第8章--土壤空气和热量优秀PPT.ppt

《第8章--土壤空气和热量优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8章--土壤空气和热量优秀PPT.ppt（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、主要内容(重点)：教学目标与要求：教学方式与手段：课时支配与进度：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 驾驭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，驾驭土壤的三个热参数，理解土壤温度变更的影响因素。幻灯，动画演示；案例分析；课时数：2课时 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 三三土壤空气与土壤肥力土壤空气与土壤肥力 1 1 土壤空气的组成与植物生长土壤空气的

2、组成与植物生长一、土壤空气的组成与变更气体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%）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）土壤空气组成明显不是固定不变的。深度/cm覆膜露地0501072905010729CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.9150.0560.05650.15820.497

3、1.00620.4390.7020.6490.21120.653100.42020.3971.06020.2750.10420.5130.27920.668150.25020.4860.86519.9530.13420.8570.38520.506200.48320.4781.34820.0600.15020.1210.40620.634300.57319.8651.15920.0050.31320.1811.15720.362500.92219.9291.52019.6980.40220.1981.28119.873平均0.61520.1241.26819.9530.26920.3290.8

4、4720.022 覆膜和袒露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%)土壤空气的变更规律：土壤空气的变更规律：随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2含量削减，无论在膜地或露地均是如此；气温顺土温上升，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，土土壤壤空空气气对对植植物物生生长长的的影影响响，有有很很多多过过程程和和因因素素需需进进一步探讨。如土壤微生物需一步探讨。如土壤微生物需O2O2有一个很宽的范围。有一个很宽的范围。

5、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确确定定土土壤壤是是否否能能满满足足植植物和微生物对氧的需求。物和微生物对氧的需求。土土壤壤中中CO2CO2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探探讨讨。现现有有的的探探讨讨表表明明，某某一一特特定定植植物物对对CO2CO2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CO2CO2往往往往伴伴随随缺缺O2O2而而造造成成不不良良后后果果，但但确确定定浓浓度度CO2CO2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CO2CO2造造成成的的土土壤壤

6、溶溶液液的的微微酸酸性性也也有利于有些土壤养分的释放有利于有些土壤养分的释放.留意：留意：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。必需说明:运用此方程的基本前提是流淌过程属层流，且这种层流是在小的压力差作用下产生的。（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（或或分分压压小小）处处的的运运动动，它它是是由由气气体体分分子子的的热热运运动动（或或称称布

7、朗运动）引起的布朗运动）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 留意：留意：首首先先，土土壤壤中中气气体体表表观观扩扩散散系系数数Ds必必定比自由大气中的扩散系数定比自由大气中的扩散系数Do小。小。其其次次，水水在在土土中中的的传传导导性性主主要要取取决决于孔隙的大小分布，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

8、K值值(北京农业高校北京农业高校 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 土土壤壤通通气气性性是是泛泛指指土土壤壤空空气气与与大大气气进进行行交交换换以以及及土土体内部允许气体扩散和通气的实力。体内部允许气体扩散和通气的实力。1 1静态指标静态指标 （1 1）容积分数或充气孔隙度

9、）容积分数或充气孔隙度 （2 2）土土壤壤的的空空气气组组成成 （CO2CO2和和O2O2等等的含量）的含量）取样的代表性不特别确定取样的代表性不特别确定 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，通气量大则土壤通气性良好。通气量大则土壤通气性良好。3

10、3土壤氧化还原电位（土壤氧化还原电位（EhEh）土壤的土壤的Eh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的浓度比，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氧的浓度，这而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶解态氧的浓度，这就干脆与土壤通气性相联系。因此就干脆与土壤通气性相联系。因此Eh可以做为土壤通气性的可以做为土壤通气性的指标，它指示土壤溶液中氧压的凹凸，反映土壤通气排水状指标，它指示土壤溶液中氧压的凹凸，反映土壤通气排水状况。况。（二）、土壤通气性的调整（二）、土壤通气性的调整1、调整土壤水分含量 2、改良土壤结构 3、通过各种耕作手段来调整土壤通性 对旱

11、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。课堂测验：课堂测验：1 1、土土壤壤空空气气质质量量的的好好坏坏关关键键不不在在其其含含量量而而于于其其质质量量()2 2、土土壤壤空空气气和和大大气气某某些些组组成成含含量量有有差差异异，其其他他则则是是相相同的同的()()。3 3、土壤空气是水汽饱和的土壤空气是水汽饱和的()()4 4、土壤空气中的、土壤空气中的CO2CO2的数量是越低越好的数量是越低越好()()5 5、土壤空气的组成是时刻变更的、土壤空气的组成是时刻变更的()()6 6、土壤水分含量的变更导致土壤通

12、气性的变更、土壤水分含量的变更导致土壤通气性的变更()()。7 7、土壤和土壤空气是冲突的，恒久无法调和的、土壤和土壤空气是冲突的，恒久无法调和的()()8 8、在土壤、在土壤 通气性中，对流比扩散更重要通气性中，对流比扩散更重要()()9 9、土土壤壤EhEh值值主主要要由由氧氧体体系系的的氧氧化化还还原原电电位位来来确确定定。()1010、土土壤壤通通气气的的好好坏坏主主要要受受含含水水量量和和结结构构性性的的影影响响()。其次节土壤热量(Soil heat)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

13、在一分钟内吸取的黑体表面在一分钟内吸取的辐射能常数），称作太阳的辐射能常数），称作太阳常数，一般为常数，一般为1.9k/cm2/min。99的太阳能包含在0.34.0微米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时，其热量一部分被大气吸取散射，一部分被云层和地面反射，土壤吸取其中的一少部分。（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

14、波辐射，太阳辐太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过大气层时，少部分干脆到达地表的射透过大气层时，少部分干脆到达地表的太阳能称为太阳干脆辐射（太阳能称为太阳干脆辐射（I I）。被大气散）。被大气散射和云层反射的太阳辐射能，通过多次的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球上，一般称为天空辐射能或大气辐射（H H）。太阳干脆辐射和大气辐射都是短）。太阳干脆辐射和大气辐射都是短波辐射。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

15、 （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。巨大的生态意义和农业意义。2

16、 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）云雾、水汽和风：它们能猛烈吸取和反射地面发出的）云雾、水汽和风：它们能猛烈吸取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削减；长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有效辐射削减；（2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高度增加而）海拔高度：空气

17、密度、水汽、尘埃随海拔高度增加而削减，大气逆辐射相应削减，有效辐射增大；削减，大气逆辐射相应削减，有效辐射增大；（3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面大，）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；有效辐射也大；（4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、残枝落叶）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，可削减地面的有效辐射。等覆盖地面时，可削减地面的有效辐射。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 LE 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

18、辐射平衡；L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝合而造成的热量损失或增加;P为土壤与大气层之间的湍流交换量；R为土面与土壤下层之间的热交换量。第三节第三节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热容量一、土壤热容量(soil heat(soil heat capacity,soil thermal capacity)capacity,soil thermal capacity)土壤热容量是指单位质量（重量）土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每上升（或降低）或容积的土壤每上升（或降低）11所须要所须要（或放出的）热量。（或放出的）热量。C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量(mass heat(m

19、ass heat capacity)capacity)，单位是，单位是Jg-1-1Jg-1-1。Cv Cv代表代表容积热容量容积热容量(volume heat capacity)(volume heat capacity)，单，单位是（位是（Jcm-3-1Jcm-3-1）。）。请留意矿物质、有机质、水的两请留意矿物质、有机质、水的两种热容量值。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 (6wCvVw+aCvVa (67)7)因空气的热容量很小，可忽容不计，故土因空气

20、的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：壤热容量可简化为：Cv=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw Cv=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw(Jcm-3 C-1)(6(Jcm-3 C-1)(68)8)表表6-1 6-1 不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量要留意要留意C C和和CVCV之间的换算，对于均质的土壤而言之间的换算，对于均质的土壤而言 CV=rC (1)CV=rC (1)有些书上用有些书上用 CV=C (2)CV=C (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=CsMs+CwMw+CaMa (3)C=CsMs+CwM

21、w+CaMa (3)式式中中Cs,Cs,Cw,Cw,CaCa分分别别表表示示土土壤壤固固相相、液液相相和和气气相相的的质质量量热热容容量量；Ms,Ms,Mw,Mw,MaMa分分别别表表示示单单位位质质量量土土壤壤中中固固相相、液液相相和和气气相所占的质量相所占的质量(比例）。比例）。假如用容积热容量表示假如用容积热容量表示 Cv=CvsVs+CvwVw+CvaVa (4)Cv=CvsVs+CvwVw+CvaVa (4)式式中中Vs,Vs,Vw,Vw,VaVa分分别别表表示示单单位位容容积积土土壤壤中中固固相相、液液相相和和气气相相所所占占的的比比例例，Cvs,Cvs,Cvw,Cvw,CvaCv

22、a分分别别表表示示土土壤壤中中固固相相、液液相相和和气相的容积热容量（比例）。气相的容积热容量（比例）。在在式式(4)中中，由由于于气气体体的的热热容容量量Cv很很小小，相相对对可可以以忽忽视视，于是式于是式(4)可写成可写成 CV=CvsVs+Cvw Vw (5)在式在式(5)中，中，Vw=v(土壤容积含水量土壤容积含水量)，依据式，依据式(1)Cvs=rsCs (6)rs=MS/VS=/VS Vs=/rs (7)将将(6)、(7)代入式代入式(5)得得 Cv=Cs+Cvw v (8)一一般般状状况况下下，水水的的热热容容量量可可以以4.18J 3/，当当有有机机质质含含量量不不高高时时，固

23、固相相物物质质的的质质量量热热容容量量可可以以近近似似取取0.85J/g/，则则式式(8)可可变为变为 Cv=0.85+4.18 v (9)由式(9)可以看出，土壤热容量色土壤容重和含水量的增加而增大，对于确定土壤而其固相物质容重变更很小，而其含水量则变更很大，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导到邻近土层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性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。表示。导热率导热率:heat conductivity,ther

24、mal:heat conductivity,thermal conductivityconductivity 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，每秒钟经单位断面（时，每秒钟经单位断面（1 1厘米厘米2 2）通）通过的热量焦耳数（过的热量焦耳数（）。其单位是）。其单位是J -2.s-J -2.s-1.-11.-1。当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占据，当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占据，导热率就小。当土壤潮湿时，土粒间的孔隙被水分占据，导热率就小。当土壤潮湿时，土粒间的孔隙被水分占据，导热率增大。导热率增大。三、土壤的热扩散率三、土壤的热

25、扩散率 土壤热扩散率土壤热扩散率 是是指在标准状况下，在指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘土层垂直方向上每厘米距离内，米距离内，11的温度的温度梯度下，每秒流入梯度下，每秒流入1cm21cm2土壤断面面积的土壤断面面积的热量，使单位体积热量，使单位体积（1cm31cm3）土壤所发生）土壤所发生的温度变更。其大小的温度变更。其大小等于土壤导热率等于土壤导热率/容积容积热容量之比值。热容量之比值。上式中:为土壤导热率，Cv为土壤容积热容量。第四节第四节 土壤温度（土壤温度（Soil temperature)Soil temperature)一、土壤温度的季节或月变更一、土壤温度的季节或月变更二、

26、土壤温度的日变更二、土壤温度的日变更二、土壤温度的日变更三、地形地貌和土壤性质对土温的影响三、地形地貌和土壤性质对土温的影响 (一）海拔高度对土壤温度的影响一）海拔高度对土壤温度的影响 在山区随着高度的增加，土温还是比在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。平地的土温低。（二）坡向与坡度对土壤温度的影响（二）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坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；而不同；不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强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，土温度不一样，土壤水和植物覆盖度有差异，土温凹凸及变幅也就迥然不同。南坡的土壤温度和

27、凹凸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。水分状况可以促进早发、早熟。（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响 土壤颜色深的，吸取的辐射热量多，土壤颜色深的，吸取的辐射热量多，红色、黄色的次之，浅色的土壤吸取的辐射热红色、黄色的次之，浅色的土壤吸取的辐射热量小而反射率较高。在极端状况下，土壤颜色量小而反射率较高。在极端状况下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相差相差2 244，园艺栽培中或农作物的苗床中，园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等有的在

28、表面覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。深色物质以提高土温。一般在通气良好的土壤中，植物根系长、颜色浅、根毛多；而缺氧则会阻碍根系伸长和侧根萌生，根系短而粗，颜色暗，根毛大量削减。据北京农业高校试验站对棉花地的观测，结果表明：土壤空气中O2和CO2含量维持在21%左右，O2占其中85%以上时棉花根系发育良好；当O2占70%以上时,棉花根系能正常生长；而CO2占60%以上时，根系生长完全停止。土壤空气氧浓度临界值(Vol%)作物O2临界值作者大麦7%10%Geisler1969玉米14%Geisler1969豌豆20%Ammore,1961,Geisler1969棉花10%Tack

29、et1964谷类胚芽10%Gill19561 1、土土壤壤含含水水量量愈愈低低，其其热热容容量量越越小小，导导热热率率愈愈低低土土壤壤升升温温越越快快()2 2、浇灌可降低土壤表层土的昼夜温差。、浇灌可降低土壤表层土的昼夜温差。()()3 3、中中 耕耕 松松 土土，可可 降降 低低 土土 壤壤 表表 层层 土土 的的 热热 容容 量量，而而 促促 进进 表表 土土 升升 温温。()4 4、一日之内土壤上下各层温度变更是同步的、一日之内土壤上下各层温度变更是同步的 ()()5 5、土壤热量全部来源是太阳辐射。、土壤热量全部来源是太阳辐射。()()6 6、土温的变更与土壤肥力的凹凸无关。、土温的

30、变更与土壤肥力的凹凸无关。()()7 7、土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大、土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大()()。8 8、土壤有机质含量越高，其热容量越大、土壤有机质含量越高，其热容量越大()()9 9、土土壤壤热热扩扩散散率率随随含含水水量量的的增增加加而而增增加加，随随热热容容量量的的增增大大而而减减小小 ()。1010、热热扩扩散散率率表表示示土土壤壤升升温温的的难难易易，导导热热率率表表示示是是热热传传导导的的快快慢慢。()课堂测验课堂测验快速推断！快速推断！本章小结：本章小结：一、概念一、概念 土壤呼吸土壤呼吸 呼吸商呼吸商 气体扩散气体扩散 Eh 土壤通气性土壤

31、通气性 土壤热容量土壤热容量 土壤导热率土壤导热率 土壤土壤热扩散率热扩散率 土壤热状况土壤热状况 二问答题二问答题 1、土壤空气的组成有何、土壤空气的组成有何缺点缺点?2、土壤通气、土壤通气 性对土壤肥性对土壤肥力有何影响力有何影响?3、土壤、土壤Eh的意义是什么的意义是什么?4、如何调整土壤的通气性、如何调整土壤的通气性?精品课件精品课件！精品课件精品课件！5、调整土壤热状况的关键是措施是什么?为什么?6、育秧时有牲畜份内欧苗床促早发的机理是什么?3、在沙漠地带，为什么有“朝穿皮袄午穿纱，晚上围着火炉吃西瓜”的气候?4、粘土为什么叫“冷性土”?砂土为什么叫“暖性土”?5、入冬前小麦灌水可防冻，为什么?而春天灌返青水又不宜过早，又为什么?6、农夫为什么说“锄下有水又有火”?7、地下水为什么冬暖夏凉?