第七章土壤空氣和熱量狀況主要內容:第一節土壤空氣第二節土壤的氧化還原反應第三節土壤熱量第四節土壤熱特性第五節土壤溫度變化第一節土壤空氣

土壤空氣是土壤重要組成之一，他對作物生長發育，微生物活動，各種養分物質的轉化起著很大、甚至是決定性的作用。1、土壤空氣存在土壤中未被水分占據的孔隙當中，水少空氣多，水多空氣少。2、土壤中非毛管孔隙（通氣孔隙）用來存貯空氣的，無效孔隙，毛管孔隙多為水占據。3、表層土壤15-25%通氣孔隙，利于植物生長。表下層大于10%第一節土壤空氣

一、土壤空氣的組成

土壤空氣來源于大氣，但組成上有差別，近地表差別小，深土層差別大，通氣好差別小，通氣差差別大。1、土壤空氣與大氣相比有以下幾個特點：1）CO2是大氣5-20倍，微生物活動，有機質分解，根系呼吸作用。1畝小麥24小時呼出CO24kg；2）O2濃度低于大氣。微生物活動，有機質分解，根系呼吸作用。3）土壤空氣水汽飽和度高，除表層，一般大于99%，空氣中只有雨天可達這么高。4）含有還原性氣體，尤其在嫌氣條件下產生CH4、H2、H2S第一節土壤空氣

一、土壤空氣的組成2、影響土壤空氣組成的因素1）土壤水分和孔隙狀況2）土壤生物活動3）土壤深度深度越深，CO2增加，O2降低。4）土壤溫度5）PH6）季節變化冬——春——夏，CO2增加，O2降低7）栽培措施3、少量空氣可溶解水中，例如氧氣第一節土壤空氣

二、土壤空氣對作物生長影響1、影響根系發育養分吸收1）根系吸收O2呼出CO2、O2；根系呼吸能力減弱，吸收養分水分能力下降，影響大小依次為：K>Ca>Mg>N>P2）影響根系生長；通性好土壤，根系長，顏色淺，根毛多，吸收能力強；長期缺氧，根系短粗，顏色暗，根毛少，吸收能力弱。3）CO2多，易霉菌生長，作物易生病。第一節土壤空氣

二、土壤空氣對作物生長影響2、影響種子萌發種子萌發需要溫度、水分、O2，O2把種子貯存養分，氧化分解，釋放能量供生命活動需要。缺O2，謝不能正常進行。有時產生酒精，有機酸，對種子有毒害作用。3、對土壤養分影響1）通氣好微生物活動旺盛，有機養分，礦質養分釋放快，固N作用強。通氣性差，養分釋放慢，反硝化作用，N損失，固N作用弱。2）土壤中CO2多，利于CaMgK溶解，但由于植物根系吸收能力差而不能吸收。3）嫌氣條件下產生有機酸、H2S，對種子和植物根系有毒害作用，水稻土壤溶液H2S達0.07mg/kg，水稻枯黃，稻根發黑。

第一節土壤空氣

三、土壤空氣的運動土壤空氣不斷與大氣交換，同時土體內部氣體不斷運動，如果土壤空氣與大氣之間不進行交換，土壤空氣的O2在12-40小時內消耗殆盡。交換方式有：對流和擴散。1、土壤空氣的對流1）土壤空氣與大氣之間存在總壓力梯度，而使氣體在土壤孔隙與大氣之間流動。由壓力大向壓力小方向流動。2）作用因素A）溫度，熱脹冷縮B）降雨，灌水的作用C）風力作用3）土壤空氣對流可用方程描述

qv=-(k/η)⊿Pk——透氣率η——粘滯系數⊿P——三維壓力梯度第一節土壤空氣

三、土壤空氣的運動2、土壤空氣的擴散1）某種氣體存在分壓梯度產生氣體擴散（動力）CO2土壤——>大氣O2大氣——>土壤2）氣體擴散可用Fick定律表示qd=-Ddc/dxqd——氣體擴散率D——土壤中擴散系數dc/dx——濃度梯度D土壤中擴散系數：在單位分壓梯度下，單位時間通過單位面積氣體的量。

3）D的影響因素A）氣體種類；O2是CO2的1.25倍；B）水分狀況；C）孔隙狀況，質地、結構、松緊狀況，土層排列第一節土壤空氣

四、土壤通氣指標1、呼吸強度：單位面積或單位重量土壤在單位時間內釋放CO2的克數。2、呼吸系數(RQ)：一定時間內一定面積土壤產生CO2和消耗O2的比值。通氣良好RQ=1嫌氣條件RQ>1有機質嫌氣分解釋放CO23、土壤氧化還原電位(Eh)第二節土壤的氧化還原反應一、土壤的氧化還原體系1、土壤空氣組成和物質氧化還原狀態1）有電子得失轉移的化學反應為氧化還原反應。氧化劑+ne+=還原劑2）在一定條件下，氧化態物質與還原態物質達到平衡。3）土壤通氣狀況好，土壤空氣中氧氣多，溶解于土壤溶液中氧氣多，是一種氧化劑，把還原態物質氧化為氧化態，溶解氧氣減少，還原態物質增加。2、土壤氧化還原平衡體系氧鐵錳氮硫有機碳氫第二節土壤的氧化還原反應一、土壤的氧化還原體系3、土壤氧化還原平衡體系共同特點1）包括有機體系和無機體系，這些體系的反應有可逆的，半可逆的和不可逆的。例如，有機體系為半可逆或不可逆的。2）有生物的參與例如，微生物對有機質分解例如，鐵細菌，硫細菌，硝化細菌，亞硝化細菌，反硝化細菌3）土壤是不均質多相體系。Eh變異較大，多次測定，取平均值。4）土壤中氧化還原平衡體系經常會變動。第二節土壤的氧化還原反應二、土壤氧化還原指標1、氧化還原電位Eh。單位mv由于土壤溶液中氧化態物質和還原態物質的濃度關系而產生的電位稱Eh。測定用鉑電極，參比電極用甘汞電極2、電子活度的負對數(Pe)Pe=-lg[e-]

Pe=Eh/0.0592

Eh與Pe產生原因相同，但表達方式和單位不同。

第二節土壤的氧化還原反應三、影響土壤氧化還原因素1、土壤通氣性；決定于水和孔隙狀況，是主要因素。2、微生物活動；使土壤空氣，土壤溶液中O2減少，從而使Eh下降，嫌氣條件下作用明顯。3、易分解有機質含量；耗O2，Eh低。易分解有機質有糖類、淀粉、纖、蛋白質、簡單有機酸、醛類、醇類。新鮮有機質如（綠肥）含易分解有機質多。4、植物根系的代謝作用旱田植物耗O2，根系分泌物刺激微生物活動，均使Eh。水田水稻可將O2分泌土壤中，近根Eh升高。第二節土壤的氧化還原反應三、影響土壤氧化還原因素5、土壤pHEh=Eo-0.0592pH理論上PH升高1單位，Eh下降59mv。實際中，隨PH升高而下降，但下降數值與理論值有時有一些差異。6、土壤中氧化態和還原態物質的多少如：多、緩沖作用強，Eh變化慢。如：氧化態物質多，Fe2O3、NO3-，淹水后Eh下降緩慢。

第二節土壤的氧化還原反應四、Eh和土壤養分狀態1、N>410mvNH3——NO3-410~200mvNO3-——NO2-

<200mvNO3-，NO2-——N2

2、PEh>-200mv對P無影響；<-200mvFe3+——Fe2+被Fe3+固定P釋放出來。3、SEh>-200nv為SO42-<-200mvSO42-——S2-H2S有毒害作用，S與Fe2+生成FeS可減輕毒害作用。4、FeEo=-110mvFe3+——Fe2+干旱，含CaCO3土壤有缺鐵脫綠現象。5、MnMn4+=Mn2+Eo=400mv土壤缺錳少見，其有效性高。第二節土壤的氧化還原反應四、Eh和土壤養分狀態旱田Eh200-700mv，400-500mv適宜。大于700mv，有機質礦化快，養分枯竭，Fe、Mn高價態，有效性低。小于200mv，有機質分解慢，N損失,營養不良，產生有機酸、H2S有毒害作用。水田Eh變動大，-150-500mv，200-400mv適宜。長期低于-110mv，水稻死亡。水田土壤表層氧化層Eh高，可保持在250mv以上，由水分入滲攜O2所致。

第三節土壤熱量一、土壤熱量狀況對土壤肥力的作用1、影響種子萌發不同作物適宜種子萌發的溫度不同，在適宜溫度內，溫度越高，種子萌發速度越快。小麥、大麥1-2℃15-20天5-6℃6-7天9-10℃2-3天萌發谷子萌發溫度：6-7℃玉米萌發10~12℃高梁12-14℃春季播種要根據氣溫，土壤溫度條件。玉米粉種2、影響根系生長不同植物適宜根系生長土溫不同小麥12-16℃玉米24-28℃豆類22-26℃水稻30-35℃溫度低，受凍害，呼吸作用弱，根生長受抑制，吸收養分能力低。溫度高，呼吸作用旺盛，不利碳水化合物積累，根系發生本質化至根尖，根毛區減少，降低水分、養分吸收。西瓜為什么晝夜溫差大，甜第三節土壤熱量一、土壤熱量狀況對土壤肥力的作用3、影響微生物活動，影響有機質積累，適宜25-35℃4、土溫高，巖石風化強烈，溫度變化巖石破碎。5、土壤溫度變化影響土壤水分、空氣的運動。第三節土壤熱量二、土壤的熱量來源1、太陽輻射能在大氣上界，太陽輻射強度為1.9cal/cm2/min==8.0J/cm2/min，主要是短波輻射（0.4~4.0μm），通過直射、散射到達地面，部分被地面吸收，部分被反射。土壤主要熱量來源。2、生物熱微生物分解有機質釋放熱量，土壤中有機質數量有限，少部分分解，生物熱量有限，但生物熱可被利用，例如春季為提高地溫，可施用半腐熟馬糞。3、地球內熱地心溫度高，向地表傳導熱，平均54cal/cm2/年==227J/cm2/年，對土壤熱量影響不大，但在一些地熱異常區，數量較大，可被利用。第三節土壤熱量三、土壤表面輻射平衡及影響因素1、地面輻射平衡RR=[到達地面短波輻射-反射短波輻射]+[收入長波輻射-支出長波輻射]=[(I+H)-(I+H)×α]-(E-G)R可以是某一段時間內輻射平衡（日，月，年）R正，地面輻射收大于支出，R負，支出大于收入。R白天正，夜間負。夏季正，冬季負。低緯終年正，高緯終年負。第三節土壤熱量三、土壤表面輻射平衡及影響因素2、影響地面輻射平衡的因素1）太陽輻射強度：緯度、坡度、坡向、氣候（陰天晴天）2）地面反射率：A）太陽入射角：入射角大，反射率小B）顏色C）粗糙程度D）含水狀況E）植被及其它覆蓋：有覆蓋，反射強3）地面有效輻射A）云、霧、風，能吸收反射長波輻射B）海拔C）地表特征，地表起伏，粗糙，有效輻射面大，有效輻射大。D）地面覆蓋，可減少有效輻射，雪、草皮、枯枝落葉、玻璃、塑料薄膜。第三節土壤熱量四、土壤熱量平衡，反映土壤熱量的流向

Q=R±B±LE±P

Q為土壤熱量或支出量R輻射平衡B傳導熱LE水分蒸發、凝結熱P土壤與大氣間熱量交換第四節土壤熱特性土壤熱容量土壤導熱率土壤導溫率一、土壤熱容量1、概念：單位體積或單位重量的土壤每升高1℃所需熱量。重量熱容量：J/(g.℃)Cg容積熱重量：J/(cm3.℃)Cv2、土壤由礦物質、有機質、水和空氣組成。其中水熱容量大，氣熱容量小，固相變化小，水、氣變化大。土壤熱容量主要受土壤水分多少影響，水多，熱容量大。第四節土壤熱特性二、土壤導熱率存在溫度梯度，熱量發生傳導1、概念：單位厚度土壤溫度相差1℃，每秒種傳導通過單位斷面的熱量J數。J/(cm.S.℃)用λ表示。2、固、液、氣導熱率P126表6-4固相導熱率是空氣的100倍水相導熱率是空氣的25倍3、所以水分多，導熱率大；土壤緊實，土壤通氣孔隙少，固液相比例大，導熱率大。容重大，導熱率大。第四節土壤熱特性三、土壤熱擴散率（土壤導溫率）1、概念：1℃的溫度梯渡下，每秒流過1cm2土壤斷面積熱量，使單位體積土壤發生的溫度變化。2、單位：cm2/s用D表示3、D=λ/Cv4、導溫率大，升溫慢，干土升溫快。5、水分對土壤熱擴散率影響開始，λ升高>CvD升高后來，λ升高<Cv