土壤温度和空气温度的关系
地源热泵土壤温度
地源热泵土壤温度1. 引言地源热泵系统是一种利用地下土壤、地下水或地表水的稳定温度来进行空调和供暖的能源系统。
其中，土壤温度是地源热泵系统运行的重要参数之一。
本文将详细介绍地源热泵系统中土壤温度的相关知识。
2. 土壤温度对地源热泵系统的影响土壤温度是地源热泵系统的重要输入参数，对其运行效果和能耗水平有着直接影响。
以下是土壤温度对地源热泵系统的几方面影响：2.1 系统效能土壤温度直接影响着地源热泵系统的效能。
通常情况下，较高的土壤温度会提高系统的制冷性能，而较低的土壤温度则会提高系统的供暖性能。
因此，在设计和选择地源热泵系统时，需要考虑当地的气候条件和土壤特性，以确定最适宜的工作参数。
2.2 土壤换热系数土壤换热系数是描述土壤传热性能的参数，其值与土壤温度密切相关。
一般来说，土壤温度越高，土壤换热系数越大，地源热泵系统的传热效果也会更好。
因此，在选择地源热泵系统的安装位置时，需要考虑土壤温度的分布情况，以获得更高的换热系数。
2.3 土壤稳定性地源热泵系统需要将热量从土壤中吸收或释放，并且要求土壤具有一定的稳定性。
土壤温度的变化会影响地源热泵系统的运行稳定性。
若土壤温度变化较小，则可以提高系统的可靠性和稳定性。
3. 土壤温度测量方法为了准确获取土壤温度信息，需要选择合适的测量方法。
以下是常见的几种测量方法：3.1 温探管法温探管法是一种常用且精确的测量方法。
该方法通过将温探管埋入不同深度的土层中，并通过传感器记录温度数据，从而获取不同深度处的土壤温度分布情况。
3.2 热板法热板法是一种通过测量土壤表面温度来推算土壤温度的方法。
该方法适用于测量较浅层土壤温度，通过在土壤表面放置热板，并记录其表面温度变化，可以间接获取土壤温度信息。
3.3 热流法热流法是一种通过测量地下热流来推算土壤温度的方法。
该方法适用于深层土壤温度的测量，通过埋设传感器并记录地下热流数据，可以计算得到不同深度处的土壤温度。
4. 土壤温度的季节变化特点土壤温度随季节变化呈现出一定的规律性。
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。
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。
基于不同雪深的地面温度、雪（草）面温度与气温的关系
基于不同雪深的地面温度、雪（草）面温度与气温的关系王秀琴;马玲霞;卢新玉;孙智娟;王艳【摘要】Taking samples of 451 days when snow depth is greater than or equal to 0 cm from November 2006 to March 2010 at the automatic weather stations in Tacheng, ground temperature, snow or grass surface temperature, 0 cm surface temperature, cloudiness, sunshine time and snow depth were analyzed. The results show as follow: the snow or grass surface temperature was consistent with air temperature, and it was influenced obviously by cloudiness and sunshine time, and the average snow surface temperature was lower than the average air temperature in snow season; there are two distinctions when ground temperature varied with snow depth: 20 cm and 50 cm; when snow depth was less than or equal to 20 cm, the ground temperature was greatly influenced by snow depth and air temperature, and its change trend was mainly consistent with air temperature, and the ground temperature was higher than air temperature; when snow was thinner, the ground temperature was influenced obviously by cloudiness and sunshine; when snow depth was more than 20 cm but less than 50 cm, the ground temperature was only influenced by the long time air temperature change, therefore, the ground temperature varying ranges tended to a fixed value, and it was no less than -5 ℃; when the snow depth was more than 50 cm, the ground temperature tended to the fixed value (-1 ℃).%以新疆塔城基准站自动气象站2006年11月-2010年3月积雪深度≥0cm的451d为样本，对0cm地面温度、雪面（草面）温度、气温及云量、日照时数、雪深进行统计分析，找出不同积雪深度下地面温度、雪（草）面温度与气温的关系，结果显示：雪（草）面温度在积雪期，变化趋势与气温一致，受云量及日照时数影响明显，平均雪温低于平均气温；地温随雪深变化有20cm和50cm两个分界点，雪深≤20cm时，地温受雪深、气温影响较大，变化趋势与气温基本一致，地温高于气温，雪层较薄时，受云量和日照影响较明显。
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响土壤呼吸是指土壤释放CO 2的过程, 主要是由微生物氧化有机物和根系呼吸产生, 另有极少的部分来自于土壤动物的呼吸和化学氧化土壤生物活性和土壤肥力乃至透气性的指标受到重视[通量（flux）是物理学的用语，是指单位时间内通过一定面积输送的能量和物质等物理量的数量。
二氧化碳通量就是一定时间通过一定面积的二氧化碳的量。
土壤作为一个巨大的碳库(11394×1018gC[12]), 是大气CO 2的重要的源或汇, 其通量(约68±4×1015gC?a[13])如此巨大(燃料燃烧每年释放约512×1015gC[14]), 使得即使轻微的变化也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。
因此, 在土壤呼吸的研究中, CO 2通量的精确测定已成为十分迫切的问题。
土壤呼吸影响因素：土壤温度，湿度，透气性，有机质含量，生物，植被及地表覆盖，土地利用，施肥，PH，风速，其他因素。
诸如单宁酸[25]、可溶性有机物(DOM)中的低分子化合物(LMW )[62]等都对土壤CO2释放速率有显著的影响.,,,采伐，火烧，有关生物过程的影响绝大部分的CO 2是由于土壤中的生物过程产生的。
土壤呼吸的实质是土壤微生物、土壤无脊椎动物和植物根系呼吸的总和地表凋落物作为土壤有机质的主要来源以及作为影响地表环境条件——如温度、湿度等因子对土壤呼吸也产生显著作用土壤呼吸与土壤温度、水分含量之间的关系在土壤水分含量充足、不成为限制因素的条件下土壤呼吸与土壤温度呈正相关(表1)[4, 15, 19, 21, 25～32]。
而在水分含量成为限制因子的干旱、半干旱地区, 水分含量和温度共同起作用[18, 3抑制作用的影响目前已有文献表明对根系和微生物呼吸的抑制作用在土壤空气CO 2浓度较高时会发生这也就意味着在大气CO 2浓度升高时, 土壤呼吸也会受到抑制。
土壤呼吸随纬度的变化从图3可知, 土壤呼吸量随着纬度的增加而逐渐降低, 可得到一拟合方程:y = 1586e- 010237x(R2= 0147)(1)其中, y 为土壤呼吸量, x 为纬度温度与土壤呼吸的关系最终得到全球尺度下温度对土壤呼吸的影响大小的尺度——Q 10值。
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。
26/42
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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
土壤的物理化学性质
土壤的物理化学性质壤是发育于地球陆地表面具有生物活性和孔隙结构的介质，是地球陆地表面的脆弱薄层土壤是各种陆地地形条件下的岩石风化物经过生物、气候诸自然要素的综合作用以及人类生产活动的影响而发生发展起来的。
接下来店铺为你整理了土壤的物理化学性质，一起来看看吧。
土壤的物理性质(1)土壤质地和结构土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85%以上。
根据固体颗粒的大小，可以把土粒分为以下几级：粗砂(直径2.0~0.2mm)、细砂(0.2~0.02mm)、粉砂(0.02~0.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。
这些大小不同的固体颗粒的组合百分比称为土壤质地。
土壤质地可分为砂土、壤土和粘土三大类。
砂土类土壤以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒比重小，土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥性能差，易干旱。
粘土类土壤以粉砂和粘粒为主，质地粘重，结构致密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘、干时硬。
壤土类土壤质地比较均匀，其中砂粒、粉砂和粘粒所占比重大致相等，既不松又不粘，通气透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。
土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙和团聚体的数量、大小及其稳定度。
它可分为微团粒结构(直径小于0.25mm)、团粒结构(0.25~10mm)和比团粒结构更大的各种结构。
团粒结构是土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成0.25~10mm直径的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。
具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，它能协调土壤中水分、空气和营养物质之间的关系，统一保肥和供肥的矛盾，有利于根系活动及吸取水分和养分，为植物的生长发育提供良好的条件。
无结构或结构不良的土壤，土体坚实，通气透水性差，土壤中微生物和动物的活动受抑制，土壤肥力差，不利于植物根系扎根和生长。
土壤质地和结构与土壤的水分、空气和温度状况有密切的关系。
(2)土壤水分土壤水分能直接被植物根系所吸收。
土壤学(第六章)-土壤空气和热量状况PPT课件
四、土壤空气与大气痕量温室气体(greenhouse
gasses)的关系
大气中痕量(trace quantity)温室气体（CO2、CH4、 N2O、氟氯烃化合物）导致的气候变暖，是人们非常 关注的重大环境问题。土壤是大气痕量温室气体的源
(source)和汇(sink) 。
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。
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资源环境学院土地资源与农业化学系
表6－2 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 （%）
覆膜
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2.土壤空气的扩散
在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压 梯度，驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气 体扩散作用，称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主
要机制。
土壤中CO2和O2的扩散过程分气相、液相两部分。 气相扩散：通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤 间的气体交流作用
土壤空气与近地表大气组成，主要差别： （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。
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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。
(3) 土壤空气中还原性气体，也可使根系受害，如 H2S使水稻产生黑根，导致吸收水肥能力减弱，甚 至死亡。
2.土壤空气与种子萌发(bourgeon)
土壤呼吸速率单位
土壤呼吸速率单位土壤呼吸速率是指土壤中微生物和植物根系所产生的二氧化碳释放速率。
它是土壤生态系统中的一个重要指标，反映了土壤的新陈代谢活动和有机质分解速率。
本文将从土壤呼吸速率的概念、影响因素以及测量方法等方面进行探讨。
一、土壤呼吸速率的概念土壤呼吸速率是指单位面积土壤在单位时间内释放的二氧化碳量，通常以毫克二氧化碳释放量/平方米/小时（mg CO2-C/m2/h）作为单位。
这个指标可以反映土壤中的微生物和植物根系呼吸作用的强弱程度。
二、影响土壤呼吸速率的因素1.温度：温度是影响土壤呼吸速率的关键因素，一般情况下，土壤呼吸速率与温度呈正相关关系，即温度升高，土壤呼吸速率也会增加。
2.湿度：土壤中的湿度对土壤呼吸速率也有一定影响，湿度适宜时土壤呼吸速率较高，但过高或过低的湿度都会抑制土壤呼吸速率。
3.土壤水分：土壤水分对土壤呼吸速率有一定的影响，过湿或过干的土壤都会导致土壤呼吸速率减缓。
4.土壤有机质含量：土壤有机质含量越高，土壤呼吸速率越高，因为有机质是土壤呼吸的主要底物。
5.土壤通气性：土壤通气性好的地方，土壤呼吸速率较高，反之则较低。
三、测量土壤呼吸速率的方法1.静态箱法：这种方法是将一个密封的容器覆盖在土壤表面，通过测量密封容器内二氧化碳浓度的变化来确定土壤呼吸速率。
2.动态箱法：与静态箱法类似，但是在这种方法中，容器内的空气会通过气流的方式不断流动，从而更准确地测量土壤呼吸速率。
3.气体扩散法：这种方法是通过在土壤表面放置一定数量的二氧化碳探测器，测量土壤表面上方的二氧化碳浓度，从而计算出土壤呼吸速率。
四、土壤呼吸速率的意义与应用土壤呼吸速率是研究土壤碳循环和土壤呼吸作用的重要指标，具有重要的科学研究和应用价值。
1.研究土壤碳循环：土壤呼吸速率可以帮助科学家了解土壤中有机质的分解和氮矿化的过程，从而揭示土壤碳循环的机制。
2.评估土壤健康状况：土壤呼吸速率可以作为评估土壤健康状况的一个指标，通过监测土壤呼吸速率的变化，可以判断土壤质量的好坏。
第七章 土壤空气
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
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。
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，在严重时对植物根
因地面上的风和气体流动而产生的空气机械 搅动，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。
(二) 气体扩散（soil air diffusion) 气体的扩散，是由个别气体的分压梯度而产
生的移动。
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CO2 的浓度不断增加，O2的浓度不断减少，因而造成
在通气良好的土壤中，土壤溶液中氧分压较 高，溶液中的铁大部分呈氧化态(Fe3+ )存在，只 有很少一部分铁没有氧化，呈Fe2+ 状态。
如果通气不好，则Fe2+的浓度增高。
Fe3+和Fe2+之间的转化，可以通过铂电极 反应出来。
在土壤中插入一个铂电极，则Fe2+和铂电极 接触时，就有可能将电子传给它，使电极带阴电 荷，相应地，Fe2+被氧化成Fe3+；
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 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， 则可能有一部分空气被封闭在土体内，成为受 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，空气也影响水的运动和
3、大气气压的变化
一般认为，ODR的数值应大于3×10-7— 4×10-7克/cm2·min，低于2×10-8克/cm2·min， 根系生长就会受阻。
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土壤温度和空气温度的关系
土壤温度和空气温度是密切相关的，它们之间存在着复杂的相互作用关系。
一方面，土壤温度受到空气温度的影响，随着气温的升高，土壤温度也会逐渐升高；另一方面，土壤的物理性质、含水量、覆盖情况等因素也会影响着土壤温度的变化，这些因素又会受到空气温度的影响而产生变化。
因此，要全面了解土壤温度和空气温度之间的关系，需要考虑到多种因素的综合影响。
研究土壤温度和空气温度的关系对于农业生产、环境监测和气象预报等方面都具有重要的意义。
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