土壤通气性的机制是什么？

【专家解说】：.概念: 土壤通气性即土壤气体交换的性能.主要指土壤与近地面大气之间的气体交换,其次是土体内部的气体交换. 土壤和大气间的气体交换也主要是氧与二氧化碳气体的互相交换,即土壤从大气中不断获得新鲜氧气,同时向大气排出二氧化碳,使土壤空气不断得到更新.因而土壤与大气的气体交换,亦称为土壤的呼吸作用. 2.土壤通气性的意义 土壤通气性是土壤的重要特性之一,是保证土壤空气质量,使植物正常生长,微生物进行正常生命活动等不可缺少的条件. (1)土壤通气不良,会影响微生物活动,降低有机质的分解速度及养分的有效性. (2)土壤通气不良还会使土壤中的有机质分解形成氢,氢能引起富含氧的盐类以及三价铁和四价锰的化学还原作用. (3)土壤中氧少,二氧化碳多时,会使土壤酸度提高,适宜于致病霉菌的发育,易使作物感染病虫害 (4)良好的通气性是作物吸收大量水分必不可少的条件. (二)产生原因及影响因素 1,土壤通气性产生的原因 (1)整体交换:土壤空气交换也有人叫质流,对流. 主要由于近地层环境因子剧烈变迁所引起的土壤中所有空气成分沿同一个方向的流动.如:风,气压变 化,温度梯度变化,降水和灌溉的作用. (2)气体扩散:土壤中气体分子因浓度梯度或气体分压不同而产生的气体移动.土壤失出CO2 ,吸收O2,有人叫"土壤呼吸".气体扩散规律服从FicK定律 2,影响土壤通气性的因素 这是特定条件下的土壤气体更新过程.土壤气体交换要有两个基本条件:一是土壤要有足量的孔隙容许气体的进出;二是必须具有使气体进出这些孔隙的充分可能性(各气体的浓度具有差异,即具有压力梯度). (1)土壤与大气间温度和大气压的差异: (2)土壤含水量的变化: (3)土壤中空气孔隙的数量,大小及联通程度 (4)土壤与大气或相邻土层的氧和二氧化碳的浓度差 (三)通气性指标 1,土壤呼吸系数 单位时间内,单位面积的土壤表面扩散出的CO2容积对消耗O2的容积的比率.它可用来衡量土壤中生物活动的总强度. 正常情况下,土壤呼吸系数接近于1,若超过1则说明土壤通气性差. 2,土壤中氧的扩散率 每分钟内扩散通过每平方厘米土层的氧的克数(或微克数).其大小标志着土壤空气中氧的补给更新速率的快慢. 一般来说,土壤中氧的扩散率随土层深度而降低.氧扩散率降低愈快,植物根系生长的深度愈浅. 3,土壤通气量 单位时间,单位压力下,通过单位体积土壤的空气总量(CO2+O2).常用mL/(cm3·s)表示.土壤的通气量大,表明土壤通气性好. 4,土壤的通气孔隙度 由于影响气体扩散的主要因素是通气孔隙的数量,气体扩散速度(单位时间内通过土体的气体数量)与土壤通气孔隙的容积是直线函数关系,所以常用土壤中通气孔隙的百分率作为衡量通气性能好坏的指标. (四)土壤通气性的调节 土壤通气性好坏主要取决于土壤通气孔隙的多少,调节土壤通气性就要通过各种措施改善土壤孔隙状况. 1.改良土壤质地和结构 2.耕作管理 3.排水和灌溉 二,土壤的氧化还原状况 (一)土壤的氧化还原作用 土壤氧化还原作用主要是指土壤中某些无机物质的电子得失过程. 氧化反应即失去(或放出)电子的反应;还原反应则是得到(或吸收)电子的反应. 在土壤溶液中,氧化和还原反应是同时进行的. 对同一物质来说,以能吸收(得到)电子的状态存在时为氧化剂,以放出(失去)电子的状态存在时为还原剂. 土壤中氧化还原物质(除O2外) 还原态 元素 氧化态 CH4,CO C CO2 NH3,N2,NO N H2S S PH3 P Fe2+ Fe Fe3+ Mn2+ Mn Mn4+ Cu+ Cu Cu2+ (二)土壤氧化还原体系的特点 1.土壤中氧化还原体系有无机体系和有机体系两类. 2.土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应,但很大程度上是由生物参与的. 3.土壤是一个不均匀的多相体系,即使同一田块不同点位都有一定的变异,测Eh时,要选择代表性土样,最好多点测定求平均值. 4.土壤中氧化还原平衡经常变动,不同时间,空间,不同耕作管理措施等都会改变Eh值.严格地说,土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡. (三)土壤氧化还原电位 用此式可以说明土壤氧化还原电位和通气性之间定性关系,不可计算而得,因为土壤是一个多体系平衡.一般是用电极法直接测定. 在不同类型土壤中,Eh值一般变动在100~800mV之间,有时会下降到负值.通气良好的土壤表层Eh较高,沿着土壤剖面向下,Eh值逐渐降低,在地下水饱和处,土壤Eh有时为负值. 旱地土壤在田间持水量条件下Eh=200~750mV,多数为变化于300mV~400mV至600~700mV之间. 水田有时可以低到-200mv,此时,由于Fe,Mn的还原被淋溶到下层淀积,使水稻土壤发生明显的土层分化.水稻土适宜的Eh为200~400mv (四)影响氧化还原作用的因素 1.微生物的活动:消耗氧,释放CO2. 2.易分解有机的含量:有机物质分解过程是一个耗氧过程. 在一定的通气条件下,土壤中的易分解的有机愈多,耗氧也愈多,其氧化还原电位就较低. 3.土壤中易氧化和还原的无机物的含量:土壤的氧化体和硝酸盐含量高时,可使Eh值下降得较慢. 4.植物根系的代谢作用:根系呼吸和分泌物参与了氧化还原作用,水稻根系输氧,根系附近为红色的. 5.土壤的pH值:一般随pH升高而下降,下降幅度很复杂,随母质类型,气候特征不同而不同.