最新土壤空气和热量44幻灯片.ppt
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1、土壤空气和热量土壤空气和热量44一、土壤空气的组成一、土壤空气的组成 土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气和大气组成有很大差异。和大气组成有很大差异。第一节第一节 土壤空气土壤空气气体气体O2CO2N2其它气体近地表近地表空气空气20.940.0378.050.98土壤土壤空气空气18.020.030.150.6578.880.240.98 土壤空气与大气组成的比较（容积土壤空气与大气组成的比较（容积%）第二节第二节 土壤热量土壤热量 土壤中的热状况指土体中的热量分土壤中的热状况指土体中的热量分布及其动态变化。布及其动态变化。一、土壤热平衡一、土壤热平衡
2、 （一）土壤热来源与土壤吸热性（一）土壤热来源与土壤吸热性 土壤热来源土壤热来源太阳辐射太阳辐射有机物分解有机物分解地热传导地热传导化学反应放热化学反应放热二、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 （一）地面辐射平衡（一）地面辐射平衡 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太阳直接辐射（I）。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，又将其中的一部分辐射到地球上，一般称为天空辐射能或大气辐射（H）。太阳直接辐射和大气辐射都是短波辐射。 I+HI+H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，
3、又称为环球辐射环球辐射 （二）影响地面辐射平衡的因素（二）影响地面辐射平衡的因素 1 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，约相当于纬度南移在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南移100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，土温也同样，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。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这种差异具有比北坡高。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。
4、巨大的生态意义和农业意义。 2 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。土壤的颜色、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反射率。粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。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、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地）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，因而使地面面发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有效辐射减少；有效辐射减少； （2 2）海拔高度：空气密度、
5、水汽、尘埃随海拔高）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；度增加而减少，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）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；射面大，有效辐射也大； （4 4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。三、土壤的热量平衡三、土壤的热量平衡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 S = Q P P L L
6、E E + R + R S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量； Q为辐射平衡； P为土壤与大气层之间的湍流交换量； L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加; R为土面与土壤下层之间的热交换量。 四、土壤热性质四、土壤热性质（一）土壤热容量（一）土壤热容量(soil heat capacity,soil thermal capacity)(soil heat capacity,soil thermal capacity) 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是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）（或降低）11所需要（或放出的）热量。所需要（或放出的
7、）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)，单位是，单位是Jg-1-1。 Cv代表容积热容量代表容积热容量(volume heat capacity) ，单位是（，单位是（Jcm-3-1）。）。 请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。土壤的容积热容量（土壤的容积热容量（CvCv）可用下式表示：）可用下式表示： Cv = mCvVm + oCvVo Cv = mCvVm + oCvVo wCvVw+aCvVa wCvVw+aCvVa 因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：因空气的热
8、容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为： Cv = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw (JcmCv = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw (Jcm-3-3 C C-1 -1) )3 土壤不同组分的热容量土壤组成物质重量热容量（Jg-1c-1）容积热容量(Jcm-3c-1)粗石英砂0.7452.163高 岭 石0.9752.410石 灰0.8952.435Fe2O30.682Al2O30.908腐 殖 质1.9962.515土壤空气1.0041.25510-3土壤水分4.1844.184不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量要注意要注意C C和和C CV V之间的换算，
9、对于均质的土壤而言之间的换算，对于均质的土壤而言 C CV V=rC=rC (1) (1)有些书上用有些书上用 C CV V=C =C (2)(2)来表示是不正确的，来表示是不正确的，表示土壤容重，表示土壤容重， 应用下式表示应用下式表示 C=CC=Cs sMMs s + C + CwwMMww + C + Ca aMMa a (3) (3) 式中式中C Cs s, C, Cww, C, Ca a分别表示土壤固相、液相和气相的质量热分别表示土壤固相、液相和气相的质量热容量；容量；MMs s, M, Mww, M, Ma a分别表示单位质量土壤中固相、液相和气分别表示单位质量土壤中固相、液相和气
10、相所占的质量相所占的质量( (比例）。比例）。 如果用容积热容量表示如果用容积热容量表示 C Cv v=C=CvsvsV Vs s + C + CvwvwV Vww + C + CvavaV Va a (4) (4) 式中式中V Vs s, V, Vww, V, Va a分别表示单位容积土壤中固相、液相和气分别表示单位容积土壤中固相、液相和气相所占的比例，相所占的比例，C Cvsvs, C, Cvwvw, C, Cvava分别表示土壤中固相、液相和气分别表示土壤中固相、液相和气相的容积热容量（比例）。相的容积热容量（比例）。 在式在式(4)(4)中，由于气体的热容量中，由于气体的热容量CvCv
11、很小，相对可以忽略，很小，相对可以忽略，于是式于是式(4)(4)可写成可写成 C CV V=C=CvsvsV Vs s+C+CvwvwVVww (5) (5) 在式在式(5)(5)中，中，V Vww=v v( (土壤容积含水量土壤容积含水量) )，根据式，根据式(1)(1) C Cvsvs=r=rs sCs Cs (6)(6) r rs s=M=MS S/V/VS S= /V= /VS S V Vs s=/r=/rs s (7) (7)将将(6)(6)、(7)(7)代入式代入式(5)(5)得得 C Cv v=C=Cs s+C+Cvwvwv v (8) (8)一般情况下，水的热容量可以一般情况下
12、，水的热容量可以4.18J.cm3/4.18J.cm3/，当有机质含量不，当有机质含量不高时，固相物质的质量热容量可以近似取高时，固相物质的质量热容量可以近似取0.85J/g/0.85J/g/，则式，则式(8)(8)可变为可变为 C Cv v=0.85+ 4.18 =0.85+ 4.18 v v (9) (9)由式(9)可以看出， 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。 （二）土壤导热率（二）土壤导热率导热性导热性: : 土壤具有对所吸热量传
13、导到邻近土层性质，称为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。导热性。导热性大小用导热率表示。导热率导热率: :heat conductivity,thermal conductivity 在单位厚度（在单位厚度（1 1厘米）土层，温差为厘米）土层，温差为11时，每秒时，每秒钟经单位断面（钟经单位断面（1 1厘米厘米2 2）通过的热量焦耳数（）通过的热量焦耳数（ ）。）。其单位是其单位是J.cmJ.cm-2-2.s .s-1 -1.-1 -1。 )(/)(/2121ttATQddttATQ或 当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙
14、被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，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。土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。表 6-4 土壤不同组成分的导热率（焦耳/厘米秒度）土壤组成分导热率石英4.42710-2湿砂粒1.67410-2干砂粒1.67410-3泥炭6.27610-4腐殖质1.25510-2土壤水5.02110-3土壤空气2.09210-4（三）土壤的热扩散率（三）土壤的热扩散率 土壤热扩散率土壤热扩散率 是指在标准是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，米距离内，11的温度梯度下，的温度梯度下，每秒流入每秒流入1cm
15、1cm2 2土壤断面面积的热土壤断面面积的热量，使单位体积（量，使单位体积（1cm1cm3 3）土壤所）土壤所发生的温度变化。其大小等于土发生的温度变化。其大小等于土壤导热率壤导热率/ /容积热容量之比值。容积热容量之比值。)/(2秒厘米CvD上式中:为土壤导热率， Cv为土壤容积热容量。第三节第三节 土壤温度土壤温度（Soil temperature)一、土壤温度的季节或月变化一、土壤温度的季节或月变化二、土壤温度的日变化二、土壤温度的日变化二、土壤温度的日变化三、土壤温度的空间变化三、土壤温度的空间变化 1 1、海拔高度对土壤温度的影响、海拔高度对土壤温度的影响 在山区随着高度的增加，土温
16、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。 2 2、坡向与坡度对土壤温度的影响、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。南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。四、土壤的组成和性质对土壤温度的影响四、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
17、色的次土壤颜色深的，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，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温况下，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度相差2 244， 第四节第四节 土壤水、气、热的相互关系土壤水、气、热的相互关系及其调节及其调节一、土壤水、气、热的相互关系一、土壤水、气、热的相互关系二、土壤水气热的调节二、土壤水气热的调节耕作和施肥耕作和施肥灌溉和排水灌溉和排水混交、间种混交、间种地面覆盖、应用土面增温剂地面覆盖、应用土面增温剂1、在沙漠地带，为什么有“朝穿皮
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