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教案(章节备课)3.5 学时

章 节

第五章 土壤空气与土壤热量状况

教学目的和要求

通过本章学习,目的让学生了解土壤空气的组成的特点、 土壤空气的更新过程及其机制;阐述土壤热来源、热性质、土壤的热平衡和温度变化的规律 以及土壤空气和土壤温度对作物生长、土壤肥力的影响,在此基础上掌握土壤空气与热量状况的调节。

重 点

难 点

5 土壤空气与土壤热量状况

5.1 土壤空气及其更新

重点: 重点掌握土壤空气组成特点及土壤的通气性。

5.2 土壤热性质及土壤热量平衡

重点:土壤热来源及热性质。

难点:土壤热容量、导热率对土壤热量状况的影响及 土壤热量平衡

5.3 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响

重点:对土壤空气和热量状况的调节

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

5 土壤空气与土壤热量状况

5.1 土壤空气及其更新

学时分配: 30 分钟

教法:“ 由无气体不成土壤” 导入土壤空气与土壤的关系及土壤空气的重要性,

切入主题。

内容:

一、 土壤空气的组成特点

1 .土壤空气中的 CO 2 的质量分数高于大气

2 .土壤空气中的 O 2 质量分数低于大气

3 .土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气

4 . 土壤空气中有时有少量还原性气体

5 . 土壤空气成分随时间和空间而变化

掌握土壤空气的组成特点对了解其对作物的生长具有重要意义。

二、 土壤空气的更新(土壤空气与大气的交换)

1. 整体交换

土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素的作用下整体排出土壤,同时大气也整体进入,称整体交换。交换速度较快。

如土温高于气温,土内空气受热膨胀而被排出土壤,气压低,大气的重量减少,土壤空气被排出。

2. 气体扩散

气体扩散:它是指气体分子由浓度高(气压大)向浓度小(气压低)处移动交换速度较慢,气体扩散是气体交换的主要方式。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

2. 土壤中 O 2 的分压总是低于大气,而 CO 2 的分压总是高于大气。所以 O 2 是从大气向土壤扩散,而 CO 2 则是从土壤向大气扩散,正如人不断呼出 CO 2 和吸进 O 2 一样, 因此,土壤气体交换被称为“土壤呼吸”。

三、 土壤的通气性

土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体允许通气的能力。

土壤通气性的重要性:通气与大气的交流,不断更新其组成,使土体各部分组成趋向一致,如果土壤通 气性差,土壤中的 O 2 在短时间内可能被全部耗竭,而 CO 2 的含量随之升高,以至妨碍作物根系的呼吸。

5 . 2 土壤热性质及土壤热量平衡

学时分配: 40 分钟

教法: 由 土壤热性质及土壤热量平衡 导入土壤热量的来源。

内容:

一、土壤热量的来源

土壤温度是土壤热量状况的具体指标,它取决于土壤热量的收入和支出;当土壤接受热量时,土壤温度增高;当土壤失去热量时,土壤温度降低。

1 . 太阳的辐射能

太阳辐射能是土壤热量的主要来源,地球表面所获得的平均辐射强度为 1.9cal/cm 2 /mm , 此值又称太阳常数。

•  生物热

土壤微生物在分解有机质的过程中常放出一定的热量,但数量较少。

•  地球内热

由地球内部的岩浆传导至地表的热。但因地壳导热能力差,因此这部分热量占的比例小,但温泉附近,这一热源不可忽视。

二、 土壤的热性质

土壤接受一定的热量后,所引起的土温变化主要是由土壤本身性质所决定的。

重点掌握土壤热容量、土壤导热率、土壤热扩散率对土壤热量状况的影响。

1 .土壤热容量

是指单位重量或单位容积的土壤,当温度增或减 1 ℃ 时所需要吸收或放出的热量,一般用焦耳数表示。

土壤热容量愈大,则土温升高或降低愈慢,反之则愈快。

土壤热容量的表示方法有两种:

①土壤比热( J/g.k )

土壤比热:单位重量的土壤每增减 1 ℃ 所需要或放出的热量卡数,称为重量热容量。

② 容积热容量

单位容积土壤每增减 1 ℃ 所需要吸收或放出的热量卡数,称为容积热容量。

容积热容量与重量热容量的关系:

Cv=C×d ( Cv 不好实测,重量热容量可实测)

式中: Cv — 容积热容量 C--- 重量热容量 d- 土壤容重

土壤固、液、气三相组成的热容量差异很大。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

土壤 导热率

土壤吸收一定的热量后,除用于本身的升温外,还将热量传给临近土层。土壤传导热量的特性称土壤导热性。土壤导热性的大小用导热率衡量。

土壤导热率:指厚度为 1cm ,两端温度相差 1 ℃ 时,每秒钟通过 1cm 2 土壤断面的焦耳数。( J/cm 2 .S.K )

土壤热量的传导总是从温度高处向土温低处进行。

土壤导热率主要受含水量及松紧程度的影响。土壤导热率随含水量的增加而增加,因为含水量增加后不仅在数量上水分增加易于导热,而且水分增加后使土粒间彼此相连,增加了传热途经。,所以湿土比干土导热快。在低温时,导热率与土壤容重呈正比关系。因为容重小,孔度高,因为孔隙中空气可被认为不传热途径,所以导热率低;容重大,土粒彼此接触紧密,易于导热。一般而言,土壤含水量对土壤导热率增大的影响比容重增加的影响要显著的多。

土壤热扩散率

指标准状态下,在土层垂直方向上,每 cm 距离内有 1 ℃ 的温度梯度(即单位距离的温差),每秒钟流入 1cm 3 土壤断面面积的热量,使单位体积( 1cm 3 )土壤所发生的温度变化。

与 导热率成正比,与容积热容量成反比。

土壤导温率的大小同样取决于三相物质的比例:一般而言,土壤固相部分较稳定。土壤导温率主要取决于水和空气的比例,干土温度易上升,湿土温度不易上升。在三相中,土壤空气的导温率最高( 0.16-0.2cm 2 /S )。土粒居中( 0.05-0.010cm 2 /S ),土壤水分导温率最低。

土壤热扩散率用下式表示:

D= l /c v

l —导热率 c v —热容量

热容量不变时,导温率与导热率的增高是一致的,但如果热容量发生变化时,则二者的表现就不一致了。如当干土水分开始增加时,土壤导温率因导热率的增大而增大。但当水分增加到一定程度后,导温率反而降低。

三、土壤热平衡及其热量状况

1 .土壤热量平衡

当 土壤表面吸收辐射热后,部分以辐射形式再返回大气,另一部分传给下层土壤,以用以土壤水分蒸发的消耗,余下的热量才用于土壤本身的升温。

土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况,可用下式表示:

S=W 1 +W 2 +W 3 +R

式中: S— 土壤表面接受的太阳辐射能

W 1 — 地面辐射所损失的热量 W 2 — 土壤增稳的热量

W 3 — 土壤水分蒸发所消耗的热量 R— 其它方面所消耗的热量

一般情况下,在太阳辐射能量为一固定量的情况下,如果能减少 W 1 地面辐射能损失的能量、 W 3 土壤水分蒸发所消耗的热量和 R 土壤温度可随之增加;反之,土壤温度会降低。

农业生产中,常采用中耕松土,地表覆盖,设置风障,塑料大棚等措施以调节土壤温度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

土壤温度是土壤热量状况的具体指标,它取决于土壤热量的收入和支出;当土壤接受热量时,土壤温度增高;当土壤失去热量时,土壤温度降低。

①土壤温度的年变化

②土壤温度的日变化

3 .影响土壤热状况的因素

①天文及气象因素

②土地位置

③土壤的组成和性质

④土面状况

5 . 3 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响

学时分配: 30 分钟

教法: 由 土壤热性质及土壤热量平衡 导入土壤热量的来源。

内容:

一、 土壤空气对植物生长的影响

了解土壤空气对作物生长发育的下列五方面的影响。

影响种子的萌发

种子萌发需要吸收一定的水分和氧气、缺 O 2 会影响种子内物质的转化和代谢活动。有机质嫌气分解也会产生醛类或有机酸而妨碍种子的发芽。

2 .影响根系的发育

通气良好有利于大多数作物根系的生长,表现为根系长,颜色浅根毛多;缺 O 2 土壤中的根系则短而粗,根毛数量大量减少。研究表明:土壤空气中 O 2 浓度低于 9-10% 时,根系发育则会受到抑制;小于 5% 时,绝大部分作物的根系就停止发育。

3 .影响根系吸收功能

土壤良好的通气状况有利于根系的有氧呼吸,释放较多的能量,有利于根系对养分的吸收。

4 . 影响土壤微生物的活动和养分状况

土壤空气的数量和 O 2 的含量显著影响到微生物的活性。 O 2 供应充足时,有机质分解速度快,分解彻底,氨化过程加快,也有利于硝化过程的进行,故土壤中有效氮丰富。

土壤缺 O 2 时,则有利于反硝化作用的进行,造成氮素的损失或导致亚硝酸态氮的累积而毒害根系。

5 .影响植物生长的土壤环境状况。

二、土壤温度对植物生长的影响

了解土壤温度对作物生长发育的下列几方面的影响。

影响植物 根系 的生长发育

2-4 ℃根系开始缓慢生长, 10 ℃以上根系生长活跃,超过 30 ℃根系的生长开始受阻。 各种作物根系生长最适土温是水稻 25-30 ℃ ,冬麦和春麦 12-16 ℃ ,棉花 25-30 ℃ ,玉米 24 ℃ ,豆科作物 22-26 ℃ ,甘薯 18-19 ℃ ,成年果树根系在 7 ℃ 时活泼,至 21 ℃ 时生长最快。

2 .影响种子的发芽出苗

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

种子的发芽出苗需要适宜的土温条件,不同作物种子开始萌发的最适土温不同。

如大小麦: 1-2 ℃,棉花、水稻、高粱为 12-14 ℃,种子萌发随平均土温的提高而增加。

3 .影响的植物的营养生长与生殖生长

春麦苗期地上部分生长最好的土温为 20-24 ℃ ,后期以 12-16 ℃ 为好。

冬小麦生长最适土温较春麦低 4 ℃ 左右。

各类作物营养生长最旺盛的土温是:春麦 16-20 ℃ ,冬麦 12-16 ℃ ,玉米 24-28 ℃ ,棉花 25-35 ℃

4 .对其他肥力因素的影响,间接影响植物的生长

土温影响土壤微生物的活动 大多数土壤微生物活动最适应的温度为 15-45 ℃ , 土温适合,微生物活动旺盛,土壤有机质分解迅速而彻底,可以释放更多的有效养分以供植物的吸收利用。土温过高或过低,微生物的活性均会受到抑制。

此外,土温影响土壤的化学、物理变化过程,影响有效养分的释放。

三、 土壤空气、热量状况的调节

•  土壤空气状况的调节

①耕作

土壤耕作不仅可以蓄水保墒,而且可以改善土壤的通气性和热量状况,有利于土壤肥力的调节。

合理轮作,巧妙地利用不同茬口的土壤水分条件,对提高作物产量和减轻旱害有重要的意义。如小麦生长前期需水量多,遇干旱极易受害,应安排在底墒较好的茬口上,如玉米、马铃薯、大豆等作物上,有利于农田的水分平衡。

在平原的低洼地区,由于地下水位高或地表积水形成内涝,造成通气不良,土温降低。此时,应挖沟排水以提高地温,有利于调节通气状况。

2 .土壤热量状况的调节

①垄作

垄面与地面成 30 °— 40 °角,增大阳光入射角,垄面吸收的热量多。

中耕、深翻、镇压、培土等耕作措施通过改变土壤孔隙度实现调节土壤热量状况的。

②以水调温

水分具有较大的热容量、导热率和蒸发潜热,调节土壤的水分状况对土壤热状况有较大的作用。

③覆盖

是调节土壤温度最常用的手段之一。包括透明覆盖和非透明覆盖。

如秸秆、化学覆盖剂等,此外还有铺砂盖草等,可以起到保墒增温的效果,塑料薄膜进行地表覆盖不仅有明显的增温作用,也有一定的保墒效果。

④设置风障

寒冷多风地区设置风障能降低风速,减少地面乱流和蒸发耗热的作用,可以有效地提高地温。

四、土壤水、气、热调节的措施比较

本章总结:

•  总结本节内容,强调本节的重点、难点。

2 .布置思考题,增强学生的理解。

板书设计

5 土壤空气与土壤热量状况

5.1 土壤空气及其更新

5.1.1 土壤空气的组成特点

5.1.2 土壤空气的更新

整体交换

气体扩散

5.1.3 土壤的通气性

5 . 2 土壤热性质及土壤热量平衡

5.2.1 土壤热量的来源

太阳的辐射能; 生物热;地球内热

5.2.2 土壤的热性质

土壤热容量; 土壤 导热率;土壤热扩散率

5.2.3 土壤热平衡及其热量状况

土壤热量平衡

影响土壤热状况的因素

5.3 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响

5.3.1 土壤空气对植物生长的影响

5.3.2 土壤温度对植物生长的影响

5.3.3 土壤空气、热量状况的调节

土壤空气状况的调节

土壤热量状况的调节

思考题

1. 与大气组成相比,土壤空气有哪些特点?

2. 简述土壤空气更新的方式及其影响因素。

3. 土壤热特性包括哪些?这些因素对土壤热状况有何影响?

4. 如何调节土壤的热量状况?

5. 土壤空气及温度对植物生长有何影响?

6. 如何综合调节土壤水、气、热状况?

主要参考资料

1. 王荫槐 . 土壤肥料学 . 北京:中国农业出版社, 1992

2. 林成谷 . 土壤学 . (北方本,第二版 . 北京:农业出版社, 1996

3 . 黄昌勇 . 土壤学 . 北京:农业出版社, 2000

4 .侯光炯 . 土壤学(南方本,第二版) . 北京:农业出版社, 1992

课后自我总结分析

1. 增加提问的比例,以调动学生的积极性。

2. 课后总结。

3. 鼓励学生多看参考文献,拓宽知识面。


天津农学院农学系e农工作室© 2004