第五章 土壤空气和热量状况优秀PPT.ppt
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1、第五章 土壤空气和热量状况第一页,本课件共有34页土壤空气与近地表大气组成,主要差别:土壤空气与近地表大气组成,主要差别:(1)土壤空气中的)土壤空气中的CO2含量高于大气含量高于大气 (2)土壤空气中的)土壤空气中的O2含量低于大气含量低于大气 (3)土壤空气中水汽含量一般高于大气)土壤空气中水汽含量一般高于大气 (4)土壤空气中含有较多的还原性气体)土壤空气中含有较多的还原性气体 表表61土壤空气与大气组成差异土壤空气与大气组成差异气体气体O2(%)CO2(%)N2(%)其它气体其它气体(%)近地表大气近地表大气20.940.0378.050.98土壤空气土壤空气18.020.030.15
2、0.6578.880.240.98第二页,本课件共有34页 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、壤生物活动、土壤深度、土壤温度、pH值,季节变化值,季节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。及栽培措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CO2含量增加,含量增加,O2含量含量减少,其含量减少,其含量相互消长相互消长。第三页,本课件共有34页三、土壤空气与作物生长三、土壤空气
3、与作物生长 1、土壤空气与根系、土壤空气与根系 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,根系发育就会受到影响,会受到影响,O2含量低至含量低至5以下时,绝大多数作物根系以下时,绝大多数作物根系停止发育。停止发育。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CO2含量大含量大于于1时,根系发育缓慢,至时,根系发育缓慢,至520,则为致死的含,则为致死的含量。量。土壤空气中还原性气体,也可使根系受害,如土壤空气中还原性气体,也可使根系受害,如H2S使使水稻产生黑根,导致吸收水肥能力减弱,甚至死亡。水稻产生黑根,导致吸收水肥能力减弱,甚至死亡。第四页
4、,本课件共有34页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,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。葡萄糖酒精发酵,产生酒精,使种子受害。3、土壤空气与微生物活动、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。通通气良好利于有机质矿质化。气良好利于有机质矿质化。(2)根系吸收养分,需通气良好条件下的呼吸作用提供能)根系吸收养分,需通气良好条件下的呼吸作用提供能量。量。第五页,本课件共有34页4、土壤空气状况与作物抗病性、土壤空气状况与作物抗
5、病性(1)植物感病后,呼吸作用加强,以保持细胞内较高)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。的氧水平,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。第六页,本课件共有34页 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(CO2、CH4、N2O、氯氯氟氟烃烃化化合合物)导致的气候变暖
6、,是人们关注的重大环境问题。物)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室气体的源。温室气体的源。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。第七页,本课件共有34页土壤通气性调节土壤通气性调节 土壤通气性主要取决于通气孔度,对于一般旱作而言,土壤通气孔土壤通气性主要取决于通气孔度,对于一般旱作而言,土壤通气孔度不少于度不少于10%。土壤通气性调节措施分为两类:土壤通气性调节措施分为两类:(1)排除过多的土壤水分)排除过多的土壤水分排水措施:明沟排水排水措施:明沟排水
7、(ditch drainage)和暗沟排水和暗沟排水(tile drainage)(2)土壤结构的改善与水旱轮作)土壤结构的改善与水旱轮作 此外此外,还有还有对于旱地:中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结对于旱地:中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结对于水田:干耕、晒垡、搁田、烤田等对于水田:干耕、晒垡、搁田、烤田等 依据土壤选择作物:依据土壤选择作物:紫花苜蓿、果树、森林树木及其它深根性植紫花苜蓿、果树、森林树木及其它深根性植物需要深厚的通气良好的土壤。禾本科牧草、杂三叶草及三叶草等物需要深厚的通气良好的土壤。禾本科牧草、杂三叶草及三叶草等浅根作物可在心土通气不良条件下生长。浅根作物可在心土通气不良
8、条件下生长。第八页,本课件共有34页五、土壤空气的运动五、土壤空气的运动 1、土壤空气的对流(、土壤空气的对流(整体交换整体交换)土壤与大气间由土壤与大气间由总压力梯度总压力梯度推动的气体整体流动,推动的气体整体流动,也称质流。对流由高压区也称质流。对流由高压区 低压区。低压区。第九页,本课件共有34页总压力梯度的产生: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、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
9、 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第十页,本课件共有34页 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度,驱使浓度的不同形成分压梯度,驱使土壤从大气中吸收土壤从大气中吸收O2,同时排出,同时排出CO2的气体扩散作用,称为土的气体扩散作用,称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。土壤中土壤中CO
10、2和和O2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(Fick)定律表示:定律表示:qd=Ddc/dx 气相扩散气相扩散液相扩散液相扩散第十一页,本课件共有34页 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
11、扩散散通通量量(qd)(qd)与与其其扩扩散散系系数数(D)(D)和浓度梯度和浓度梯度(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来来控制气体扩散通量。控制气体扩散通量。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第十二页,本课件共有34页 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
12、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,而团在团聚体间大孔隙间扩散,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,限制团聚体内部通气性状。所以紧实大团块,即使周围大孔隙通气良好,在团部通气性状。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。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。第十三页,
13、本课件共有34页 六、土壤通气指标六、土壤通气指标 1 土壤孔隙度土壤孔隙度 总孔隙度总孔隙度5055%或或60%,其中通气孔度要求,其中通气孔度要求810%,最好,最好1520%。使土壤有一定保水能力又可。使土壤有一定保水能力又可透水通气。透水通气。2 土壤呼吸强度土壤呼吸强度 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CO2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。土壤肥力状况的一个综合指标。3 土壤透水性土壤透水性4 土壤氧化还原电位土壤氧化还原电位第十四页,本课件共有34页
14、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 太阳辐射能太阳辐射能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。当太阳为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时,一部分热量被大气吸收散射,一部分被辐射通过大气层时,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。云层和地面反射,而土壤只吸收其中一少部分。第十五页,本课件共有34页 微生物分解有机质过程是放热过程。释放的热量一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。在保护地部分作为微生物能源,大部分用来提高土温。在保护地的栽培和
15、早春育秧中,施用有机肥并添加热性物质,的栽培和早春育秧中,施用有机肥并添加热性物质,如如半腐熟的马粪等,可促进植物生长或幼苗早发快长。半腐熟的马粪等,可促进植物生长或幼苗早发快长。2 生物热生物热3 地热地热地壳传热能力差,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 第十六页,本课件共有34页地面辐射平衡地面辐射平衡 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十七页,本课件共有34页 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)地面短波反射地面短波
16、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土壤壤辐射量辐射量(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 收入收入支出支出R=(I+H)(I+H)+(GE)=(I+H)(1)r第十八页,本课件共有34页
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