อุณหภูมิดินและการระบายอากาศในดิน

อุณหภูมิดินและการระบายอากาศในดินเป็นองค์ประกอบด้านความร้อนและก๊าซของสภาพแวดล้อมในดิน ซึ่งควบคุมอัตราของกระบวนการทางชีวภาพและเคมี รวมถึงการจัดหาออกซิเจนให้กับรากพืชและจุลินทรีย์

Definition

อุณหภูมิดินคือสถานะทางความร้อนของดินที่เกิดจากการแลกเปลี่ยนพลังงานที่ผิวดินและการนำความร้อนผ่านชั้นดิน ส่วนการระบายอากาศในดินคือการแลกเปลี่ยนออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอื่นๆ ระหว่างช่องว่างในดินกับบรรยากาศ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงสมดุลความร้อนและคุณสมบัติทางความร้อนที่กำหนดระบบอุณหภูมิของดิน องค์ประกอบและการแลกเปลี่ยนอากาศในดิน และความเชื่อมโยงระหว่างการระบายอากาศ ปริมาณน้ำ และสถานะรีดอกซ์ของดิน โดยจะกล่าวถึงเฟสก๊าซและความร้อนที่เติมเต็มภาพทางกายภาพของดินควบคู่ไปกับน้ำ

Core questions

• อะไรเป็นตัวควบคุมระบบอุณหภูมิของดินตลอดทั้งวันและตลอดทั้งปี?
• องค์ประกอบของอากาศในดินคืออะไร และมีการแลกเปลี่ยนกับบรรยากาศอย่างไร?
• ปริมาณน้ำควบคุมการระบายอากาศและการจัดหาออกซิเจนได้อย่างไร?
• อุณหภูมิและการระบายอากาศส่งผลต่อกระบวนการทางชีวภาพและเคมีอย่างไร?

Key concepts

• สมดุลพลังงานที่ผิวดิน
• การนำความร้อนและความจุความร้อน
• ระบบอุณหภูมิของดิน
• องค์ประกอบของอากาศในดิน
• การแพร่ของก๊าซและปริมาณรูพรุนที่เต็มไปด้วยอากาศ
• การระบายอากาศ การมีน้ำขัง และรีดอกซ์

Key theories

สมดุลความร้อนและการนำความร้อนในดิน

อุณหภูมิดินถูกกำหนดโดยสมดุลพลังงานที่ผิวดินและการนำความร้อนเข้าสู่ชั้นดิน โดยการนำความร้อนและความจุความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำอย่างมาก ดังนั้นดินที่เปียกจะร้อนขึ้นและเย็นลงช้ากว่า

การระบายอากาศและการแพร่ของก๊าซ

ออกซิเจนไปถึงรากพืชและจุลินทรีย์ส่วนใหญ่โดยการแพร่ผ่านช่องว่างที่เต็มไปด้วยอากาศ ดังนั้นการระบายอากาศจึงขึ้นอยู่กับปริมาณรูพรุนและปริมาณน้ำ เมื่อช่องว่างเต็มไปด้วยน้ำ การแพร่จะหยุดลงและดินจะกลายเป็นสภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งจะเปลี่ยนสถานะรีดอกซ์ของดิน

Mechanisms

การแผ่รังสี การนำความร้อน การพาความร้อน และการแลกเปลี่ยนความร้อนแฝงที่ผิวดินเป็นตัวกำหนดการนำความร้อนเข้าสู่ดิน ซึ่งจะถูกนำลงไปด้านล่างและลดทอนลงและล่าช้าลงตามความลึก ทำให้เกิดคลื่นอุณหภูมิรายวันและรายฤดูกาล อากาศในดินมีคาร์บอนไดออกไซด์สูงกว่าและออกซิเจนต่ำกว่าในบรรยากาศ เนื่องจากการหายใจของรากพืชและจุลินทรีย์ ออกซิเจนจะถูกเติมเต็มส่วนใหญ่โดยการแพร่ผ่านช่องว่างที่เต็มไปด้วยอากาศ เมื่อน้ำเติมเต็มช่องว่าง การแพร่ของก๊าซจะลดลงอย่างรวดเร็ว ออกซิเจนจะหมดไป และดินจะกลายเป็นสภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งจะเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีและชีววิทยาของดิน

Clinical relevance

อุณหภูมิดินควบคุมการงอกของเมล็ด การเจริญเติบโตของราก และอัตราการหมุนเวียนของธาตุอาหาร ในขณะที่การระบายอากาศจะกำหนดว่ารากพืชและจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนมีออกซิเจนเพียงพอหรือไม่ การจัดการการระบายน้ำ การคลุมดินด้วยเศษซากพืช และการอัดแน่นของดิน เพื่อให้ดินอบอุ่นและมีการระบายอากาศที่เพียงพอจึงมีความสำคัญต่อผลผลิตพืชและการจำกัดการสูญเสีย เช่น การลดไนเตรต

History

การศึกษาเกี่ยวกับระบบความร้อนของดินอาศัยทฤษฎีการนำความร้อนแบบคลาสสิกที่นำมาประยุกต์ใช้กับสมดุลพลังงานที่ผิวดิน ในขณะที่การวิจัยเกี่ยวกับการระบายอากาศในดินเชื่อมโยงการแพร่ของก๊าซ ปริมาณน้ำ และเคมีรีดอกซ์ ซึ่งเป็นการสร้างบทบาทของเฟสก๊าซและความร้อนในการทำงานของดิน

Key figures

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

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

ทำไมดินที่มีน้ำขังจึงมีออกซิเจนต่ำ?

ออกซิเจนเข้าสู่ดินส่วนใหญ่โดยการแพร่ผ่านช่องว่างที่เต็มไปด้วยอากาศ ซึ่งเร็วกว่าการแพร่ผ่านน้ำหลายพันเท่า เมื่อช่องว่างเต็มไปด้วยน้ำ การจัดหาออกซิเจนจะหยุดลงในขณะที่การหายใจยังคงดำเนินต่อไป ดังนั้นดินจึงกลายเป็นสภาวะขาดออกซิเจนอย่างรวดเร็ว

ทำไมดินที่เปียกจึงร้อนขึ้นช้ากว่าในฤดูใบไม้ผลิ?

น้ำมีความจุความร้อนสูงและพลังงานที่เข้ามาส่วนใหญ่จะถูกใช้ไปกับการระเหยน้ำมากกว่าการเพิ่มอุณหภูมิ ดังนั้นดินที่เปียกจึงต้องการพลังงานมากกว่าในการทำให้อุ่นขึ้นและจะร้อนช้ากว่าดินที่แห้งกว่าในฤดูใบไม้ผลิ