第8章土壤空气和热量精选文档.ppt
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1、第8章土壤空气和热量本讲稿第一页,共四十四页主要内容(重点):教学目标与要求:教学方式与手段:课时安排与进度:1.1.土壤空气(重点)土壤空气(重点)2.2.土壤热量土壤热量 3.3.土壤热性质土壤热性质 (重点)(重点)4.4.土壤温度土壤温度 掌握土壤空气的组成与大气组成的差异及土壤空气运动的方式;了解土壤热量的来源,掌握土壤的三个热参数,理解土壤温度变化的影响因素。幻灯,动画演示;案例分析;课时数:2课时本讲稿第二页,共四十四页 第八章第八章 土壤空气和热量土壤空气和热量第一节第一节 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
2、壤肥力土壤空气与土壤肥力本讲稿第三页,共四十四页 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%)本讲稿第四页,共四十四页土壤空气和进地面大气空气组成的差异土壤空气和进地面大气空气组成的差异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。本讲稿第五页,共四十四页深度/
3、cm覆膜露地0501072905010729CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.9150.0560.05650.15820.4971.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291
4、.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(%)本讲稿第六页,共四十四页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,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%之间,本讲稿第七页,共四
5、十四页本讲稿第八页,共四十四页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研究。如土壤微生物需究。如土壤微生物需OO2 2有一个很宽的范围。有一个很宽的范围。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微生物对氧的需求。和微生物对氧的需求。土土壤壤中中COCO2 2浓浓度度对对植植物物生生长长的的影影响响也也有有待待进进一一步步研研究究。现现有有的的研研究究表表明明,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
6、长长衰衰退退。过过高高浓浓度度COCO2 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造造成成的的土土壤壤溶溶液液的的微微酸酸性性也也有有利利于于有有些些土土壤壤养养分分的的释放释放.注意:注意:本讲稿第九页,共四十四页二、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,驱动力是总气压梯度,它使气流冲从高压区向低压区运动。方程4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程。必须说明:使用此方程的基本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。本讲
7、稿第十页,共四十四页(二)、土壤空气扩散扩散(soil air diffusion)气气体体扩扩散散是是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)引起的土壤中气体扩散过程也可用Fick第一定律表示。(4.10)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:(4.11)式中表示浓度与分压的换算常数(比值 本讲稿第十一
8、页,共四十四页注意:注意:首先,土壤中气体表观扩散系数Ds必然比自由大气中的扩散系数Do小。其次,水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分布,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(北京农业大学北京农业大学 1989)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)-9.840.2414.0612-9825.4728.83133-31023.0731.23272054.30682本讲稿第十二页,共四十四页三、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)、
9、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以及土体内部是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力。允许气体扩散和通气的能力。1 1静态指标静态指标 (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)土土壤壤通通气气量量是是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
10、体总总量量(COCO2 2和和OO2 2),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标志志着着土土壤壤通通气气性性好好坏坏,通通气量大则土壤通气性良好。气量大则土壤通气性良好。本讲稿第十三页,共四十四页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
11、做为土壤通气性的指标,它指示土壤溶液中氧压的高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。低,反映土壤通气排水状况。本讲稿第十四页,共四十四页(二)、土壤通气性的调节(二)、土壤通气性的调节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。本讲稿第十五页,共四十四页 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
12、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、土壤和土壤空气是矛盾的,永远无法调和的()8、在土壤 通气性中,对流比扩散更重要()9、土壤Eh值主要由氧体系的氧化还原电位来决定。()10、土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响()。本讲稿第十六页,共四十四页第二节土壤热量(Soil heat)本讲稿第十七页,共四十四页一、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射黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数
13、),称作能常数),称作太阳常数太阳常数,一,一般为般为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微微米的波长内,这一范围的波长通米的波长内,这一范围的波长通常称为短波辐射。常称为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时,其热当太阳辐射通过大气层时,其热量一部分被大气吸收散射,一部量一部分被大气吸收散射,一部分被云层和地面反射,土壤吸收分被云层和地面反射,土壤吸收其中的一少部分。其中的一少部分。本讲稿第十八页,共四十四页(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。
14、(三)地球内热(三)地球内热本讲稿第十九页,共四十四页二、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,又称为环球辐射环球辐射 本讲稿第二十页,共四十四页本讲稿第二十一页,共四十四页 (二)影响地面辐射平衡的
15、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。坡向的这种差异具有巨大的生态意义和农坡度越陡,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。业意义。2 2、地面的反射率、地面的
16、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。本讲稿第二十二页,共四十四页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)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;的长波辐射,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
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