第6章土壤空气和热量 ■工.土壤空气与通气性 ■工.土壤热量与热特性 1.土壤空气与通气性 土壤空气的形态与组成 二、土壤空气运动与通气性 ■土壤通气性 ■泛指士壤空气与大气之间进行气体交换以及土壤内部不同层次之间 气体运动的能力。 ■士壤空气扩散方程 ■自由空间气体扩散方程Fick定律 Q=-A·(Do/β)(dpdx)dt (Do/β)·(dpdx) 式中q为气体扩散通量,Do自由空间气体扩散系数,dpx-力 势梯度 ■土壤气体扩散方程 ■理论上dQd=-A(D)·(△pL) 实际上dQdt-A·S(Do阝β)·(△p/Le)
第6章 土壤空气和热量 ◼ Ⅰ. 土壤空气与通气性 ◼ Ⅱ. 土壤热量与热特性 Ⅰ.土壤空气与通气性 ◼ 一、土壤空气的形态与组成 ◼ 二、土壤空气运动与通气性 ◼ 土壤通气性 ◼ 泛指土壤空气与大气之间进行气体交换以及土壤内部不同层次之间 气体运动的能力。 ◼ 土壤空气扩散方程 ◼ 自由空间气体扩散方程—Fick定律 ◼ Q= －A ·（Do/β ）（dp/dx)·dt ◼ q=－（Do/β ）·（dp/dx) ◼ 式中q 为气体扩散通量，Do—自由空间气体扩散系数，dp/dx—压力 势梯度 ◼ 土壤气体扩散方程 ◼ 理论上 dQ/dt=－A（D/β ）·（△ p/L） ◼ 实际上 dQ/dt=－A ·S（Do/β ）·（△ p/Le）
■式中A—土壤面积,S土壤孔隙度,L土壤气体扩散的直线距离, Le土壤气体扩散的实际距离p土壤气体扩散两侧的力差。 D/Do=S·L/Le 由于S<1,LLe<1,故D/Do<1,即土壤中气体扩散系数小于自由 空间的气体扩散系数。 ■影响土壤气体扩散的因素 土粒排列与土壤孔隙性 松排列 ■L=2r,Le=Tr,L/Le=0.636,S=0.47,则 ■Ds=0.47×0.636×Do 0.303Do ■紧排列 ■L=2rsin60°=1.732r,Le=2Tr3,L/Le=0.863,S=026,则 D=0.26×0.863×Do 0.205Do ■土壤孔隙度愈大,尤其是粗孔隙愈多,气体扩散通道愈大,扩散的实 际路径愈小,土壤气体的扩散系数也愈大 土壤质地和结构 土壤质地和结枃决定着上壤的孔隙数量及孔隙大小,因而对气体打散
◼ 式中A —土壤面积，S—土壤孔隙度，L—土壤气体扩散的直线距离， Le—土壤气体扩散的实际距离△ p—土壤气体扩散两侧的压力差。 ◼ D/Do=S ·L/Le ◼ 由于S＜1，L/Le ＜1，故D/Do ＜1，即土壤中气体扩散系数小于自由 空间的气体扩散系数。 ◼ 影响土壤气体扩散的因素 ◼ 土粒排列与土壤孔隙性 ◼ 松排列 ◼ L=2r, Le=π r, L/Le=0.636,S=0.47, 则 ◼ Ds=0.47×0.636×Do =0.303Do ◼ 紧排列 ◼ L=2rsin60°=1.732r, Le=2π r/3, L/Le=0.863, S=0.26, 则 ◼ Dj=0.26×0.863×Do =0.205Do ◼ 土壤孔隙度愈大，尤其是粗孔隙愈多，气体扩散通道愈大，扩散的实 际路径愈小，土壤气体的扩散系数也愈大。 ◼ 土壤质地和结构 ◼ 土壤质地和结构决定着土壤的孔隙数量及孔隙大小，因而对气体扩散
产生影响。砂质土和有良好结构土壤粗孔隙多,相对扩散系数(DDo) 也高。 土壤含水量 ■相对扩散系数隨含水量的增加而减少,因为通气孔隙度随士壤镶含水量 的增加而降低 D/Do=(S-Sm)·L/Le ■式中Sm充水孔隙度,(SˉSm)-实际参与扩散的士壤孔隙度 ■三、土壤通气性衡量指标 ■土壤空气容量 ■土壤空气容量-土壤孔隙度-土壤容积含水量 ■一般旱作要求土壤空气容量>1015% ■相对扩散系数 测定难度较大 ■土壤呼吸速率 ■单位面积土壤表面单位时间内扩散产生的二氧化碳量或单位面积土 壤表面单位时间内氧气消耗量。 ■土壤呼吸商(RQ) ■在恒温条件下,一定时间内单位面积土壤上释放的二氧化碳体积与消
产生影响。砂质土和有良好结构土壤粗孔隙多，相对扩散系数（D/Do） 也高。 ◼ 土壤含水量 ◼ 相对扩散系数随含水量的增加而减少，因为通气孔隙度随土壤含水量 的增加而降低。 ◼ D/Do=（S－Sm）·L/Le ◼ 式中Sm—充水孔隙度，（S－Sm）—实际参与扩散的土壤孔隙度 ◼ 三、土壤通气性衡量指标 ◼ 土壤空气容量 ◼ 土壤空气容量=土壤孔隙度-土壤容积含水量 ◼ 一般旱作要求土壤空气容量＞10-15% ◼ 相对扩散系数 ◼ 测定难度较大 ◼ 土壤呼吸速率 ◼ 单位面积土壤表面单位时间内扩散产生的二氧化碳量或单位面积土 壤表面单位时间内氧气消耗量。 ◼ 土壤呼吸商（RQ） ◼ 在恒温条件下，一定时间内单位面积土壤上释放的二氧化碳体积与消
耗的氧气体积之比 ■RQ=1,土壤通气良好,RQ<1,土壤通气不良。 ■土壤氧扩散率(ODR) ■单位时间扩散通过单位面积土层氧的克数或微克数 ■植物正常生长的土壤ODR-般>30-40×108克厘米2分,且块根类 作物要求的ODR>豆科作物>本科作物,当士壤ODR<20×108 克厘米2分时,大部分作物生长受抑制,甚至停止生长 ■土壤氧化还原电位(Eh) aEh=Eo+(0.059/)×g氧化态]还原态 ■四、土壤通气性调控 ll土壤热量与热特性 一、土壤热量来源 二、土壤热量平衡 ■地面辐射平衡 太阳直达辐射(I): 占太阳总辐射能19% 云层散(反)射:占太阳总辐航能27%左右 ■大气云层吸收:占太阳总辐射能19%
耗的氧气体积之比。 ◼ RQ=1，土壤通气良好，RQ＜1，土壤通气不良。 ◼ 土壤氧扩散率（ODR） ◼ 单位时间扩散通过单位面积土层氧的克数或微克数。 ◼ 植物正常生长的土壤ODR一般＞30--40×10-8 克/厘米2·分，且块根类 作物要求的ODR ＞豆科作物＞禾本科作物，当土壤ODR＜20×10-8 克/厘米2·分时，大部分作物生长受抑制，甚至停止生长。 ◼ 土壤氧化还原电位（Eh） ◼ Eh=Eo + （0.059/n）×㏒[氧化态]/[还原态] ◼ 四、土壤通气性调控 Ⅱ.土壤热量与热特性 ◼ 一、土壤热量来源 ◼ 二、土壤热量平衡 ◼ 地面辐射平衡 ◼ 太阳直达辐射（I）： ◼ 占太阳总辐射能19% ◼ 云层散（反）射：占太阳总辐射能27%左右 ◼ 大气云层吸收：占太阳总辐射能19%
■大气散射:占太阳总辐雛能35%左右 天空辐射(H):被大气撒射、云层反射的太阳辐射能经多次散射和 反射后又以短液辐射方式辐射到地球表面的太阳间接辐射能。一般占 太阳总辐射能的28%。 ■环球辐射(H+H):辐射到地球表面的太阳直接和间接辐射(均属短 波辐射),占太阳总辐射能的47%,属地面短浪辐射能收入。 ■地面反射:到达地面的环球辐射,部分被地面反射,占47%α(α为 地面反射率),属地面短波皮辐射能支出。 ■地面辐射(E):地面吸收太阳环球辐射后温度升高而向近地表大气 发岀长波辐射,属地面长波辐射能支出。 ■逆辐射(G):近地面大气吸收地面辐射后温度升高而向地表发岀部 分长波辐射,属地面长瀇辐射能收入 ■地面辐射平衡(R)式 ■R=(HH)-(HH)xαH(GE)=(HH)×(1-a)r 式中rEG ■土壤热量收支平衡(Q) Q=R±P士LE±B ■R_辐射平衡,P土壤与近地面空气湍流(乱流)热交换,LE-蒸
◼ 大气散射：占太阳总辐射能35%左右 ◼ 天空辐射（H）：被大气散射、云层反射的太阳辐射能经多次散射和 反射后又以短波辐射方式辐射到地球表面的太阳间接辐射能。一般占 太阳总辐射能的28%。 ◼ 环球辐射（I+H）：辐射到地球表面的太阳直接和间接辐射（均属短 波辐射），占太阳总辐射能的47%，属地面短波辐射能收入。 ◼ 地面反射：到达地面的环球辐射，部分被地面反射，占47%α （α 为 地面反射率），属地面短波辐射能支出。 ◼ 地面辐射（E）：地面吸收太阳环球辐射后温度升高而向近地表大气 发出长波辐射，属地面长波辐射能支出。 ◼ 逆辐射（G）：近地面大气吸收地面辐射后温度升高而向地表发出部 分长波辐射，属地面长波辐射能收入。 ◼ 地面辐射平衡（R）式 ◼ R=[（I+H）-（I+H）×α ]+（G-E）= （I+H）×（1-α ）- r 式中r=E-G ◼ 土壤热量收支平衡（Q） ◼ Q=R±P±LE±B ◼ R—辐射平衡，P—土壤与近地面空气湍流（乱流）热交换，LE—蒸