8. 土壤温度.ppt

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1、3.2 土壤温度一、土壤热特性二、土壤温度的日、年变化三、土壤温波方程四、土壤的垂直分布一、土壤热特性1.热容量（Heat Capacity）2.导热率（Thermal conductivity）3.热扩散率（Thermal diffusivity）1.热容量（Heat Capacity）1)热容量：表示某物体温度变化1度时所需吸收或放出的热量，单位J/deg。2)土壤质量热容Cm（Heat capacity of soil at constant mass）：J/kg.deg。3)土壤定容热容CVs（Heat capacity of soil at constant volume）：J/m3

2、.deg。2.热导率（Thermal conductivity）土壤孔隙度对土壤热导率的影响3.热扩散率（Thermal diffusivity）（土壤导温系数）n指在一定热量收支的情况下，量度土壤温度变化快慢的一个物理量，其表达式为：沙土的热特性与土壤湿度的关系二、土壤温度的日、年变化1.日变化2.土壤温度的年变化三、土壤温波方程2.地表的温波方程3.土壤温度振幅4.土壤温度极值出现的时间四、土壤的垂直分布1.日射型2.辐射型3.过渡型3.3 温度与农业（1）它直接影响作物的生长、分布和产量（2）温度影响作物的发育速度，从而影响作物全生育期的长短及各发育期出现的早晚，而发育期出现的季节不同，

3、又会遇到不同的综合条件，发生不同的影响与后果；（3）温度影响光、水资源的利用和作物生产的安排；（4）温度还影响作物病虫害的发生和发展。一、气温与农业生产的关系 二、土温与农业的关系 三、调节温度的农业措施一、气温与农业生产的关系1.基本温度指标1)三基点温度2)农业界限温度 2.积温及其对作物生长发育的影响1)积温2)积温的稳定性1）三基点温度A.生物学温度的概念：包括三基点温度和植物受害致死温度五个基本温度指标。B.一般作物的光合作用与呼吸作用的三基点温度 生物学最低温度生物学最适温度生物学最高温度光合作用0-520-2540-50呼吸作用-1036-4050几种作物的三基点温度豌豆与温度的

4、关系2）农业界限温度n对农业生产有指示或临界意义的温度，称为农业指标温度或界限温度。农业上常用的界限温度有00C、50C、100C、150C、200C。界限温度的农业意义n0土壤冻结和解冻；农事活动开始或终止。冬小麦秋季停止生长和春季开始生长（有人采用3），冷季牧草开始生长。0以上持续日数为农耕期。n5早春作物播种；喜凉作物开始或停止生长，多数树木开始萌动。冷季牧草积极生长。5以上持续日数称生长期或生长季。n10春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。常称10以上的持续日数为喜温作物的生长期。n15喜温作物积极生长，春季棉花、花生等进入播种期，可开始采摘茶叶。稳定通过15的终日为冬小

5、麦适宜播种的日期；水稻此时已停止灌浆；热带作物将停止生长。n20水稻安全抽穗、开花的指标，热带作物正常生长界限温度资料一般可有下列用途 可以分析与对比年代间与地区间，1.稳定通过某界限温度日期的早晚，以比较其冷暖的早晚及对作物的影响；2.稳定通过相邻（或选定的）两界限温度之间的间隔日数（如春季稳定通过0日期到稳定通过5日期之间的间隔日数），以比较升温与降温的快慢缓急，分析对作物的“利”（如春季010的间隔日数较长对小麦穗分化有利）与“弊”（如秋季5 0，0-5的间隔日数太短对小麦越冬锻炼不利）等；3.春季到秋季稳定通过某界限温度日期之间的持续日数（如从春季稳定通过5到秋季稳定通过5的持续日数）

6、可作为鉴定生长季长短的标准之一，可与无霜期指标结合使用，相互补充。2.积温及其对作物生长发育的影响1）积温（Accumulated temperature）的概念：a.在其它条件满足的前提下，温度对作物发育起主导作用；b.作物开始发育要求一定的下限温度；c.作物完成发育要求一定的温度累积积温。2）活动积温与有效积温几种作物所需大于100C的活动积温3）积温在农业中的应用a.积温是作物与品种特性的重要指标之一，是引种与品种推广的重要依据；b.积温是一个地区的热量资源的主要标志之一；4）积温的稳定性（阅读）积温作为热量指标，计算方便，在农业生产上得到广泛应用，但在应用中发现，积温学说尚有不完善之处

7、。如同一种作物，完成同一生育阶段所需积温，在不同地区、不同年份、甚至不同播种期，其积温值不同，说明积温的稳定性不够理想。造成积温不稳定的原因是多方面的，其主要原因是：(a)影响作物发育的外界环境条件，不仅有气象因子还有其它因子。气象因子中除温度外，光照时间、辐照度等对发育速度也有一定影响，它们与发育速度的关系，有各自遵循的特定规律。(b)积温学说是建立在假定其它因子基本满足的条件下，温度起主导作用的这一理论基础上，在自然条件下，这一假定是难以满足的，因而影响积温的稳定性。(c)农业生物发育速度与温度的关系并非简单的线性关系，而是呈曲线关系，在下限温度以上，发育速度随温度的增高加快，在最适温度时

8、，发育速度达最大值，当温度超过最适点，过高的温度对生长发育有抑制作用，是一种非线性关系。4）积温的稳定性（阅读）(d)当气温超过三基点温度的上限时，温度对作物发育不利，但计算时并没有剔除，也造成积温的不稳定。(e)积温的计算是以日平均温度作为基础，它没有考虑每天的最高温度、最低温度对发育的影响，而它们的影响是很重要的、也是多方面的。(f)有的作物本身对光照有特殊反应，如感光性强的作物，发育速度主要与日照时间长短关系较大，而对温度的反应就不敏感。根据具体情况，积温在应用时，有时要进行一些订正，如水稻对光周期敏感，计算水稻积温时，需以光温系数加以订正。二、土温与农业的关系1.土温影响种子发芽与出苗

9、当描述温度对种子发芽、出苗的影响时，用土温做指标比用气温做指标更为确切。小麦、大麦、燕麦当土温平均为12即能萌发；棉花、水稻、高粱则需1214。土温的高低对出苗时间也有很大影响，例如冬小麦，当温度在520时，温度每升高1，达到盛苗期的时间可减少1.3 d。土温对发芽生长的影响，不仅取决于日平均温度的高低，还和土壤温度的日变化有关。2.土温与根系的生长n土温与作物根系的生长关系很密切，一般情况下，根系在24时开始微弱生长，10以上根系生长比较活跃，土温超过3035时根系生长受阻。另外，土温的高低还影响根的分布方向，Khtmar等发现大豆根系的分布和地温的关系，在低温土壤中，大豆根系横向生长，几乎

10、与地表面平行；而在高温土壤中，大豆根系却是纵向生长，能够伸向深层土壤当中，这对根系吸收土壤中的水分和养分都是十分有利的。3.土温对块茎和块根形成的影响（1）土温的高低不仅影响马铃薯的产量，还影响块茎的大小、比重、含糖量与形状等。马铃薯块茎形成最适宜的土温是15.623.9，但也有人认为17.8是块茎形成的最适宜温度，21.1对地上部营养体生长最好。土温低（8.9）则块茎个数多，但小而轻；土温适当（15.622.2）块茎个数少而薯块大；土温过高（28.9）则个数少而薯块小，块茎变成尖长型，大大减产。（2）甘薯块根着生土层（525cm）的土壤温度日较差与上下层土温的垂直梯度的大小，对块根的形成有明

11、显影响，土温日较差与土温垂直梯度大，可使块根长得较圆，反之成尖长型。昼夜温差大的砂性土壤对甘薯的块根形成较为有利。4.土温影响对水分和养分的吸收n低温减少作物根系对水分的吸收。其主要原因是，低温使根系代谢活动减弱，增加了水与原生质的粘滞性，减少了细胞质膜的透性。但是，土温过高，酶易钝化，根系代谢失调，对水分的吸收也不利。土温的高低还影响作物根系对矿物质营养的吸收。n低温可减少根系对多种矿物质营养的吸收，但对不同元素的影响程度不同。这与所遇低温的强度与时间有关系，例如水稻，以30与16短期（48h）处理做比较，低温影响对矿物质的吸收顺序是：磷、氮、硫、钾、镁、钙；如果长期（从移栽到成熟）进行冷水

12、灌溉，降低土温35，则影响大小的顺序为：镁、锰、钙、氮和磷。5.土温对昆虫的影响n很多昆虫终生生活在土壤中，如蝼蛄、蟋蟀、白蚁等，另外有很多昆虫生命过程的某些阶段是在土壤中度过的，如金龟子、金针虫、地老虎、枣尺蠖、季尺蠖等，还有很多昆虫则以某一个虫期潜入土中越冬或滞育。据统计，约有95%98%的昆虫种类，在它的某一生育时期与土壤有密切关系。因此，土温对昆虫，特别是对地下害虫的发生发展有很大作用。土温除影响昆虫发育速度和繁殖力外，还影响土栖昆虫的垂直移动。一般当秋季土温下降时，昆虫向下移动；而春季土温上升后昆虫向地表移动；夏季地表温度过高时，昆虫又下潜。昆虫在土中的潜入深度，不仅在一年中随适温区

13、的变化而不同，即使在一天中，也有一定的移动规律。如蛴螬，夏季时大多在夜间及早晨上升到土表危害作物，日中下降到土壤稍深处。掌握土壤温度的变化和土壤中昆虫垂直迁移活动的规律，就能更好地测报和防治这类害虫。三、调节温度的农业措施1.灌溉对温度的影响2.松土与镇压对土温的影响3.垄作对土温的影响4.染色剂与增温剂对温度的影响1.灌溉对温度的影响 在温暖季节与时期的灌溉可起降温作用，寒冷季节可以起保温作用，一般对10cm的土温来说，冬水保温效应可有1 左右，夏季灌溉的降温作用可达1-3，具体效应的大小，因天气、土壤、植物覆盖以及灌水量、水温与面积等条件而异。2.松土与镇压对温度的影响（1）锄地（松土）对

14、土温的影响n锄地的作用是综合的，可有增温、保墒、通气及一系列生理生态效应，仅就温度效应来说，如果锄地（包括搂地）质量高而条件适宜，可使暖季晴天土壤表层（3cm）日平均温度增高约1，最高可增加23或更多。锄地增高地温的主要原因，一是切断土壤毛细管，撤掉表墒，减少了蒸发耗热，二是使锄松的土层热容量降低，得到同样的热能而增温明显，三是锄松的土层热导率低，热量向下传导减少，而主要是用于本层增温。这样，对于锄松层以下的实土层来说，情况可能相反，即锄地可使表层增温而使下层降温，另外，白天表层增温，但由于锄松后表层热容量与热导率均小，夜间常常降温，即比未锄的地温度反而低。另外春季，特别是早春，当低土温是影响

15、作物生长的主要因素时，锄地增温对促进作物生长起着重要作用；增温、通气还可促进土壤微生物活动，加快养分的分解与供给；锄地还可以增加表层土温日较差与垂直梯度；并可使晴朗白天贴地气层的温度略有提高，可有利于作物长根发叶，制造、输送与积累有机养分。（2）镇压对土温的影响n镇压的作用与锄地相反，它能增加土壤容重，减少土壤孔隙，增加表层土壤水分，从而使土壤热容量，热导率都有增加。观察，从地表到15cm深度土壤热容量的相对数值，镇压后增大11%14%，热导率增加80%260%。土壤经镇压后，白天热量下传较快，使土壤表层在一天的高温期间有降温趋势；夜间下层热量上传较多，故在一天的低温期间可提高土温，即缓和了土

16、壤表层的温度日变化。据观测，早春测得5cm与10cm深度土温日变幅，镇压的比未镇压的小2.2。镇压过的耕地，夜间土壤表层不易结冻。此外镇压可以消灭坷垃与土壤裂缝，防止因风抽而造成越冬作物的死亡。n镇压对深层土温的影响一般与表层相反。3.垄作对土温的影响n在一年的温暖季节，垄作可以提高土壤表层温度，有利于种子发芽与幼苗生长，一般可使垄背土壤（5cm）日平均温度提高12，并可加大土温日较差。寒冷季节垄作反而降温，有的地区利用垄作秋季降温作用来防止马铃薯退化。n暖季垄作使土壤增温的原因主要有（1）垄背的反射率比平作平均低3%，对散射辐射之吸收略高于平作。（2）垄面有一定坡度，在一定时间，对一定部位，

17、特别是靠垄顶的部位，可较多得到太阳辐射。垄顶在一定时间遮挡了垄沟的阳光，在太阳辐射的分配上垄顶多于垄沟，故使垄上增温，垄沟降温。（3）垄上土壤水分少，因而蒸发耗热较少。（4）垄上土壤水分少，可使垄上土壤热容量与热导率减小。（5）在实行免耕法的地区，前茬作物的秸秆（轧碎）可集中在垄沟，使垄背温度比平作秸秆平铺地高。4.染色剂与增温剂对温度的影响（1）染色剂 喷洒或施用黑色物质如草木灰、泥炭等，使土壤能更多吸收太阳辐射而增温，施用浅色物质如石灰、高岭土等，可反射太阳辐射而降温并缓和温度日变化。（2）增温剂 土壤增温剂是一种覆盖物，它具有保墒、增温、压碱和防止风蚀、水蚀的多种作用。其温度效应，晴天5cm深地温可增温34，中午最大可达1114多，阴天增温较少。增温原理主要是抑制了蒸发，减少了蒸发耗热。增温剂目前在我国主要用于早春水稻、棉花、蔬菜等的育苗，可使作物早出苗510 d，早移栽、早成熟，取得了良好的效果。平时测验11.大气的主要直接能量来源是什么?为什么?2.大陆性气候与海洋性气候的温度特征是什么？为什么会出现这样的差异？表3.3 自然界物质的热特性值123水稻发芽率（%）与土壤温度变幅（0C）的关系n例:湖南衡阳观测二化螟的越冬幼虫，月日化蛹，问什么时候化蛾？已知蛹的有效积温是126.90C，蛹发育的起点温度是10.8oC，预计未来一个月的日平均气温16.3oC，那么