第4章 土壤温度和热流解析
环境学概论第四章土壤环境
土壤环境重金属背景值的表示方法
平均值加标准差
xB x 3s
差异检验法
t
x yn11s12 Nhomakorabean2
1s
2 2
n1 n2 1
11 n2 n2
富集系数法
用Al2O3替代TiO2
土壤中元素含量
富集系数＝
土壤中TiO2含量
岩石中元素含量
岩石中TiO2含量
元素相关分析法
关键是找出一个能代表自然含量水平，而又与其他元素 具有一定相关性的元素做依据，然后计算相关系数。
▪ 农药的研究与应用取得了很大的进展，至今世 界农药年产量超过200万吨，品种日渐增加。
▪ 为防治农、林、牧业病虫害，保证了农业增产 作出了贡献。
▪ 对环境和生态系统带来不良影响 ▪ 伤害了害虫的“天敌”及传粉的益虫、益鸟 ▪ 产生抗药性 ▪ 污染土壤环境 ▪ 农业退水对水体造成污染 ▪ 进入食物链影响人体健康
▪ 河流、湖泊、内海等水体发生富营养化。 ▪ 长期使用化肥，使土壤有机质丧失，理化性质发
生变化，导致土壤硬化，影响耕种。
▪ 食品、饲料和饮用水中污染成分增加。
第五节 土壤污染的防治
控制和消除土壤污染源
• 控制和消除工业“三废”排放 • 加强污水灌溉区土壤的监测和管理 • 合理施用化肥和农药 • 增加土壤容量和提高土壤净化能力
重要来源；活性酸度用pH表示。
土壤pH随盐基而变，盐基饱和度高，pH值大；反 之，pH值低。
土壤碱性 土壤溶液中Na2CO3、NaHCO3、CaCO3
及胶体表面交换性Na+ 水解显碱性，土壤碱度用pH表示。
土壤的氧化－还原性 无机体系：O2 / H2O、Fe3+ / Fe2+、MnO2 / Mn2+、S2 －/ SO32－/ SO42－、NO3－/ NO2－ 、H+/H2等。 有机体系：分解的有机物、微生物及代谢产物、根 系分泌物、有机酸、酚、醛、糖等。 Eh>300 mV，氧体系起主要作用；
环境土壤学第四章XX
土壤含水量
土壤相对含水量=
×100%
田间持水量
通常相对含水量为60%至80%，是适宜一般农作物以
及微生物活动的水分条件 。
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环境土壤学第四章XX
土壤储水量Soil water storage capacity
一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。
储水量深度（mm）
一定厚度一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度
13
16
15
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环境土壤学第四章XX
重壤土 26 11
15
•水分与土粒 的能量关系 • ×105Pa
•土壤水分常数
•1013 •31.4 2
•10 •吸 5烘 湿 干系 重数
•15.2 •6.33 •0.4~0. •0.05~0.5
8
•毛 管 •凋 •最 联 •田 萎 大 系间 系 分 破持 数 子 裂水 持 含量 水水 量量
➢ 凋萎系数(wilting coefficient)
植物永久凋萎时的土壤含水量。
➢ 田间持水量(field moisture capacity)
毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映土壤保水
力大小的一个指标。
➢ 饱和含水量
土壤孔隙全部充满水时的含水量。
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环境土壤学第四章XX
土壤水分有效性 Soil water availability
•TDR（时域反射仪）法 •电阻法
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•简单、实用
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环境土壤学第四章XX
•4.2 Basic properties of soil water
土壤水分基本性质
•4.2.1 The types of soil water •土壤水分形态
环境学概论第四章土壤环境.
3、有机物质转化
有机物质矿化作用
腐殖质化作用
4、腐殖质性质
一种暗色、酸性、富含氮元素的有机胶体物质，是土壤中特有的稳定高 分子化合物。
有养分（N）
适中的粘结性 较强的吸收代换性能
有缓冲能力
（三）土壤空气
1、土壤空气的组成
近地大气组成： 氧气20.94% ；二氧化碳0.03%； 氮气78.08% 其他气体0.95%； 相对湿度60—90 %。 土壤空气组成：
4、地形因素 地形对土壤形成的影响主要是通过引起 物质、能量的再分配而间接地作用于土壤 的。
在上述各种成土因素中，母质和地形 是比较稳定的影响因素，气候和生物则是 比较活跃的影响因素，它们在土壤形成中 的作用随着时间的演变而不断变化。 5、时间因素 土壤是一个经历着不断变化的自然实 体，并且它的形成过程是相当缓慢的。在 酷热、严寒、干旱和洪涝等极端环境中， 以及坚硬岩石上形成的残积母质上，可能 需要数千年的时间才能形成土壤发生层
二、土壤的形成 岩石经过风化作用，成为成土母质，然后在 成土作用下，转化为土壤。
三、土壤形成因素 1、母质形成 风化作用使岩石破碎，理化性质改变， 形成结构疏松的风化壳，其上部可称为土 壤母质。 母质代表土壤的初始状态，它在气候 与生物的作用下，经过上千年的时间，才 逐渐转变成可生长植物的土壤。
B——淀积层
C——母质层
C
R——母岩层 R
A
C
A
BLeabharlann A E BCC 成熟土
C 当地典型土
母质
幼年土
土壤个体发育的一般图式
图 土壤中固、液、气相结构示意图
微生物分解
残根落叶
作物可吸 收的养分
腐殖质
三、土壤的物理化学性质
土壤学第四章详解104页文档
土壤学第四章详解
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
土壤肥料学 第四章.
1大气压（ atm ）
=1033cm ≈ pF3.0≈1bar=1000mbar
1atm≈ 1 bar≈105 Pa =760㎜Hg=1000㎝ 水柱
土水势的测定方法（自学）
土壤肥料学
1
教学内容
第一节 土壤水在农业生态系统中重要性 第二节 土壤水的基础知识 第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 第四节 土壤水的运动规律 第五节 土壤水状况及水分平衡
2
4.1土壤水在农业生态系统中重要 性
我国水资源概况 我国农业水资源状况 土壤水在农业生态系统中的重要作用
14
4.土壤相对含水量 (relative water content of soil)
土壤相对含水量
实际含水量占该土壤田间持水量的百分数
土壤相对含水量%= 土壤含水量%
×100
土壤田间持水量%
一般土壤相对含水量为60%－80%最适宜旱作物 的生长。
15
二.土壤含水量的测试技术-自学
根据水分的容积百分数可算出土壤中空气含量 并进而算出土壤固、液、气三相的比例。
p83
10
3、土壤贮水量
土壤水贮量是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。 在土壤物理，农田水利学、水文学中经常要用到，它主要 有两种表达方式：
1）水深(hw) 指在一定厚度(h)一定面积土壤中所含的水量相当于相同面 积水层的厚度。可以推知 hw与θv的关系如下：
即粘土﹥壤土﹥砂土
主要受质地、有机质含量、结构、松紧 状况等的影响。
33
不同质地，土壤田间持水量有很大不同
土壤学4-8章
第四章土壤有机质一、土壤有机质的化学组成包括哪些类？碳水化合物、木质素、含氮化合物、树脂、蜡质、脂肪、单宁、灰分物质二、名词解释1、土壤矿质化过程：土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合物二氧化碳、水、氨和矿质养分，同时释放出能量的过程。
2、土壤腐殖化过程：土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高分子有机化合物—腐殖质的过程。
一、影响土壤有机质分解的因素有哪些？1. 温度2. 土壤水分与通气状况3. 植物残体的特性4. 土壤特性二、论述土壤有机质的作用。
1. 在土壤肥力上的作用：（1）提供植物需要的养分，（2）促进植物生长发育（3）改善土壤的物理性质（4）促进微生物和动物的活动（5）提高土壤的保肥性和缓冲性（6）有机质具有活化磷的作用2、在生态环境上的作用：（1）有机质可降低或延缓重金属污染（2）有机质对农药等有机污染物具有固定作用（3）有机质对全球碳平衡的影响三、为什么要对土壤有机质含量进行调节？1有机质的矿化作用过于强烈，分解释放大量的无机养分不能及时被植物吸收利用，会随水流失。
同时也会导致腐殖化形成的腐殖质也发生分解，更多地流失养分，土壤肥力下降。
2有机质的矿化作用过于缓慢，而腐殖化过程强烈，则可供植物生长的速效性养分不足，使植物营养不足，相反却形成大量的腐殖质，进而造成有机物堆积形成大量的泥炭，虽有大量的养分，但不能释放为植物所吸收利用。
四、如何提高土壤有机质含量？（1）合理耕作制度（2）施用有机肥（3）种植绿肥（4）秸秆还田第五章土壤矿物质一、名词解释1、单粒：在自然情况下，那些大小不一的土粒，有的单个的存在于土壤中；2、土壤机械组成：土壤中各级土粒所占的质量百分数；3、土壤质地：依据土壤机械组成相近与否而划分的土壤组合二、土壤质地分类的主要依据是什么？测定土壤机械组成三、简述土壤矿物颗粒各粒级的性质。
1砂质土壤：通透性强；保蓄性弱；养分含量低；气多水少；温度高，土温变化快。
第四章土壤形成
2 矿物的风化能力
岩石的矿物组成是决定岩石抗风 化能力的重要因素，不同矿物 的抗风化能力不一样。
常见矿物的抗风化能力依次为：
石英>白云母>钾(正)长石>钠长 石>钙长石>黑云母>角闪石>辉 石>橄榄石。
由于石英、白云母等抗风化能力 强，在土壤中丰富；而橄榄石、 辉石不稳定，在土壤中少。
3 矿物风化程度的量度指标
3. 1 硅铝率或硅铁铝率
Ki或Sa=A/B， Ki或Sa称为硅铝率。 Kaf或Saf=A/(B+C)， Kaf或Saf称为
硅铁铝率。
A为SiO2的克分子含量，B为Al2O3 的克分子含量，C为Fe2O3的克 分子含量。
通常硅铝率或硅铁铝率反映风化 产物与岩石相比的脱硅或复硅 程度。
将土体和母岩或母质加以对比， 可以说明成土过程的特征。值 增大，有脱铁铝，减小则有富 铝化或脱硅作用。
土壤母质就是覆盖于地球陆地表 面的疏松岩石风化产物。
土壤母质是土壤形成基础，是土 壤的前身，其组成和性质对土壤 的组成和性质具有深刻影响，母 质与土壤之间存在血缘关系。
如紫色土的紫色、石灰土的碳酸 盐、潮土的质地层次等都是母质 带来的。
1.2母质的特点
（1）母质是疏松的，具有一定通 透性
（2）母质有一定的细颗粒，能产 生毛管孔隙，从而具有一定的蓄 水性
3. 2 迁移系数
K
x m
=
任一土层或风化层的x 母质层或母岩层的x /
/ Al 2O3 Al 2O3
迁移系数＜1，表示该元素在土层中有淋溶 ， 迁移系数＞1，说明在土层中有积累 。
3.5.3 淋溶率
淋
溶
率
＝母 任
第四章 土壤水
θv=-5.3×10-2+2.92×10-2εa-5.5×10-4εa2+4.3×10-6εa3 × × × ×
D,根据时间计算εa,根据 计算 . ,根据时间计算 ,根据εa计算 计算θv.
二,土壤墒情 1.墒情的种类 汪水:土壤含水量在田间持水量以上. 汪水:土壤含水量在田间持水量以上. 黑墒:土壤含水量为田间持水量75%以上. 75%以上 黑墒:土壤含水量为田间持水量75%以上. 黄墒:土壤含水量为田间持水量的50%~75% 50%~75%. 黄墒:土壤含水量为田间持水量的50%~75%. 潮干土:土壤含水量在田间持水量的50%以下. 50%以下 潮干土:土壤含水量在田间持水量的50%以下. 干土:土壤含水量在萎蔫系数以下. 干土:土壤含水量在萎蔫系数以下. 2. 墒情的判断 墒情在空间上的层次性:表墒;底墒;深墒. ①墒情在空间上的层次性:表墒;底墒;深墒. 墒情在时间上的季节性: ② 墒情在时间上的季节性 : 与气候的季节性以及作物 的生长发育季节密切相关. 的生长发育季节密切相关.
三,土壤含水量的测定方法
3,中子法 用中子仪 , 1)快中子源 镭-铍 ) 铍 2)慢中子探测器. )慢中子探测器. 3)快中子遇 变慢 )快中子遇H变慢 4)不能测土表土壤,有机质多影响结 )不能测土表土壤, 果. 5)可定点长期观测. )可定点长期观测.
三,土壤含水量的测定方法
4,TDR法: , 法 1)时域反射仪,可测定土壤水,盐状况 )时域反射仪,可测定土壤水, 2)原理: )原理: A,电磁脉冲传播速度与介质介电常数有关. ,电磁脉冲传播速度与介质介电常数有关. 土壤介电常数εa:土粒介电常数为5,空气为1,水为80.36. 土壤介电常数εa:土粒介电常数为5,空气为1,水为80.36. B,将长度L的波导棒插入土壤中,电磁脉冲信号从波导棒始端传到终端, ,将长度 的波导棒插入土壤中 电磁脉冲信号从波导棒始端传到终端, 的波导棒插入土壤中, 波导棒终端处于开路状态,脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端. 波导棒终端处于开路状态,脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端. 根据返回时间和返回时脉冲衰减可计算土壤水,盐含量. 根据返回时间和返回时脉冲衰减可计算土壤水,盐含量. C,介电常数与容积含水率间的关系, ,介电常θ m 质% = × 100% 干土质量
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4.4 土壤中水热的耦合运移（Coupling transport of water and heat in soils） 1、土壤中水分运动及含水量分布是和热流及温度分布相互联系的。
土壤中热流分析计算是以土壤水分运动作为条件或前提的。
2、土壤中热流及温度分布反过来也对水流运动有影响。
（1）由于温度场的存在产生温度势；（2）温度的变化亦会引起土壤水分中溶质的情况变化。
但在一般条件下，通常忽略温度变化对水分运移的影响，而将水分运动和热流运动单独求解。
在冻融条件下，土壤中的水分一部分为液态，另一部分为固态（冰）。
此时，土壤水分的运动强烈受到热量交换的影响。
此时，必须耦合求解水分和热流方程。
4.5 土壤温度的变化规律特定地区地表土壤温度以年为变化周期，一年当中各出现一次最高温度和最低温度时期。
深度每增加1 m，最高（或最低）地温出现的时间推迟20~30 d。
并且随着深度的增加，土壤温度年变化幅度迅速减小。
土壤深度达到某一深度时，土壤温度季节性变化消失，此深度称为恒温层。
恒温层深度在低纬度地区仅5~10 m，中纬度地区约为15~20 m，而在高纬度地区约为20 m。
土壤温度日变化与年变化相似，随着深度的增加，土壤温度的变化呈滞后现象；且土壤深度越大，温度变化幅度越小。
土壤温度年变化和日变化规律近似于正弦曲线的周期性波动2π T ( z , t = Tave + Az sin[ t + φ ( z ] Δ 影响土壤温度变化的因素太阳辐射能天文及气象因素，如与太阳辐射能量有关的纬度；季节及昼夜交替；大气成分、密度及其浑浊程度；云层高度和厚度；降雨以及与蒸发有关的风速、气压等。
土壤机械组成及性质，如与土壤热容量、导热率和热扩散率等热特征参数有关的土壤质地、土壤含水量、土壤有机质。
地理位置，如海拔高度、地形方位（坡度、坡向）。
土壤表面状况，如地表植物覆盖情况、土壤颜色以及土壤平坦度。
土壤温度的调节人工覆盖以水调温耕作。