10第三節(jié)土壤與環(huán)境的空氣交換

1、第四節(jié) 土壤與環(huán)境的空氣交換一、土壤空氣含量和組成1、含量 容重 孔隙度 田間持水量 空氣量 g/cm3 g/g cm3/cm3 cm3/cm3 砂壤土 1.30 0.51 0.28 0.364 0.146 重粘土 1.30 0.51 0.35 0.455 0.055 水多則氣少。soil air content (v%) = total porosity(%) - soil water content(v%) 土壤空氣的組成含量不是固定土壤空氣的組成含量不是固定不變的，土壤水分、土壤生物活不變的，土壤水分、土壤生物活動、土壤深度、土壤溫度、動、土壤深度、土壤溫度、ph值，值，季節(jié)變化及栽培措

2、施等都會影響季節(jié)變化及栽培措施等都會影響土壤空氣變化。土壤空氣變化。 隨著土壤深度增加，土壤空氣隨著土壤深度增加，土壤空氣中中co2含量增加，含量增加，o2含量減少，含量減少，其含量其含量相互消長相互消長。 lsoil air content 土壤空氣含量土壤空氣含量soil depthcontentco2o2oo2 2(%)(%)coco2 2(%)(%)nn2 2 (%)(%)其它氣體其它氣體(%)(%)atmosphere20.940.0378.050.98soil air18.020.030.150.6578.880.240.98l土壤空氣與大氣組成的差別 （volume%)2、組成二

3、、土壤通氣性一）、土壤與大氣交換的機制1、質(zhì)流交換 整體交換，100次/年2、擴散交換 土壤呼吸，主要機制 fick定律總壓力梯度的產(chǎn)生：總壓力梯度的產(chǎn)生： 氣壓變化、溫度梯度、土壤表層風(fēng)力、降水或灌溉等。氣壓變化、溫度梯度、土壤表層風(fēng)力、降水或灌溉等。 土壤空氣對流方程：土壤空氣對流方程： 空氣對流量隨土壤透氣率和氣壓梯度增加而增大空氣對流量隨土壤透氣率和氣壓梯度增加而增大l mass flowmass flow 質(zhì)流（對流）質(zhì)流（對流） 土壤與大氣間由土壤與大氣間由總壓力梯度總壓力梯度推動的氣體整體流動。推動的氣體整體流動。 對流方向：對流方向： 高壓區(qū)高壓區(qū) 低壓區(qū)低壓區(qū)qv=-(k/)

4、pqv空氣的容積對流量（單位時間空氣的容積對流量（單位時間通過單位橫截面積的空氣容積）通過單位橫截面積的空氣容積） “-”表示方向表示方向 k通氣孔隙通氣率通氣孔隙通氣率 土壤空氣的粘度土壤空氣的粘度 p土壤空氣壓力的三維（向）梯土壤空氣壓力的三維（向）梯度度 在大氣和土壤之間在大氣和土壤之間co2和和o2濃度的不同形成濃度的不同形成分壓梯度分壓梯度，驅(qū)使土壤從大氣中吸收驅(qū)使土壤從大氣中吸收o2，同時排出，同時排出co2的氣體擴散作用，的氣體擴散作用，稱為稱為土壤呼吸土壤呼吸。 ldiffusiondiffusion 擴散擴散擴擴散散過過程程氣相擴散氣相擴散液相擴散液相擴散通過充氣孔隙擴散保持

5、著通過充氣孔隙擴散保持著大氣和土壤間的氣體交流大氣和土壤間的氣體交流作用作用通過不同厚度水膜的擴散通過不同厚度水膜的擴散 擴散公式擴散公式fick law： qd擴散通量擴散通量(單位時間通過單位面單位時間通過單位面 積擴散的質(zhì)量積擴散的質(zhì)量) dc/dx-濃度梯度；濃度梯度； “-”表示方向表示方向 d-擴散系數(shù)擴散系數(shù)(面積面積/時間時間) 擴散通量擴散通量(qd)與其擴散系數(shù)與其擴散系數(shù)(d)和濃度梯度和濃度梯度(dc/dx)或分壓梯度或分壓梯度(dp/dx)成正比。成正比。 濃度梯度是不易控制因素，所以只有濃度梯度是不易控制因素，所以只有調(diào)整擴散系調(diào)整擴散系數(shù)數(shù)d來控制氣體擴散通量。來

6、控制氣體擴散通量。 qd =-ddc/dx d0-自由空氣中的擴散系數(shù)自由空氣中的擴散系數(shù) s-未被水分占據(jù)的孔隙度未被水分占據(jù)的孔隙度 l-土層厚度土層厚度 le-氣體分子擴散通過的實際長度氣體分子擴散通過的實際長度 l/le和和s的值都小于的值都小于 1 結(jié)構(gòu)良好土壤中，氣體結(jié)構(gòu)良好土壤中，氣體在團聚體間大孔隙間擴散，而團聚體內(nèi)小孔隙在團聚體間大孔隙間擴散，而團聚體內(nèi)小孔隙則較長時間保持或接近水飽和狀態(tài)，限制團聚體內(nèi)部通氣性狀。所以緊實則較長時間保持或接近水飽和狀態(tài)，限制團聚體內(nèi)部通氣性狀。所以緊實大團塊，即使周圍大孔隙通氣良好，在團塊內(nèi)部仍可能是缺氧。所以通氣大團塊，即使周圍大孔隙通氣良

7、好，在團塊內(nèi)部仍可能是缺氧。所以通氣良好的旱地也會有厭氣性微環(huán)境。良好的旱地也會有厭氣性微環(huán)境。 d=d0sl/lediffusion coefficient d 擴散系數(shù)擴散系數(shù)d值的大小取決于土壤性質(zhì)，通氣孔隙狀值的大小取決于土壤性質(zhì)，通氣孔隙狀況及其影響因素況及其影響因素(質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊程度、土壤含水量質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊程度、土壤含水量等等)。二）、影響土壤通氣性的因素1、質(zhì)地2、結(jié)構(gòu)3、土體構(gòu)型4、土壤含水量& influenced factors of soil air movement and exchange 影響土壤空氣運動和交換的主要因素影響土壤空氣運動和交換的主要因素氣象因

8、素氣象因素土壤因素土壤因素農(nóng)業(yè)措施農(nóng)業(yè)措施氣溫、氣壓、風(fēng)力和降雨氣溫、氣壓、風(fēng)力和降雨等等通氣孔隙狀況及其影響因素通氣孔隙狀況及其影響因素 (質(zhì)質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊程度、土壤含水地、結(jié)構(gòu)、松緊程度、土壤含水量等量等)。耕作、施肥、灌水等耕作、施肥、灌水等三）、土壤通氣指標(biāo)1、氣體擴散系數(shù)2、土壤呼吸商3、土壤通氣量4、通氣孔隙度5、土壤氧化還原電位 總孔隙度總孔隙度5055%或或60%，其中通氣孔，其中通氣孔度要求度要求 810%，最好，最好1520%。使土壤有一定保。使土壤有一定保水水 能力能力又可透水通氣。又可透水通氣。 單位時間通過單位斷面的單位時間通過單位斷面的co2數(shù)量土壤呼吸強度不僅作

9、為數(shù)量土壤呼吸強度不僅作為土壤通氣指標(biāo)，而且是反映土壤肥力狀況的一個綜合指標(biāo)。土壤通氣指標(biāo)，而且是反映土壤肥力狀況的一個綜合指標(biāo)。 土壤孔隙度土壤孔隙度soil porosity 土壤呼吸強度土壤呼吸強度soil respiratory intensity土壤透水性土壤透水性soil filtration土壤氧化還原電位土壤氧化還原電位soil redox potential三、土壤氧化還原狀況一）、土壤氧化還原體系 土壤中產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)很多，存在著多種氧化還原體系。主要有：n 氧體系 n 氮體系n 鐵體系n 錳體系n 硫體系n 氫體系 n 有機物體系 包括各種有機酸類、酚類、醛類和糖

10、類化合物。l土壤氧化還原體系的特點土壤氧化還原體系的特點 characteristics of redox systems in soils 是主要氧化劑是主要氧化劑: 在通氣良好的土壤中，氧體系控制氧化還原反在通氣良好的土壤中，氧體系控制氧化還原反應(yīng)，使多種物質(zhì)呈氧化態(tài)，如應(yīng)，使多種物質(zhì)呈氧化態(tài)，如no3-、fe3+、mn4+、so42-等。等。 som(特別是新鮮有機物特別是新鮮有機物)是還原劑是還原劑: 土壤缺土壤缺條件下，將氧化物條件下，將氧化物轉(zhuǎn)化為還原態(tài)。轉(zhuǎn)化為還原態(tài)。 土壤氧化還原體系可分為無機體系和有機體系土壤氧化還原體系可分為無機體系和有機體系: 無機體系的反應(yīng)一無機體系的反

11、應(yīng)一般是可逆的，有機體系和微生物參與條件下的反應(yīng)是半可逆或不可般是可逆的，有機體系和微生物參與條件下的反應(yīng)是半可逆或不可逆的。逆的。 氧化還原反應(yīng)不完全是純化學(xué)反應(yīng)，很大程度上有微生物參與氧化還原反應(yīng)不完全是純化學(xué)反應(yīng)，很大程度上有微生物參與如如:nh4+no2-no3-(分別在亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌作用下完成分別在亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌作用下完成) 土壤是不均勻的多相體系，不同土壤和同一土層不同部位，氧化土壤是不均勻的多相體系，不同土壤和同一土層不同部位，氧化還原狀況會有不同差異。還原狀況會有不同差異。 土壤氧化還原狀況隨栽培管理措施特別是灌水、排水而變化土壤氧化還原狀況隨栽培管理措施特別是灌水

12、、排水而變化。二）、土壤氧化還原反應(yīng) 有機碳易丟失電子，是土壤中最重要還原劑。氧氣最易接受電子，是土壤中最重要氧化劑。三）、土壤氧化還原電位eheh隨隨ph升高而降低，每單位升高而降低，每單位ph引起的引起的eh變化為變化為59mv(25）。）。同一氧化還原反應(yīng)在堿性溶液中比在酸性溶液中容易進(jìn)行。同一氧化還原反應(yīng)在堿性溶液中比在酸性溶液中容易進(jìn)行。土壤氧化還原反應(yīng)總有土壤氧化還原反應(yīng)總有h+參與，參與，h+活度對氧化還原平衡有直接影響。活度對氧化還原平衡有直接影響。eh變化范圍：1、旱地：400700mv700mv有機質(zhì)礦化速率快，土壤肥力下降2、水田： 氧化層土壤250400mv 耕作層 -

13、200mv 100200mv 氧化層300400mv通常把 eh值 300 mv作為土壤氧化還原狀況的分界線，eh300 mv時土壤呈氧化狀態(tài)，300mv時的土壤呈還原狀態(tài)。eh值過高或過低都對植物生長不利。當(dāng) eh750 mv時，土壤中好氣條件太強，有機質(zhì)分解過旺，易造成養(yǎng)分的大量損失。而fe、mn完全以高價化合物的形式存在，溶解度極小，植物易造成缺fe而發(fā)生“失綠病”，也會因缺mn而發(fā)生“灰斑”、“白斑”病。當(dāng)m值200 mv時，fe、mn化合物呈還原態(tài)，土壤溶液中 fe 2+濃度高，會使水稻田秧苗中毒。我國南方有些地區(qū)，水稻受害的水溶態(tài) fe 2+的臨界濃度為 50100mg/kg。隨著

14、fe、mn的還原，土壤顏色由紅棕、黃褐色變?yōu)榍嗷疑?。?dāng)eh值降為負(fù)值后，某些土壤可能出現(xiàn)h2s，對作物產(chǎn)生毒害。水田大量施用綠肥或有機肥后，在高溫淹水嫌氣條件下，使水稻根系變黑，土壤發(fā)出臭味，這主要是由于 fe2+與 s2-化合生成 fes沉淀附著在根的表面呈黑色所致。土壤中的硝化過程及硝酸鹽的累積是在eh值很高的好氣條件下進(jìn)行的。土壤通氣不良，引起eh下降和反硝化過程的發(fā)展。影響eh的因素：1、土壤通氣狀況2、生物過程3、有機質(zhì)4、土壤中氧化劑含量 eh=-59ph四、土壤通氣和氧還狀況對土壤功能的影響一）、成土過程影響 季節(jié)性降水、積水，干濕交替二）、對土壤養(yǎng)分影響1、n2、p 由氧化態(tài)到

15、還原態(tài) 有效性提高3、fe、mn 由氧化態(tài)到還原態(tài) 有效性提高三）、還原條件的毒害問題 1、有機酸/醛 2、亞硝酸根積累 3、 fe2+、mn2+ 4、s2-、h2sl土壤空氣與植物生長土壤空氣與植物生長 effect of soil air on plant growth 土壤空氣與根系土壤空氣與根系 若土壤空氣中若土壤空氣中o2的含量小于的含量小于9或或10，根系發(fā)育就會，根系發(fā)育就會受到影響，受到影響，o2含量低至含量低至5以下時，絕大多數(shù)作物根系停止以下時，絕大多數(shù)作物根系停止發(fā)育。發(fā)育。 o2與與co2在土壤空氣中互為消長，當(dāng)在土壤空氣中互為消長，當(dāng)co2含量大于含量大于1時，時，根

16、系發(fā)育緩慢，至根系發(fā)育緩慢，至520，則為致死的含量。，則為致死的含量。 土壤空氣中還原性氣體，也可使根系受害，如土壤空氣中還原性氣體，也可使根系受害，如h2s使水使水稻產(chǎn)生黑根，導(dǎo)致吸收水肥能力減弱，甚至死亡。稻產(chǎn)生黑根，導(dǎo)致吸收水肥能力減弱，甚至死亡。 五、土壤空氣與生態(tài)和環(huán)境的關(guān)系五、土壤空氣與生態(tài)和環(huán)境的關(guān)系 土壤空氣與種子萌發(fā)土壤空氣與種子萌發(fā) 種子萌發(fā)，所需氧氣主要由土壤空氣提供，缺氧時，種子萌發(fā)，所需氧氣主要由土壤空氣提供，缺氧時，葡萄糖酒精發(fā)酵，產(chǎn)生酒精，使種子受害。葡萄糖酒精發(fā)酵，產(chǎn)生酒精，使種子受害。土壤空氣狀況與植物抗病性土壤空氣狀況與植物抗病性（1）植物感病后，呼吸作用

17、加強，以保持細(xì)胞內(nèi)較高的氧）植物感病后，呼吸作用加強，以保持細(xì)胞內(nèi)較高的氧水平，對病菌分泌的酶和毒素有破壞作用。水平，對病菌分泌的酶和毒素有破壞作用。（2）呼吸提供能量和中間產(chǎn)物，利于植物形成某些隔離區(qū)）呼吸提供能量和中間產(chǎn)物，利于植物形成某些隔離區(qū)阻止病斑擴大。阻止病斑擴大。（3）傷口呼吸增強，利于傷口愈合，減少病菌侵染。）傷口呼吸增強，利于傷口愈合，減少病菌侵染。l土壤空氣與微生物活性土壤空氣與微生物活性 effect of soil air on micro-organism activity 土壤空氣影響微生物活動，影響有機質(zhì)轉(zhuǎn)化。土壤空氣影響微生物活動，影響有機質(zhì)轉(zhuǎn)化。 通氣通氣良好

18、利于有機質(zhì)礦質(zhì)化。良好利于有機質(zhì)礦質(zhì)化。 根系吸收養(yǎng)分，需通氣良好條件下的呼吸作用提供能根系吸收養(yǎng)分，需通氣良好條件下的呼吸作用提供能量量。l 土壤空氣與大氣痕量溫室氣體的關(guān)系土壤空氣與大氣痕量溫室氣體的關(guān)系 relationship between soil air and greenhouse gases in atmosphere 大氣中痕量溫室氣體（大氣中痕量溫室氣體（co2、ch4、n2o、氯氟烴化合、氯氟烴化合物）導(dǎo)致的氣候變暖，是人們關(guān)注的重大環(huán)境問題。物）導(dǎo)致的氣候變暖，是人們關(guān)注的重大環(huán)境問題。 土壤向大氣釋放溫室氣體，因此說土壤是大氣痕量溫室氣土壤向大氣釋放溫室氣體，因此說

19、土壤是大氣痕量溫室氣體的體的源源(source)。 土壤對大氣中溫室氣體的吸收和消耗，稱為土壤對大氣中溫室氣體的吸收和消耗，稱為匯匯(sink)。 miss sink未探明匯未探明匯一、土壤中熱能收支一、土壤中熱能收支1、土壤熱量來源、土壤熱量來源 sources of heat 土壤熱量的最根本來源。太陽能的土壤熱量的最根本來源。太陽能的99%為短波輻射。為短波輻射。當(dāng)太陽輻射通過大氣層時，一部分熱量被大氣吸收散射，當(dāng)太陽輻射通過大氣層時，一部分熱量被大氣吸收散射，一部分被云層和地面反射，而土壤只吸收其中一少部分。一部分被云層和地面反射，而土壤只吸收其中一少部分。 微生物分解有機質(zhì)過程是放熱

20、過程。釋放的熱量一部微生物分解有機質(zhì)過程是放熱過程。釋放的熱量一部分作為微生物能源，大部分用來提高土溫分作為微生物能源，大部分用來提高土溫。 地殼傳熱能力差，對土壤溫度影響極小，可忽略不計地殼傳熱能力差，對土壤溫度影響極小，可忽略不計 太陽輻射能太陽輻射能 solar radiant energy生物熱生物熱 biological heat地?zé)岬責(zé)?underground heat第五節(jié) 土壤與環(huán)境的能量交換2、土壤表面的輻射平衡及影響因素、土壤表面的輻射平衡及影響因素 radiation balance on soil surface and its influence factorsl地面

21、輻射平衡地面輻射平衡 radiation balance 太陽直接短波輻射太陽直接短波輻射(i) 地面短波反射地面短波反射(i+h) 天空天空(大氣大氣)短波輻射短波輻射(h) 地面長波輻射地面長波輻射 e 逆輻射逆輻射(長波輻射長波輻射) (g) 以以r代表地面輻射能的總收入減去總支出的平衡差值代表地面輻射能的總收入減去總支出的平衡差值 r=(i+h)-(i+h) +(g-e) =(i+h)(1-)- r i+h投入地面的太陽總短波輻射投入地面的太陽總短波輻射(環(huán)球輻射環(huán)球輻射 (i+h)被地面反射出的短波輻射，被地面反射出的短波輻射，(為反射率為反射率) r=e-g是土壤向大氣進(jìn)行長波輻射

22、量是土壤向大氣進(jìn)行長波輻射量(e)與大氣升溫反向土壤輻射量與大氣升溫反向土壤輻射量(g)的的差值；差值；收入收入支出支出sunigerh大氣吸收大氣吸收云層散射云層散射大氣散射大氣散射云云層層吸吸收收l地面輻射平衡的影響因素地面輻射平衡的影響因素 influence factors 太陽的輻射強度太陽的輻射強度 solar radiation intensity 主要取決于氣候；晴天比陰天的輻射強度大。天氣條主要取決于氣候；晴天比陰天的輻射強度大。天氣條件相同條件下取決于太陽光在地面上的投射角件相同條件下取決于太陽光在地面上的投射角( (日照角日照角) )，投，投射角又受緯度和坡向坡度等影響。

23、射角又受緯度和坡向坡度等影響。 地面的反射率地面的反射率 reflection ratio of soil surface 太陽入射角、日照高度、地面狀況，地面狀況又包括顏太陽入射角、日照高度、地面狀況，地面狀況又包括顏色、粗糙程度、含水狀況、植被及其他覆蓋物狀況色、粗糙程度、含水狀況、植被及其他覆蓋物狀況 地面有效輻射地面有效輻射 available radiation of surface 云霧、水汽和風(fēng)。強烈吸收和反射地面發(fā)出的長波輻云霧、水汽和風(fēng)。強烈吸收和反射地面發(fā)出的長波輻射，減少有效輻射。射，減少有效輻射。 3、土壤的熱量平衡、土壤的熱量平衡 heat balance of so

24、il 當(dāng)土面獲得太陽輻當(dāng)土面獲得太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能時，射能轉(zhuǎn)換為熱能時，大部分熱量消耗于土大部分熱量消耗于土壤水分蒸發(fā)和土壤與壤水分蒸發(fā)和土壤與大氣之間的湍流熱交大氣之間的湍流熱交換，一小部分被生物換，一小部分被生物活動所消耗，只有很活動所消耗，只有很少部分通過熱交換傳少部分通過熱交換傳導(dǎo)至土壤下層。導(dǎo)至土壤下層。 土壤熱量收支土壤熱量收支 soil heat budget s單位時間內(nèi)土壤實際獲得或失掉的熱量；單位時間內(nèi)土壤實際獲得或失掉的熱量； r輻射平衡；輻射平衡； p土壤與大氣層之間的湍流交換量；土壤與大氣層之間的湍流交換量； le水分蒸發(fā)、蒸騰或水汽凝結(jié)而造成的熱量損失或增加的量；

25、水分蒸發(fā)、蒸騰或水汽凝結(jié)而造成的熱量損失或增加的量； q土面與土壤下層的之間的熱交換量。土面與土壤下層的之間的熱交換量。 正負(fù)雙重號表示不同情況下有土溫增或減的不同方向正負(fù)雙重號表示不同情況下有土溫增或減的不同方向一般情況下：一般情況下： 白天白天s為正值，即土壤溫度升高；為正值，即土壤溫度升高； 夜晚夜晚s為負(fù)值，土表不斷向外輻射損失熱量，溫度降低。為負(fù)值，土表不斷向外輻射損失熱量，溫度降低。s=rple+q1、土壤熱容量土壤熱容量 heat capacity of soil 重量熱容量重量熱容量(cp)：單位重量土壤溫度升高單位重量土壤溫度升高11所需的熱量所需的熱量(j/g)。 容積熱容

26、量容積熱容量(cv)：單位容積土壤溫度升高單位容積土壤溫度升高11所需的熱量所需的熱量(j/cm3)。土壤組成分復(fù)雜，每種成分的熱容量都不一樣土壤組成分復(fù)雜，每種成分的熱容量都不一樣: cv = cp soil bulk density 二、土壤熱性質(zhì)二、土壤熱性質(zhì) soil heat properties soil mineral particle: mcv=1.9 j/cm3soil organic matter: ocv=2.5 j/cm3soil water: wcv=4.2 j/cm3soil air: acv=1.2610-3 j/cm3 mcv、ocv、wcv和和acv分別為土壤

27、礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水和空氣的容積熱容量；分別為土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水和空氣的容積熱容量； vm、vo、vw和和va分別為土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水和空氣體積百分?jǐn)?shù)。分別為土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水和空氣體積百分?jǐn)?shù)。 氣體的熱容量可忽略，公式可簡化為：氣體的熱容量可忽略，公式可簡化為： 影響土壤熱容量組分中，影響土壤熱容量組分中，土壤水土壤水有決定性作用。有決定性作用。 從土壤三相角度看，液相的土壤水分的熱容量最大，氣相最??；從土壤三相角度看，液相的土壤水分的熱容量最大，氣相最小；cv=1.9vm+2.5vo+4.2vw j/(cm3) cv=mcvvm+ocvvo+wcvvw+acvva土壤熱容量可用三

28、相物質(zhì)熱容量和組成比例計算：土壤熱容量可用三相物質(zhì)熱容量和組成比例計算： 固相中，腐殖質(zhì)熱容量與其他成分相比有明顯優(yōu)勢，其他各組固相中，腐殖質(zhì)熱容量與其他成分相比有明顯優(yōu)勢，其他各組分熱容量彼此差異不大，所以土壤熱容量大小主要決定于土壤水分多分熱容量彼此差異不大，所以土壤熱容量大小主要決定于土壤水分多少和腐殖質(zhì)含量。但是有機質(zhì)含量比較固定，很難在短期內(nèi)改善，只少和腐殖質(zhì)含量。但是有機質(zhì)含量比較固定，很難在短期內(nèi)改善，只有水分是易變量，可以通過灌排調(diào)節(jié)土溫。有水分是易變量，可以通過灌排調(diào)節(jié)土溫。 2、土壤導(dǎo)熱率土壤導(dǎo)熱率 heat conductivity of soil 土壤具有的將所吸熱量傳

29、到鄰近土層的性質(zhì)。土壤具有的將所吸熱量傳到鄰近土層的性質(zhì)。 單位厚度單位厚度(1cm)土層，溫差土層，溫差1，每秒經(jīng)單位斷面，每秒經(jīng)單位斷面 (1cm2)通過的熱量焦耳數(shù)通過的熱量焦耳數(shù) j/(cms) 。導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率)(/ )(/2121ttatqddttatqq流動的熱量流動的熱量 a面積面積 t時時間間t1、t2土層兩端的溫度土層兩端的溫度 d土層厚度土層厚度熱量傳導(dǎo)方向：熱量傳導(dǎo)方向： 高溫處高溫處 低溫處低溫處l 土壤組分導(dǎo)熱率土壤組分導(dǎo)熱率 heat conductivity of different soil composition soil solid partic

30、le 土壤固體部分土壤固體部分：8.410-32.510-2 j/(cms) soil water 土壤水：土壤水： 5.43910-35.85810-3 j/(cms) soil air 土壤空氣：土壤空氣： 2.30110-42.34310-4 j/(cms) 水的導(dǎo)熱率大于空氣導(dǎo)熱率，當(dāng)土壤含水量低時，由于空氣導(dǎo)熱水的導(dǎo)熱率大于空氣導(dǎo)熱率，當(dāng)土壤含水量低時，由于空氣導(dǎo)熱率很小，因此土壤導(dǎo)熱率小，特別是疏松孔隙多土壤，導(dǎo)熱率小。若率很小，因此土壤導(dǎo)熱率小，特別是疏松孔隙多土壤，導(dǎo)熱率小。若含水量低但土壤緊實，熱量可通過土粒含水量低但土壤緊實，熱量可通過土粒( (礦物質(zhì)礦物質(zhì)) )傳導(dǎo)，導(dǎo)熱

31、率則較大。傳導(dǎo)，導(dǎo)熱率則較大。l土壤導(dǎo)熱率的意義土壤導(dǎo)熱率的意義 importance of heat conductivity of soil 導(dǎo)熱性好的濕潤表土層白天吸收的熱量易于傳導(dǎo)到下層，使表層導(dǎo)熱性好的濕潤表土層白天吸收的熱量易于傳導(dǎo)到下層，使表層溫度不易升高；夜間下層溫度又向上層傳遞以補充上層熱量的散失，溫度不易升高；夜間下層溫度又向上層傳遞以補充上層熱量的散失，使表層溫度下降也不致過低，因而使表層溫度下降也不致過低，因而導(dǎo)熱性好的濕潤土壤晝夜溫差較小導(dǎo)熱性好的濕潤土壤晝夜溫差較小。 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在土層垂直方向上每厘米距離內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在土層垂直方向上每厘米距離內(nèi)，1的溫的溫度梯

32、度下，每秒流入度梯度下，每秒流入1cm2土壤斷面面積的熱量，使單位體積土壤斷面面積的熱量，使單位體積(1cm3)土壤所發(fā)生的溫度變化，以土壤所發(fā)生的溫度變化，以d表示。表示。 土壤導(dǎo)熱率土壤導(dǎo)熱率j/(cms) ； cv土壤容積熱容量土壤容積熱容量(j/cm3)d=/ cv (cm2/s)3、土壤熱擴散率土壤熱擴散率 heat diffusivity of soil代表土壤傳遞熱的快慢 干土易升溫，濕土不易升溫l 影響影響、cv和和d的因素：的因素： 質(zhì)地、松緊度、結(jié)構(gòu)及孔隙狀況等質(zhì)地、松緊度、結(jié)構(gòu)及孔隙狀況等 土壤水：土壤水：d=5.02110-3/4.184 土壤空氣：土壤空氣：d=2.0

33、9210-4/1.25510-3 土粒：土粒：d=8.410-3-2.510-2/1.9l 土壤固相物質(zhì)組成穩(wěn)定，土壤熱擴散率土壤固相物質(zhì)組成穩(wěn)定，土壤熱擴散率主要取定于土壤水和空氣的比例。主要取定于土壤水和空氣的比例。 當(dāng)土壤含水率由小增到某一值時，當(dāng)土壤含水率由小增到某一值時，d逐漸增加至最大逐漸增加至最大值；此時含水量再增加，值；此時含水量再增加，d反而變小。因為前期含水量增反而變小。因為前期含水量增加，加，和和cv都增大，但后期土壤含水量增大，雖然都增大，但后期土壤含水量增大，雖然增大，增大，但但cv增大更快一些，所以增大更快一些，所以d反而逐漸減小。反而逐漸減小。 effect of

34、 texture and water content on heat diffusivity of soilwater content (v%)heat diffusivity of soilsand (0.60)sand (0.40)clay soil (0.40)peat soil (0.40)泥炭土泥炭土 土壤溫度是太陽輻射平衡、土壤熱量平衡和土壤熱土壤溫度是太陽輻射平衡、土壤熱量平衡和土壤熱學(xué)性質(zhì)共同作用的結(jié)果。學(xué)性質(zhì)共同作用的結(jié)果。三、土壤溫度變化l 土溫日變化土溫日變化 diurnal change of soil temperature on a diurnal time-sca

35、le, soils are heated during the day and the effect gradually extends downwards. at night soils cool rapidly at the surface and heat is transferred upwards from within the soil. 土表溫度土表溫度最高值最高值出現(xiàn)出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r間在當(dāng)?shù)貢r間1314時，時，最最低溫低溫出現(xiàn)在日出之前。出現(xiàn)在日出之前。 土溫日變幅以表土最土溫日變幅以表土最大，至大，至40100cm深處變深處變化幅度小甚至消失?；刃∩踔料А?6:00 10:

36、00 14:00 18:00 soil temperaturel土溫季節(jié)土溫季節(jié)( (年年) )變化變化 seasonal change of soil temperature seasonal heating and cooling cycles operate in a similar manner, but they penetrate deeper into the soil than diurnal cycles because the time-scale is much greater; diurnal cycles usually affect only the upper 30cm or so, whereas seasonal cycles can penetrate to a depth of several metres. 升溫階段升溫階段：1月至月至7月，月，7月達(dá)最高；月達(dá)最高；降溫階段降溫階段：7月至次年月至次年1月，月，1月達(dá)最低。月達(dá)最低。 土層愈深，最高溫和最低溫達(dá)到的土層愈深，最高溫和最低溫達(dá)到的時間落后于表層土壤，稱為時間落后于表層土壤，稱為“時滯時