第八章 土壤熱狀況

1、第八章第八章 土壤熱狀況土壤熱狀況 土壤熱狀況的意義土壤熱狀況的意義 一、是土壤肥力的一、是土壤肥力的4 4個(gè)要素之一，對(duì)其它個(gè)要素之一，對(duì)其它3 3個(gè)個(gè) 肥力因素有重要影響。肥力因素有重要影響。 1、土壤溫度狀況影響?zhàn)B分的有效性土壤溫度狀況影響?zhàn)B分的有效性 直接的直接的風(fēng)化、純化學(xué)反應(yīng)，風(fēng)化、純化學(xué)反應(yīng)， 間接的間接的通過微生物。通過微生物。2、土壤溫度影響水分的蒸發(fā)、蒸騰、再分布，、土壤溫度影響水分的蒸發(fā)、蒸騰、再分布， 影響水的能量狀況、粘滯度，因而對(duì)水分影響水的能量狀況、粘滯度，因而對(duì)水分 的運(yùn)動(dòng)和有效性有直接影響。的運(yùn)動(dòng)和有效性有直接影響。3、影響土壤空氣的交換和更新。、影響土壤空氣

2、的交換和更新。4、對(duì)植物的生命活動(dòng)有直接影響。、對(duì)植物的生命活動(dòng)有直接影響。 二、影響土壤的形成和發(fā)展過程二、影響土壤的形成和發(fā)展過程 從赤道到兩極，土壤類型呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，從赤道到兩極，土壤類型呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，主要原因就是由于溫度的不同造成的。在土壤分主要原因就是由于溫度的不同造成的。在土壤分類中，土壤的熱狀況是一個(gè)重要的依據(jù)，放在高類中，土壤的熱狀況是一個(gè)重要的依據(jù)，放在高級(jí)分類單元。級(jí)分類單元。 第一節(jié)第一節(jié) 土壤的輻射平衡土壤的輻射平衡一、土壤熱量的來源一、土壤熱量的來源(一一) 太陽的輻射能太陽的輻射能 太陽的輻射能是地球上最重要的能量源泉，太陽的輻射能是地球上最重要的能量源泉，

3、也是土壤熱量的最主要來源。也是土壤熱量的最主要來源。 地球雖然只獲得太陽總輻射能的極小部分，地球雖然只獲得太陽總輻射能的極小部分，大約大約20萬分之一，但比從其它方面所獲得的總?cè)f分之一，但比從其它方面所獲得的總能量要大數(shù)千倍。能量要大數(shù)千倍。 當(dāng)?shù)厍蚺c太陽為日地平均距離時(shí)，在大氣上當(dāng)?shù)厍蚺c太陽為日地平均距離時(shí)，在大氣上部邊界測(cè)得的太陽輻射強(qiáng)度為部邊界測(cè)得的太陽輻射強(qiáng)度為1.90卡卡/cm2/min。但是，實(shí)際上到達(dá)地面的太陽輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)但是，實(shí)際上到達(dá)地面的太陽輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)量。數(shù)量。 因?yàn)樘柟饩€通過大氣層時(shí)，一部分被大氣因?yàn)樘柟饩€通過大氣層時(shí)，一部分被大氣和云層吸收，一部分被云層

4、和大氣散射。到達(dá)地和云層吸收，一部分被云層和大氣散射。到達(dá)地表面的熱量，還有一部分被輻射和反射回大氣，表面的熱量，還有一部分被輻射和反射回大氣，真正被土壤吸收的只是其中的一部分。真正被土壤吸收的只是其中的一部分。 (二二) 生物熱生物熱 微生物在分解有機(jī)質(zhì)的生命活動(dòng)中，產(chǎn)生微生物在分解有機(jī)質(zhì)的生命活動(dòng)中，產(chǎn)生一些熱量，其中一部分被微生物作為同化作用一些熱量，其中一部分被微生物作為同化作用的能源，大部分則用來提高土溫。的能源，大部分則用來提高土溫。 據(jù)估算，含有機(jī)質(zhì)據(jù)估算，含有機(jī)質(zhì)4 4的土壤，每英畝耕層的土壤，每英畝耕層有機(jī)質(zhì)的潛能為有機(jī)質(zhì)的潛能為6.286.2810109 96.996.99

5、10109 9 KJKJ，相，相當(dāng)于當(dāng)于20205050噸無煙煤的熱量。噸無煙煤的熱量。 在局部范圍內(nèi)，利用生物熱來提高地溫在局部范圍內(nèi)，利用生物熱來提高地溫還是很有效的。如早春溫度偏低，用各種有還是很有效的。如早春溫度偏低，用各種有機(jī)物料作成溫床培育幼苗，可以延長(zhǎng)生育期，機(jī)物料作成溫床培育幼苗，可以延長(zhǎng)生育期，使蔬菜提早上市，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。使蔬菜提早上市，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。(三三) 地球的內(nèi)熱地球的內(nèi)熱 地球內(nèi)部也可以緩慢地向地表土壤傳遞熱地球內(nèi)部也可以緩慢地向地表土壤傳遞熱量，只因?yàn)榈貧?dǎo)熱能力很差，每平方厘米地量，只因?yàn)榈貧?dǎo)熱能力很差，每平方厘米地面全年從地球內(nèi)部獲得的熱量只有面全

6、年從地球內(nèi)部獲得的熱量只有54卡，相當(dāng)卡，相當(dāng)于半小時(shí)的太陽輻射。于半小時(shí)的太陽輻射。二、土壤的輻射平衡二、土壤的輻射平衡 土壤接受太陽輻射，同時(shí)也向空氣中輻射，土壤接受太陽輻射，同時(shí)也向空氣中輻射，兩者的差額，稱為土壤的輻射平衡。兩者的差額，稱為土壤的輻射平衡。HIEa(一一) 短波輻射短波輻射 太陽的輻射是短波輻射，波長(zhǎng)為太陽的輻射是短波輻射，波長(zhǎng)為0.30.34 4微米。微米。當(dāng)透過大氣層時(shí)，有相當(dāng)一部分被大氣中的水汽、當(dāng)透過大氣層時(shí)，有相當(dāng)一部分被大氣中的水汽、云霧、云霧、CO2等吸收、散射和反射，直接到達(dá)土壤等吸收、散射和反射，直接到達(dá)土壤表面的只有一小部分，稱為太陽直接輻射能，輻表

7、面的只有一小部分，稱為太陽直接輻射能，輻射強(qiáng)度記為射強(qiáng)度記為S S，占到達(dá)地球總輻射能的，占到達(dá)地球總輻射能的20%20%左右。左右。 被大氣散射和云層反射的太陽輻射能，通被大氣散射和云層反射的太陽輻射能，通過多次的散射和反射，又將其中一部分輻射回過多次的散射和反射，又將其中一部分輻射回地面，稱為天空輻射或大氣輻射，這部分也是地面，稱為天空輻射或大氣輻射，這部分也是短波輻射，記為短波輻射，記為s，占到達(dá)地球總輻射的，占到達(dá)地球總輻射的27%左左右，大于前項(xiàng)右，大于前項(xiàng)S。 S+s，稱為總的短波輻射。這部分能量到，稱為總的短波輻射。這部分能量到達(dá)地面后，有一部分會(huì)被土壤反射回去，用達(dá)地面后，有一

8、部分會(huì)被土壤反射回去，用a來代表反射率，則：來代表反射率，則：a = 反射出去的短波輻射反射出去的短波輻射/投入的總短波輻射，投入的總短波輻射，反射出去的部分為反射出去的部分為( S+s ) a。(二二) 長(zhǎng)波輻射長(zhǎng)波輻射 地面接受太陽輻射后，溫度上升，便向大氣地面接受太陽輻射后，溫度上升，便向大氣層進(jìn)行層進(jìn)行長(zhǎng)波輻射長(zhǎng)波輻射，波長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為4100微米，其強(qiáng)度記微米，其強(qiáng)度記為為E。 與此同時(shí)，大氣因吸熱升高溫度后，又向地與此同時(shí)，大氣因吸熱升高溫度后，又向地面產(chǎn)生面產(chǎn)生長(zhǎng)波逆輻射長(zhǎng)波逆輻射，其強(qiáng)度記為，其強(qiáng)度記為G。 這兩種長(zhǎng)波輻射的差值，代表地面的有效長(zhǎng)這兩種長(zhǎng)波輻射的差值，代表地面的有

9、效長(zhǎng)波輻射，記為波輻射，記為r， r = E-G(三三) 輻射平衡輻射平衡 R =S+s-(S+s)a- (E-G) = (S+s)(1-a)-r R可以為瞬時(shí)值，也可以是某一段時(shí)間的總可以為瞬時(shí)值，也可以是某一段時(shí)間的總和。和。R為正，表明地面輻射收入大于支出，為正，表明地面輻射收入大于支出，R為為負(fù)，表明地面輻射支出大于收入。負(fù)，表明地面輻射支出大于收入。 R的大小，表示增熱與冷卻的程度。的大小，表示增熱與冷卻的程度。三、影響地表輻射平衡的因素三、影響地表輻射平衡的因素(一一) 太陽的總輻射強(qiáng)度太陽的總輻射強(qiáng)度 這是影響地面輻射平衡最重要的因素。太這是影響地面輻射平衡最重要的因素。太陽的總

10、輻射強(qiáng)度主要和緯度有關(guān)，在緯度一定陽的總輻射強(qiáng)度主要和緯度有關(guān)，在緯度一定的情況下，和坡向、坡度有關(guān)。的情況下，和坡向、坡度有關(guān)。 在中緯度地區(qū)，南坡比北坡接受的太陽輻射在中緯度地區(qū)，南坡比北坡接受的太陽輻射能多，土溫也比北坡高。坡度越陡，坡向的溫差能多，土溫也比北坡高。坡度越陡，坡向的溫差越大。坡向的這種差異，具有巨大的生態(tài)意義和越大。坡向的這種差異，具有巨大的生態(tài)意義和農(nóng)業(yè)意義。農(nóng)業(yè)意義。 在中緯度地區(qū)，南坡坡度每增加一度，約相當(dāng)在中緯度地區(qū)，南坡坡度每增加一度，約相當(dāng)于緯度南移于緯度南移100公里所產(chǎn)生的影響。公里所產(chǎn)生的影響。 在高緯度，由于天空輻射在總輻射中所占比例在高緯度，由于天空

11、輻射在總輻射中所占比例很大，坡面的不同對(duì)土壤熱量的收支影響不大。很大，坡面的不同對(duì)土壤熱量的收支影響不大。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，可利用坡向、坡度等小在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，可利用坡向、坡度等小地形因素，來增加接受太陽輻射的數(shù)量，提高土地形因素，來增加接受太陽輻射的數(shù)量，提高土壤溫度。壤溫度。 (二二) 地面對(duì)太陽輻射的反射率地面對(duì)太陽輻射的反射率1、日照高度、日照高度 日照越高，即太陽光的入射角越大，反射率日照越高，即太陽光的入射角越大，反射率越小。入射角為越小。入射角為45時(shí)，水層反射率為時(shí)，水層反射率為5%，15時(shí)時(shí), 水層反射率為水層反射率為20%，5時(shí)，水層反射率為時(shí)，水層反射率為50%。 2

12、、土壤表面狀態(tài)、土壤表面狀態(tài) 土壤顏色、粗糙程度、含水量、植被覆蓋土壤顏色、粗糙程度、含水量、植被覆蓋度，對(duì)太陽輻射的反射強(qiáng)度有極大影響。積雪度，對(duì)太陽輻射的反射強(qiáng)度有極大影響。積雪反射率最大，達(dá)反射率最大，達(dá)7595%，森林覆蓋為，森林覆蓋為520%, 低洼過濕的草地為低洼過濕的草地為12 30%。 同一土壤，濕土反射率比干土低，深色土同一土壤，濕土反射率比干土低，深色土壤比淺色土壤反射率低。如黑色土壤為壤比淺色土壤反射率低。如黑色土壤為515%，而淺灰白色土面為而淺灰白色土面為2545%，粗糙的土，粗糙的土面反射率比平滑土面低。面反射率比平滑土面低。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，用各種覆蓋物，或?qū)嵭虚g在

13、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，用各種覆蓋物，或?qū)嵭虚g作套種，能使地面粗糙度增加，減少反射率，作套種，能使地面粗糙度增加，減少反射率，有利于提高土溫。有利于提高土溫。 (三三) 地面有效輻射地面有效輻射 地面有效輻射是地面凈放出的熱量地面有效輻射是地面凈放出的熱量: r = E-G，是長(zhǎng)波性質(zhì)的輻射，在無云時(shí)為，是長(zhǎng)波性質(zhì)的輻射，在無云時(shí)為 0.120.24卡卡/cm2/分。分。 1、大氣質(zhì)量、大氣質(zhì)量 云霧、水汽、煙塵能強(qiáng)烈地截留和反射地云霧、水汽、煙塵能強(qiáng)烈地截留和反射地面放出的長(zhǎng)波輻射，使大氣逆輻射增大，減少面放出的長(zhǎng)波輻射，使大氣逆輻射增大，減少地面的有效輻射，即減少地表熱量的損失。地面的有效輻射，即減少

14、地表熱量的損失。 初秋的夜晚，有云的天氣不很冷，而睛朗初秋的夜晚，有云的天氣不很冷，而睛朗的天氣卻比較冷，容易發(fā)生霜凍。的天氣卻比較冷，容易發(fā)生霜凍。 2、海拔高度、海拔高度 空氣密度、水汽、塵埃等，都隨海拔高空氣密度、水汽、塵埃等，都隨海拔高度的增加而減小，大氣逆輻射相應(yīng)減小，有度的增加而減小，大氣逆輻射相應(yīng)減小，有效輻射增大。效輻射增大。 這個(gè)效應(yīng)在自然界是相當(dāng)明顯的，在很多這個(gè)效應(yīng)在自然界是相當(dāng)明顯的，在很多緯度不是很高的地方，平原地區(qū)最低氣溫也在緯度不是很高的地方，平原地區(qū)最低氣溫也在67，但山峰上卻可以常年積雪。，但山峰上卻可以常年積雪。3、地表特征、地表特征 起伏地面比平滑表面輻射

15、面大，有效輻射也起伏地面比平滑表面輻射面大，有效輻射也大，從這個(gè)角度看，地面粗糙，不利于土壤熱量大，從這個(gè)角度看，地面粗糙，不利于土壤熱量的保存，與反射的情況相反。的保存，與反射的情況相反。 因此，地表粗糙對(duì)土壤熱量收支的影響，不因此，地表粗糙對(duì)土壤熱量收支的影響，不能一概而論。能一概而論。第二節(jié)第二節(jié) 土壤的熱量平衡土壤的熱量平衡一、土壤的熱量平衡一、土壤的熱量平衡 土壤接受輻射后，能量有以下幾個(gè)去向：土壤接受輻射后，能量有以下幾個(gè)去向：1、蒸發(fā)消耗蒸發(fā)消耗 土壤中水分的蒸發(fā)要消耗掉大量土壤中水分的蒸發(fā)要消耗掉大量 的能量。的能量。2、向空中散發(fā)的亂流熱。、向空中散發(fā)的亂流熱。3、生物過程所

16、消耗的熱量。土壤中生物的生理、生物過程所消耗的熱量。土壤中生物的生理 活動(dòng)需要的熱，這種消耗很少，一般可忽略活動(dòng)需要的熱，這種消耗很少，一般可忽略 不計(jì)。不計(jì)。4、長(zhǎng)波輻射。、長(zhǎng)波輻射。二、影響土壤熱量平衡的因素二、影響土壤熱量平衡的因素 (一一) 影響蒸發(fā)熱交換的因素影響蒸發(fā)熱交換的因素 在濕潤(rùn)氣候條件下，很大一部分地面輻射在濕潤(rùn)氣候條件下，很大一部分地面輻射能，通過蒸發(fā)作用，耗散在大氣中，土壤越濕，能，通過蒸發(fā)作用，耗散在大氣中，土壤越濕，消耗于蒸發(fā)的熱量越高。消耗于蒸發(fā)的熱量越高。 熱帶地區(qū)土壤溫度不致過高，主要是水分蒸熱帶地區(qū)土壤溫度不致過高，主要是水分蒸發(fā)造成的，如又熱又干，則土溫會(huì)

17、很高。發(fā)造成的，如又熱又干，則土溫會(huì)很高。 影響水面蒸發(fā)的主要因子是溫度、濕度飽和影響水面蒸發(fā)的主要因子是溫度、濕度飽和差、風(fēng)速、氣壓等。差、風(fēng)速、氣壓等。 影響土壤中水分蒸發(fā)的因素，除上面這些影響土壤中水分蒸發(fā)的因素，除上面這些外，還與土壤的水吸力和土壤水由底層向表層外，還與土壤的水吸力和土壤水由底層向表層傳導(dǎo)的速度有密切關(guān)系。傳導(dǎo)的速度有密切關(guān)系。(二）影響亂流熱交換的因素二）影響亂流熱交換的因素 土壤獲得熱量以后，相當(dāng)大一部分能量傳播土壤獲得熱量以后，相當(dāng)大一部分能量傳播給近地面空氣層，借空氣的亂流，進(jìn)行熱量傳播。給近地面空氣層，借空氣的亂流，進(jìn)行熱量傳播。 因亂流而產(chǎn)生的熱交換，稱為亂

18、流熱交換。因亂流而產(chǎn)生的熱交換，稱為亂流熱交換。 在一定時(shí)間內(nèi)，土壤表面單位面積上亂流在一定時(shí)間內(nèi)，土壤表面單位面積上亂流交換的熱量交換的熱量P與溫度的垂直梯度及空氣的熱容量與溫度的垂直梯度及空氣的熱容量有關(guān)：有關(guān)： P = Ca Pa K dt/dz Ca 空氣的重量熱容量空氣的重量熱容量 Pa 空氣的密度空氣的密度 K亂流交換系數(shù)，在單位溫度梯度下，每亂流交換系數(shù)，在單位溫度梯度下，每 秒鐘內(nèi)單位土面上，因亂流而進(jìn)入空氣中的秒鐘內(nèi)單位土面上，因亂流而進(jìn)入空氣中的 熱量卡數(shù)，單位卡熱量卡數(shù)，單位卡/cm2/秒。秒。 dt/dz 垂直的溫度梯度。垂直的溫度梯度。1、空氣的重量熱容量是一定的，而

19、空氣的密、空氣的重量熱容量是一定的，而空氣的密 度受氣壓影響，氣壓高時(shí)，這種交換作用度受氣壓影響，氣壓高時(shí)，這種交換作用 加強(qiáng)。加強(qiáng)。2、dt/dz是土壤表面與空氣的溫度梯度，土壤是土壤表面與空氣的溫度梯度，土壤溫度與大氣溫度之差越大，這種交換作用越溫度與大氣溫度之差越大，這種交換作用越強(qiáng)；所以太陽輻射強(qiáng)時(shí)，土面熱，土壤傳遞強(qiáng)；所以太陽輻射強(qiáng)時(shí)，土面熱，土壤傳遞給空氣的熱量多，而在夜間，只有長(zhǎng)波的逆給空氣的熱量多，而在夜間，只有長(zhǎng)波的逆輻射，因而輻射，因而dt/dz減小，亂流交換也弱。減小，亂流交換也弱。3、 k值：溫暖季節(jié)較冷季高，白天比夜間高，晴值：溫暖季節(jié)較冷季高，白天比夜間高，晴 天比

20、陰天高，風(fēng)大時(shí)比風(fēng)小時(shí)高。天比陰天高，風(fēng)大時(shí)比風(fēng)小時(shí)高。4、亂流的大小還與近地層的濕度梯度有關(guān)，、亂流的大小還與近地層的濕度梯度有關(guān)， 濕度梯度愈大，亂流愈強(qiáng)。因此，控制濕度梯度愈大，亂流愈強(qiáng)。因此，控制 近地層的空氣的溫度與濕度梯度，能有近地層的空氣的溫度與濕度梯度，能有 效地控制亂流。效地控制亂流。 利用防護(hù)林網(wǎng)，可以調(diào)節(jié)亂流系數(shù)，減利用防護(hù)林網(wǎng)，可以調(diào)節(jié)亂流系數(shù)，減少亂流交換造成的熱量損耗，這在北方地區(qū)少亂流交換造成的熱量損耗，這在北方地區(qū)是有一定積極意義的。是有一定積極意義的。 第三節(jié)第三節(jié) 土壤的熱性質(zhì)土壤的熱性質(zhì)一、土壤的熱容量一、土壤的熱容量(一一) 重量熱容量重量熱容量(mas

21、s heat capacity) 單位重量的土壤每升高單位重量的土壤每升高1oC所需要的熱所需要的熱量，一般用量，一般用C來表示，單位是卡來表示，單位是卡/克克度。度。(二二) 容積熱容量容積熱容量 (volume heat capacity) 單位容積的土壤溫度升高單位容積的土壤溫度升高1所需要的熱所需要的熱量，單位是卡量，單位是卡/cm3 度，常用度，常用Cv來表示。來表示。 容積熱容量有兩種。容積熱容量有兩種。 1、Cv = C D， D為土壤的容重為土壤的容重2、 Cv = 0.46Vm+0.60Vo+Vw+0.0003Va Cv：各組分容積熱容量之和。：各組分容積熱容量之和。 0.4

22、6: 一般礦質(zhì)土粒的一般礦質(zhì)土粒的C為為0.17卡卡/克克度，取比重度，取比重值值2.7，則礦質(zhì)部分的，則礦質(zhì)部分的Cv = 0.172.7 = 0.46卡卡/cm3 度。度。0.60：有機(jī)質(zhì)的：有機(jī)質(zhì)的C為為0.46卡卡/克克度，比重為度，比重為1.3則有機(jī)質(zhì)的則有機(jī)質(zhì)的Cv = 0.461.3 = 0.60卡卡/ cm3 度。度。土壤水的土壤水的C和和Cv = 1.0，故，故Vw的系數(shù)為的系數(shù)為1。 土壤空氣的土壤空氣的C為為0.24，比重為，比重為0.0013，則土則土壤空氣的壤空氣的Cv = 0.0003，由于數(shù)值小，可忽略不計(jì)，由于數(shù)值小，可忽略不計(jì)，但絕不表明空氣的容量是無關(guān)緊要的

23、。但絕不表明空氣的容量是無關(guān)緊要的。 從上式中可見，從上式中可見，Va越大，總的越大，總的Cv可能越小，可能越小，這是因?yàn)榍叭?xiàng)都受這是因?yàn)榍叭?xiàng)都受Va的影響，不是獨(dú)立變量。的影響，不是獨(dú)立變量。 在容重一定的情況下，土壤熱容量的大小，在容重一定的情況下，土壤熱容量的大小， 主要決定于土壤含水量的多少，因?yàn)樵谕林饕獩Q定于土壤含水量的多少，因?yàn)樵谕寥廊?中，有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的相對(duì)含量變幅一般中，有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的相對(duì)含量變幅一般不不 大，前兩項(xiàng)對(duì)于特定土壤可以看成常數(shù)，大，前兩項(xiàng)對(duì)于特定土壤可以看成常數(shù)，土土 壤的壤的Cv因土壤含水量的增加而增加。因土壤含水量的增加而增加。2) 土壤的容積熱容量受

24、三相比率的影響，同一土壤的容積熱容量受三相比率的影響，同一 種土壤翻松、壓實(shí)后，容積熱容量會(huì)發(fā)生很種土壤翻松、壓實(shí)后，容積熱容量會(huì)發(fā)生很 大變化。就是說，土壤的容積熱容量受容重大變化。就是說，土壤的容積熱容量受容重 的影響。的影響。二、土壤導(dǎo)熱率（二、土壤導(dǎo)熱率（soil thermal conductivity) 土壤能夠傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為土壤導(dǎo)熱性。土壤能夠傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為土壤導(dǎo)熱性。 導(dǎo)熱性的強(qiáng)弱，用導(dǎo)熱率來衡量。導(dǎo)熱性的強(qiáng)弱，用導(dǎo)熱率來衡量。土壤導(dǎo)熱率土壤導(dǎo)熱率（ ） 在單位厚度（在單位厚度（1厘米）土層，溫差為厘米）土層，溫差為1時(shí)，時(shí)，每秒鐘從單位斷面（每秒鐘從單位斷面（cm2）

25、通過的熱量焦耳數(shù)。）通過的熱量焦耳數(shù)。 單位是單位是J cm s-1 -1。)(/)(/2121ttATQddttATQ或 ：土壤導(dǎo)熱率；：土壤導(dǎo)熱率；Q: 在一定時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的熱量；在一定時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的熱量；A: 土壤面積；土壤面積；T: 時(shí)間時(shí)間;(t1- t2)/d: 土壤溫度梯度。土壤溫度梯度。 土壤三相物質(zhì)的導(dǎo)熱率差異顯著，水的土壤三相物質(zhì)的導(dǎo)熱率差異顯著，水的導(dǎo)熱率為導(dǎo)熱率為0.00130.0014，空氣為，空氣為0.0000550.000056，水為空氣的，水為空氣的25倍左右。倍左右。 常見礦物的導(dǎo)熱率是在常見礦物的導(dǎo)熱率是在0.0040.005 之之間，是水的間，是水的3.13.

26、6倍，因此三相物質(zhì)的導(dǎo)倍，因此三相物質(zhì)的導(dǎo)熱率順序?yàn)闊崧薯樞驗(yàn)? 固相固相液相液相氣相。氣相。(二二) 影響導(dǎo)熱率的因素影響導(dǎo)熱率的因素1、土壤含水量和質(zhì)地、土壤含水量和質(zhì)地 濕潤(rùn)的土壤，導(dǎo)熱率較高，因?yàn)樗膶?dǎo)熱濕潤(rùn)的土壤，導(dǎo)熱率較高，因?yàn)樗膶?dǎo)熱率比空氣高率比空氣高20多倍。多倍。 質(zhì)地粗的土壤，不需要很多的水分，就質(zhì)地粗的土壤，不需要很多的水分，就可以在土粒間形成連續(xù)的水膜，使熱量易于可以在土粒間形成連續(xù)的水膜，使熱量易于通過，故干燥的砂土在剛剛濕潤(rùn)時(shí)通過，故干燥的砂土在剛剛濕潤(rùn)時(shí), 導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率明顯增加，以后再增加供水，就接近最高導(dǎo)明顯增加，以后再增加供水，就接近最高導(dǎo)熱率。熱率。 粘重

27、的土壤情況基本相反，由于表面積粘重的土壤情況基本相反，由于表面積大，形成包被土粒的連續(xù)水膜所需要的水多，大，形成包被土粒的連續(xù)水膜所需要的水多，最初供水時(shí)導(dǎo)熱率增加的不多，繼續(xù)供水，最初供水時(shí)導(dǎo)熱率增加的不多，繼續(xù)供水，土壤導(dǎo)熱率顯著土壤導(dǎo)熱率顯著增加。增加。 2、土壤孔隙度、土壤孔隙度 在干燥的情況下，土壤孔隙中充滿空氣在干燥的情況下，土壤孔隙中充滿空氣,而空氣的導(dǎo)熱率很低，所以，孔隙度越大，而空氣的導(dǎo)熱率很低，所以，孔隙度越大，導(dǎo)熱率越低。導(dǎo)熱率越低。 土壤的容重由土壤的容重由1.1增至增至1.5時(shí)時(shí)(孔隙度由約孔隙度由約50%減少到減少到43%)，土壤導(dǎo)熱率由，土壤導(dǎo)熱率由1.010-3

28、增增至至2.110-3卡卡/厘米厘米秒秒度，增加度，增加1倍以上。倍以上。 容重增加所造成的導(dǎo)熱率增加，比加水所容重增加所造成的導(dǎo)熱率增加，比加水所造成的影響小。造成的影響小。 例如：將容重為例如：將容重為1.1的干土的導(dǎo)熱率作為的干土的導(dǎo)熱率作為100，則容重為，則容重為1.2、1.3、1.5的干土導(dǎo)熱率分別的干土導(dǎo)熱率分別為為130，165和和210。 當(dāng)這當(dāng)這4種干土有種干土有25%的孔隙充滿水時(shí)，相的孔隙充滿水時(shí)，相對(duì)的導(dǎo)熱率別為對(duì)的導(dǎo)熱率別為400、410、420和和440，如有，如有50%的孔隙充滿水時(shí)，則分別為的孔隙充滿水時(shí)，則分別為670、625、800和和860。 三、土壤的

29、導(dǎo)溫率三、土壤的導(dǎo)溫率 土壤既然能傳導(dǎo)熱量，而熱量能使土壤溫度土壤既然能傳導(dǎo)熱量，而熱量能使土壤溫度升高，因此土壤也具有導(dǎo)溫性。升高，因此土壤也具有導(dǎo)溫性。 土壤傳導(dǎo)溫度的性能稱為導(dǎo)溫性。土壤傳導(dǎo)溫度的性能稱為導(dǎo)溫性。 在一定的熱量供給條件下，土壤溫度的變化在一定的熱量供給條件下，土壤溫度的變化多少取決于土壤的導(dǎo)熱性和熱容量。多少取決于土壤的導(dǎo)熱性和熱容量。(一一) 導(dǎo)溫率的概念導(dǎo)溫率的概念 土壤導(dǎo)溫性的強(qiáng)弱通常用導(dǎo)溫率來衡量。土壤導(dǎo)溫性的強(qiáng)弱通常用導(dǎo)溫率來衡量。 導(dǎo)溫率在有些國(guó)外文獻(xiàn)稱為熱擴(kuò)散率：導(dǎo)溫率在有些國(guó)外文獻(xiàn)稱為熱擴(kuò)散率： soil thermal diffusivity， soil

30、 heat diffusivity 在土層垂直方向上在土層垂直方向上, 每厘米距離內(nèi)有每厘米距離內(nèi)有1的的溫度梯度，每秒流入溫度梯度，每秒流入1cm2斷面面積的熱量，使斷面面積的熱量，使單位體積單位體積(1cm3)土壤所發(fā)生的溫度變化。土壤所發(fā)生的溫度變化。 K=/ Cv，單位：，單位：cm2/s。從式中可知從式中可知 ： 導(dǎo)溫率與導(dǎo)熱率成正比，與熱容量成反比，導(dǎo)溫率與導(dǎo)熱率成正比，與熱容量成反比，當(dāng)熱容量不變時(shí)，導(dǎo)溫率與導(dǎo)熱率變化是一致的，當(dāng)熱容量不變時(shí)，導(dǎo)溫率與導(dǎo)熱率變化是一致的，但是，如果熱容量變化時(shí)，兩者的表現(xiàn)就不一致但是，如果熱容量變化時(shí)，兩者的表現(xiàn)就不一致了。了。 (二二) 影響導(dǎo)

31、溫率的因素影響導(dǎo)溫率的因素 主要是三相比例，更確切地說，是液相和主要是三相比例，更確切地說，是液相和氣相的比例。土壤水的導(dǎo)溫率為氣相的比例。土壤水的導(dǎo)溫率為0.0013，土壤，土壤空氣的導(dǎo)溫率為空氣的導(dǎo)溫率為0.00005/0.0003 = 0.16；土粒；土粒的導(dǎo)溫率為的導(dǎo)溫率為0.0040.005/0.46 = 0.0090.011。導(dǎo)溫率的順序?yàn)椋浩麑?dǎo)溫率的順序?yàn)椋浩坦桃骸Ｒ?。從上面?shù)據(jù)可以看出：從上面數(shù)據(jù)可以看出： 導(dǎo)熱率最小的空氣，導(dǎo)溫率最高。在一定的導(dǎo)熱率最小的空氣，導(dǎo)溫率最高。在一定的土壤條件下，土壤的導(dǎo)溫性主要決定于土壤水和土壤條件下，土壤的導(dǎo)溫性主要決定于土壤水和空氣的比例

32、?？諝獾谋壤?。 干土土溫容易上升，濕土土溫不容易上升。干土土溫容易上升，濕土土溫不容易上升。 第四節(jié)第四節(jié) 土壤的溫度狀況土壤的溫度狀況 土壤的溫度狀況是指土壤的溫度狀況是指1年當(dāng)中，年當(dāng)中，1月當(dāng)中或月當(dāng)中或1天當(dāng)中土壤上下層間的溫度變化。天當(dāng)中土壤上下層間的溫度變化。 這種變化是土壤熱量平衡和土壤熱性質(zhì)共這種變化是土壤熱量平衡和土壤熱性質(zhì)共同作用的結(jié)果。同作用的結(jié)果。 在農(nóng)業(yè)用地上，作物種類、生育時(shí)期、栽培在農(nóng)業(yè)用地上，作物種類、生育時(shí)期、栽培措施等對(duì)土壤的溫度狀況也有影響，因此，各地措施等對(duì)土壤的溫度狀況也有影響，因此，各地的土壤溫度狀況有很大差異。的土壤溫度狀況有很大差異。 一、土壤溫

33、度的年變化一、土壤溫度的年變化 土壤溫度的年變化，多以各土層溫度的月土壤溫度的年變化，多以各土層溫度的月或旬平均值繪成等溫線，或繪成月平均溫度分或旬平均值繪成等溫線，或繪成月平均溫度分布曲線。布曲線。 土壤溫度季節(jié)變化的變幅隨深度的增加而土壤溫度季節(jié)變化的變幅隨深度的增加而減小。在高緯度，消失于減小。在高緯度，消失于2525m深處，在中緯度，深處，在中緯度，消失于消失于15201520m深處，在低緯度，消失于深處，在低緯度，消失于551010m深處。深處。二、土壤溫度的日變化二、土壤溫度的日變化 (一一) 土壤表面溫度的最高值出現(xiàn)在土壤表面溫度的最高值出現(xiàn)在1314時(shí)時(shí)左右，為一天中最強(qiáng)的太陽

34、輻射出現(xiàn)后一小左右，為一天中最強(qiáng)的太陽輻射出現(xiàn)后一小時(shí)，最高氣溫出現(xiàn)前一小時(shí)。日出時(shí)表土溫度時(shí)，最高氣溫出現(xiàn)前一小時(shí)。日出時(shí)表土溫度最低。最低。 夏季日間的表土溫度可以遠(yuǎn)高于氣溫，在夏季日間的表土溫度可以遠(yuǎn)高于氣溫，在夜間和冬季表土的溫度略高于氣溫，表土的日夜間和冬季表土的溫度略高于氣溫，表土的日平均溫度仍高于氣溫。平均溫度仍高于氣溫。 (二二) 土溫的日變化以表土最大，愈向深層變幅土溫的日變化以表土最大，愈向深層變幅 越小，到越小，到40 cm處已沒有太多變化，在處已沒有太多變化，在 6070100 cm ，土溫已沒有變化了。，土溫已沒有變化了。 (三三) 土溫垂直梯度在土溫垂直梯度在1天內(nèi)

35、以天內(nèi)以14時(shí)為最高，夜間時(shí)為最高，夜間大大減小。土溫日變幅的大小，主要取決于輻大大減小。土溫日變幅的大小，主要取決于輻射平衡的日變化和土壤的熱性質(zhì)，并受地面和射平衡的日變化和土壤的熱性質(zhì)，并受地面和大氣間熱量交換的影響。大氣間熱量交換的影響。 從輻射平衡方面看，天氣狀況，特別是從輻射平衡方面看，天氣狀況，特別是云量，降水、風(fēng)力對(duì)土壤溫度的日變化影響云量，降水、風(fēng)力對(duì)土壤溫度的日變化影響較大。晴天比陰天的變幅要大得多。較大。晴天比陰天的變幅要大得多。 植被在白天攔截太陽輻射，減少熱量收植被在白天攔截太陽輻射，減少熱量收入，夜間阻攔地面的長(zhǎng)波輻射，使土壤溫度入，夜間阻攔地面的長(zhǎng)波輻射，使土壤溫度

36、的日變幅減小。的日變幅減小。 三、土壤及近地層大氣熱狀況的調(diào)節(jié)三、土壤及近地層大氣熱狀況的調(diào)節(jié) 土壤溫度與作物生長(zhǎng)的關(guān)系極為密切。土壤溫度與作物生長(zhǎng)的關(guān)系極為密切。 低溫不利于土壤肥力的發(fā)揮，直接影響低溫不利于土壤肥力的發(fā)揮，直接影響作物生長(zhǎng)。作物生長(zhǎng)。 夏季土溫太高，土壤水分蒸發(fā)快，葉面夏季土溫太高，土壤水分蒸發(fā)快，葉面蒸騰量大，易出現(xiàn)干旱。因此，對(duì)土壤溫度蒸騰量大，易出現(xiàn)干旱。因此，對(duì)土壤溫度常常有加以調(diào)節(jié)的必要。常常有加以調(diào)節(jié)的必要。 (一一) 耕作措施耕作措施1、壟作、壟作 壟作能夠增加土壤的表面積，增加對(duì)輻射的吸壟作能夠增加土壤的表面積，增加對(duì)輻射的吸收量，并能減少反射。壟作同時(shí)增加了長(zhǎng)波輻射的收量，并能減少反射。壟作同時(shí)增加了長(zhǎng)波輻射的熱量，但由于夏天晝長(zhǎng)夜短，故凈結(jié)果是增加了土熱量，但由于夏天晝長(zhǎng)夜短，故凈結(jié)果是增加了土壤的熱量收入。另外，壟作的排水好，土壤蒸發(fā)面壤的熱量收入。另外，壟作的排水好，土壤蒸發(fā)面大，水分散失快，土壤熱容量低，增溫快。大，水分散失快，土壤熱容量低，增