第6章土壤空气和热量状况PPT讲稿.ppt
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1、第6章土壤空气和热量状况第1页,共44页,编辑于2022年,星期二【教学目标】1土壤空气的组成特点与大气的差异及原因2土壤空气运动的方式,扩散是主要机制3土壤空气对植物生长和土壤肥力的影响4在农业生产中如何调节土壤空气状况5土壤热量的来源,太阳辐射是最基本来源6土壤的热性质及在土壤中的变化和相互关系7土壤温度变化和对植物、土壤肥力的影响8采用哪些措施可调节土壤的温度状况第六章第六章 土壤空气和热量状况土壤空气和热量状况第2页,共44页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 土壤空气土壤空气 一一 土壤空气的组成土壤空气的组成 二二土壤空气的运动土壤空气的运动 三三土壤空气与土壤肥力土壤空气与土
2、壤肥力第3页,共44页,编辑于2022年,星期二 1 1 土壤空气的组成与植物生长土壤空气的组成与植物生长一、土壤空气的组成与变化气体O2CO2N2其他气体近地面的大气20.940.0378.050.95土壤空气18.020.030.150.6578.880.24土壤空气与大气组成的比较(容积%)第4页,共44页,编辑于2022年,星期二土壤空气和近地面大气组成的差异土壤空气和近地面大气组成的差异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土壤空气中的水汽含量一般高于大气 4土壤空气中含有较高量的还原性气体(CH4等)土壤空气组成显然不是固定不变的。第5页,共44页,编
3、辑于2022年,星期二深度/cm覆膜露地0501072905010729CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.9150.0560.05650.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362
4、500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.84720.022 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%)第6页,共44页,编辑于2022年,星期二土壤空气的变化规律:土壤空气的变化规律:随着土层深度的增加,土壤空气中CO2含量增大,O2含量减少;气温和土温升高,根系呼吸加强,微生物活动加快,土壤空气中CO2含量增加,夏季CO2含量最高;覆膜田块的CO2含量明显高于未覆稻草原露地,而O2则反之 土壤空气中的CO2和O2的含量是相互消长的,二者的总和维持在1922%。第7
5、页,共44页,编辑于2022年,星期二第8页,共44页,编辑于2022年,星期二土土壤壤空空气气对对植植物物生生长长的的影影响响,有有许许多多过过程程和和因因素素需需进进一一步步研究。研究。仅仅仅仅一一个个空空气气容容量量指指标标并并不不能能肯肯定定土土壤壤是是否否能能满满足足植植物物和和微生物对氧的需求。微生物对氧的需求。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。的影响也有待进一步研究。研研究究表表明明,某某一一特特定定植植物物对对COCO2 2浓浓度度有有一一最最佳佳值值,过过高高或或过过低低都都会会引引起起根根系系生生长长衰衰退退。过过高高浓浓度度CO
6、CO2 2往往往往伴伴随随缺缺OO2 2而而造造成成不不良良后后果果,但但一一定定浓浓度度COCO2 2对对植植物物生生长长也也有有促促进进作作用用,而而且且COCO2 2造成的土壤溶液的微酸性造成的土壤溶液的微酸性有利于有些土壤养分的释放有利于有些土壤养分的释放.注意:注意:第9页,共44页,编辑于2022年,星期二二、二、土壤中的空气流土壤中的空气流(一)、对流(一)、对流对流,又称质流,驱动力:气压梯度,它使气流冲从高压区向低压区运动。土壤空气瞬态对流的近似方程:使用前提是流动过程属层流,且这种层流是在小的压力差作用下产生的。第10页,共44页,编辑于2022年,星期二(二)、土壤空气扩
7、散(soil air diffusion)指指气气体体分分子子由由浓浓度度大大(或或分分压压大大)处处向向浓浓度度小小(或或分分压压小小)处处的的运运动动,是是由气体分子的热运动引起的由气体分子的热运动引起的土壤中气体扩散过程(Fick第一定律)式中:q表示体积扩散通量LT-1 Ds表示土壤中气体表观扩散系数L2T-1 C表示气体容积分数(浓度)L3L3 x表示扩散距离 L若用扩散气体的分压(P)代替浓度,方程为:式中表示浓度与分压的换算常数(比值)第11页,共44页,编辑于2022年,星期二注意:注意:1.土壤气体表观扩散系数Ds小于自由大气中的扩散系数Do。2.水在土中的传导性主要取决于孔
8、隙的大小分布,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)-9.840.2414.0612-9825.4728.83133-31023.0731.23272054.30682第12页,共44页,编辑于2022年,星期二三、三、土壤通气性土壤通气性(soil aeration)(soil aeration)(一)、土壤通气性的定义和指标(一)、土壤通气性的定义和指标泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气的能力。的能力。1 1静态指标
9、静态指标 (1 1)容积分数或充气孔隙度)容积分数或充气孔隙度 (2 2)土壤的空气组成)土壤的空气组成 (COCO2 2和和OO2 2等的含量)等的含量)取样的代表性不十分确定取样的代表性不十分确定 2 2土壤通气量土壤通气量(soil air flux)(soil air flux)指指在在单单位位时时间间内内,单单位位压压力力下下,进进入入单单位位体体积积土土壤壤中中的的气气体体总总量量,常常用用单单位位是是毫毫升升 厘厘米米-2-2 秒秒-1-1。土土壤壤通通气气量量的的大大小小标志着土壤通气性好坏,通气量大则土壤通气性良好。标志着土壤通气性好坏,通气量大则土壤通气性良好。第13页,共
10、44页,编辑于2022年,星期二3 3土壤氧化还原电位(土壤氧化还原电位(EhEh)土壤的土壤的EhEh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的浓取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的浓度比,而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶解态度比,而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶解态氧的浓度,这就直接与土壤通气性相联系。因此氧的浓度,这就直接与土壤通气性相联系。因此E Eh h可可以做为土壤通气性的指标,它指示土壤溶液中氧压的以做为土壤通气性的指标,它指示土壤溶液中氧压的高低,反映土壤通气排水状况。高低,反映土壤通气排水状况。第14页,共44页,编辑于2022年,星期二(二)、土壤通气性的调节(二)、土壤
11、通气性的调节1、调节土壤水分含量 2、改良土壤结构 3、通过各种耕作手段来调节土壤通性 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。第15页,共44页,编辑于2022年,星期二 课堂测验:课堂测验:1、土壤空气质量的好坏关键不在其含量而于其质量()2、土壤空气和大气某些组成含量有差异,其他则是相同的()。3、土壤空气是水汽饱和的()4、土壤空气中的CO2的数量是越低越好()5、土壤空气的组成是时刻变化的()6、土壤水分含量的变化导致土壤通气性的变化()。7、土壤水和土壤空气是矛盾的,永远无法调和的()8、在土壤
12、 通气性中,对流比扩散更重要()9、土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响()。第16页,共44页,编辑于2022年,星期二第二节土壤热量(Soil heat)第17页,共44页,编辑于2022年,星期二一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源(一)太阳的辐射能(一)太阳的辐射能 垂直于太阳光下一平方厘米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的黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数),称作辐射能常数),称作太阳常数太阳常数,一般为一般为1.9k/cm2/min。9999的太阳能包含在的太阳能包含在0.3-4.00.3-4.0微米微米的波长内,这一范围的波长通常称的波长内,这一范围的波长通
13、常称为短波辐射。为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时,其热量当太阳辐射通过大气层时,其热量一部分被大气吸收散射,一部分被一部分被大气吸收散射,一部分被云层和地面反射,土壤吸收其中的云层和地面反射,土壤吸收其中的一少部分。一少部分。HIEa第18页,共44页,编辑于2022年,星期二(二)生物热(二)生物热据估算,含有机质4的土壤,每英亩耕层有机质的潜能为6.281096.99109KJ,相当于2050吨无烟煤的热量。(三)地球内热(三)地球内热第19页,共44页,编辑于2022年,星期二二、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
14、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,又称为环球辐射环球辐射 第20页,共44页,编辑于2022年,星期二第21页,共44页,编辑于2022年,星期二 (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。
15、,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公里所产公里所产生的影响。生的影响。同样,在中纬度地区,南坡比北坡接受的辐射能多,土温也比北坡高。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。坡度越陡,坡向的温差越大。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、粗糙程度、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。含水状况,植被及其他覆盖物等都影响反射率。第2
16、2页,共44页,编辑于2022年,星期二3 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面发出的)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,因而使地面有效辐射减少;长波辐射,使大气逆辐射增大,因而使地面有效辐射减少;(2 2)海拔高度:空气密度、水汽、尘埃随海拔高度增)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;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射面)地表特征:起伏、粗糙的地表
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