土壌温度と通気

土壌温度と通気は、土壌環境の熱的およびガス的要素であり、生物学的および化学的プロセスの速度、ならびに根や微生物への酸素供給を制御します。

Definition

土壌温度は、地表でのエネルギー交換とプロファイルを通じた熱伝導によって生じる土壌の熱状態であり、土壌通気は、土壌の孔隙空間と大気との間の酸素、二酸化炭素、およびその他のガスの交換です。

Scope

このトピックでは、土壌温度レジームを設定する熱収支と熱特性、土壌空気の組成と交換、および通気、水分含有量、土壌の酸化還元状態の間の関連性について扱います。水とともに土壌の物理的側面を完成させるガス相と熱相について論じます。

Core questions

• 一日および一年を通して土壌温度レジームを制御するものは何ですか？
• 土壌空気の組成は何であり、どのように大気と交換されますか？
• 水分含有量は通気と酸素供給をどのように支配しますか？
• 温度と通気は生物学的および化学的プロセスにどのように影響しますか？

Key concepts

• 土壌表面エネルギー収支
• 熱伝導率と熱容量
• 土壌温度レジーム
• 土壌空気組成
• ガス拡散と空気充填孔隙率
• 通気、湛水、および酸化還元

Key theories

土壌熱収支と伝導

土壌温度は、地表のエネルギー収支とプロファイルへの熱伝導によって設定され、熱伝導率と熱容量は水分含有量に強く依存するため、湿った土壌はよりゆっくりと暖まり、冷えます。

通気とガス拡散

酸素は主に空気で満たされた孔隙を通じた拡散によって根や微生物に到達するため、通気は孔隙率と水分含有量に依存します。孔隙が水で満たされると、拡散が崩壊し、土壌は嫌気性になり、その酸化還元状態が変化します。

Mechanisms

地表での放射、伝導、対流、および潜熱交換が土壌の熱入力設定し、これは下方へ伝導され、深さとともに減衰し遅延し、日中および季節の温度波を生成します。土壌空気は、根および微生物の呼吸により、大気よりも二酸化炭素が豊富で酸素が乏しいです。酸素は主に空気で満たされた孔隙を通じた拡散によって補充されます。水が孔隙を満たすと、ガス拡散は急激に低下し、酸素が枯渇し、土壌は嫌気性になり、その化学的および生物学的性質が変化します。

Clinical relevance

土壌温度は種子の発芽、根の成長、および栄養循環の速度を制御し、通気は根および好気性微生物が十分な酸素を持つかどうかを決定します。適切な排水、残渣被覆、および締固めの管理により、土壌を適切に暖かく通気性のある状態に保つことは、作物の生産性および脱窒などの損失を制限するために重要です。

History

土壌の熱レジームの研究は、地表のエネルギー収支に適用される古典的な熱伝導理論に基づいており、土壌通気に関する研究は、ガス拡散、水分含有量、および酸化還元化学を結びつけ、土壌機能におけるガス相と熱相の役割を確立しました。

Key figures

• Daniel Hillel
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

湛水土壌はなぜ酸素が少なくなるのですか？

酸素は主に空気で満たされた孔隙を通じた拡散によって土壌に到達しますが、これは水中での拡散よりも数千倍速いです。孔隙が水で満たされると、呼吸は続くものの酸素供給が崩壊するため、土壌は急速に嫌気性になります。

湿った土壌は春に暖まるのが遅いのはなぜですか？

水は高い熱容量を持ち、入ってくるエネルギーの多くは温度を上げるのではなく蒸発に使われるため、湿った土壌は暖まるためにより多くのエネルギーを必要とし、春には乾燥した土壌よりも遅れます。