2.4 土 壤 空 气
土壤空气和大气组成的差异 (体积 )
气体 O2
（ %）
CO2
（ %）
N2
（ %）
其他气
体
近地表
大气 20.94 0.03 78.05 0.98
土壤
空气
18.0-
20.03 0.15-0.65
78.8-
80.24 0.98
一、土壤空气的组成
组成特点：
? a.CO2高于土壤几倍 -几十倍；
? b.O2含量低？ ；
? C.湿度高,99%；
? d.还原性气体 （ CH4,H2等 ） ;
? 数量和组成常发生变化
二、土壤通气性 (soil aeration)
指土壤空气与近地面大气层大气进
行交换以及土体内部允许气体扩散和流
动的性能 。
土壤通气的两个机制：
? 1,土壤空气整体交换,
? 由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而
引起的气体交换, 是土体内外部分气体的整体
相互流动, 是一种短暂的交换方式 。
? 影响因素：温度, 大气压, 水分
2.土壤空气扩散
? 某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而产
生的移动 。 是土壤空气的主要交换方式 。
F=-D·dc/dx
? F：单位时间通过单位面积的气体扩散数量
? D：扩散系数
? dc/dx：气体浓度梯度
三、土壤通气状况与作物生长
种子萌发, O2浓度 >10%，
根部呼吸,生长及吸收水肥的功能。
O2浓度 <9~10%，根系受损，若降低 5%下，绝
大多数停止生长；
缺氧，吸收水分、养分功能受损。
2.6 土 壤 热 量
一、土壤热量来源与平衡
? 来源：太阳辐射能, 生物热能, 地热 。
? 热量平衡：是指土壤热量的收支状况 。
? Q=E-Q1-Q2-Q3，
? E-太阳辐射能；
? Q1-地表辐射能；
? Q2-土壤水分蒸发消耗；
? Q3-其它方式消耗能量 。
二、土壤的热特性
1,土壤热容量：
单位容积或单位质量的土壤在温度升高或降
低 1K时吸收或放出的热量 。
容积热容量 （ J·cm-1·K-1)
质量热容量 (J·g-1·K-1)
Cv=c╳ d（ d：容重 ）
土壤热容量主要影响因素：
（ 三相组成 ）
水分, 空气, 矿质土粒及有机质
土壤温度变化主要受含水量, 质地的影响
土壤
组成
分
容积热容量
（ J·cm-1·K-1)
重量热
容量
(J·g-1·K-1)
导热率
（ J·cm-1·s-1·K-1)
导温率
(cm2 ·s-1)
土壤空
气
0.0013 1.00 0.00021-0.00025 0.1615-0.1923
土壤水
分
4.187 4.187 0.0054-0.0059 0.0013-0.0014
矿质土
粒
1.930 0.712 0.0167-0.0209 0.0087-0.0108
土壤有
机质
2.512 1.930 0.0084-0.0126 0.0033-0.0050
土壤组成的热特性
2、土壤导热率
? 在面积为 1cm2,相距 1cm的两截面上温度相差 1K时,
每秒钟所通过该单元土体的热量焦耳数 。
? 单位,J/(m·K·s),是评价传导热量快慢的指标 。
? 主要影响因素：空气, 矿物质
? 与土壤容重呈？ 相关
? 与土壤孔隙呈？ 相关
孔隙度是关键的影响因素
3、导 温 率
? 土壤导热系数或热扩散系数, 指在标准状况下,
在土层垂直方向上每厘米距离内有 1K的温度梯
度, 每秒流入 1cm2土壤断面面积的热量, 使单
位体积 （ 1cm3） 土壤所发生的温度变化 。
? K=λ /Cv,
? λ,导热率, Cv：热容量 （ 容积 ） 。
三、土壤温度与作物生长
? 土温变化影响因素：太阳辐射平衡, 土壤质地,
有机质, 含水量, 土壤矿物质等 。
? 日变化：
? 最高值在 13~14时左右, 日出时最低, 太阳最强
辐射后一小时和最高气温前一小时 。
? 层次变化：
? 表土日变化辐度大, 愈深变化愈小, 60~100cm后
基本稳定 。
土温与植物生长：
? 种子萌发（小麦、大麦 1~2℃,谷子 10~12℃,
水稻 12~14℃ ） ;
? 根系（ 10℃ 以上,30~35℃ 受阻） ;
? 植物生长 ;
? 养分转化（微生物生长 ）。
四, 土壤温度调节
? 耕作措施：
质地粘重：中耕； 砂土,镇压
? 施用有机肥 （ 马粪, 羊粪等热性肥料 ）, 秸秆还
田等
? 覆盖与遮荫
? 水分调节：秋灌, 提高热容量, 维持土温 。
2.8 土壤氧化还原性质
? （ 1）氧化还原体系：
氧、铁、锰、硫、氮体系
(2)土壤氧化还原电位
是指土壤中氧化剂和还原剂在氧化还原电
极上所建立的平衡电位 。
? Eh=E0+59 ╳ log[氧化态 /还原态 ]/n
? E0-标准氧化还原电位
? n-反应中电子转移数
? 通气状况：通气性良好, PO2大, 比值增
大, Eh值高
旱地 400~700mv,>750mv通气过强，
<200mv通气不良
水稻生长适宜 Eh200~400mv
<200mv, Fe2+,Mn2+,H2S、丁酸的积累。
<-100mv，根系变黑，腐烂，植株死亡。
? 影响因素：
通气性, 微生物活动, 易分解有机
质的含量, 植物根系的代谢, 土壤 pH等 。
土壤空气和大气组成的差异 (体积 )
气体 O2
（ %）
CO2
（ %）
N2
（ %）
其他气
体
近地表
大气 20.94 0.03 78.05 0.98
土壤
空气
18.0-
20.03 0.15-0.65
78.8-
80.24 0.98
一、土壤空气的组成
组成特点：
? a.CO2高于土壤几倍 -几十倍；
? b.O2含量低？ ；
? C.湿度高,99%；
? d.还原性气体 （ CH4,H2等 ） ;
? 数量和组成常发生变化
二、土壤通气性 (soil aeration)
指土壤空气与近地面大气层大气进
行交换以及土体内部允许气体扩散和流
动的性能 。
土壤通气的两个机制：
? 1,土壤空气整体交换,
? 由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而
引起的气体交换, 是土体内外部分气体的整体
相互流动, 是一种短暂的交换方式 。
? 影响因素：温度, 大气压, 水分
2.土壤空气扩散
? 某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而产
生的移动 。 是土壤空气的主要交换方式 。
F=-D·dc/dx
? F：单位时间通过单位面积的气体扩散数量
? D：扩散系数
? dc/dx：气体浓度梯度
三、土壤通气状况与作物生长
种子萌发, O2浓度 >10%，
根部呼吸,生长及吸收水肥的功能。
O2浓度 <9~10%，根系受损，若降低 5%下，绝
大多数停止生长；
缺氧，吸收水分、养分功能受损。
2.6 土 壤 热 量
一、土壤热量来源与平衡
? 来源：太阳辐射能, 生物热能, 地热 。
? 热量平衡：是指土壤热量的收支状况 。
? Q=E-Q1-Q2-Q3，
? E-太阳辐射能；
? Q1-地表辐射能；
? Q2-土壤水分蒸发消耗；
? Q3-其它方式消耗能量 。
二、土壤的热特性
1,土壤热容量：
单位容积或单位质量的土壤在温度升高或降
低 1K时吸收或放出的热量 。
容积热容量 （ J·cm-1·K-1)
质量热容量 (J·g-1·K-1)
Cv=c╳ d（ d：容重 ）
土壤热容量主要影响因素：
（ 三相组成 ）
水分, 空气, 矿质土粒及有机质
土壤温度变化主要受含水量, 质地的影响
土壤
组成
分
容积热容量
（ J·cm-1·K-1)
重量热
容量
(J·g-1·K-1)
导热率
（ J·cm-1·s-1·K-1)
导温率
(cm2 ·s-1)
土壤空
气
0.0013 1.00 0.00021-0.00025 0.1615-0.1923
土壤水
分
4.187 4.187 0.0054-0.0059 0.0013-0.0014
矿质土
粒
1.930 0.712 0.0167-0.0209 0.0087-0.0108
土壤有
机质
2.512 1.930 0.0084-0.0126 0.0033-0.0050
土壤组成的热特性
2、土壤导热率
? 在面积为 1cm2,相距 1cm的两截面上温度相差 1K时,
每秒钟所通过该单元土体的热量焦耳数 。
? 单位,J/(m·K·s),是评价传导热量快慢的指标 。
? 主要影响因素：空气, 矿物质
? 与土壤容重呈？ 相关
? 与土壤孔隙呈？ 相关
孔隙度是关键的影响因素
3、导 温 率
? 土壤导热系数或热扩散系数, 指在标准状况下,
在土层垂直方向上每厘米距离内有 1K的温度梯
度, 每秒流入 1cm2土壤断面面积的热量, 使单
位体积 （ 1cm3） 土壤所发生的温度变化 。
? K=λ /Cv,
? λ,导热率, Cv：热容量 （ 容积 ） 。
三、土壤温度与作物生长
? 土温变化影响因素：太阳辐射平衡, 土壤质地,
有机质, 含水量, 土壤矿物质等 。
? 日变化：
? 最高值在 13~14时左右, 日出时最低, 太阳最强
辐射后一小时和最高气温前一小时 。
? 层次变化：
? 表土日变化辐度大, 愈深变化愈小, 60~100cm后
基本稳定 。
土温与植物生长：
? 种子萌发（小麦、大麦 1~2℃,谷子 10~12℃,
水稻 12~14℃ ） ;
? 根系（ 10℃ 以上,30~35℃ 受阻） ;
? 植物生长 ;
? 养分转化（微生物生长 ）。
四, 土壤温度调节
? 耕作措施：
质地粘重：中耕； 砂土,镇压
? 施用有机肥 （ 马粪, 羊粪等热性肥料 ）, 秸秆还
田等
? 覆盖与遮荫
? 水分调节：秋灌, 提高热容量, 维持土温 。
2.8 土壤氧化还原性质
? （ 1）氧化还原体系：
氧、铁、锰、硫、氮体系
(2)土壤氧化还原电位
是指土壤中氧化剂和还原剂在氧化还原电
极上所建立的平衡电位 。
? Eh=E0+59 ╳ log[氧化态 /还原态 ]/n
? E0-标准氧化还原电位
? n-反应中电子转移数
? 通气状况：通气性良好, PO2大, 比值增
大, Eh值高
旱地 400~700mv,>750mv通气过强，
<200mv通气不良
水稻生长适宜 Eh200~400mv
<200mv, Fe2+,Mn2+,H2S、丁酸的积累。
<-100mv，根系变黑，腐烂，植株死亡。
? 影响因素：
通气性, 微生物活动, 易分解有机
质的含量, 植物根系的代谢, 土壤 pH等 。
