土壤空氣是指存在於土壤中氣體的總稱。分別以自由態存在於土壤孔隙中，以溶解態存在於土壤水中，以吸附態存在於土粒中。
基本介紹
- 中文名：土壤空氣
- 外文名：soil air
- 定義：土壤孔隙中的氣體
介紹,性質,存在的狀態,士壤室氣容量,組成,交換,擴散作用,影響,與大氣的異同,
介紹
土壤孔隙中的氣體稱為土壤空氣。土壤空氣基本上是由大氣而來，但也有少部分產生於土壤中生物化學過程。土壤空氣是土壤重要組成成分之一，對於植物生長和土壤形成有重大意義。
性質
存在的狀態
土壤空氣按其物理狀態可分為 自由態、 吸附態和溶解態三種。
自由態空氣存在於土壤孔隙中, 其容量主要決定於土粒的排列狀況及水分的含量。土粒排列的疏鬆或 緊密決 定著孔隙的容積。 疏鬆排列的孔隙容積 占 4 7.6 4 %, 而 緊密排列的僅有 2 5.95 %。這是一 個理論計算值, 而在土壤中則有很大的變異。通常是按土壤總孔隙度P=（1- 容量/比重）*100%和水分所占孔隙之差來確定空氣的容量。這部分空氣一般具有最大 的易動性和有效性, 而且隨著孔徑的減小而逐漸減弱。
吸附態空氣主要是指士壤顆粒表面吸附的空氣。 早在 1 5 5 6一1 5 5 7 年研究者就指出吸附在土壤顆粒表面的氣體是難於和土粒分 開 的。
溶解態空氣是指溶於土攘溶液 中(或水中)的氣體。氣體在水中的溶解度是隨著氣體分壓的增加和溫度的降低而增高。土壤溶液中的氣體會改變溶液的性質, 如CO2增加 則促使土集中碳酸鹽、磷酸鹽等鹽類溶解度的高。02 、H2、 N2、H2S、等氣 體對土壤溶液的 氧化還原 過程 有著亘大的影響。
對上述三種狀態的室氣的研究, 以 自由態室氣為多, 這可能是因為它在土壤和植物生命過程中起著比較重要的作 用。 其次, 溶 解態室氣在沼澤土、 水稻土以及地下水位較高的土壤中的變化常引起 人們的注意。
士壤室氣容量
這方面的工作多偏重於說明土攘的某一性質 (如土壤的結構性)或值接對植物生長發育的影響。
影響土壤室氣容量的土壤因素主耍是上壤的質地和結構性。 砂質土壤、 結構性良好的土壤和腐殖質土壤中皆含有比較多的空氣, 而土攘團粒的大小是決定土 壤室氣 容量 的重要因子。
組成
土壤室氣組成和大氣組成相近, 但在數量上卻有顯著的不同。 其中氮氣的容積百分比最高, 在一般 條件下它是不溶於水的,所以它在土攘 中的變化是極其微小的。 其次是氧氣, 它的變化很大, 一般皆低於大氣中的 含量, 但是土緩空氣 中的CO2含量卻比大氣 中高得多。
基本規律：
(l) 土壤室氣 中CO2的含量 比O2大氣 中多, 而O2 則相 反, 其變化也較大氣中大。
(2)表層(Al 層或耕作層)土壤空氣與大氣 中的組成 極為相近, 隨著深度的加深差異愈來愈大。
(3)CO2 和O2含量 的變化 成反相關, 二者之和稍低於大氣 中的含量。
(4 )CO2含量的變化隨著植物的生長 發育而逐 漸增高, 發育最盛期達 到最 高(禾本科植物是拔節期, 豆科植物是始花期 ), 以 後隨著植物的成熟而逐漸下降到最低值,O2 則相 反。
(5)CO2含量的變化隨著溫度的升高而增加, 一般在夏季(7一8 月)達到最高, 冬季最低, O2則相 反。 但是, 也有人得到與此 相反的結論, 其原因是由於土攘空氣受到地表結冰層的影響, 擴散速度降到最小, 阻隔 了土攘空氣和大氣的交換哪〕。 因此, 各類土攘所處的具體條件不同, 也是 影響土攘空氣季節性變化的重要 因 素。
(6)土壤室氣組成的變化與土壤 中生物活性 的 強弱密切相 關, 植物根系和微生物的活動有利於增加土壤空氣 中CO2的含量。
交換
影 響土壤空氣和大氣不斷相互交換的因素如下 :
(l) 氣象條件: 包 括大氣 和土 壤溫度 的 變化、空 氣壓力變化、 降雨和風 力的作用等。
(2) 土壤物理及化學性質 : 包括土壤的通氣性、空氣 容量、 土壤質地、 結構和 水分 狀況、 有機質的含量以及養分分布狀況等。
(3) 土緩生物及生物化學作用: 包括土壤微生物區系和動物 區系及其活動能 力以及植物根系呼吸作用等。
(4)人類生產活動: 包括耕作、 施肥、 灌溉、排水等制度以及其他 農業技米措施等。
上述 四類因素彼此間的關係是十分密切而不可分割的。 事實上, 對於土壤室氣與大氣的交換過程的影響是上 述因素綜合起作用的結果。 但是, 每 一因素省有其特點, 有時甚至是起主導作 用的, 而土壤室氣交換的方式卻只能是通過氣體擴散作用來實現。
擴散作用
土壤室氣運動的理論是建立在氣體分子運動學 說的基礎上 的。 根據氣體分子運動學 說, 所有氣 體分子是 向所有方向永恆運動。 組成氣體的各個成分的運動 強度是 由該種氣體2戎分在氣體組成中的濃度 (或稱分壓)所決定, 這就是氣體的擴散作 用。 土攘室氣 中CO2的含量比大氣 中多, 而O2相 反。 因此, 就必 然以擴散的方式使土壤室氣與大氣進行著不 斷的交換。
影響
土壤室氣對成土過程、 對士攘氧化還原過程、 在土壤結構形成中的作用、 對養分轉化以及對植物種子發芽和植株生長發育等方面均有影響。
對成土過程的影響
土壤室氣對土壤的化學及生物 過程的影 響較大, 因此, 土壤空氣在成土過程中起著重要的作用。 室氣溶於水, 由於氧的作用可以氧化某些礦物, 例如硫鐵礦在氧的作用下可以變成溶解態的硫酸鐵。這一過程不僅可以增加易溶性的鐵鹽, 而且還可以氧化低鐵化合物以減少對植物的危害。
對氧化還原過程及養分轉化的影響
土緩室氣在調節土壤的氧化還原條件上 具有重要的作用。 當土壤水分 趁多時, 土壤空氣 的含量 明顯下降, 氣體擴散作用大大減弱, 土壤可以在不長 的時期 由原來以氧化過程為主而轉向以還原過程為主的狀況。
一般認為, 土壤處於室氣 充足、 擴散作用較強的條件下, 有機化合物分解的最終產物為二氧化碳、 水、 稍酸、 硫酸、 磷 酸等鹽類以 及鈣、鎂、 鉀、 鐵等化合物。 這些都是可以供給植物生長發育 的營養物質。 但是, 在涌氣不良、擴散作用很弱的土攘中, 有機物質分解 的最終產物有各種還 原性化合物和有害於植物的氣體, 如 甲烷、 硫化氫、 氨、 醛類以及低價鐵和錳。 這些產物在不 同程度上皆有害於植物和土壤生物 的正常活動。
土壤中氮素化合物 的分解和轉化與外界條件的關係十分密切, 而土壤空氣狀況只是一個方面。土壤中氨化作用可以在土壤通氣的任何條件下進行, 但稍化作用井非如此, 而是需要足夠空氣 (氧)的供應。
對土壤結構形成的影響
土壤空氣 狀況對土壤肥力重要因素之一的團粒結構形成 問題的研究, 在農業生產上是很有意義的。為了恢復和提高土緩肥力, 種植多年生 牧草是很有成效 的農業措施, 因為種植多年生牧草在土壤團粒結構形成上 起著宜大的作用。
對植物生長發育的影響
土壤通氣性與植物生長發育的關係是在研究植物呼吸作用社程中逐漸明確起來的。 許 多工作證 明植物根系 (包括塊莖植物) 和地上部器官的形成皆耍求有足夠的氧氣供應, 如缺氧則生長受到抑制或停止。 但是,各類植物對土攘通氣性的要求是不相 同的, 如水生植物對氧氣的需耍就比較弱。CO2和O2的濃度 只在一定範圍內對植物生長是相 互 起 作 用的。 但從田 間實 際清況 出發, CO2濃度過 高的土壤是 極其有限的, 因此CO2和O2比較 起來其意義是 十分有限的。 同時, 僅僅考慮到濃 度還不夠, 而它在土攘 中的擴散往往比起它的絕對儂 度更加重要,這已 為許多學者所公認。
與大氣的異同
土壤空氣的組成與大氣相似，但有差別。
（1）土壤空氣中的二氧化碳含量高於大氣；
（2）土壤空氣中的氧氣含量低於大氣；
（3）土壤空氣中的相對濕度高；
（4）土壤空氣中的含有較高的還原性氣體（甲烷CH4、硫化氫H2S等）；
（5）土壤空氣的組成和數量處於變化中。
土壤空氣與大氣組成的比較（容積%）
氣體 | O2 | CO2 | N2 | 其他氣體 |
近地表空氣 | 20.94 | 0.03 | 78.05 | 0.98 |
土壤空氣 | 18.0-20.03 | 0.15-0.65 | 78.8-80.24 | 0.98 |
