什么是土壤的热容量和导热率
土壤热容量指单位质量或原状体积土壤温度升高1℃所需的热量。土壤导热率是描述土壤传递热量的快慢,而日常情况下,人们更关心土壤温度升降的快慢。土壤温度升降的快慢一般用上坡热扩散率来表示。
土壤环境是指岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用,以及地貌、气候等诸多因素长期作用下形成的土壤的生态环境。
土壤空气温度水分光照酸碱度微生物统称土壤的什么
土壤热量状况
土壤的热特性
土壤的热能主要来源于太阳辐射,土壤微生物活动产生的生物热、土壤内各种生化反应产生的化学热和来自地球内部的地热,也能不同程度地增加土壤的热量。土壤的温度状况受环境条件和土壤的热特性的影响,土壤的热特性包括土壤的热容量和土壤的导热性能。
土壤热容量
土壤热容量指单位体积或单位重量的土壤温度增加1℃时所需的热量数,以J/(g·℃)或J/(cm3·℃)为单位表示,又称重量热容量和容积热容量。
土壤热容量的大小可以反映出土壤温度的变化难易程度。土壤热容量越大,土壤升温所需要的热量越多,土温不易升降,温差小,俗称“冷性土”,如黏土。而热容量小,土温易升降,温差大,又称“热性土,如砂土。
决定土壤热容量大小的因素主要是土壤固、液、气三相物质组成的比例,三相物质中,水的热容量最大(表81),空气的热容量最小。土壤中固相物质的重量是不变的,有孔隙中的水和空气含量经常互相消长,因此,土壤热容量经常受含水量变化而改变。含水量增加,热容量增大,含水量降低,热容量减小。越冬作物灌越冬水,炎热夏季用井水灌溉,就是利用增加土壤含水量,增大热容量,保持土温平稳,以保证作物正常生长发育的。
土壤组成成分矿物质土粒有机质水空气
重量热容量/[J/(g·℃)]0.841.84~2.014.181.00
容积热容量/[J/(cm3·℃)]0.84~1.25—4.180.00125
土壤导热性
土壤温度变化不仅决定于热量多少,热容量大小,同时还决定于土壤导热性。所谓导热性,就是指土壤传导热量的性质,其大小用导热率来度量。导热率指的是面积为1cm2,相距为1cm,温度差为1℃的两个截面,在1s内交换的热量数,单位是焦耳/(厘米·秒·度)[J/(cm·s·℃)]。土壤导热率的大小决定于土壤固、液、气三相物质的组成成分及其比例,实践证明,空气的导热率最小(表82),水的导热率约为空气的30倍,土壤中常见矿物的导热率大多为空气的100倍。由于土壤固相组成在数量上变化不大,因此,土壤导热率的变化主要受土壤含水量及土壤松紧程度影响。土壤导热率的大小,可以反映表层土壤受热后土温增加的难易程度以及土温平稳的程度。
物质名称银铜铅土壤砂粒水冰干燥土壤空气导热率/[J/(cm·s·℃)]4.603.850.350.020.0060.0240.00210.0002
土壤温度状况
土壤温度的变化
土壤温度的日变化土壤表层白天受阳光照射加热,夜间又以长波辐射形式散热,引起土壤温度和大气温度的强烈昼夜变化。从表层12cm的土温来看,早晨自日出开始土温逐渐升高,到下午两点左右达到最高,以后又逐渐下降,最低温度在天明之前5~6点(随季节变化)。表层土温日变化幅度较大,深层土温变幅较小,一般在土深30~40cm处几乎无变化。白天表层土温高于底层,晚间底层土温高于表层。
土壤温度的年变化土温和四季气温变化相似,通常全年表土最低温度出现在1月~2月,最高温出现在7月~8月。2月开始,土温开始升高,9月中旬后土温开始下降。表层土温变化较大,随着土层深度的增加,土温的年变幅逐渐减少。
影响土温变化的因素
纬度高纬度地区,由于太阳照射倾斜度大,地面单位面积上接受太阳辐射能就少、土温低。而低纬度地区,太阳直射到地面上,单位面积上接受太阳辐射能就多,故土温较高。
地形高山大气流动频繁,气温较平地低,土壤接受辐射能量强,但由于与大气热交换平衡结果,土温仍较低于平地。
坡向受阳光照射时间的影响,一般南坡、东南及西南坡光照时间长,受热多,土温高。
大气透明度白天空气干燥,杂质少(透明度高),地面吸收太阳辐射能较多,土温上升快。但晴空的夜晚,土壤散热也多,因此昼夜温差大。若是阴雨潮湿天气,情况则正相反。
地面覆盖地面覆盖物可以阻止太阳直接照射,同时也减少地面因蒸发而损失的热能,霜冻前,地面增加覆盖物可保土温不骤降,冬季积雪也有保温作用。地膜覆盖,即不阻碍太阳直接照射,又能减少热量损失,是增高土温的最有效措施。土壤颜色深色物质吸热快,向下散热也多,初春菜畦撒上草木灰可以提高土温。
土壤质地砂土持水量低,疏松多孔,空气孔隙多,土壤导热率低,表土受热后向下传导慢,热容量小,地表增温快,且温差较大,所以早春砂性土可较一般地提早播种。黏性土与砂土正相反,春天播种要向后推迟。
土壤松紧与孔隙状况疏松多孔的土壤导热率低,表层土温受热上升快。表土紧实、孔隙少,土壤导热率大,土温上升慢。
土壤温度的调节
土壤温度与作物生长及土壤肥力有着极为密切的关系。土温影响着种子萌发及根系生长,土温变化对矿物风化、微生物活动和有机养分转化等也产生重大影响。为适应作物生长需要及提高肥力,土壤温度要进行人为地调节,主要是通过改变土壤热特性来改善土温状况。
排水散墒
动脑筋:“早耪地、涝浇园”是生产上常用的方法,理论依据是什么?
地势低洼,土壤过于潮湿,地温较低,只有排除积水与降低地下水位才能提高地温。黏重土壤,雨季滞涝也应采取排水措施,还要搞好中耕散墒,它能使土壤热容量和导热率降低,有利于提高地温。
灌溉
灌水可增加土壤湿度,从而提高土壤热容量,使土温平稳。冬前灌水可防止寒潮危害。
向阳垄作
起垄种植,白天可提高对太阳辐射能的吸收,提高表层土壤温度。
温室效果
利用玻璃、透明塑料薄膜等建立温室或塑料大棚,既能透过太阳辐射,又能阻止因地温升高所产生的长波辐射透出,同时避免冷空气的直接袭击,可以提高地温,此法多用于苗床和蔬菜栽培。
覆盖
利用秸秆、草席、草帘等覆盖地面,可减少土壤蒸发与散热,防止地温下降,抵抗冷空气侵袭。利用马粪、半腐熟肥覆盖地面,也能起到提高地温的作用。
风障栽培与防风林
风障和防风林能使风速降低,气流流动减少,减少土壤与冷空气的热量交换,从而防止土温下降,风障在蔬菜栽培中采用较多。
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