土壤热量.ppt

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1、2.5 2.5 土壤热量土壤热量一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源二、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三、土壤的热量平衡三、土壤的热量平衡四、土壤热性质四、土壤热性质五、地形地貌和土壤性质对土温的影响五、地形地貌和土壤性质对土温的影响六、土壤温度调节六、土壤温度调节一、土壤热量的来源一、土壤热量的来源（一）太阳的辐射能（一）太阳的辐射能 垂直于太阳光下一平方厘米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黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数），称作的辐射能常数），称作太阳太阳常数，常数，一般为一般为1.9k/cm2/min。9999的太阳能包含在的太阳能包含在

2、0.3-4.00.3-4.0微米的波长内，这一范围的微米的波长内，这一范围的波长通常称为短波辐射。波长通常称为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时，当太阳辐射通过大气层时，其热量一部分被大气吸收散其热量一部分被大气吸收散射，一部分被云层和地面反射，一部分被云层和地面反射，土壤吸收其中的一少部射，土壤吸收其中的一少部分。分。HIEa（二）生物热（二）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。（例）（三）地球内热（三）地球内热(例）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 （一）地面辐射平衡（一）地

3、面辐射平衡 太阳的辐射主要是短波辐射，太阳辐射透过大气层时，少部分直接到达地表的太阳能称为太阳直接辐射（I）。被大气散射和云层反射的太阳辐射能，通过多次的散射和反射，又将其中的一部分辐射到地球上，一般称为天空辐射能或大气辐射（H）。太阳直接辐射和大气辐射都是短波辐射。I+HI+H之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为之和为投入地面的太阳总短波辐射，又称为环球辐射环球辐射 （二）影响地面辐射平衡的因素（二）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，南坡坡地每增加一度，约

4、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。坡向的这种差异具有比北坡高。坡度越陡，坡向的温差越大。坡向的这种差异具有巨大的生态意义和农业意义。巨大的生态意义和农业意义。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

5、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：影响地面有效辐射的因子有：（1 1）云雾、水汽和风：它们能强烈吸收和反射地面）云雾、水汽和风：它们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，因而使地面有发出的长波辐射，使大气逆辐射增大，因而使地面有效辐射减少；效辐射减少；（2 2）海拔高度：空气密度、水汽、尘埃随海拔高）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；度增加而减少，大气逆辐射相应减少，有效辐射增大；（3 3）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐）地表特征：起伏、粗糙的地表比平滑表面辐射面大，有效辐射也大

6、；射面大，有效辐射也大；（4 4）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、）地面覆盖：导热性差的物体如秸杆、草皮、残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。残枝落叶等覆盖地面时，可减少地面的有效辐射。三、土壤的热量平衡三、土壤的热量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；L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加;P为土壤与大气层之间的湍流交换量；R为土面与土壤下层之间的热交换量。四、土壤热性质四、土壤热性质（一）、土壤热容量（一）、土壤热容量(soil hea

7、t capacity,soil thermal capacity)(soil heat capacity,soil thermal capacity)土壤热容量土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）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JgJg-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

8、capacity)，单位是（，单位是（JcmJcm-3-3-1-1）。）。请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值请注意矿物质、有机质、水的两种热容量值。土壤的容积热容量（土壤的容积热容量（CvCv）可用下式表示：）可用下式表示：Cv=mCvCv=mCvVm+oCvVm+oCvVo Vo wCvwCvVw+aCvVw+aCvVa (6Va (67)7)因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：因空气的热容量很小，可忽容不计，故土壤热容量可简化为：Cv=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw(JcmCv=1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw(Jcm-3-3 C C-1-1)(6)(68)8)

9、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表表6-1 6-1 不同土壤组分的热容量不同土壤组分的热容量（二）土壤导热率（二）土壤导热率导热性导热性:土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。导热性。导热性大小用导热率表示。导热率导热率:heat condu

10、ctivity,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）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

11、，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2.09210-4土壤中的问题（三）土壤的热扩散率三）土壤的热扩散率 土壤热扩散率（导温率）土壤热扩散率（导温率）是指在标准状况下，在土层垂直是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，方向上每厘米距离内，11的温的温度梯度下，每秒流入度梯度下，每秒流入1cm1cm2 2土壤断土壤断面面积的热量，使单位体积面面积的热量，使单位体

12、积（1cm1cm3 3）土壤所发生的温度变化。）土壤所发生的温度变化。其大小等于土壤导热率其大小等于土壤导热率/容积热容积热容量之比值。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。五、地形地貌和土壤性质对土温的影响五、地形地貌和土壤性质对土温的影响 (一）海拔高度对土壤温度的影响一）海拔高度对土壤温度的影响 在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。（二）坡向与坡度对土壤温度的影响（二）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

13、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。（三）土壤的组成和性质对土壤温度的影响（三）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

14、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。六、土壤温度调节六、土壤温度调节*调节土壤热量收支调节土壤热量收支调节土壤热性质调节土壤热性质1 1、耕作施肥、耕作施肥（苗期中耕，垄作，施用冷性或热性肥料）（苗期中耕，垄作，施用冷性或热性肥料）2 2、灌溉排水、灌溉排水（日排夜灌，日灌夜排，冷浸田，烂泥田）（日排夜灌，日灌夜排，冷浸田，烂泥田）3 3、覆盖和遮阴、覆盖和遮阴 大棚、稻草（早春与冬季，夏季）大棚、稻草（早春与冬季，夏季）举例？举例？思考题思考题土壤热量的主要来源有哪些？土壤热特性有哪些？各是如何定义的？它们是如何影响土壤温度变化的？举例说明土壤温度的调节方法。举例说明土壤水分、空气和温度的调节措施之间有什么联系？