農業氣象學導論/土壤溫度

本章目標

• 理解
  • 土壤的晝夜和季節性變化
  • 土壤溫度的測量
  • 土壤溫度在作物生產中的重要性

土壤溫度

土壤透過以下方式加熱

- 地熱過程 - 大氣過程 - 輻射過程

不同的生物物理、生物化學和微生物過程受土壤熱量/溫度控制。土壤溫度取決於土壤熱學性質和土壤質量的熱含量。

土壤的熱學性質是

a. 比熱

它是將1克土壤的溫度提高1攝氏度所需的熱量。對於粘土，它通常為0.8卡/克攝氏度。它受水分含量的影響。田間持水量 (FC) 時的比熱大於萎蔫點時的比熱。

b. 熱容

它是將1立方厘米土壤的溫度提高1攝氏度所需的熱量。熱容高的土壤升溫緩慢。它取決於土壤水分含量、土壤密度、質地、土壤特性、有機質含量和覆蓋率。用 C_v 表示。從數學上講，C_v= ρC，其中 ρ= 堆積密度，C= 比熱。在 FC 時，大多數土壤的 C_v 在 0.3 到 0.6 卡/cm₃/攝氏度之間。

c. 熱導率

它是單位時間內在單位溫度梯度下穿過單位面積的熱傳遞量。它顯示了熱傳遞的容易程度。它隨土壤的孔隙率、水分含量、質地和有機質含量而變化。乾燥沙質土壤的熱導率約為 0.00046 卡/釐米/秒/攝氏度，而含有 OM 和富含腐殖質的土壤的熱導率約為 0.00027 卡/釐米^-1/秒^-1/攝氏度。

土壤溫度的晝夜變化

當太陽輻射照射到土壤表面時，它會加熱土壤，導致地表土壤和地下土壤之間產生溫差。白天，熱量從地表土壤流向地下土壤，晚上反之。因此，剖面經歷不同的溫度變化，稱為土壤溫度的晝夜變化。土壤溫度晝夜變化的振幅隨深度迅速減小，在較深的地方更小。沙質土壤比粘土土壤的晝夜變化更大。陰天時的溫度波動不像晴天時的波動那麼快。

土壤溫度的年變化

1 月份，土壤剖面的上部處於最低溫度，土壤在較深的地方逐漸變暖。因此，熱量的淨流動是向上的。2 月至 3 月，下層仍然很冷，地表土壤變暖的速度開始加快。熱量的流動現在是向下的。整個土壤剖面在 5 月下旬或 6 月份達到最高溫度。6 月份開始降雨，土壤溫度下降，但熱量的淨流動仍然是向下的。由於降雨量大，地下水位高，6 月至 9 月的溫度變化最大。10 月開始，熱量從地下土壤向地表土壤移動，迴圈繼續。

測量

土壤溫度計用於測量土壤溫度。土壤溫度計有兩種型別

a. 接觸式：水銀溫度計、雙金屬片、恆壓或恆容溫度計、電阻溫度計、熱電偶。

b. 非接觸式：光學高溫計、全強度輻射計

土壤溫度在以下方面至關重要

1. 種子萌發
2. 根系的生理活動
3. 植物的生理和代謝活動
4. 土壤中發生的幾個物理、化學和生物過程
5. 植物病害的發生及其對植物生長的影響
6. 土壤溫度高會增加呼吸作用的速度，從而增加碳水化合物的消耗。這會減小馬鈴薯塊莖的大小。
7. 氮固定在 5-27 攝氏度的溫度範圍內較為有利。高溫會導致反硝化。
8. 微生物活動直接受土壤溫度的影響。土壤細菌在

低於 5 攝氏度時變得不活躍，通常在高於 30 攝氏度時死亡。