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1、第四节第四节 土壤热性质土壤热性质一、土壤热量平衡一、土壤热量平衡（一）土壤热量的来源（一）土壤热量的来源1、太阳的辐射能、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，称作辐射能常数，称作太阳常数太阳常数，一般为，一般为1.9J/cm2.min。9999的太阳能包含在的太阳能包含在0.22-4.00.22-4.0微米的波长内，这一范围微米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射。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，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
2、云层和地面反射，土壤吸收其中一小部分。一部分被云层和地面反射，土壤吸收其中一小部分。2、生物热、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6.281096.99109KJ，相当于2050吨无烟煤的热量（1亩=0.1644英亩）。3、地球内热、地球内热（二）土壤表面的辐射平衡及影响因素（二）土壤表面的辐射平衡及影响因素 1 1、地面辐射平衡、地面辐射平衡 HIEa 2 2、影响地面辐射平衡的因素、影响地面辐射平衡的因素 （1 1）太阳的辐射强度）太阳的辐射强度 日照角越大日照角越大，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。，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
3、度，约相当于纬度南移在中纬度地区，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。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。比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。（2 2）地面的反射率）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、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。粗糙程度、含水状况，植被及其他覆盖物等都影响反射率。（3 3）地面有效辐射）地面有效辐射 影响地面有效辐射的因子有：影响
4、地面有效辐射的因子有：云雾、水汽和风云雾、水汽和风：云雾、水汽能强烈吸收和反：云雾、水汽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；使地面有效辐射减少；海拔高度海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高度：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；增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；地表特征地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面大，有效辐射也大；面大，有效辐射也大；地面覆盖地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、残：导热性差的物体如秸杆、草皮、
5、残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。（三）土壤热量的平衡（三）土壤热量的平衡土壤热量收支平衡可用下式表示：土壤热量收支平衡可用下式表示：S=Q S=Q P P L LE E+R+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；P 为土壤与大气层之间的湍流交换量；LE 为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加;R 为土面与土壤下层之间的热交换量。二、土壤热性质二、土壤热性质（一）土壤热容量（一）土壤热容量(soil heat capacity,soil thermal(soil heat capacity,soil ther
6、mal capacity)capacity)土壤热容量土壤热容量是指单位质量（重量）或单位容积的土壤每升是指单位质量（重量）或单位容积的土壤每升高（或降低）高（或降低）11所需要（或放出的）热量。所需要（或放出的）热量。C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量(mass heat capacity)(mass heat capacity)，单位是，单位是J Jg g-1-1-1-1。C Cv v代表容积热容量代表容积热容量(volume heat capacity)(volume heat capacity)，单位是，单位是J Jcmcm-3-3-1-1。请注意矿物质、有机质、水的两
7、种热容量值。请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。3 土壤不同组分的热容量土壤组成物质重量热容量（Jg-1c-1）容积热容量(Jcm-3c-1)粗石英砂0.7452.163高 岭 石0.9752.410石 灰0.8952.435Fe2O30.682Al2O30.908腐 殖 质1.9962.515土壤空气1.0041.25510-3土壤水分4.1844.184不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量要注意要注意C C和和CVCV之间的换算，之间的换算，C CV V=C=C来表示是不正确的，来表示是不正确的，表示土壤容重，表示土壤容重，应用下式表示应用下式表示 C=CC=Cs sMMs s+C
8、+CwwMMww+C+Ca aMMa a (3)(3)式中式中C Cs s,C,Cww,C,Ca a分别表示土壤固相、液相和气相的质量热分别表示土壤固相、液相和气相的质量热容量；容量；MMs s,M,Mww,M,Ma a分别表示单位质量土壤中固相、液相和气分别表示单位质量土壤中固相、液相和气相所占的质量相所占的质量(比例）。比例）。如果用容积热容量表示如果用容积热容量表示 C Cv v=C=CvsvsV Vs s+C+CvwvwV Vww+C+CvavaV Va a (4)(4)式中式中V Vs s,V,Vww,V,Va a分别表示单位容积土壤中固相、液相和气分别表示单位容积土壤中固相、液相和
9、气相所占的比例，相所占的比例，C Cvsvs,C,Cvwvw,C,Cvava分别表示土壤中固相、液相和气分别表示土壤中固相、液相和气相的容积热容量（比例）。相的容积热容量（比例）。土壤的容积热容量（土壤的容积热容量（Cv）可用下式表示：）可用下式表示：Cv=mCvVm+oCvVo wCvVw+aCvVa空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：为：Cv=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw(Jcm-3 C-1)对于一定土壤而言，其固相物质变化很小，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
10、以其热容量一般较低，吸收相同的热量，土温易升高，常称为“热性土”；而粘土则相反，常称为“冷性土”。（二）土壤导热率（二）土壤导热率导热性导热性:土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性质，称土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。为导热性。导热性大小用导热率表示。导热率导热率:heat conductivity,thermal conductivity:heat conductivity,thermal conductivity 在单位厚度（在单位厚度（1 1厘米）土层，温差为厘米）土层，温差为11时，每秒时，每秒钟经单位断面（钟经单位断面（1 1厘米厘米2 2
11、）通过的热量焦耳数（）通过的热量焦耳数（）。）。其单位是其单位是J.cmJ.cm-2-2.s.s-1-1.-1-1。)(/)(/2121ttATQddttATQ或 当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，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。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4.42710-2湿砂粒1.67410-2干砂粒1.67410-3泥炭6.27610-4腐殖质1.25510-2土壤水5.02110-3土壤空气2.
12、09210-4（三）土壤热扩散率（三）土壤热扩散率 土壤热扩散率土壤热扩散率 是指在标准状况下，在土层垂是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，直方向上每厘米距离内，11的温度梯度下，每秒的温度梯度下，每秒流入流入1cm1cm2 2土壤断面面积的热量，使单位体积（土壤断面面积的热量，使单位体积（1cm1cm3 3）土壤所发生的温度变化。其大小等于土壤导热率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。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。三、土壤温度（三、土壤温度（Soil temperature)Soil temperatu
13、re)（一）土壤温度的季节或月变化（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（三）地形地貌和土壤性质对土温的影响 1 1、海拔高度对土壤温度的影响、海拔高度对土壤温度的影响 在山区随着海拔高度的增加，土温还是比平地的土温低。在山区随着海拔高度的增加，土温还是比平地的土温低。2 2、坡向与坡度对土壤温度的影响、坡向与坡度对土壤温度的影响 坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤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。南水和植物覆盖度有差异，土温高低
14、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。坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。3 3、土壤的组成和性质对土壤温度的影响、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度相差2 244，园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面，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
15、木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。四、调节土壤温度的措施四、调节土壤温度的措施（一）合理选择土宜和播种时间（一）合理选择土宜和播种时间（二）耕作与施肥（二）耕作与施肥（三）灌溉与排水（三）灌溉与排水（四）遮阴或覆盖（四）遮阴或覆盖（五）应用增温保墒剂（五）应用增温保墒剂 在土壤水、气、热三因子中,水是主导因子。水多,则气少,土壤不易升温,温差小；水少,则气多,土壤易升温,温差大。所谓肥沃的土壤，不仅表现在水、气、热的绝对数量上，更重要的是决定于它们在这些错综复杂的变化中所表现出来的协调性，这种协调性是土壤肥力发展的标志，也是培肥土壤的先决条件。
16、土壤水、气、热的相互关系及其调节土壤水、气、热的相互关系及其调节1.存在于矿质土粒中的养分，能被植物直接吸收利用。2.地质大循环是植物营养元素集中积累的过程，而生物小循环是植物营养元素淋溶损失的过程。3.土壤肥力是土壤的本质特征。4.生物的出现标志着土壤形成过程的开始。5.板岩、砂岩、石灰岩、页岩都属于沉积岩。6.石英、长石、高岭石、云母均属于原生矿物。7.存在于复杂矿物土粒中的养分，主要靠水解作用得到释放。8.土体中粘粒矿物的Saf值低，说明土体淋溶弱，风化度低。9.富铝化过程是红壤和黄壤形成的主要过程。10.由于根系主要分布在耕层，所以一个土壤土质的好坏，只决定于耕作层。11.土壤发育程度愈深，受母质的影响也愈深。12.粘土的特点是发小苗不发老苗。13.砂土耕性好、施肥见效快，早春土温易上升，有“热性土”之称。14.C/N比愈大的有机残体，愈容易被微生物分解。15.土壤矿物质的化学组成，几乎包含了地球上所有的化学元素，但缺乏植物所必需的氮素。16.凡影响微生物活动的因素，均影响土壤有机质的转化。17.土粒愈细，含SiO2愈多，含其他氧化物则愈少。18.同晶置换作用主要发生在1:1型
