第六章
土壤空气和热量状况
主要内容 (重点 )：
教学目标与要求：
教学方式与手段：
课时安排与进度：
1.土壤空气（重点）
2.土壤热量
3.土壤热性质 （重点）
4.土壤温度
掌握土壤空气的组成与大气组成的差异及土壤
空气运动的方式；了解土壤热量的来源，掌握
土壤的三个热参数，理解土壤温度变化的影响
因素。
幻灯，动画演示；案例分析；
课时数,2课时
第六章 土壤空气和热量
第一节 土壤空气
一 土壤空气的组成
二 土壤空气的运动
三 土壤空气与土壤肥力
§ 1 土壤空气的组成与植物生长
一, 土壤空气的组成与变化
气 体 O2 CO2 N2 其他气
体
近地面
的大气
20.94 0.03 78.05 0.95
土 壤
空 气
18.0-
20.03
0.15-
0.65
78.8-
80.24
－
土壤空气与大气组成的比较 （ 容积 %）
第六章 土壤空气和热量
土壤空气和进地面大气空气组成的差异
1,土壤空气中的 CO2含量高于大气
2,土壤空气中的 O2含量低于大气
3,土壤空气中的水汽含量一般高于大气
4,土壤空气中含有较高量的还原性气体 （ CH4等 ）
土壤空气组成显然不是固定不变的。
深度
/cm
覆 膜 露 地
05-01 07-29 05-01 07-29
CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2
0 － － 0.915 － － 0.056 0.056 －
5 0.158 20.497 1.006 20.439 0.70 20.649 0.211 20.653
10 0.420 20.397 1.060 20.275 0.104 20.513 0.279 20.668
15 0.250 20.486 0.865 19.953 0.134 20.857 0.385 20.506
20 0.483 20.478 1.348 20.060 0.150 20.121 0.406 20.634
30 0.573 19.865 1.159 20.005 0.313 20.181 1.157 20.362
50 0.922 19.929 1.520 19.698 0.402 20.198 1.281 19.873
平均 0.615 20.124 1.268 19.953 0.269 20.329 0.847 20.022
覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 (%)
土壤空气的变化规律：
?随着土层深度的增加，土壤空气中 CO2含量增大，
O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此；
?气温和土温升高，根系呼吸加加强，微生物活动加
快，土壤空气中 CO2含量增加，夏季 CO2含量最高；
?覆膜田块的 CO 2含量明显高于未覆稻草原露地，而
O2则反之
?土壤空气中的 CO2和 O2的含量是相互消长的，二者
的总和维持在 19~22%之间，
① 土壤空气对植物生长的影响, 有许多过程和因素需进
一步研究 。 如土壤微生物需 O2有一个很宽的范围 。
② 仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植
物和微生物对氧的需求 。
③ 土壤中 CO2浓度对植物生长 的影响也有待进一步研究 。
现有的研究表明, 某一特定植物对 CO2浓度有一最佳值,
过高或过低都会引起根系生长衰退 。 过高浓度 CO2往往
伴随缺 O2而造成不良后果, 但 一定浓度 CO2对植物生长
也有促进作用, 而且 CO2造成的土壤溶液的微酸性也 有
利于有些土壤养分的释放,
注意：
二, 土壤中的空气流
（一）、对流
对流，又称质流,驱动力是总气压梯度，它使气流
冲从高压区向低压区运动。
22 // xtP ????? ??
方程 4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程。
必须说明,
使用此方程的基本前提是流动过程属层流，且
这种层流是在小的压力差作用下产生的。
（ 二 ）, 土壤空气扩散扩散 （ soil air diffusion)
气体扩散 是指气体分子由浓度大 （ 或分压大 ） 处向浓度
小 （ 或分压小 ） 处的运动, 它是由气体分子的热运动 （ 或称
布朗运动 ） 引起的
土壤中气体扩散过程也可用 Fick第一定律表示 。
（ 4.10）
式中,q表示体积扩散通量 [LT-1]
Ds表示土壤中气体表观扩散系数 [L2T-1]
C表示气体容积分数 (浓度 )[L3?L3]
x表示扩散距离 [L]
若用扩散气体的分压 (P)代替浓度，方程为：
（ 4.11）
式中 ?表示浓度与分压的换算常数 （ 比值
dx
dcDq
s??
dx
dPDq
s )/( ???
注意：
首先, 土壤中气体表观扩散系数 Ds必然比自由大气中的
扩散系数 Do小 。
其次, 水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分布,
不同充气孔隙度下草甸褐土透气率 K值 (北京农业大学 1989)
基质势 (hPa) 含水率 (%) 充气孔度 (%) K(?m/s)
-9.8 40.24 14.06 12
-98 25.47 28.83 133
-310 23.07 31.23 272
－ 0 54.30 682
三, 土壤通气性 (soil aeration)
（ 一 ）, 土壤通气性的定义和指标
土壤通气性 是泛指土壤空气与大气进行交换以及土
体内部允许气体扩散和通气的能力。
1,静态指标
（ 1） 容积分数或充气孔隙度
（ 2） 土壤的空气组成 （ CO2和 O2等的含量 ）
取样的代表性不十分确定
2,土壤通气量 (soil air flux)
土壤通气量 是指在单位时间内, 单位压力下, 进入单
位体积土壤中的气体总量 （ CO2和 O2）, 常用单位是毫升 ?
厘米 -2 ? 秒 -1。 土壤通气量的大小标志着土壤通气性好坏,
通气量大则土壤通气性良好 。
3,土壤氧化还原电位 （ Eh）
土壤的 Eh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的
浓度比，而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶
解态氧的浓度，这就直接与土壤通气性相联系。因
此 Eh可以做为土壤通气性的指标，它指示土壤溶液
中氧压的高低，反映土壤通气排水状况。
][
][0 5 9.0
还原态
氧化态
L o g
n
EE oh ???
（ 二 ）, 土壤通气性的调节
1、调节土壤水分含量
2、改良土壤结构
3、通过各种耕作手段来调节土壤通性
对旱作土壤，有 中耕松土, 深耙勤锄, 打破土
表结壳,疏松耕层等措施。
对于水田土壤，可通过 落水晒田, 晒垡, 搁田
及 合理的下渗速率 等措施。
课堂测验：
1,土壤空气质量的好坏关键不在其含量而于其质量 ( )
2,土壤空气和大气某些组成含量有差异, 其他则是相同的
( )。
3,土壤空气是水汽饱和的 ( )
4,土壤空气中的 CO2的数量是越低越好 ( )
5,土壤空气的组成是时刻变化的 ( )
6,土壤水分含量的变化导致土壤通气性的变化 ( )。
7,土壤和土壤空气是矛盾的, 永远无法调和的 ( )
8,在土壤 通气性中, 对流比扩散更重要 ( )
9,土壤 Eh值主要由氧体系的氧化还原电位来决定 。 ( )
10,土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响 ( )。
第二节
土壤热量
(Soil heat)
一、土壤热量的来源
（一）太阳的辐射能
垂直于太阳光下一平方厘米
的黑体表面在一分钟内吸收
的辐射能常数），称作 太阳
常数,一般为 1.9k/cm2/min。
99％的太阳能包含在 0.3-4.0
微米的波长内，这一范围的
波长通常称为短波辐射。
当太阳辐射通过大气层时，
其热量一部分被大气吸收散
射，一部分被云层和地面反
射，土壤吸收其中的一少部
分。
（二）生物热
据估算，含有机质 4％ 的土壤，每英亩耕层
有机质的潜能为 6.28× 109～ 6.99× 109KJ，相
当于 20～ 50吨 无烟煤的热量。
（三）地球内热
二、土壤表面的辐射平衡及影响因素
（一）地面辐射平衡
太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过
大气层时，少部分直接到达地表的太阳能称为 太
阳直接辐射（ I） 。被大气散射和云层反射的太
阳辐射能，通过多次的散射和反射，又将其中的
一部分辐射到地球上，一般称为 天空辐射能 或 大
气辐射（ H） 。太阳直接辐射和大气辐射都是短
波辐射。
I+H之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为 环球辐射
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳的辐射强度
日照角越大,坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。
在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南移 100
公里所产生的影响。
同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土温也
比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这种差异具有
巨大的生态意义和农业意义。
2、地面的反射率
太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜色、
粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。
3、地面有效辐射
影响地面有效辐射的因子有：
（ 1）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面
发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有
效辐射减少；
（ 2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高
度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；
（ 3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐
射面大，有效辐射也大；
（ 4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、
残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。
三、土壤的热量平衡
土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q ? P ? LE + R
S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；
Q为辐射平衡；
L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失
或增加 ;
P为土壤与大气层之间的湍流交换量；
R为土面与土壤下层之间的热交换量。
第三节 土壤热性质
一、土壤热容量 (soil heat capacity,soil thermal capacity)
土壤热容量 是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高
（或降低） 1℃ 所需要（或放出的）热量。
C代表质量（重量）热容量 (mass heat capacity)，单位是 Jg-1℃ -1。
Cv代表容积热容量 (volume heat capacity),单位是（ Jcm-3℃ -1）。
请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。
土壤的容积热容量（ Cv）可用下式表示：
Cv = mCv· Vm + oCv· Vo ＋ wCv· Vw+aCv· Va (6－ 7)
因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：
Cv = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw (Jcm-3 C-1) (6－ 8)
6 － 3 土壤不同组分的热容量
土壤组成物质
重量热容量
（ J g
-1
c
-1
）
容积热容量
( J cm
-3
c
-1
)
粗石英砂 0, 7 4 5 2, 1 6 3
高 岭 石 0, 9 7 5 2, 4 1 0
石 灰 0, 8 9 5 2, 4 3 5
Fe
2
O
3
0, 6 8 2 －
Al
2
O
3
0, 9 0 8 －
腐 殖 质 1, 9 9 6 2, 5 1 5
土壤空气 1, 0 0 4 1, 2 5 5 × 10
-3
土壤水分 4, 1 8 4 4, 1 8 4
表 6-1 不同土壤组分的热容量
要注意 C和 CV之间的换算, 对于均质的土壤而言 ∶
CV= r·C (1)
有些书上用
CV=р ·C (2)
来表示是不正确的, р 表示土壤容重, 应用下式表示
C=CsMs + CwMw + CaMa (3)
式中 Cs,Cw,Ca分别表示土壤固相, 液相和气相的质量热
容量； Ms,Mw,Ma分别表示单位质量土壤中固相, 液相和气
相所占的质量 (比例 ） 。 如果用容积热容量表示
Cv=CvsVs + CvwVw + CvaVa (4)
式中 Vs,Vw,Va分别表示单位容积土壤中固相、液相和气
相所占的比例,Cvs,Cvw,Cva分别表示土壤中固相、液相和气
相的容积热容量（比例）。
在式 (4)中, 由于气体的热容量 Cv很小, 相对可以忽略,
于是式 (4)可写成 ∶
CV=Cvs·Vs +Cvw ·Vw (5)
在式 (5)中, Vw=θ v(土壤容积含水量 ),根据式 (1)
Cvs= rs·Cs (6)
rs=MS/VS=ρ/V S
Vs=ρ /rs (7)
将 (6),(7)代入式 (5)得
Cv=ρC s + Cvw·θ v (8)
一般情况下, 水的热容量可以 4.18J.cm3/℃, 当有机质含量不
高时, 固相物质的质量热容量可以近似取 0.85J/g/℃, 则式 (8)
可变为 ∶
Cv=0.85ρ+ 4.18·θ v (9)
由式 (9)可以看出，
土壤热容量色土壤容重和含
水量的增加而增大，对于一定土
壤而其固相物质容重变化很小，
而其含水量则变化很大，故水分
对土壤热容量影响最大。砂土含
水量一般比粘土小，而空气含量
较高，所以其热容量一般较低。
二、土壤导热率
导热性,
土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为
导热性。导热性大小用导热率表示。
导热率,heat conductivity,thermal conductivity
在单位厚度（ 1厘米）土层，温差为 1℃ 时，每秒
钟经单位断面（ 1厘米 2）通过的热量焦耳数（ ?）。
其单位是 J.cm-2.s-1.℃ -1。
)(/)(
/
2121 ttAT
Qd
dtt
ATQ
??
或＝?
当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙
被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，
土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。
表 6 - 4 土壤不同组成分的导热率 （焦耳 / 厘米·秒·度）
土壤组成分 导热率
石英 4, 4 2 7 × 10
-2
湿砂粒 1, 6 7 4 × 10
-2
干砂粒 1, 6 7 4 × 10
-3
泥炭 6, 2 7 6 × 10
-4
腐殖质 1, 2 5 5 × 10
-2
土壤水 5, 0 2 1 × 10
-3
土壤空气 2, 0 9 2 × 10
-4
三、土壤的热扩散率
土壤热扩散率 是指在标
准状况下，在土层垂直方向上
每厘米距离内,1℃ 的温度梯度
下，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。其大
小等于土壤导热率 /容积热容量
之比值。
)/( 2 秒厘米CvD ??
上式中,?为土壤导热率，
Cv为土壤容积热容量。
第四节 土壤温度（ Soil temperature)
一、土壤温度的季节或月变化
二、土壤温度的日变化
二、土壤温度的日变化
三、地形地貌和土壤性质对土温的影响
(一）海拔高度对土壤温度的影响
在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。
（二）坡向与坡度对土壤温度的影响
①坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；
②不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤
水和植物覆盖度有差异，土温高低及变幅也就迥然不同。南坡
的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。
（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响
土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次
之，浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况
下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相
差 2－ 4℃,园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖
一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。
一般在通气良好的土壤中，植物根
系长、颜色浅、根毛多；而缺氧则会阻
碍根系伸长和侧根萌生，根系短而粗，
颜色暗，根毛大量减少。
据北京农业大学实验站对棉花地的
观测，结果表明：土壤空气中 O2和 CO2
含量维持在 21%左右,O2占其中 85%以
上时棉花根系发育良好；当 O2占 70%以
上时,棉花根系能正常生长；而 CO 2占
60%以上时，根系生长完全停止。
土壤空气氧浓度临界值 (Vol%)
作 物 O2临界值 作 者
大 麦 7%~10% Geisler 1969
玉 米 14% Geisler 1969
豌 豆 20% Ammore,1961,
Geisler 1969
棉 花 10% Tacket 1964
谷类胚
芽
10% Gill 1956
1,土 壤含水量 愈低, 其热容量 越小, 导热率愈 低土壤 升温越 快
( )
2,灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差 。 ( )
3,中 耕松土, 可降低 土壤表层 土的热 容量, 而 促进表 土升温 。
( )
4,一日之内土壤上下各层温度变化是同步的 ( )
5,土壤热量全部来源是太阳辐射 。 ( )
6,土温的变化与土壤肥力的高低无关 。 ( )
7,土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大 ( )。
8,土壤有机质含量越高, 其热容量越大 ( )
9,土壤热扩散率随含水量的增加而增加, 随热容量的增大而减小
( )。
10,热扩散率表示土壤升温的难易, 导热率表示是热传导的快慢 。
( )
课堂测验 —— 快速判断！！
本章小结：
一、概念
土壤呼吸 呼吸商 气体扩散 Eh 土壤通气性
土壤热容量 土壤导热率 土壤热扩散率 土壤热状
况
二问答题
1,土壤空气的组成有何缺点?
2,土壤通气 性对土壤肥力有何影响?
3,土壤 Eh的意义是什么?
4,如何调节土壤的通气性?
5,调节土壤热状况的关键是措施是什么?为什么?
6,育秧时有牲畜份内欧苗床促早发的机理是什么?
3,在沙漠地带, 为什么有, 朝穿皮袄午穿纱, 晚上围
着火炉吃西瓜, 的气候?
4,粘土为什么叫, 冷性土,?砂土为什么叫, 暖性
土,?
5,入冬前小麦灌水可防冻, 为什么?而春天灌返青水
又不宜过早, 又为什么?
6,农民为什么说, 锄下有水又有火,?
7,地下水为什么冬暖夏凉?
土壤空气和热量状况
主要内容 (重点 )：
教学目标与要求：
教学方式与手段：
课时安排与进度：
1.土壤空气（重点）
2.土壤热量
3.土壤热性质 （重点）
4.土壤温度
掌握土壤空气的组成与大气组成的差异及土壤
空气运动的方式；了解土壤热量的来源，掌握
土壤的三个热参数，理解土壤温度变化的影响
因素。
幻灯，动画演示；案例分析；
课时数,2课时
第六章 土壤空气和热量
第一节 土壤空气
一 土壤空气的组成
二 土壤空气的运动
三 土壤空气与土壤肥力
§ 1 土壤空气的组成与植物生长
一, 土壤空气的组成与变化
气 体 O2 CO2 N2 其他气
体
近地面
的大气
20.94 0.03 78.05 0.95
土 壤
空 气
18.0-
20.03
0.15-
0.65
78.8-
80.24
－
土壤空气与大气组成的比较 （ 容积 %）
第六章 土壤空气和热量
土壤空气和进地面大气空气组成的差异
1,土壤空气中的 CO2含量高于大气
2,土壤空气中的 O2含量低于大气
3,土壤空气中的水汽含量一般高于大气
4,土壤空气中含有较高量的还原性气体 （ CH4等 ）
土壤空气组成显然不是固定不变的。
深度
/cm
覆 膜 露 地
05-01 07-29 05-01 07-29
CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2
0 － － 0.915 － － 0.056 0.056 －
5 0.158 20.497 1.006 20.439 0.70 20.649 0.211 20.653
10 0.420 20.397 1.060 20.275 0.104 20.513 0.279 20.668
15 0.250 20.486 0.865 19.953 0.134 20.857 0.385 20.506
20 0.483 20.478 1.348 20.060 0.150 20.121 0.406 20.634
30 0.573 19.865 1.159 20.005 0.313 20.181 1.157 20.362
50 0.922 19.929 1.520 19.698 0.402 20.198 1.281 19.873
平均 0.615 20.124 1.268 19.953 0.269 20.329 0.847 20.022
覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 (%)
土壤空气的变化规律：
?随着土层深度的增加，土壤空气中 CO2含量增大，
O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此；
?气温和土温升高，根系呼吸加加强，微生物活动加
快，土壤空气中 CO2含量增加，夏季 CO2含量最高；
?覆膜田块的 CO 2含量明显高于未覆稻草原露地，而
O2则反之
?土壤空气中的 CO2和 O2的含量是相互消长的，二者
的总和维持在 19~22%之间，
① 土壤空气对植物生长的影响, 有许多过程和因素需进
一步研究 。 如土壤微生物需 O2有一个很宽的范围 。
② 仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植
物和微生物对氧的需求 。
③ 土壤中 CO2浓度对植物生长 的影响也有待进一步研究 。
现有的研究表明, 某一特定植物对 CO2浓度有一最佳值,
过高或过低都会引起根系生长衰退 。 过高浓度 CO2往往
伴随缺 O2而造成不良后果, 但 一定浓度 CO2对植物生长
也有促进作用, 而且 CO2造成的土壤溶液的微酸性也 有
利于有些土壤养分的释放,
注意：
二, 土壤中的空气流
（一）、对流
对流，又称质流,驱动力是总气压梯度，它使气流
冲从高压区向低压区运动。
22 // xtP ????? ??
方程 4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程。
必须说明,
使用此方程的基本前提是流动过程属层流，且
这种层流是在小的压力差作用下产生的。
（ 二 ）, 土壤空气扩散扩散 （ soil air diffusion)
气体扩散 是指气体分子由浓度大 （ 或分压大 ） 处向浓度
小 （ 或分压小 ） 处的运动, 它是由气体分子的热运动 （ 或称
布朗运动 ） 引起的
土壤中气体扩散过程也可用 Fick第一定律表示 。
（ 4.10）
式中,q表示体积扩散通量 [LT-1]
Ds表示土壤中气体表观扩散系数 [L2T-1]
C表示气体容积分数 (浓度 )[L3?L3]
x表示扩散距离 [L]
若用扩散气体的分压 (P)代替浓度，方程为：
（ 4.11）
式中 ?表示浓度与分压的换算常数 （ 比值
dx
dcDq
s??
dx
dPDq
s )/( ???
注意：
首先, 土壤中气体表观扩散系数 Ds必然比自由大气中的
扩散系数 Do小 。
其次, 水在土中的传导性主要取决于孔隙的大小分布,
不同充气孔隙度下草甸褐土透气率 K值 (北京农业大学 1989)
基质势 (hPa) 含水率 (%) 充气孔度 (%) K(?m/s)
-9.8 40.24 14.06 12
-98 25.47 28.83 133
-310 23.07 31.23 272
－ 0 54.30 682
三, 土壤通气性 (soil aeration)
（ 一 ）, 土壤通气性的定义和指标
土壤通气性 是泛指土壤空气与大气进行交换以及土
体内部允许气体扩散和通气的能力。
1,静态指标
（ 1） 容积分数或充气孔隙度
（ 2） 土壤的空气组成 （ CO2和 O2等的含量 ）
取样的代表性不十分确定
2,土壤通气量 (soil air flux)
土壤通气量 是指在单位时间内, 单位压力下, 进入单
位体积土壤中的气体总量 （ CO2和 O2）, 常用单位是毫升 ?
厘米 -2 ? 秒 -1。 土壤通气量的大小标志着土壤通气性好坏,
通气量大则土壤通气性良好 。
3,土壤氧化还原电位 （ Eh）
土壤的 Eh取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的
浓度比，而后者又主要取决于土壤中的氧化压或溶
解态氧的浓度，这就直接与土壤通气性相联系。因
此 Eh可以做为土壤通气性的指标，它指示土壤溶液
中氧压的高低，反映土壤通气排水状况。
][
][0 5 9.0
还原态
氧化态
L o g
n
EE oh ???
（ 二 ）, 土壤通气性的调节
1、调节土壤水分含量
2、改良土壤结构
3、通过各种耕作手段来调节土壤通性
对旱作土壤，有 中耕松土, 深耙勤锄, 打破土
表结壳,疏松耕层等措施。
对于水田土壤，可通过 落水晒田, 晒垡, 搁田
及 合理的下渗速率 等措施。
课堂测验：
1,土壤空气质量的好坏关键不在其含量而于其质量 ( )
2,土壤空气和大气某些组成含量有差异, 其他则是相同的
( )。
3,土壤空气是水汽饱和的 ( )
4,土壤空气中的 CO2的数量是越低越好 ( )
5,土壤空气的组成是时刻变化的 ( )
6,土壤水分含量的变化导致土壤通气性的变化 ( )。
7,土壤和土壤空气是矛盾的, 永远无法调和的 ( )
8,在土壤 通气性中, 对流比扩散更重要 ( )
9,土壤 Eh值主要由氧体系的氧化还原电位来决定 。 ( )
10,土壤通气的好坏主要受含水量和结构性的影响 ( )。
第二节
土壤热量
(Soil heat)
一、土壤热量的来源
（一）太阳的辐射能
垂直于太阳光下一平方厘米
的黑体表面在一分钟内吸收
的辐射能常数），称作 太阳
常数,一般为 1.9k/cm2/min。
99％的太阳能包含在 0.3-4.0
微米的波长内，这一范围的
波长通常称为短波辐射。
当太阳辐射通过大气层时，
其热量一部分被大气吸收散
射，一部分被云层和地面反
射，土壤吸收其中的一少部
分。
（二）生物热
据估算，含有机质 4％ 的土壤，每英亩耕层
有机质的潜能为 6.28× 109～ 6.99× 109KJ，相
当于 20～ 50吨 无烟煤的热量。
（三）地球内热
二、土壤表面的辐射平衡及影响因素
（一）地面辐射平衡
太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过
大气层时，少部分直接到达地表的太阳能称为 太
阳直接辐射（ I） 。被大气散射和云层反射的太
阳辐射能，通过多次的散射和反射，又将其中的
一部分辐射到地球上，一般称为 天空辐射能 或 大
气辐射（ H） 。太阳直接辐射和大气辐射都是短
波辐射。
I+H之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为 环球辐射
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳的辐射强度
日照角越大,坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。
在中纬度地区，南坡坡地每增加一度，约相当于纬度南移 100
公里所产生的影响。
同样，在中纬度地区，南坡比北坡接受的辐射能多，土温也
比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这种差异具有
巨大的生态意义和农业意义。
2、地面的反射率
太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。土壤的颜色、
粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。
3、地面有效辐射
影响地面有效辐射的因子有：
（ 1）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面
发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有
效辐射减少；
（ 2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高
度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；
（ 3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐
射面大，有效辐射也大；
（ 4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、
残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。
三、土壤的热量平衡
土壤热量收支平衡可用下式表示：
S = Q ? P ? LE + R
S为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；
Q为辐射平衡；
L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失
或增加 ;
P为土壤与大气层之间的湍流交换量；
R为土面与土壤下层之间的热交换量。
第三节 土壤热性质
一、土壤热容量 (soil heat capacity,soil thermal capacity)
土壤热容量 是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高
（或降低） 1℃ 所需要（或放出的）热量。
C代表质量（重量）热容量 (mass heat capacity)，单位是 Jg-1℃ -1。
Cv代表容积热容量 (volume heat capacity),单位是（ Jcm-3℃ -1）。
请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。
土壤的容积热容量（ Cv）可用下式表示：
Cv = mCv· Vm + oCv· Vo ＋ wCv· Vw+aCv· Va (6－ 7)
因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：
Cv = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw (Jcm-3 C-1) (6－ 8)
6 － 3 土壤不同组分的热容量
土壤组成物质
重量热容量
（ J g
-1
c
-1
）
容积热容量
( J cm
-3
c
-1
)
粗石英砂 0, 7 4 5 2, 1 6 3
高 岭 石 0, 9 7 5 2, 4 1 0
石 灰 0, 8 9 5 2, 4 3 5
Fe
2
O
3
0, 6 8 2 －
Al
2
O
3
0, 9 0 8 －
腐 殖 质 1, 9 9 6 2, 5 1 5
土壤空气 1, 0 0 4 1, 2 5 5 × 10
-3
土壤水分 4, 1 8 4 4, 1 8 4
表 6-1 不同土壤组分的热容量
要注意 C和 CV之间的换算, 对于均质的土壤而言 ∶
CV= r·C (1)
有些书上用
CV=р ·C (2)
来表示是不正确的, р 表示土壤容重, 应用下式表示
C=CsMs + CwMw + CaMa (3)
式中 Cs,Cw,Ca分别表示土壤固相, 液相和气相的质量热
容量； Ms,Mw,Ma分别表示单位质量土壤中固相, 液相和气
相所占的质量 (比例 ） 。 如果用容积热容量表示
Cv=CvsVs + CvwVw + CvaVa (4)
式中 Vs,Vw,Va分别表示单位容积土壤中固相、液相和气
相所占的比例,Cvs,Cvw,Cva分别表示土壤中固相、液相和气
相的容积热容量（比例）。
在式 (4)中, 由于气体的热容量 Cv很小, 相对可以忽略,
于是式 (4)可写成 ∶
CV=Cvs·Vs +Cvw ·Vw (5)
在式 (5)中, Vw=θ v(土壤容积含水量 ),根据式 (1)
Cvs= rs·Cs (6)
rs=MS/VS=ρ/V S
Vs=ρ /rs (7)
将 (6),(7)代入式 (5)得
Cv=ρC s + Cvw·θ v (8)
一般情况下, 水的热容量可以 4.18J.cm3/℃, 当有机质含量不
高时, 固相物质的质量热容量可以近似取 0.85J/g/℃, 则式 (8)
可变为 ∶
Cv=0.85ρ+ 4.18·θ v (9)
由式 (9)可以看出，
土壤热容量色土壤容重和含
水量的增加而增大，对于一定土
壤而其固相物质容重变化很小，
而其含水量则变化很大，故水分
对土壤热容量影响最大。砂土含
水量一般比粘土小，而空气含量
较高，所以其热容量一般较低。
二、土壤导热率
导热性,
土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为
导热性。导热性大小用导热率表示。
导热率,heat conductivity,thermal conductivity
在单位厚度（ 1厘米）土层，温差为 1℃ 时，每秒
钟经单位断面（ 1厘米 2）通过的热量焦耳数（ ?）。
其单位是 J.cm-2.s-1.℃ -1。
)(/)(
/
2121 ttAT
Qd
dtt
ATQ
??
或＝?
当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙
被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，
土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。
表 6 - 4 土壤不同组成分的导热率 （焦耳 / 厘米·秒·度）
土壤组成分 导热率
石英 4, 4 2 7 × 10
-2
湿砂粒 1, 6 7 4 × 10
-2
干砂粒 1, 6 7 4 × 10
-3
泥炭 6, 2 7 6 × 10
-4
腐殖质 1, 2 5 5 × 10
-2
土壤水 5, 0 2 1 × 10
-3
土壤空气 2, 0 9 2 × 10
-4
三、土壤的热扩散率
土壤热扩散率 是指在标
准状况下，在土层垂直方向上
每厘米距离内,1℃ 的温度梯度
下，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。其大
小等于土壤导热率 /容积热容量
之比值。
)/( 2 秒厘米CvD ??
上式中,?为土壤导热率，
Cv为土壤容积热容量。
第四节 土壤温度（ Soil temperature)
一、土壤温度的季节或月变化
二、土壤温度的日变化
二、土壤温度的日变化
三、地形地貌和土壤性质对土温的影响
(一）海拔高度对土壤温度的影响
在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。
（二）坡向与坡度对土壤温度的影响
①坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；
②不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤
水和植物覆盖度有差异，土温高低及变幅也就迥然不同。南坡
的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。
（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响
土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次
之，浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况
下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相
差 2－ 4℃,园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖
一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。
一般在通气良好的土壤中，植物根
系长、颜色浅、根毛多；而缺氧则会阻
碍根系伸长和侧根萌生，根系短而粗，
颜色暗，根毛大量减少。
据北京农业大学实验站对棉花地的
观测，结果表明：土壤空气中 O2和 CO2
含量维持在 21%左右,O2占其中 85%以
上时棉花根系发育良好；当 O2占 70%以
上时,棉花根系能正常生长；而 CO 2占
60%以上时，根系生长完全停止。
土壤空气氧浓度临界值 (Vol%)
作 物 O2临界值 作 者
大 麦 7%~10% Geisler 1969
玉 米 14% Geisler 1969
豌 豆 20% Ammore,1961,
Geisler 1969
棉 花 10% Tacket 1964
谷类胚
芽
10% Gill 1956
1,土 壤含水量 愈低, 其热容量 越小, 导热率愈 低土壤 升温越 快
( )
2,灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差 。 ( )
3,中 耕松土, 可降低 土壤表层 土的热 容量, 而 促进表 土升温 。
( )
4,一日之内土壤上下各层温度变化是同步的 ( )
5,土壤热量全部来源是太阳辐射 。 ( )
6,土温的变化与土壤肥力的高低无关 。 ( )
7,土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大 ( )。
8,土壤有机质含量越高, 其热容量越大 ( )
9,土壤热扩散率随含水量的增加而增加, 随热容量的增大而减小
( )。
10,热扩散率表示土壤升温的难易, 导热率表示是热传导的快慢 。
( )
课堂测验 —— 快速判断！！
本章小结：
一、概念
土壤呼吸 呼吸商 气体扩散 Eh 土壤通气性
土壤热容量 土壤导热率 土壤热扩散率 土壤热状
况
二问答题
1,土壤空气的组成有何缺点?
2,土壤通气 性对土壤肥力有何影响?
3,土壤 Eh的意义是什么?
4,如何调节土壤的通气性?
5,调节土壤热状况的关键是措施是什么?为什么?
6,育秧时有牲畜份内欧苗床促早发的机理是什么?
3,在沙漠地带, 为什么有, 朝穿皮袄午穿纱, 晚上围
着火炉吃西瓜, 的气候?
4,粘土为什么叫, 冷性土,?砂土为什么叫, 暖性
土,?
5,入冬前小麦灌水可防冻, 为什么?而春天灌返青水
又不宜过早, 又为什么?
6,农民为什么说, 锄下有水又有火,?
7,地下水为什么冬暖夏凉?
