.0013
.
30
(二)土壤导热性
1.土壤导热率:
土 厚 1cm , 两 端 温 差 1℃ 时 , 每 秒 钟 通 过 1cm2土壤断面的热量。

土壤水分、空气和热量第五次课

土壤水分、空气和热量第五次课
的介质; 影响土壤中物质能量的迁移转化过程; 影响土壤形成发育的方向和性质。
第一章
土壤水分
植物从土壤中吸取的水量十分巨大,就多 数农作物而言,每生产一斤干粒实和基杆,要 消耗一百甚至几百斤以上的水。这样大的需水 量,就要求土壤具有不断供给和保存适量水分 的能力
第一章
土壤水分来源
土壤水分主要来源大气降水、灌溉水和地下水。
第一章 土壤剖析
第二节 土壤组成 2.3 土壤水分与空气
第一章
教学重点
1. 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性 2. 理解土壤水类型、土水势及土壤水分状况 3. 了解土壤空气及其运动、土壤热量状况
第一章
关键词
土壤水分(soil water content ) 土壤水势(soil water potential) 土壤水分状况(soil water regime)
自由水
自由水:土壤中不被土粒牢固保持而能够自 由移动的液态水,即超过最大分子持水量时 的水分,这种水能够被植物利用,并参与土 壤中的各种物理化学作用。自由水可以分为 毛管水和重力水两种。
毛管水:土壤中被毛管力吸附存在于土粒之 间所形成的毛细管孔隙中的水分。毛管水是 土壤中最宝贵的水分:具有溶解力,在毛管 水中溶解有各种营养物质;又由于毛管力的 作用,毛管水能较长久的存在于土壤中,为 植物有效水分的基本来源。
(2)土壤空气中的N2
V大气N2/V大气=79.01%, V土N2/V土=79%二者相差小
(3)土壤空气中的水汽 大气中的相对湿度通常只有50~90%,是不饱和的, 而土壤空气的相对湿度大多是饱和的(一般接近 100%
(4)土壤空气中的CO2 V大气CO2/V大气=0.02~0.03%,V土CO2/V土

第五章 土壤空气与热状况

第五章 土壤空气与热状况

4、对土壤热特性的影响因素:固、液、气三相物质比例 由下表可见,土壤水分热容量最大,土壤空气最小,而 矿质土粒和土壤有机质介于两者之间,而固体是相对稳 定的,则主要取决于土壤水分和土壤空气的含量。 所以,粘土:水分含量较高,早春季节解冻迟,土壤回 升慢,为冷性土; 砂土:水分含量低,早春土温回升快,为热性土。
三、土壤通气性(soil aeration) 土壤通气性(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。
土壤通气性影响多种生物的生命活动,各种有机物质转化的化
学过程,根际呼吸,种子萌发,土壤病虫害的发生。
土壤通气产生的机制:
(一)、土壤空气扩散(Soil air diffusion) 指某种气体成分由于分压梯度与大气不同而产生的移动。它是 土壤空气与大气间进行交换的主要因素,原理服从气体扩散 公式: F=-D· dc/dx F:单位时间气体扩散通过单位面积的数量; Dc/dx:气体浓度梯度或气体分压梯度; D:扩散系数,负号表示其从气体分压高向低扩散。
2、土壤水分调节:
减少土壤水分的损失;增加作物对降雨,灌溉水及土壤中 原有贮水的有效利用,同时包括对多余水分的排除等, 措施如下: (1)控制地表径流,增加土壤水分入渗;

合理耕翻:创造疏松的耕作层,保持土壤适当的透水性 以吸收更多的降雨和减少地表径流损失。 等高种植,建立水平梯田:改造地形,平整土地,减少 水土流失,梯田层层蓄水,坎地节节拦蓄 改良表土质地结构:增加土壤孔隙度,使蓄墒能力增强。
第二节
一、土壤热来源与平衡
土壤热状况
(一)土壤热来源
1、太阳辐射(solar radiation) 与所处的纬度有关,随纬度的提高,接受辐射减少;

第五章土壤水、热、气、肥及其相互关系

第五章土壤水、热、气、肥及其相互关系

1.3.1.1吸湿水: 干燥的土粒由于分子引力和静电引力的 存在而从空气中吸收水份的性质称为吸 湿性,所紧密吸附的水分就称为吸湿水. 特点: <1>.吸湿水的数量与大气温、湿度有关, 大 气温度愈低、湿度愈大, 吸湿量愈大; 也与质地有关,质地愈重,吸湿性愈强,吸 湿量也愈大.


<2>.吸湿水受土粒引力极大{31~10000个大气 压},无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动, 与土粒作整体运动. 同时,植物根系的根吸力一般只有10~20个大 气压,所以吸湿水不能被一般植物吸收利用.

年变化 - (太阳辐射能的季节变化) 呈现两个阶段, 升温阶段, 2~7月; 降温阶段, 8~1月; 最高温7月, 最低温1月. 随土层加深年变幅也减小, 在5~20米处消 失.
影响土温的因素: 一切影响土壤热量收入或支出的因素最终都将 影响土壤温度的高低, 可分为环境因素和土壤 内部因素两大类. 环境因素: a. 土壤所处的纬度 随着纬度的增加, 太阳入射角减小, 单位面积土 壤得到的太阳辐射能减少, 故纬度越高, 土温越 低.
第 五 章 土壤水、热、气、 肥及其相互关系

土壤水、热、气、肥4大因素 :
各有其独立的运动发展变化规律 各自与环境状况息息相关 共存于土壤体系中,相互联系、相 互制约的。
第 一 节

土壤热性质
1- 土壤的热量来源 土壤热量主要来自4个方面,太阳辐射能、地热、 生物热和化学热。 1-1 太阳辐射: 任何物体,温度高于绝对零度 (-273 ℃) 时, 都要以电磁波的方式向外辐射能量。 太阳表面温度高达6000 ℃, 它要以电磁波 的方式向外辐射大量能量, 这种能量是土壤热 量的主要来源, 一般每cm2每分钟可得到1.9 卡 的热量.

土壤水分、空气、热量(1)

土壤水分、空气、热量(1)
害、渍害。因此必须排除土壤多余的水分,主要包括排除地表 积水、降低过高的地下水和除去土壤上层滞水。
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说,发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10%、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤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。土体中水分过多不仅 空气容量减少,而且阻碍土壤空气与大气的气体交换, 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因,对此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。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的,则应及时中耕、松土,破除地结皮等, 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出,则土壤水分含量增加;反之,土壤水的支出
大于收入,则土壤水分含量降低。在农业生产实践中,土壤水分平 衡的作用主要表现为:
①计算作物日耗水量 例如,某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm,然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm,假设灌水后的这段时间内无降雨过程,也没有 土壤水分的深层渗漏,则在此期间玉米的日耗水量为:
• (1)土水势 • (2)土壤水吸力 • (3)土壤水分特征曲线
(1)土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用,有时还存在附加压力,所以其水势必然与参 比系统不同,两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零,因此,土水势一般为负值,它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言,由于基质吸力对水分的吸持,完成这一过程需要环境 对它做功,所以基质势为负值;而饱和的土壤水不受基质吸 持,故其基质势为零。
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4.4土壤通气性的衡量
比较使用的衡量指标有二: (1)土壤氧化还原电位; (2)土壤的通气孔隙度(土壤容气量)

• 1、土壤通气孔隙度(%) • 一般非毛管孔隙度15-20%为良好,<10通气不 良,10-15中等。 • 2、土壤氧化还原电位 • 在土壤中,通气条件越好, Eh值越大,土壤的 氧化性越强。 • 如水分含量较高,Eh就小,土壤处于还原状态。
4.5 土壤通气性的调节
• 措施: 地势低洼、地下水位过高,土壤 水分过多 土壤过湿,表土板结 质地粘重,通气孔隙数量不足 排水 中耕、松土 增施有机肥料
第五节 土壤的热性质
☻ 一、土壤的热量来源 ☻ 二、土壤的热特性 ☻ 三、影响土壤热状况的因素及其调节
一 土壤温度与作物生长的关系
热量对土壤微生物活动,植物的生长、土壤物理、 化学过程均有较大影响。 因此,土壤热量是土壤肥力四大要素之一。
• 铁、锰等变价金属元素,当土壤处于氧化 态时(即Eh较高),主要以三价铁存在, 运动性差,不能被植物吸收利用; Eh低时, 以溶解度较大的二价铁存在,对植物有效 性高。
• 金属元素如果以氧化态存在,则有效性降 低。
• 土壤含水量少,呈氧化态时、有机质矿化 速率较快,养分释放快,不利于有机质保 存。 • 土壤含水量多,呈还原态时、有机质矿化 速率较慢,养分释放慢,还原性物质积累 过多,不利于植物生长。


二、土壤的热量平衡
一、土壤热量的来源
• ①太阳辐射能(主要来源);这是土壤热量的最主要来源, 也是地球上一切能量的最初来源,太阳辐射能是极其巨大的, 达到地球的只是太阳总辐射能的很小一部分,大约是20亿分 之一。
• ②生物热:微生物分解有机质是一个放热过程,释放出的热 量,一部分被微生物自身利用,大部分用来提高土温。 • ③地热:地球内部的岩浆通过传导作用达到地表热量,地热 对土壤温度的影响极小,但地热异常地区,比如温泉、火山 口附近,地热对土温的影响就比较大。
第四节、土壤空气
2.4 土壤空气 土壤空气是土壤的重要组成,也是土壤的肥力因素之一。

2.4.1 土壤空气的组成 土壤组成的特点如下: (1)土壤空气中的二氧化碳含量比大气高十至数百 倍; (2)土壤空气中氧的含量低; (3)土壤空气中的相对湿度比大气高; (4)土壤空气中有时含有还原性气体; (5)土壤空气数量和组成经常处于变化之中。

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。

4.3 土壤空气与作物生长的关系

(一)土壤空气影响种子萌发和根系的发育 ①种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种;②根系生长需一定氧气, 氧气含量低不长新根,氧气少烂根;③不同作物缺氧的忍耐力不同。

(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
其原理服从气体扩散公式: F = -D·dc/dx 式中: F是单位时间气体扩散通过单位面积的数量; dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度; D是扩散系数,负号表示其从气体分压高处向低 处扩散。 由上式可知,气体分压梯度是引起土壤空气扩散 的主要动力。
三、土壤热量平衡
土壤热量平衡也就指土壤热量的收支情况。 土壤表面吸收的太阳辐射能,部分以太阳辐射形式返 回大气,部分消耗于土壤水分的蒸发,部分向下层土壤传 导,剩余的热量用于提高土壤温度。
地表辐射 水分蒸发
• • • • • •
提高土温
Q=E-Q1-Q2-Q3 Q→用于土壤增温的热量 Q1→地表辐射损失的热量 Q2→土壤水分蒸发所消耗的热量 Q3→其它方面的热量损失 E→土壤表面获得的太阳辐射能 在一定的地区E值一般是固定的, 所以在Q1、Q2、Q3 等方面的 支出减少,土壤温度增加, 否则土温下降。
• 直接测定这些物质的绝对数量十分困难,一般 都通过测定土壤溶液中的氧化还原电位(EH) 来衡量土壤的氧化还原状况。
Eh E 0
[ 氧化态] 59 log (mv) n [ 还原态]
4.5 土壤通气性的调节

土壤通气性能取决于土壤中通气孔隙的大小和多少。 从植物生长对土壤环境条件的要求来看,要求土壤 中孔隙大小分配适当,即能保证土壤有适量的水分,又 要有足够的空气以保证植物对水分和空气的需求。


(二)土壤空气影响土壤养分状况
①氧气多少影响矿化,影响养分供给;②影响根对养分吸收,如玉 米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减:K>Ca>Mg >N >P; ③影响养分存在形态,一般氧化态养分易被作物吸收利用。 (三)土壤空气影响植物抗病性 通气不良产生还原性气体H2S、CH4、H2等会严重危害作物生长, CO2过多致使土壤酸度增高,致使霉菌发育,植株生病
土壤吸收的太阳辐射能
• • • •
向下传导
四、土壤热性质
土壤接受热量后,土温升降的速率及变化
幅度主要决定于土壤的热性质,土壤的热 性质主要包括热容量、导热性与导温性。
• 一般旱地土壤Eh值在200-700mv之间, 养分供应正常; • Eh>700mv土壤处于完全氧化状态,有机 质迅速分解,铁、锰等微量元素氧化析出, 植物易患缺绿症; • Eh<200mv土壤进行强烈还原作用,硝酸 盐开始消失,出现大量NO2-和Mn2+,严 重影响作物生长。
• 土壤氧化还原状态可直接或间接影响土壤 养分转化和养分形态及其对作物的有效性。

2.4.2 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。
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