土壤空气和热量 (2)幻灯片.ppt
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1、土壤空气和热量土壤空气和热量第1页,共24页,编辑于2022年,星期五 二、土壤空气含量二、土壤空气含量 土壤空气含量土壤空气含量=总孔度总孔度水分容积百分率水分容积百分率 土壤空气的组成不是固定不变的,土壤水分、土壤生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、物活动、土壤深度、土壤温度、pHpH值,季节变化及栽培措值,季节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。施等都会影响土壤空气变化。随着土壤深度增加,土壤空气中随着土壤深度增加,土壤空气中COCO2 2含量增加,含量增加,O O2 2含量含量减少,其含量减少,其含量相互消长相互消长。三、土壤空气与作物生长三、
2、土壤空气与作物生长 1、土壤空气与根系、土壤空气与根系 第一节第一节 土壤空气土壤空气第2页,共24页,编辑于2022年,星期五 若土壤空气中若土壤空气中O2的含量小于的含量小于9或或10,根系发育就会,根系发育就会受到影响,受到影响,O2含量低至含量低至5以下时,绝大多数作物根系停止以下时,绝大多数作物根系停止发育。发育。O2与与CO2在土壤空气中互为消长,当在土壤空气中互为消长,当在土壤空气中互为消长,当在土壤空气中互为消长,当COCO2 2含量大于含量大于1时,时,根系发育缓慢,至根系发育缓慢,至520,则为致死的含量。,则为致死的含量。土壤空气中还原性气体,也可使根系受害,如土壤空气中
3、还原性气体,也可使根系受害,如H2 2S使水使水稻产生黑根,导致吸收水肥能力减弱,甚至死亡。稻产生黑根,导致吸收水肥能力减弱,甚至死亡。2、土壤空气与种子萌发、土壤空气与种子萌发 种子萌发,所需氧气主要由土壤空气提供,缺氧时,葡萄种子萌发,所需氧气主要由土壤空气提供,缺氧时,葡萄种子萌发,所需氧气主要由土壤空气提供,缺氧时,葡萄种子萌发,所需氧气主要由土壤空气提供,缺氧时,葡萄糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。第一节第一节 土壤空气土壤空气第3页,共24页,编辑于2022年,星期五3、土壤空气
4、与微生物活动、土壤空气与微生物活动 (1)土壤空气影响微生物活动,影响有机质转化。)土壤空气影响微生物活动,影响有机质转化。通气良好通气良好 利于有机质矿质化。利于有机质矿质化。(2)根系吸收养分,需通气良好条件下的呼吸作用提供能量)根系吸收养分,需通气良好条件下的呼吸作用提供能量。4、土壤空气状况与作物抗病性、土壤空气状况与作物抗病性(1)植物感病后,呼吸作用加强,以保持细胞内较高的氧)植物感病后,呼吸作用加强,以保持细胞内较高的氧水平,对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用。水平,对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用。(2)呼吸提供能量和中间产物,利于植物形成某些隔离区)呼吸提供能量和中间产物,利于植物
5、形成某些隔离区阻止病斑扩大。阻止病斑扩大。(3)伤口呼吸增强,利于伤口愈合,减少病菌侵染。)伤口呼吸增强,利于伤口愈合,减少病菌侵染。第一节第一节 土壤空气土壤空气第4页,共24页,编辑于2022年,星期五 四、土壤空气与大气痕量温室气体的关系四、土壤空气与大气痕量温室气体的关系四、土壤空气与大气痕量温室气体的关系四、土壤空气与大气痕量温室气体的关系 大大气气中中痕痕量量温温室室气气体体(COCO2 2 2 2、CHCHCHCH4 4、N N2 2O O、氯氯氟氟烃烃化化合合物物)导致的气候变暖,是人们关注的重大环境问题。导致的气候变暖,是人们关注的重大环境问题。土土壤壤向向大大气气释释放放温
6、温室室气气体体,因因此此说说土土壤壤是是大大气气痕痕量量温温室室气体的源。气体的源。土壤对大气中温室气体的吸收和消耗,称为土壤对大气中温室气体的吸收和消耗,称为汇汇。五、土壤空气的运动五、土壤空气的运动 1 1、土壤空气的对流、土壤空气的对流 土土壤壤与与大大气气间间由由总总总总压压压压力力力力梯梯梯梯度度度度推推动动的的气气体体整整体体流流动动,也也称质流。对流由高压区称质流。对流由高压区 低压区。低压区。第一节第一节 土壤空气土壤空气第5页,共24页,编辑于2022年,星期五总压力梯度的产生:总压力梯度的产生:气压变化、温度梯度、土壤表层风力、降水或灌溉等。气压变化、温度梯度、土壤表层风力
7、、降水或灌溉等。qv空空气气的的容容积积对对流流量量(单单位位时时间间通通过过单单位位横横截截面面积积的的空空气容积)气容积)“-”表示方向表示方向 k通气孔隙通气率通气孔隙通气率 土壤空气的粘度土壤空气的粘度 p土壤空气压力的三维(向)梯度土壤空气压力的三维(向)梯度 从公式可见从公式可见 空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大土壤对流公式:土壤对流公式:qv=-(k/)p第一节第一节 土壤空气土壤空气第6页,共24页,编辑于2022年,星期五 2、土壤空气的扩散、土壤空气的扩散 在大气和土壤之间在大气和土壤之间CO2和和O2浓度的不同形成分压梯
8、度,浓度的不同形成分压梯度,驱使土壤从大气中吸收驱使土壤从大气中吸收O2,同时排出,同时排出CO2的气体扩散作用,的气体扩散作用,称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。土壤中土壤中COCO2 2和和O O2 2的扩散过程分气相、液相两部分。的扩散过程分气相、液相两部分。通通过过充充气气孔孔隙隙扩扩散散保保持持着着大大气气和和土土壤壤间间的的气气体交流作用体交流作用 通过不同厚度水膜的扩散通过不同厚度水膜的扩散 两种扩散都可以用费克两种扩散都可以用费克(FickFick)定律表示:定律表示:qd=qd=Ddc/dxDdc/dx 气相扩散气相扩散液相扩
9、散液相扩散第一节第一节 土壤空气土壤空气第7页,共24页,编辑于2022年,星期五 式式中中:qd扩扩散散通通量量(单单位位时时间间通通过过单单位位面面积积扩扩散散的的质质量量);dc/dx浓度梯度;浓度梯度;D在该介质中扩散系数在该介质中扩散系数(其量纲为面积其量纲为面积/时间时间)从从公公式式可可见见,气气体体扩扩散散通通量量(qd)(qd)与与其其扩扩散散系系数数(D)(D)和和浓度梯度浓度梯度(dc/dx)(dc/dx)或分压梯度或分压梯度(dp/dx)(dp/dx)成正比。成正比。浓浓度度梯梯度度是是不不易易控控制制因因素素,所所以以只只有有调调整整扩扩散散系系数数D来来控控制制气体
10、扩散通量。气体扩散通量。扩扩散散系系数数D值值的的大大小小取取决决于于土土壤壤性性质质,通通气气孔孔隙隙状状况况及及其影响因素其影响因素(质地、结构、松紧程度、土壤含水量等质地、结构、松紧程度、土壤含水量等D=D0Sl/le第一节第一节 土壤空气土壤空气第8页,共24页,编辑于2022年,星期五 式中:式中:D0自由空气中的扩散系数自由空气中的扩散系数 S未被水分占据的孔隙度未被水分占据的孔隙度 l土层厚度土层厚度 le气体分子扩散通过的实际长度气体分子扩散通过的实际长度 l/le和和S的值都小于的值都小于 1 结构良好土壤中,气体结构良好土壤中,气体在团聚体间大孔隙间扩散,而团聚体在团聚体间
11、大孔隙间扩散,而团聚体内小孔隙则较长时间保持或接近水饱和状态,限制团聚体内部内小孔隙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,即使周围大孔隙通气良好,在团通气性状。所以紧实大团块,即使周围大孔隙通气良好,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。境。第一节第一节 土壤空气土壤空气第9页,共24页,编辑于2022年,星期五 六、土壤通气指标六、土壤通气指标 1 1 总孔隙度总孔隙度总孔隙度总孔隙度505055%55%或或或或60%60%,其中通气孔度要求,其中通气孔度要求,其中通气孔度要求,其
12、中通气孔度要求8 810%10%,最,最,最,最好好好好151520%20%。使土壤有一定保水能力又可透水通气。使土壤有一定保水能力又可透水通气。使土壤有一定保水能力又可透水通气。使土壤有一定保水能力又可透水通气。2 单位时间通过单位断面(或单位土重)的单位时间通过单位断面(或单位土重)的单位时间通过单位断面(或单位土重)的单位时间通过单位断面(或单位土重)的COCO2数量数量 土壤呼吸强度不仅作为土壤通气指标,而且是反映土土壤呼吸强度不仅作为土壤通气指标,而且是反映土壤肥力状况的一个综合指标。壤肥力状况的一个综合指标。3 34 土壤孔隙度土壤孔隙度土壤呼吸强度土壤呼吸强度土壤透水性土壤透水性
13、土壤氧化还原电位土壤氧化还原电位第一节第一节 土壤空气土壤空气第10页,共24页,编辑于2022年,星期五第二节第二节 土壤热量土壤热量 一、土壤热量来源一、土壤热量来源1 土壤热量的最根本来源。太阳能的土壤热量的最根本来源。太阳能的99%为短波辐射。当为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时,一部分热量被大气吸收散射,一部太阳辐射通过大气层时,一部分热量被大气吸收散射,一部分被云层和地面反射,而土壤只吸收其中一少部分。分被云层和地面反射,而土壤只吸收其中一少部分。2 微生物分解有机质过程是放热过程。释放的热量一部分作微生物分解有机质过程是放热过程。释放的热量一部分作为微生物能源,大部分用来提高土温
14、。在保护地的栽培和早春育为微生物能源,大部分用来提高土温。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,秧中,施用有机肥并添加热性物质,如半腐熟的马粪等,可促进如半腐熟的马粪等,可促进植物生长或幼苗早发快长。植物生长或幼苗早发快长。3 地壳传热能力差,对土壤温度影响极小,可忽略不计地壳传热能力差,对土壤温度影响极小,可忽略不计 太阳辐射能太阳辐射能生物热生物热 地热地热第11页,共24页,编辑于2022年,星期五二、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 第二节第二节 土壤热量土壤热量 1、地面辐射平衡、地面辐射平衡 太阳直接短波辐射太阳直接短波辐射(I)地面短波
15、反射地面短波反射(I+H)天空天空(大气大气)短波辐射短波辐射(H)地面长波辐射地面长波辐射 E 逆辐射逆辐射(长波辐射长波辐射)(G)I+H投入地面的太阳总短波辐射投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射环球辐射 (I+H)被地面反射出的短波辐射,被地面反射出的短波辐射,(为反射率为反射率)r=EG是是土土壤壤向向大大气气进进行行长长波波辐辐射射量量(E)与与大大气气升升温温反反向向土壤辐射量土壤辐射量(G)的差值;的差值;以以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值 R=(I+H)(I+H)+(GE)=(I+H)(1)r收入收入支出支出第12页,共2
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