怎样利用水来调节土壤空气和热量状况

怎样利用水来调节土壤空气和热量状况
怎样利用水来调节土壤空气和热量状况

怎样利用水来调节土壤空气和热量状况
土壤空气及热量状况
土壤空气和热量是土壤的肥力因素.土壤空气与水共存于土壤粒间孔隙之中,呈互为消长的关系,而水,气比例的变化又直接影响着土壤热量状况,它们共同承但着土壤的许多物理性质,并影响着土壤的一系列生物、化学性状.
第一节 土壤空气及其更新
土壤空气是土壤的重要组分之一,对作物生长,土内微生物活动,养分的释放及土壤内的化学过程都有重要影响,是土壤肥力的主要因素之一.BephaicknnB.II曾以“无气体不成土壤”这句话来表述土壤空气与土壤之间的相互关系.一个通气良好的土壤,首先,气体的数量是充足的,对于生活在土壤里的各类好氧生物（高等植物和微生物）是完全有效的；其次,能够维持气体的组成有适当的比例.
一、土壤空气组成特点
土壤空气存在于土壤内未被水所占据的孔隙中,它主要来自大气的渗入,但其组成特点与大气不同之处在于下列方面：
（一）土壤空气中CO2质量分数高于大气
大气中CO2质量分数约为0.03%,而土壤空气中的CO2质量分数多时可达大气中的百倍以上,一般为五至数十倍.主要是由于：1.土内微生物特别是艰气微生物分解有机质时,产生大量的CO2；2.根系呼吸也产生大量CO2；3.土内碳酸盐（主要是CaCO3）与有机或无机酸的作用,亦可放出CO2.
（二）土壤空气中O2的质量分数高于大气
大气中O2质量分数为21%,而土壤空气中的O2的质量分数为18.0%-20.3%.其主要原因是土壤生物消耗的结果.
（三）土壤空气中的水汽质量分数总是高于大气
当土壤含水量超过最大吸湿量时,土壤空气总是或近于水汽饱和的.
（四）土壤空气中有时含有还原性气体
如CH4、H2S、H2等,这种情况多出现在渍水或表土严重板结以致通气不良的土壤.
土壤空气的组成不是固定不变的,影响土壤空气的因素有土壤水分、土壤生物活性、土层深度、土壤温度、PH值、季节变公以及栽培措施等.
土壤空气一般来说,随土层深度增加,土壤空气中的CO2质量分数增加10%-19%,O2的质量分数减少10%-12%.这是由于深层气体交换受阻.随湿度升高,土壤空气中CO2质量分数增加,主要是生物活性随湿度增加而增强缘故.
在一年四季中,由于土壤含水量的变化,动植物残体和施入的有机肥料的分解,上部1-1.5m深处的土壤空气组成有着很大的变化.O2的质量分数依季节而波动于20%-10%的范围内.N为78%-86%,CO2为0.3%-9%.
二、土壤空气的更新（土壤空气与大气的交换）
土壤始终是一个开放的耗散体系,时该保持着与近地层大气间进行着气体交换.土壤空气中的CO2不断进入大气,大气中的氧不断进入土壤.土壤空气与大气间的气体交换而更新的方式有两种：
（一）整体交换（或称气体质流）
土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌溉等因素的影响下,整体排出土壤,同时大气也整体进入,称整体交换.如表土温度高于大气温度,土内空气受热膨胀而被排出土壤.风可把表土空气整体抽出,灌水或降水亦可把土内空气整体挤出,气压的升降也有类似作用.在众多影响因素中,表层土壤温度剧烈的日变化引起的气体整体流动是更有意义的.
（二）气体扩散
是土壤空气和大气交换的另一类方式,也是主要的方式.它是指气体分子由浓度大（或分压大）处向浓度小（或分压小）处运动.土壤空气是由多种成分组成的,各种气体的浓度很不相同,所以扩散的方向和快慢也有明显差异.浓度愈大,扩散也愈容易.土中CO2的浓度总是高于大气,而O2的浓度总是低于大气,因此,土内CO2不断扩散到大气,而大气中的O2不断扩散进入土壤,正如人不断呼出CO2而吸入O2一样（故有人称之为“土壤呼吸”）.
土壤空气扩散过程部分发生在气相,部分发生在液相.通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间的气体交换方式属于气相扩散,而通过不同水膜的扩散,则为液相扩散.土壤空气与大气进行气体交换的速度,通常用气体在土壤中的扩散系数来表示.它是指在单位浓度梯度（或单位分压梯度）下,每单位时间,通过单位土体断面的气体量.同一土壤在相同含水量情况下,不同的气体在土中的扩散系数也并不一致,如O2的扩散系数就比CO2大1.25倍.此外,气体扩散系数还与气体通道的大小以及通过路程的长短（即土壤厚度和孔隙的弯曲度）有关.砂质土、团粒结构和疏松的土壤,粗孔多,扩散系数就大,通气就好.相反,缺乏团粒结构的土壤,扩散系数就小,通气就差.
二、土壤的通气性
土壤的通气性是指土壤允许气体通过的能力.土壤通气性的好坏主要取决于土壤中粗孔的数量.据研究,粗孔容积占土壤总容积的10%以上时,旱地作物就能正常生长.小于10%为通气不良,10%-15%为中等,15%-20%为良好.绝大多数的旱地土壤,都能满足这个要求.只有表土严重板结,结皮以及地表渍水的情况下,才有通气不良的问题.
第二节 土壤的热性质及土壤的热量平衡
作物种子的萌发,根据系的生长以及对水分、养分的吸收,都要求适宜的土温.对于大多数作物来说,温度降低到50c 以下的土层是一个作物生长障碍层.土温对土壤内微生物活动和各种化学过程以及水、气在土体内的运动都有明显影响.
土壤温度是土壤热量平衡和土壤热性质共同作用的结果.土壤的热量平衡是指土壤热量的收支平衡,是由纬度、高度、坡向、海陆分布以及其它地表条件决定的.土壤的热性质包括热容量、导热率热扩散率,它们主要决定于土壤物质组分.
一、土壤热量的来源
（一）太阳的辐射能
土壤热量的最基本来源是太阳的辐射能.地球仅能获得太阳辐射能的极少部分（约1/20万）,但比地球从其它方面所获得的总能量要大数千倍.其中99%的太阳能包含在0.3-0.4um短波辐射的波长的内,当太阳辐射通过大气层时,其热量一部分被大气散射,一部分被云层和地面反射,辐射击能大衰减,土壤吸收其中的一部分(包括衰减后的太阳
直射辐射和经大气多次散射到达地面的散射两部分,两者之和叫太阳总辐射).除此大气中水汽和二氧化碳的较强的吸收长波辐射的能力,致使近地层大气变暖.大气同样也产生长波辐射.射回地面的这种长波辐射称为大气逆辐射.对于地面来说,它也是土壤热量的一种收入.地面收入和支出的辐射能量差额,成为地面辐射平衡.
（二）生物热
微生物分解有机物质的过程是一个放热过程.释放的热量,一部分被微生物作为能源利用,而大部分可用来提高土壤温度.由于土壤有机质质量分数一般不多,故所起作用很有限.农业生产中,在保护地蔬菜栽培或早春育秧时,施用有机肥,并添加热性物质,如半腐熟的马粪等,秒是利用有机物分解释放热量提高土温,促进植物生长或幼苗早发快长.
（三）地球内热
由于地壳的传热能力很差,每平方厘米地面全年从地球内部获得热量不高过226J,从地层的20m深处往下,每深入20-40m,温度才能增加10c,对土壤温度的影响极小,但在地热异常地区,如温泉、火山口附近这个因素是不可忽视的.
二、土壤的热性质
土壤在接受或散失一定的热量后所引起的土温升高或降低的多少,快慢主要取决于土壤的下列热特性.
（一）土壤热容量
土壤热容量是指单位质量或单位容积的土壤,温度每升高10c（或降低10c）所需热量的焦（耳）数.前者为重（质）量热容量（c）,单位为每焦/克.开；后者为容积热量（cv）,单位是焦/厘米3.开.c和cv的关系如下：
cv=c*pb
土壤热容量的数值,与土壤三相物质组成比例以及处相的热容量有密切关系.土壤各组分的热容量见表5-2,水的热容量是土壤空气的3000多倍；矿质土粒的热容量,虽因化学成分和颗粒粗细有所不同,但它们之间的差异不大.