第六章 土壤空气和热量状况

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第六章 土壤空气和热量状况

第一节 土壤空气

一、土壤空气的组成

    在土壤固、液、气三相体系中，土壤空气存在于土体内未被水分占据的空隙中，所以土壤空气含量随土壤含水量而变化。对于通气良好的土壤，其空气组成接近于大气，若通气不良，则土壤空气组成与大气有明显的差异。大气与土壤空气组成见

表06－01 土壤空气与大气组成的差异。

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    土壤空气与近地表大气的组成，其差别主要有以下几点：

①土壤空气中的CO2含量高于大气 其主要原因在于土壤中生物活动，有机质的分解和根的呼吸作用能释放出大量的CO2。
②土壤空气中的O2含量低于大气 其主要原因在于微生物和根系的呼吸作用必须消耗O2，土壤微生物活动越旺盛则O2被消耗的愈多，O2含量愈低，相应的CO2含量越高。
③土壤空气中水汽含量一般高于大气 除了表层干燥土壤外，土壤空气的湿度一般均在99%以上，处于水汽饱和状态，而大气中只有下雨天才能达到如此高的值。
④土壤空气中含有较多的还原性气体 当土壤通气不良时，土壤中O2含量下降，微生物对有机质进行厌气性分解，产生大量的还原性气体，如CH4，H2等，而大气中一般还原性气体极少。

    土壤空气的组成不是固定不变的，影响土壤空气变化的因素很多，如土壤水分、土壤生物活动、土壤深度、土壤温度、pH值，季节变化及栽培措施等。表06－02是北京农业大学在膜覆盖棉田上测定的土壤空气中O2与CO2的含量。

表06－02 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量* *土壤空气含量单位为%

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    一般来说，随着土壤深度增加，土壤空气中CO2含量增加，O2含量减少，其含量是相互消长的，两者之和总维持在19－22％之间，如图06－01所示。随土壤温度升高，土壤空气中CO2含量增加。从春到夏，土壤空气中CO2含量逐渐增加，而冬季表土中CO2含量最少。主要原因是因为土温升高，微生物和根系的呼吸作用加强而释放出更多CO2。覆膜田块的CO2含量明显高于未覆盖的土壤，而O2则反之。这是由于覆膜阻碍了土壤空气和大气的自由交换。
    另外，还有少量的土壤空气溶解于土壤水中和吸附在胶体表面，溶于土壤水中的O2对土壤的通气有较大的影响，是植物根系和微生物呼吸作用的直接的O2源。如水稻下渗水携带O2是水田O2的主要来源，对改善水田的通气性起重要作用，而溶解在土壤水中O2的多少，决定土壤的氧化还原电位的高低和氧化还原反应的过程。溶解在水中的CO2也有多方面的重要性，特别是与土壤的pH和土壤矿物质的溶解度有关。

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二、土壤空气的运动

    土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。影响土壤空气运动的因素有气象因素、土壤性质及农业措施，气象因素主要有气温，气压，风力和降雨等。

（一）土壤空气的对流

    土壤空气的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称为质流。土壤与大气间的对流总是由高压区流向低压区。
    许多原因可引起土壤与大气间的压力差，从而引起土壤空气与大气的对流。如大气中的气压变化，温度梯度及土壤表面的风力。大气压力上升、一部分大气进入土壤孔隙。大气压下降，土壤空气膨胀，使得一部分土壤空气进入大气。当土壤温度高于大气温度时，土壤中空气受热上升，扩散到近地表大气中，而大气则下沉，通过土壤孔隙渗入土中，形成冷热气体的对流，使土壤空气获得更新。
    降雨或灌溉也可导致土壤空气的整体流动。当土壤接受降雨或灌溉水时，土壤含水量增加，更多的孔隙被水充塞，而把部分土壤空气排出土壤孔隙之外。反之，当土壤水减少时，大气中的新鲜空气又会进入土体的孔隙之内。在水分缓缓渗入时，土壤排出的空气数量多，但在暴雨或大水漫灌时，会有部分土壤空气来不及排出而封闭在土壤之中，这种被封闭的空气往往阻碍水分的运动。
    地面风力对土壤空气的更新也有一定的影响。另外翻耕或疏松土壤会使土壤空气增加，而农机具的压实作用使土壤孔隙度降低，土壤空气减少。

（二）土壤空气的扩散

    在土壤空气的组成中，CO2的浓度高于大气，而O2的浓度低于大气，这样就分别产生了土壤和大气之间CO2分压差。在分压梯度的作用下，驱使CO2气体分子不断从土壤中向大气扩散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气扩散，这种土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。一般情况下，扩散作用是土壤与大气交换的主要机制。
    O2和CO2在土壤中的扩散过程，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流作用，为气相扩散；而通过不同厚度水膜的扩散，则为液相扩散。
    在结构良好的土壤中，气体扩散是在团聚体间的大孔隙中迅速进行的。降雨或灌水过后，大孔隙中的水能迅速排出，形成连续的充气孔隙网。而团聚体内的小孔隙则在较长时间保持或接近水饱和状态，限制其团聚体内部的通气性状。观察表明：植物根系大多数伸展在团粒间的大孔隙中而几乎不穿过团聚体本身，只有微生物可进入团聚体内，并消耗其中的O2而影响整个土壤的通气。大而密实团块，即使其周围的大孔隙出现良好的通性状态，在团块中心则可能是缺O2的。所以，在通气良好的旱地，也会有厌气性的微环境。