4土壤空气与热量(精品).ppt

《4土壤空气与热量(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4土壤空气与热量(精品).ppt（31页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、土壤空气和热量状况土壤空气和热量状况第一节 土壤空气v土壤空气的组成土壤空气的组成v土壤空气的运动土壤空气的运动v土壤空气与土壤肥力土壤空气与土壤肥力第一节 土壤空气1 土壤空气的组成与植物生长一、土壤空气的组成与变化一、土壤空气的组成与变化 土壤空气与大气组成的比较（容积%）气体O2CO2N2其他气体近地面的大气20.940.0378.050.98土壤空气18.0-20.030.15-0.6578.8-80.240.98v 土壤空气的特点1 1土壤空气中的土壤空气中的COCO2 2含量高于大气含量高于大气2 2土壤空气中的土壤空气中的O O2 2含量低于大气含量低于大气3 3土壤空气中的水汽

2、含量一般高于大气土壤空气中的水汽含量一般高于大气4 4土壤空气中含有较高量的还原性气体（土壤空气中含有较高量的还原性气体（CHCH4 4等）等）5.5.土壤气体成分随时、空而变化土壤气体成分随时、空而变化土壤空气组成显然不是固定不变的。土壤空气组成显然不是固定不变的。第一节 土壤空气v覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%)第一节 土壤空气深度/cm覆膜露地05-0107-2905-0107-29CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.9150.0560.05650.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06

3、020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022v土壤空气的变化规律：第一节 土壤空气随着土层深度的增加，土壤空气中随着土层深度的

4、增加，土壤空气中COCO2 2含量增大，含量增大，O O2 2含量减少，无论在膜地或露地均是如此；含量减少，无论在膜地或露地均是如此；气温和土温升高，根系呼吸加加强，微生物活动加气温和土温升高，根系呼吸加加强，微生物活动加快，土壤空气中快，土壤空气中COCO2 2含量增加，夏季含量增加，夏季COCO2 2含量最高；含量最高；覆膜田块的覆膜田块的COCO2 2含量明显高于未覆稻草原露地，而含量明显高于未覆稻草原露地，而OO2 2则反之则反之.土壤空气中的土壤空气中的COCO2 2和和OO2 2的含量是相互消长的，二者的含量是相互消长的，二者的总和维持在的总和维持在1922%1922%之间之间.v

5、注意：土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进一步研究。如土土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进一步研究。如土壤微生物需壤微生物需O O2 2有一个很宽的范围。有一个很宽的范围。仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植物和微生物对氧仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植物和微生物对氧的需求。的需求。土壤中土壤中COCO2 2浓度对植物生长浓度对植物生长的影响也有待进一步研究。现有的研究表的影响也有待进一步研究。现有的研究表明，某一特定植物对明，某一特定植物对COCO2 2浓度有一最佳值浓度有一最佳值,过高或过低都会引起根系生过高或过低都会引起根系生长衰退。长衰退。

6、过高浓度过高浓度COCO2 2往往伴随缺往往伴随缺O O2 2而造成不良后果，但而造成不良后果，但一定浓度一定浓度COCO2 2对植物生长也有促进作用，而且对植物生长也有促进作用，而且COCO2 2造成的土壤溶液的微酸性也造成的土壤溶液的微酸性也有利有利于有些土壤养分的释放于有些土壤养分的释放.第一节 土壤空气二、土壤中的气体的运动二、土壤中的气体的运动第一节 土壤空气v（一）对流（一）对流（mass flow）对流，又称质流对流，又称质流，驱动力是总气压梯度，它使气流冲从高，驱动力是总气压梯度，它使气流冲从高压区向低压区运动。压区向低压区运动。v（二）土壤空气扩散（二）土壤空气扩散（diff

7、usion)气体扩散气体扩散是指气体分子由浓度大（或分压大）是指气体分子由浓度大（或分压大）处向浓度小（或分压小）处的运动，它是由气处向浓度小（或分压小）处的运动，它是由气体分子的热运动（或称布朗运动）引起的体分子的热运动（或称布朗运动）引起的.费克（Fick）定律:qd=-Ddc/dxq扩散通量 D扩散系数 c气体浓度x扩散距离 dc/dx浓度梯度第一节 土壤空气二、土壤中的空气流二、土壤中的空气流v（二）土壤空气扩散（二）土壤空气扩散第一节 土壤空气二、土壤中的空气流二、土壤中的空气流 不同充气孔隙度下草甸褐土透气率不同充气孔隙度下草甸褐土透气率K K值值(北京农业大学北京农业大学 198

8、9)1989)基质势基质势(hPa)含水率含水率(%)充气孔度充气孔度(%)K(m/s)-9.840.2414.0612-9825.4728.83133-31023.0731.23272054.30682v（一）、土壤通气性的定义和指标 土壤通气性土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换的能是泛指土壤空气与大气进行交换的能力。力。第一节 土壤空气三、三、土壤通气性土壤通气性(soil aeration)v土壤通气性的调节土壤通气性的调节1 1、调节土壤水分含量、调节土壤水分含量2 2、改良土壤结构、改良土壤结构 3 3、通过各种耕作手段来调节土壤通性、通过各种耕作手段来调节土壤通性第一节 土壤空

9、气三、三、土壤通气性土壤通气性(soil aeration)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。v（一）太阳的辐射能 垂直于太阳光下一平方厘米的垂直于太阳光下一平方厘米的黑体表面在一分钟内吸收的辐黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数），称作射能常数），称作太阳常数太阳常数，一般为一般为8.12J/cm8.12J/cm2 2/min/min。9999的太阳能包含在的太阳能包含在0.3-4.00.3-4.0微微米的波长内，这一范围的波长米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射。通常称为短波辐射。当太阳辐射通

10、过大气层时，其当太阳辐射通过大气层时，其热量一部分被大气吸收散射，热量一部分被大气吸收散射，一部分被云层和地面反射，土一部分被云层和地面反射，土壤吸收其中的一少部分。壤吸收其中的一少部分。第二节 土壤热量一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源v（二）生物热二）生物热据估算，含有机质据估算，含有机质4 4的土壤，每英亩耕层有机质的潜能为的土壤，每英亩耕层有机质的潜能为6.286.281091096.996.99109KJ109KJ，相当于，相当于20205050吨吨无烟煤的热量。无烟煤的热量。v（三）地球内热（三）地球内热第二节 土壤热量一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源v（一）地面辐射平衡太阳

11、的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过大气层时，少部太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过大气层时，少部分直接到达地表的太阳能称为分直接到达地表的太阳能称为太太阳直接辐射（阳直接辐射（I I）。被大气。被大气散射和云层反射的太阳辐射能，通过多次的散射和反射，又散射和云层反射的太阳辐射能，通过多次的散射和反射，又将其中的一部分辐射到地球上，一般称为将其中的一部分辐射到地球上，一般称为天空辐射能天空辐射能或或大大气气辐射（辐射（H H）。太阳直接辐射和大气辐射都是短波辐射。太阳直接辐射和大气辐射都是短波辐射。第二节 土壤热量二、土壤表面的辐射平衡及影响因素二、土壤表面的辐射平衡及影响因素 I+HI+H

12、之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为环球辐射环球辐射 第二节 土壤热量二、土壤表面的辐射平衡及影响因素二、土壤表面的辐射平衡及影响因素 v（二）影响地面辐射平衡的因素 1、太阳的辐射强度、太阳的辐射强度日照角越大日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南移移100100公里所产生的影响。公里所产生的影响。同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土温也比北坡高。坡度越

13、陡，坡向的温差越大。坡向的这温也比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这种差异具有巨大的生态意义和农业意义。种差异具有巨大的生态意义和农业意义。2、地面的反射率、地面的反射率太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜色、粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响色、粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。反射率。第二节 土壤热量二、土壤表面的辐射平衡及影响因素二、土壤表面的辐射平衡及影响因素 v（二）影响地面辐射平衡的因素 3 3、地面有效辐射、地面有效辐射影响地面有效辐射的因子有：影响地面有效辐射的因子有：（1 1）云雾

14、、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面发出）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面发出 的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有效的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有效 辐射减少；辐射减少；（2 2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高度增加）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高度增加 而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；（3 3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面 大，有效辐射也大；大，有效辐射也大；（4 4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、残枝落）地面覆盖：导热性差的物体如

15、秸杆、草皮、残枝落 叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。第二节 土壤热量二、土壤表面的辐射平衡及影响因素二、土壤表面的辐射平衡及影响因素 v土壤热量收支平衡可用下式表示：土壤热量收支平衡可用下式表示：S=Q P LE+RS S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；Q Q为辐射平衡；为辐射平衡；L L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加;P P为土壤与大气层之间的湍流交换量；为土壤与大气层之间的湍流交换量；R R为土面与土壤下层之间的热交换量。为土面与土壤

16、下层之间的热交换量。第二节 土壤热量三、土壤的热量平衡三、土壤的热量平衡v土壤热容量土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）低）11所需要（或放出的）热量。所需要（或放出的）热量。C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量(mass heat capacity)(mass heat capacity)，单位是单位是J/J/（g g）。）。CvCv代表容积热容量代表容积热容量(volume heat capacity)(volume heat capacity)，单位是单位是J/J/（cmcm-3-3）。）。土壤的容积热容量（

17、土壤的容积热容量（CvCv）可用下式表示：）可用下式表示：CvCv=mCvmCvVmVm+oCvoCvVoVo wCvwCvVw+aCvVw+aCvVaVa 因空气的热容量很小，可忽略不计因空气的热容量很小，可忽略不计 第三节第三节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热容量一、土壤热容量v 第三节第三节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热容量一、土壤热容量不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大，对于一定土壤土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大，对于一定土壤而其固相物质容重变化很小，而其含水量则变化很大，故水分而其固相物质容重变化很小，而其含水量则变化很大，故

18、水分对土壤热容量影响最大。砂土含水量一般比粘土小，而空气含对土壤热容量影响最大。砂土含水量一般比粘土小，而空气含量较高，所以其热容量一般较低。量较高，所以其热容量一般较低。第三节第三节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热容量一、土壤热容量v导热性导热性:土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为导热性。导热土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。性大小用导热率表示。v导热率导热率:在单位厚度（在单位厚度（1厘米）土层，温差为厘米）土层，温差为1时，每秒钟经单位断面时，每秒钟经单位断面（1厘米厘米2）通过的热量焦耳数（）通过的热量焦耳数（）。）。第三节第三节 土壤热

19、性质土壤热性质二、土壤导热率二、土壤导热率v当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。小。当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。第三节第三节 土壤热性质土壤热性质二、土壤导热率二、土壤导热率第三节第三节 土壤热性质土壤热性质二、土壤导热率二、土壤导热率v土壤热扩散率土壤热扩散率 是指在标准状况下，在土是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，层垂直方向上每厘米距离内，11的温的温度梯度下，每秒流入度梯度下，每秒流入1cm1cm2 2土壤断面面积土壤断面面积的

20、热量，使单位体积（的热量，使单位体积（1cm1cm3 3）土壤所发）土壤所发生的温度变化。其大小等于土壤导热率生的温度变化。其大小等于土壤导热率/容积热容量之比值。容积热容量之比值。v上式中上式中:为土壤导热率，为土壤导热率，Cv为土壤容积热容量。为土壤容积热容量。第三节第三节 土壤热性质土壤热性质三、土壤的热扩散率三、土壤的热扩散率第四节第四节 土壤温度土壤温度一、土壤温度的季节或月变化一、土壤温度的季节或月变化第四节第四节 土壤温度土壤温度二、土壤温度的日变化二、土壤温度的日变化第四节第四节 土壤温度土壤温度二、土壤温度的日变化二、土壤温度的日变化第四节第四节 土壤温度土壤温度二、土壤温度

21、的日变化二、土壤温度的日变化v（一）海拔高度对土壤温度的影响 在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。v（二）坡向与坡度对土壤温度的影响 坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤水和植物覆不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤水和植物覆盖度有差异，土温高低及变幅也就迥然不同。南坡的土壤温度和盖度有差异，土温高低及变幅也就迥然不同。南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。水分状况可以促进早发、早熟。v（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响 土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次之，浅色土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次之，浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况下，土壤颜色的的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相差差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相差24，园艺栽培中，园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等深或农作物的苗床中，有的在表面覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。色物质以提高土温。第四节第四节 土壤温度土壤温度三、地形地貌和土壤性质对土温的影响三、地形地貌和土壤性质对土温的影响