第6章 土壤空气及热量状况（1/1）

………………土壤空气………………

土壤空气 ( soil air ) 是存在于土壤中气体的总称。

土壤空气是土壤重要组成成分之一，对作物生长,土内微生物活动，养分的释放及土壤内的化学和生物化学过程都有重要影响，是土壤肥力的主要因素之一。

一、土壤空气组成特点

1、土壤空气中CO?质量分数高于大气

主要是由于:土壤中微生物特别是好气微生物分解有机质时，产生大量的CO?;

②根系呼吸也产生大量CO?；

③土壤中碳酸盐（主要是CaCO?）与有机或无机酸作用，亦可放出CO?。

2、土壤空气中O?质量分数低于大气

其主要原因是土壤生物生理代谢消耗O?的结果。

3、土壤空气中的水气质量分数总是高于大气

当土壤含水量超过最大吸湿量时,土壤空气总是或近于水气饱和的。

4、土壤空气中有时含有还原性气体

该情况多出现在渍水或表土严重板结以致通气不良的土壤。

5、土壤空气组成和质量分数随时间和空间而变化

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，季节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。

二、土壤空气与大气的交换

土壤始终是一个开放的耗散体系时刻保持着与近地层大气间进行着气体交换。

（一）整体交换（或称气体质流）

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，同时大气也整体进人,称整体交换。可通过土壤对流公式计算空气的容积对流量，见下式。

9v = -（ k/η）▽p

式中9v为空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积），cm2/（s · cm2）；一表示方向；k为通气孔隙通气率，μm2/s；η为土壤空气的黏度，Pa/s；▽p为土壤空气压力的三维(向)梯度。

亦可把土内空气整体挤出，气压的升降也有类似的作用。在众多影响因素中，表层土壤温度剧烈的日变化引起的气体整体流动是更有意义的。

（二）气体扩散

气体扩散是指气体分子由浓度高(分压大)向浓度小(分压低)处移动。

土壤空气与大气进行气体交换的速度，通常用气体在土壤中的扩散系数来表示，是指在单位浓度梯度（或单位分压梯度）下，每单位时间，通过单位面积土体断面的气体量。计算公式见下式:

D = D? · S · l/l?。

式中: D为扩散系数，cm/s；D?为自由空气中的扩散系数，cm3/s；S为未被水分占据的孔隙度，值小于1；l为土层厚度，cm；l?为气体分子扩散通过的实际长度，1/l?值小于1，cm。

扩散系数D值的大小取决于土壤性质，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）。

结构良好土壤中，气体在团聚体间大孔隙间打散，而团聚体内小孔原则较长时间保持或接近水饱和状态，限制团聚体内部通气性状。所以紧实大团块，即使周围大孔腺通气良好，在团块内部仍可能是缺氧。所以通气良好的旱地也会有厌气性微环境。

（三）土壤的通气性

土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体允许通气的能力。

表示土壤通气性的，指标主要有:土壤空气容量、土壤通气孔隙、土壤通气量、土壤的气体扩散系数、土壤空气中氧”的含量、土壤氧扩散率和土壤氧化还原电位（Eh）等。

（四）影响土壤通气性的因素

1、土壤孔隙状况的影响

土壤总孔隙度 高，而相对通气孔腺度高，土壤通气性较好。土壤通气性好坏，受土壤结构，质地松紧状况等影响。

2、土壤水分的影响

土壤水与气互为消长影响土壤的酒气性。

3、土温和风的影响

土温高,土壤空气膨胀，而从土壤中释出。降温会使大气流入土壤，风能加速气体交换。

4、生物及生物化学过程的影响

土壤生物包括微生物、低等生物及植物根系的生命活动，消耗O?产生CO?，各种气体的分压不同，能加速土壤气体交换。

5、人类活动的影响

园林土壤，受人为干扰极大。 如压实、施肥翻土，能够阻碍或促进土壤空气与大气的交换。通过改良土壤，可以改善土壤通气性。

影响土壤通气性的因素是综合的，而每一个因素各有其特点。每一地区土壤都有自己的特色，要因地制宜，创造出较好的土壤通气条件，管护好植物。

……………土壤热量状况……………

一、土壤的热性质及土壤热量平衡

土壤温度(soil temperature)即地面以下土壤中的温度，通常指与植物生长发育直接有关的地面下浅层内的温度。

（一） 土壤热量的来源

1、太阳的辐射能

太阳辐射能是土壤热量的最主要来源。

2、 生物热

微生物分解有机质过程是放热过程。农业生产中，在保护地的栽培和早春育秧中，施用有机肥并添加热性物质，可促进植物生长或幼苗早发快长。

3、地热

地热是由地球内部的岩浆传导至地表的热。

（二）土壤热性质

主要原因是土壤的热特性不同。土壤的热特性包括土壤热容量热导率和热扩散率。

1、 土壤热容量

土壤热容量( heatcapacityofsoil ) 是指单位重量或单位容积的土壤，温度每升高或降低1℃所需要吸收或放出的热量，一般用焦耳数表示。

土壤热容量的数值与土壤三相物质组成比例以及各相的热容量有密切关系。

2、土壤导热率

土壤导热性是指土壤具有的将所吸热量传到邻近土层的性质。土壤导热性用导热率(λ)来衡量。土壤导热率是指单位厚度(1 cm)土层，温差1℃，每秒经单位断面(1 cm2 )通过的热量焦耳数[J/(cm · s · ℃]。

影响土壤导热率的是土壤含水量、松紧度和孔隙状况。

3、土壤热扩散率

热扩散率与导热率成正比，与热容量成反比。

（三）土壤热平衡及其热量状况

当土面获得太阳辐射能转换为热能时，大部分热量消耗于土壤水分蒸发和土壤与大气之间的端流热交换，小部分被生物活动所消耗，只有很少部 分通过热交换传导至土壤下层。

单位面积上单位时间内垂直通过的热量叫热通量，以R表示，单位为J/(cm2 · min),它是热交换的总指标。土壤热量收支平衡可用下式表示:

S = Q ± P ± LE ± R

式中:S为土壤在单位时间内实际获得或失去的热量,J/(cm2 · min)；Q为辐射平衡；P为土壤与大气之间的湍流交换量；LE为水分蒸散（蒸发 + 蒸腾）或水气凝结而造成的热量损失或增加的热量,J/（cm2 · min）；R为土面与下面土层之间的热交换量，J/(cm2 · min)；±为不同情况下有不同的方向，指向地面时为正，相反为负。

（二）土壤热量状况

土来的热量状况是指在周年或一内上下土层间的温度变化情况，它是土地热平衡和士壤热特性共同作用的结果。土壤热平衡中各种因素的变化是决定土壤热量状况变化的基本原因。

1、土壤温度的时间变化

由于地球的自转和公转，使到达地面的太阳辐射出现周期性的日变化和年变化，因而土壤温度也相应地表现出周期性的日变化和年变化。温度的这种周期性变化，可以用较差和位相来描述。较差是指一定周期内,最高温度与最低温度之差。位相是指最高温度和最低温度出现的时间。

土壤温度的日变化

土表日间增热和夜间冷却所引起的土温昼夜变化成为土温日变化。观测表明，一天中土壤温度有一个最高值和一个最低值，两者之差为土温日较差。

②土壤温度的年变化

土壤表面温度的年变化，主要取决太阳辐射能的年变化。

一年中，月平均温度的最高值和月平均温度的最低值之差，称为温度年较差或年变幅。

2、土壤温度的垂直变化

由于土壤中各层热量昼夜不断地进行交换，使得土壤温度的垂直分布具有一定的特点。

日射型

土壤温度随深度增加而降低的类型。

②辐射型

土壤温度随深度增加而增加的类型。

③过渡型

土壤上下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征。

（四） 影响土壤热量状况的因素

1、天文及气象因素

与地面太阳辐射有关的纬度、季节及昼夜交替、大气组成、密度及其混浊度、云层的高度、厚度及其数量和与蒸发有关的风速、气压、相对湿度等。

2、地形地貌

包括海拔高度 、地形地势等因素,主要是通过辐射平衡来体现。

3、土壤的组成和性质

影响土温变化的土壤因素,包括土壤结构、质地、松紧度、颜色、湿度、地表状态及土壤水气含量等。

4、土面状况

地面覆盖后既减少吸热，也减少散热。在农业生产实践中，人们常通过覆盖(在土壤表面覆盖炉渣、草木灰或土杂肥等深色物质，也包括种植植被等)、灌溉、耕作来改变土壤状态,调节土壤温度状况，以利于作物生长。

三、土壤空气与土壤温度对植物生长的影响

（一）土壤空气对作物生长的影响

1、影响根系的生长发育

土壤空气影响根系的发育

②土壤空气影响根系的吸收功能

③土壤通气状况对根系吸水也有很大的影响

2、影响种子萌发

种子正常发育要求O?的质量分数在10%以上,如果小于5%，种子萌发将受到抑制。在土壤厌气条件下,土壤微生物分解有机质会产生醛类和酸类，也会影响和抑制种子的萌发。

3、影响土壤微生物活动

土壤通气良好，O?供应充足，大多数有益微生物活动旺盛，利于有机质矿质化，可以释放更多的速效养分供植物吸收利用。若微生物在缺O?情况下,对有机质分解慢而不彻底，不利于向植物供应有效养分。

4 、影响土壤养分状况

土壤通气性对氮素影响很大，在厌气条件下，只有固氮能力很弱的厌气性固氮菌能够活动,而固氮能力很强的根瘤菌和好气性自生固氮菌活动则受到抑制。土壤氨化作用可以在任何通气条件下进行,但硝化作用则需要供应足够的O?，通气不良，不但影响硝化作用进行，还可引起土内反硝化过程,造成土壤氮素损失。

5、影响作物抗病性

植物在感病后,呼吸作用加强，以保持细胞内较高氧水平，对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用;呼吸提供能量和中间产物，利于植物形成某些隔离区阻止病斑扩大;伤口呼吸增强,利于伤口愈合,减少病菌侵染等。

6、影响土壤环境状况

土壤氧化还原状况和土壤中有毒物质质量分数状况。

二、土壤温度对作物生长的影响

1、影响根系的生长发育

土温对作物根系生长关系很密切，对根系的吸收能力有明显影响。

2、影响种子萌发

种子发芽出苗要求适宜土温，种子萌发速率随平均土温的提高而加快。

3、影响作物的生长发育

适宜的土温能够促进作物营养生长和生殖生长，对于块根、块茎类作物，土壤昼夜温差影响到产量和品质。

4、影响土壤微生物的活动

大多数土壤微生物要求的活动温度为15～40°C。土温过低或过高，超出这一温度范围，则微生物活动受到抑制，从而影响到土壤的腐殖或矿质化过程，影响到各种养分的形态转化，也就影响到植物的养分供应。

5、影响土壤养分状况

土温变化不仅直接影响作物生长，而且还影响土壤中物质转化和肥力的变化。由于土壤的化学、物理变化过程受土温影响很大，在一定范围内，土温高，物理、化学反应加快,有效养分释放多，土壤水分和土壤空气的运动加速,反之亦然。

6、影响土壤水分状况

土温升高时，土壤水的黏滞度和表面张力下降，土壤水的渗透系数随之增加，从而影响土壤水分的供应。

三、土壤空气、热量状况的调节

1、灌溉和排水措施

适宜的水分运用，有增温、降温、保温的作用。其原因有:

土色加深，地面反射率降低;

②地表温度下降,地面长波辐射减少;

③由于近地面水气增加、大气逆辐射增加，因而，一般白天灌溉地表辐射有所增加,土壤导热率也因土壤湿度增加而增大。

2、施肥措施

对于旱地土壤而言,促进团粒结构(如增施腐熟的有机肥)是改善土壤通气性的基本途径;

②肥料不仅可以肥田和改善土壤通气性，而且还可以调节土温。

根据不同热性质的有机肥进行合理施用，充分发挥了肥料的热特性，对作物生长有很大的好处。此外，施用草木灰和有机肥料,能使土色变深，增加土壤的吸热能力，也起提高土温的作用。

3、耕作措施

合理的耕作措施也有利于改善土壤的通气性,增加土壤总孔隙度。

4、其他措施

可通过覆盖、使用增温剂、设置风障等管理措施调节土壤温度。

覆盖是调节土温最常用的手段之一。

寒冷多风地区风障能起到降低风速、减少地面乱流和蒸发耗热的作用，有效地提高温度，有利于作物育苗和安全越冬,减少霜冻危害。