第四节土壤与环境的空气交换一、土壤空气含量和组成soilaircontent(v%)=totalporosity(%)-soilwatercontent(v%)二、土壤通气性总压力梯度的产生：气压变化、温度梯度、土壤表层风力、降水或灌溉等。土壤空气对流方程：空气对流量随土壤透气率和气压梯度增加而增大在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压梯度，驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。是土壤与大气交换的主要机制。扩散公式——Ficklaw：qd——扩散通量(单位时间通过单位面积扩散的质量)dc/dx--浓度梯度；“-”—表示方向D--扩散系数(面积/时间)扩散通量(qd)与其扩散系数(D)和浓度梯度(dc/dx)或分压梯度(dp/dx)成正比。浓度梯度是不易控制因素，所以只有调整扩散系数D来控制气体扩散通量。D0--自由空气中的扩散系数S--未被水分占据的孔隙度l--土层厚度le--气体分子扩散通过的实际长度l/le和S的值都小于1结构良好土壤中，气体在团聚体间大孔隙间扩散，而团聚体内小孔隙则较长时间保持或接近水饱和状态，限制团聚体内部通气性状。所以紧实大团块，即使周围大孔隙通气良好，在团块内部仍可能是缺氧。所以通气良好的旱地也会有厌气性微环境。二）、影响土壤通气性的因素1、质地2、结构3、土体构型4、土壤含水量Influencedfactorsofsoilairmovementandexchange影响土壤空气运动和交换的主要因素三）、土壤通气指标1、气体扩散系数2、土壤呼吸商3、土壤通气量4、通气孔隙度5、土壤氧化还原电位总孔隙度50～55%或60%，其中通气孔度要求8～10%，最好15～20%。使土壤有一定保水能力又可透水通气。单位时间通过单位断面的CO2数量土壤呼吸强度不仅作为土壤通气指标，而且是反映土壤肥力状况的一个综合指标。三、土壤氧化还原状况土壤氧化还原体系的特点CharacteristicsofredoxsystemsinsoilsＯ２是主要氧化剂:在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。SOM(特别是新鲜有机物)是还原剂:土壤缺Ｏ２条件下，将氧化物转化为还原态。土壤氧化还原体系可分为无机体系和有机体系:无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。二）、土壤氧化还原反应有机碳易丢失电子，是土壤中最重要还原剂。氧气最易接受电子，是土壤中最重要氧化剂。三）、土壤氧化还原电位EhEh变化范围：1、旱地：400~700mV<400mV通气不良，缺氧，积累还原物，抑制生长>700mV有机质矿化速率快，土壤肥力下降2、水田：氧化层土壤250~400mV耕作层-200mV100~200mV氧化层300~400mV通常把Eh值300mV作为土壤氧化还原状况的分界线，Eh＞300mV时土壤呈氧化状态，＜300mV时的土壤呈还原状态。Eh值过高或过低都对植物生长不利。当Eh＞750mV时，土壤中好气条件太强，有机质分解过旺，易造成养分的大量损失。而Fe、Mn完全以高价化合物的形式存在，溶解度极小，植物易造成缺Fe而发生“失绿病”，也会因缺Mn而发生“灰斑”、“白斑”病。当m值＜200mV时，Fe、Mn化合物呈还原态，土壤溶液中Fe2+浓度高，会使水稻田秧苗中毒。我国南方有些地区，水稻受害的水溶态Fe2+的临界浓度为50～100mg/kg。随着Fe、Mn的还原，土壤颜色由红棕、黄褐色变为青灰色。当Eh值降为负值后，某些土壤可能出现H2S，对作物产生毒害。水田大量施用绿肥或有机肥后，在高温淹水嫌气条件下，使水稻根系变黑，土壤发出臭味，这主要是由于Fe2+与S2-化合生成FeS沉淀附着在根的表面呈黑色所致。土壤中的硝化过程及硝酸盐的累积是在Eh值很高的好气条件下进行的。土壤通气不良，引起Eh下降和反硝化过程的发展。影响Eh的因素：1、土壤通气状况2、生物过程3、有机质4、土壤中氧化剂含量Eh=-59pH四、土壤通气和氧还状况对土壤功能的影响三）、还原条件的毒害问题1、有机酸/醛2、亚硝酸根积累3、Fe2+、Mn2+4、S2-、H2S气温低，地面裸露时，地面辐射增强，随着高度增季节性降水、积水，干湿交替Eh随pH升高而降低，每单位pH引起的Eh变化为59mV(25℃）。土壤空气与植物生长Effectofsoilaironplantgrowth以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值吸收热量增多，所以高山土温比气温高。地面辐射平衡Radiationbala