Nhiệt độ và thông khí đất

Nhiệt độ và thông khí đất là các thành phần nhiệt và khí của môi trường đất, chi phối tốc độ của các quá trình sinh học và hóa học cũng như nguồn cung cấp oxy cho rễ và vi sinh vật.

Definition

Nhiệt độ đất là trạng thái nhiệt của đất do sự trao đổi năng lượng ở bề mặt và sự dẫn nhiệt qua phẫu diện; thông khí đất là sự trao đổi oxy, carbon dioxide và các khí khác giữa không gian lỗ rỗng của đất và khí quyển.

Scope

Chủ đề này bao gồm cân bằng nhiệt và các đặc tính nhiệt xác định chế độ nhiệt của đất, thành phần và sự trao đổi của không khí trong đất, và mối liên hệ giữa thông khí, hàm lượng nước và trạng thái oxy hóa khử của đất. Nó đề cập đến các pha khí và nhiệt hoàn thiện bức tranh vật lý của đất cùng với nước.

Core questions

• Điều gì kiểm soát chế độ nhiệt độ đất trong ngày và trong năm?
• Thành phần của không khí trong đất là gì và nó trao đổi với khí quyển như thế nào?
• Hàm lượng nước chi phối sự thông khí và cung cấp oxy như thế nào?
• Nhiệt độ và thông khí ảnh hưởng đến các quá trình sinh học và hóa học như thế nào?

Key concepts

• Cân bằng năng lượng bề mặt đất
• Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung
• Chế độ nhiệt độ đất
• Thành phần không khí trong đất
• Khuếch tán khí và độ xốp chứa đầy không khí
• Thông khí, ngập úng và oxy hóa khử

Key theories

Cân bằng nhiệt và dẫn nhiệt của đất

Nhiệt độ đất được thiết lập bởi cân bằng năng lượng bề mặt và bởi sự dẫn nhiệt vào phẫu diện, với độ dẫn nhiệt và nhiệt dung phụ thuộc mạnh vào hàm lượng nước, do đó đất ẩm nóng lên và nguội đi chậm hơn.

Thông khí và khuếch tán khí

Oxy đến rễ và vi sinh vật chủ yếu bằng cách khuếch tán qua các lỗ rỗng chứa đầy không khí, do đó sự thông khí phụ thuộc vào độ xốp và hàm lượng nước; khi các lỗ rỗng chứa đầy nước, sự khuếch tán bị đình trệ và đất trở nên yếm khí, làm thay đổi trạng thái oxy hóa khử của nó.

Mechanisms

Bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu và trao đổi nhiệt tiềm ẩn ở bề mặt thiết lập lượng nhiệt đầu vào của đất, sau đó được dẫn xuống dưới, bị suy giảm và chậm lại theo chiều sâu, tạo ra các sóng nhiệt độ hàng ngày và theo mùa. Không khí trong đất giàu carbon dioxide và nghèo oxy hơn khí quyển do hô hấp của rễ và vi sinh vật; oxy được bổ sung chủ yếu bằng cách khuếch tán qua các lỗ rỗng chứa đầy không khí. Khi nước lấp đầy các lỗ rỗng, sự khuếch tán khí giảm mạnh, oxy bị cạn kiệt và đất trở nên yếm khí, làm thay đổi hóa học và sinh học của nó.

Clinical relevance

Nhiệt độ đất kiểm soát sự nảy mầm của hạt, sự phát triển của rễ và tốc độ chu trình dinh dưỡng, trong khi thông khí quyết định liệu rễ và vi sinh vật hiếu khí có đủ oxy hay không; việc quản lý thoát nước, lớp phủ tàn dư và độ nén để giữ cho đất đủ ấm và thông thoáng là quan trọng đối với năng suất cây trồng và để hạn chế các tổn thất như quá trình khử nitrat.

History

Nghiên cứu về chế độ nhiệt của đất dựa trên lý thuyết dẫn nhiệt cổ điển được áp dụng cho cân bằng năng lượng bề mặt đất, trong khi nghiên cứu về thông khí đất liên kết sự khuếch tán khí, hàm lượng nước và hóa học oxy hóa khử, thiết lập vai trò của các pha khí và nhiệt trong chức năng của đất.

Key figures

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

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

Tại sao đất ngập úng lại thiếu oxy?

Oxy đến đất chủ yếu bằng cách khuếch tán qua các lỗ rỗng chứa đầy không khí, nhanh hơn hàng nghìn lần so với khuếch tán qua nước; khi các lỗ rỗng chứa đầy nước, nguồn cung cấp oxy bị đình trệ trong khi hô hấp vẫn tiếp tục, do đó đất nhanh chóng trở nên yếm khí.

Tại sao đất ẩm lại ấm lên chậm hơn vào mùa xuân?

Nước có nhiệt dung cao và phần lớn năng lượng đến được dùng để làm bay hơi nó hơn là làm tăng nhiệt độ, do đó đất ẩm cần nhiều năng lượng hơn để ấm lên và chậm hơn so với đất khô hơn vào mùa xuân.