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第 五 章 土壤水、热、气、肥及其相互关系

第 五 章 土壤水、热、气、肥及其相互关系. 土壤水、热、气、肥 4 大因素 ： 各有其独立的运动发展变化规律 各自与环境状况息息相关 共存于土壤体系中，相互联系、相 互制约的。. 第 一 节 土壤热性质. 1- 土壤的热量来源 土壤热量主要来自 4 个方面，太阳辐射能、地热、生物热和化学热。 1-1 太阳辐射： 任何物体，温度高于绝对零度 ( － 273 ℃) 时 , 都要以电磁波的方式向外辐射能量。

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第 五 章 土壤水、热、气、肥及其相互关系

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  1. 第 五 章 土壤水、热、气、肥及其相互关系 • 土壤水、热、气、肥4大因素 ： 各有其独立的运动发展变化规律 各自与环境状况息息相关 共存于土壤体系中，相互联系、相 互制约的。

  2. 第 一 节 土壤热性质 • 1- 土壤的热量来源 土壤热量主要来自4个方面，太阳辐射能、地热、生物热和化学热。 1-1 太阳辐射： 任何物体，温度高于绝对零度 (－273 ℃) 时, 都要以电磁波的方式向外辐射能量。 太阳表面温度高达6000 ℃, 它要以电磁波的方式向外辐射大量能量, 这种能量是土壤热量的主要来源, 一般每cm2每分钟可得到1.9 卡的热量.

  3. 1-2 地热: 地核温度约5000 ℃左右, 要向外传导热量, 由于地壳导热率很低, 传导的热量很少, 每年每平方米约54卡左右. 由于总量少, 对土温的影响很小, 一般可忽略不计。

  4. 1-3 生物热: • 微生物分解有机质是一个放热的过程, 一般情况下, 总量也很小, 对土温的影响小, 但在生产中有特殊的作用, 。 • 早春土温过低时, 不利于作物种子的萌发, 可大量施用羊粪, 马粪等含水少的有机肥, 利用其分解释放的热来提高土温, 加速作物种子的萌发.

  5. 1-4 化学热 ： 土壤中, 一些化学反应也是放热的过程, 但数量极少, 对土温几乎没有影响.

  6. 2 . 土壤的热性质 土壤的热性质是指土壤对光和热的反应特点. 包括土壤的吸热性、散热性、热容量、及导热率.

  7. 2-1 土壤吸热性 • 指土壤对太阳辐射能的吸收能力. • 表示方法: 吸收率 = 1 － 反射率 地表反射光强度 • 反射率 = —————————— ( % ) 到达地表辐射强度

  8. 影响因素 : 土表颜色 颜色愈深, 吸热性愈强, 反之, 愈弱. 土壤含水量 含水量愈高, 吸热性愈强. 土表状况 粗糙土表反射光弱, 吸热强： 平坦土表反射光强，吸热弱。

  9. 2-2 土壤散热性 • 土壤散失热量的能力. 土壤热量散失主要与水分蒸发, 土壤辐射, 和大气逆辐射有关. 水分蒸发: 蒸发1克水分, 约需吸收580卡的热量, 所以, 随着水分的蒸发,热量即散失了.

  10. 土壤辐射: 由于土壤的温度也高于绝对零度, 故土壤本身也要以电磁波的方式向外辐射能量, 这种辐射,使土壤热量减少, 土温降低。 大气逆辐射: 近地层大气得到土壤辐射后, 温度升高, 高于绝对零度, 也要以电磁波的方式向周围辐射能量, 其中有部分返还地表, 返还地表的这部分大气辐射就称为大气逆辐射, 它使土壤热量增加, 温度提高.

  11. 土壤实际辐射损失热量 == 土壤辐射 一 大气逆辐射 土壤辐射： 地面覆盖 、 地面温度 。 大气逆辐射：大气密度 、 大气温度。

  12. 2-3 土壤热容量 指单位体积的土壤, 当温度每增高或降低土1℃时，所吸收或放出的热量. 表示 : Cv 卡/ Cm3 ·度 表达的意义: 表示土壤稳温性的强弱, 热容量大的土壤, 土温升高1度需较多的热才能升高, 稳温性强, 反之, 稳温性弱.

  13. 影响因素 : 一一水气比例 土壤纯固相颗粒的Cv为0.5~0.6卡/Cm3·度 土壤空气 0.0003 卡/Cm3·度 土壤水分 1 卡/Cm3·度 一般土壤纯固相颗粒的数量比例变化不大; 而水、气比例变化很大, 且水份的热容量远大于空气的热容量,. 故水多气少的土壤Cv大, 水少气多的土壤Cv小.

  14. 热容量的生产影响： 生产中, 易积水的土壤Cv大,早春土温随气温回升慢, 不利于大春播种,称冷性土. • 持水少的土壤Cv小, 早春升温快, 有利于大春的种子萌发, 农民称热性土.

  15. 2-4 土壤导热率 表层土壤吸热后，热量要传导。 指在厚度为1CM, 面积为1平方厘米的断面上, 当温度相差1℃时每秒钟通过的热量. 表示方法: λ卡/ 厘米·秒·度 表达意义 : 表示土壤内部传导热的能力。

  16. 导热率大的土壤, 传热快, 表土温度日变幅小, 表土与底土温差小,整个土体温度较均匀。 反之, 表土温日变幅大, 表土与底土温差大, 整个土体的温度差异大。

  17. 影响因素 土壤纯固体颗粒的导热率 0.005卡/厘米·秒·度 土壤空气 0.000055卡/厘米·秒·度 土壤水分 0.0013卡/厘米·秒·度 a. 主要受紧实度影响, 土壤越紧实, 由固相导热, 导热率高. b. 受土壤水气比例的影响, 水多气少, 土壤的导热率大.

  18. 3. 土温的变化规律及其影响因素: 土温的变化规律－－昼夜变化；年变化。 昼夜变化： （由于表土白天吸热，夜晚散热） 表土的最高温度在下午1~2点，最低温度出现在早晨太阳出来之前，约6~8点。 底土的最高温度和最低温度的出现时间均落后于表土，且随深度增加变幅减小，在35~100厘米处消失。

  19. 年变化 － （太阳辐射能的季节变化） 呈现两个阶段, 升温阶段, 2~7月; 降温阶段, 8~1月; 最高温7月, 最低温1月. 随土层加深年变幅也减小, 在5~20米处消失.

  20. 影响土温的因素： 一切影响土壤热量收入或支出的因素最终都将影响土壤温度的高低, 可分为环境因素和土壤内部因素两大类. 环境因素: a. 土壤所处的纬度 随着纬度的增加, 太阳入射角减小, 单位面积土壤得到的太阳辐射能减少, 故纬度越高, 土温越低.

  21. b. 土壤所处的海拔 一般来说, 海拔每升高100米, 温度降低0.5~0.6度, ≥10 ℃的积温减少150~ 200 ℃ /年. 海拔越高，土温越低。 ( 原因 主要是海拔升高, 大气温度下降, 密度减小, 大气逆辐射减弱 )

  22. c. 土壤所处的坡向 在北半球 , 南坡向阳, 太阳入射角大, 单位面积土壤得到的辐射能多, 土温高. 北坡属阴坡, 得到的辐射能少. 一般南坡土温比北坡高5~7 ℃左右。

  23. d.土表是否有覆盖 土表覆盖一方面减少土壤得到的太阳辐射能, 使土温不易提高; 另一方面又可阻止土壤辐射, 减少热量损失, 使土温不易降低. 所以, 覆盖的综合效果是使土温变幅减小, 与裸地相比, 最高温下降, 最低温提高.

  24. 土壤内部因素: a. 土壤水气比例 若土壤水多气少, 热容量大, 导热率高, 土温不易升降而趋稳定, 变幅小. 若土壤水少气多, 热容量小, 导热率低, 土温易急剧升降不稳定, 变幅大. 生产中, 这两种情况都不好, 应控制水气比例来调节土温在一个恰当范围.

  25. b. 表土颜色 深色土吸热多土温高; 浅色土吸热少土温低. c. 有机质含量 有机质对土温有两个作用相反的影响： 一方面颜色深, 增加土壤吸热使土温提高; 另一方面, 增加土壤蓄水使土温不易提高. 高寒山区土温过低是生产中的主要矛盾, 要注意控制土壤有机质含量.

  26. 4. 土壤温度对农业生产和土壤肥力的影响 a. 影响作物类型的分布: 土壤温度与气温是一体的, 宏观地控制着大范围的作物类型的分布. 作物按其对温度的要求的差异, 可分为热带作物、亚热带作物、温带作物, 寒带作物等. 这是作物长期感受气温和土温的结果. 气温、土温高，生物生长量大，有利于农业生产。 在引种时，要注意引种类型与当地气温和土温的适应性。

  27. b. 影响作物根系的生长: 根系生长在土壤中, 对土温要求较高, 一般在： 10一30 ℃的范围内, 随着温度的提高, 根系生长加快, 吸收能力增强 2一10℃时, 随着温度的提高, 根系生长缓慢加快, 吸收能力略有增强 < 2 ℃ 时, 根系停止生长, 无吸收能力; > 30 ℃时, 根系生长过旺, 根系易老化. 所以, 根系良好的生长, 需要一个较高而适宜的土壤温度.

  28. c.影响作物种子的萌发: 种子萌发都有一个最低温度和最适温度的要求, 多数作物种子萌发最适温度在20~25 ℃ 左右, 过高或过低, 都将影响种子内的物质转化, 降低发芽率, 也要影响作物后期的生长. 故种子萌发也要求一个较高而适宜的土壤温度.

  29. d. 影响肥力其它三要素的运转: 土温的高低是土壤能量状态高低的一个标志, 将影响土壤水、气、肥的状态和运行： • 水: • 土温高, 毛管水的运动速度加快, 土壤供水力提高. • 气: • 土温高, 水分蒸发加快, 土壤通气性增强, 土体内氧气含量提高. • 肥: • 土温高, 微生物活性提高, 有机质分解加快, 有效养分增多.

  30. 5. 土壤温度的农业调节： 调节目的: a、提高土温, 控制土温在一个恰当的范围, 以有利于提高土壤肥力, 促进农业生产. b. 针对生产要求, 在早春晚秋时, 防止霜冻, 要提高土温 ; 炎热夏季, 防止热害,要降低土温.

  31. 调节措施: • a. 适时翻耕 翻耕可改变土壤松紧度和水气比例, 降低热容量和导热率, 利于提高土温. b. 合理排灌 灌水, 降低土温; 排水, 提高土温. 早春时, 可排水晒田, 日排夜灌提高土温; 炎夏则日灌夜排, 降低土温.

  32. c. 合理施肥 冷性土施热性肥 (含水少的有机肥, 如羊粪、马粪等); 热性土施冷性肥. d. 土表覆盖, 地膜覆盖, 土壤遮荫, 喷施增温保墒剂等, 都可调节土温.

  33. 第 二 节 土壤水份 • 土壤水分即土体中所含有的各种水分。 • 1、大气降水: 雨, 雪, 霜, 冰雹, 地面水汽凝结等. 2、人工灌溉水, 自然流水. 3、地下水: 不是每种土壤都有,只有地下水位高, 能达到耕作层的, 才能成为土壤水分.

  34. 1 . 土壤水分的类型、性质： 固态水 吸湿水 土壤水分 气态水 束缚水 液态水 膜状水 毛管水 自由水 重力水

  35. 1.1固态水: • 当土温低于零度时,液态水结冰成为固态水. • 并非每种土壤都有,南方山区土壤有一些季节性固态水存在. 对植物来说属于无效水,形成时,对植物根系产生冻害损伤.

  36. 1.2气态水: • 以水汽形态存在于土壤孔隙中的水分,也可归为土壤空气的组成份,数量少,约占土壤重量的10万分之一以下. 气态水很少被植物直接吸收利用, 须凝结为液态水后才能被植物大量吸收 .它的有效性有一个凝结转化的过程.

  37. 1.3液态水: • 以液体形态存在于土壤中的水分. 根椐存在方式的不同又分为束缚水和 自由水. • 1.3.1束缚水: 被土壤固相紧密吸附在土壤中不能自由移动的水分. 根椐吸附松紧的不同又分为吸湿水和膜状水两类.

  38. 1.3.1.1吸湿水: 干燥的土粒由于分子引力和静电引力的存在而从空气中吸收水份的性质称为吸湿性，所紧密吸附的水分就称为吸湿水. 特点: <1>.吸湿水的数量与大气温、湿度有关, 大气温度愈低、湿度愈大, 吸湿量愈大; 也与质地有关,质地愈重,吸湿性愈强,吸湿量也愈大.

  39. <2>.吸湿水受土粒引力极大{31～10000个大气压},无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动,与土粒作整体运动.<2>.吸湿水受土粒引力极大{31～10000个大气压},无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动,与土粒作整体运动. 同时,植物根系的根吸力一般只有10～20个大气压,所以吸湿水不能被一般植物吸收利用. <3>.吸湿水达到最高含量时,称为土壤的最大吸湿量,也称为吸湿系数.其值大小说明土壤潜在的保持无效水分的能力. {一般 2×吸湿系数=无效孔隙(%) }

  40. 1.3.1.2膜状水: 由于吸湿性的存在,所松散吸附的水份称为膜状水. 特点: <1>.膜状水的数量多少也与土壤质地有关,质地越重,膜状水越多. <2>.膜状水受固相引力的吸附较弱,一般为6.25～31个大气压,在土壤中可极缓慢的移动,(0.2～0.4mm/时 )。 由于速度太慢,远远不能满足植物对水分的需求,所以仍归为束缚水.并且部分可被植物吸收利用,另一部分成为无效水.

  41. <3>.膜状水达到最高含量时,称为土壤的最大分子持水量,其值大小也说明土壤潜在的保持无效水份的能力.<3>.膜状水达到最高含量时,称为土壤的最大分子持水量,其值大小也说明土壤潜在的保持无效水份的能力. 注意: 由于膜状水的吸力为31～6.25个大气压. 一般作物的根吸力为10～20个大气压. 所以膜状水还未消耗完时,植物就会出现缺水萎焉,所以,生产中有萎焉系数的概念. 萎焉系数: 植物出现永久萎焉时,土壤的含水量. 萎焉系数是某种作物在某种土壤上的有效水含量下限.

  42. 1.3.2自由水: 在土体中, 能够自由移动的水份就称为自由水. 又可分为毛管水和重力水. • 1.3.2.1毛管水: • 存在于毛管孔隙中借助于毛管引力保存于土体中的水份. • 特点: <1>.毛管水受到的吸力约0.08～6.25个大气压,在土体中可上,下,左,右地自由运动。 (一般由毛管力小的地方向毛管力大的地方运动) 所以,一般作物吸水后,根际土壤毛管力变大, 周围的毛管水向根际土壤运动,产生自动供水作用.

  43. <2>. 毛管水有较强的溶解能力,含有较多的易溶性养分,这些养分可随水被植物吸收利用. (即毛管水是植物吸收养分的媒介). • <3>.毛管水的数量受土壤质地,腐殖质含量,及结构状况的综合影响,当土壤粘沙适中,有机质丰富,结构良好时,毛管水丰富. • 此外,生产中,毛管水又可分为毛管上升水和毛管悬着水.

  44. 毛管上升水: 地下水沿毛管上升,借助毛管力保存在土体中的水分. • 特点: 与地下水有关,若地下水位低,则达不到根系层,不能被植物吸收利用,属无效水; 若地下水位过高,则长期占据根系层,对植物根系产生湿害,属有害水. 只有地下水位适当且有一定的起伏变化时,才是植物吸水的重要来源. • 毛管上升水达到最高含量时,称为土壤的最大毛管持水量,其值大小表明土壤的最大持水能力.

  45. 毛管悬着水: • 借助于毛管引力保存在土体上层中的水份 • 特点: 与地下水无关,被植物吸收后只能靠降水补充. 毛管水达到最高含量时,叫作土壤的田间持水量,其值的大小表明无地下水影响时,土壤的最大持水能力.

  46. 1.3.2.2重力水: • 当土壤的含水量超过田间持水量时, 多余的水分不被土 体所保存, 在重力的作用下向下移动, 这种水分就称为重力水. • 特点: 受重力作用只能由上往下移动,旱地不能长期贮存, 绝大部分没有机会被植物利用,若过多,则占据通气孔隙, 影响土壤通气性, 属有害水. • 水稻土中可长期贮存,且为水稻生长所必须, 是有效水.

  47. 重力水又可分为自由重力水和支持重力水. 自由重力水: 下移途中, 不受阻碍, 成为地下水的重力水称为自由重力水. 支持重力水: 下移途中, 受不透水层(粘土层)的阻碍, 长期保存在土体下部, 或侧向运动成为临时泉水的重力水.

  48. 2.土壤水份的数量表示方法: • 2.1. 土壤水分重量 • 土壤绝对含水量= ______________ ( 100%) • 干土重量 • 表示土壤含水的绝对数量.

  49. 2.2 绝对含水量 土壤相对含水量=____________ (100%) 田间持水量 表示土壤的持水程度 (含了可以保水的多少) .

  50. 2.3 水层毫米数(mm) 水层毫米数=绝对含水量 ×容重×土层厚度 . 为了将土壤含水量与降雨量或蒸发量相比较, 可采用水层的厚度来表示。

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