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森林土壤和环境的能量交换 森林土壤环境特征有哪些

2024-04-19  来源:天气网  【字体:  

导语:微生物是森林土壤中不可或缺的一环,因为它们如同生态系统中的守护者,负责分解有机物质,促进养分的释放和循环利用,但是大家清楚森林土壤环境特征有哪些吗?那么下面就一起去看看森林土壤和环境的能量交换是什么吧!

森林土壤和环境的能量交换

森林土壤和环境的能量交换  森林土壤环境特征有哪些

土壤

土壤中的能量,主要包括热能、势能和化学能几种形式。热能主要来源于太阳辐射。势能的载体是水。化学能的载体主要是土壤有机质。土壤中的三种能量在一定的条件下可以相互转化。

1.土壤的热能

(1)土壤热能来源土壤温度是衡量土壤热量的一种尺度,主要决定于土壤热量的收支和土壤的热容量。土壤热量主要来源于太阳辐射能。土壤热量的其他来源还有土壤有机质分解释放出的热量,地球内部传出的地热和某些化学反应产生的热能等。此外,燃烧土壤有机质包括土壤枯落物及土壤微生物所能释放的热能是土壤热能的第二种形式,可用燃烧值表示。

(2)土壤热能平衡土壤表面吸收的太阳辐射能,部分以辐射形式再返回大气,部分传给下层土壤,并用于土壤水分蒸发时的消耗,余下的热量用于土壤本身的升温。土壤的热量平衡是指土壤热量在一年中的收支情况,可用下式表示:S=W1+W2+W3+R式中:S为土壤表面接收的太阳辐射能量;W1为地面辐射所损失的热量;W2为用于土壤增温的热量;W3为土壤水分蒸发所消耗的热量;R为其他方面所消耗的热量。热能在土壤中的保存,主要受土壤中三相物质的热学性质的影响。土壤的热性质主要有热容量、导热性、吸热性和散热性。

土壤热容量土壤受热而升温或失热而降温的难易程度,常用热容量表示。土壤热容量是指单位土壤物质增减1℃时所需要的热量。其中,以J/(g·℃)为单位的称为质量热容量,又称比热容;以J/(cm3·℃)为单位的称为容积热容量,是土壤容重和比热容的乘积。土壤各组成成分的热容量差别较大。从容积热容量来看,土壤水分的热容量最大,为固相部分的两倍左右,为空气的3000倍以上。因此,土壤热容量的大小主要决定于土壤水分状况。

此外,砂性土的热容量比粘土要小。土壤导热性土壤是多孔、不均匀体系。由表土所接受的热能,可经过传递到达整个土体,这种性质称为土壤的导热性,可用导热率(λ)来衡量。导热率是指厚度为1cm、两端温度相差1℃时,每秒钟通过1cm2土壤断面的热量,单位是W/(cm·℃)。土壤热总是由土温高处向土温低处传导。假设土壤两端的温度为t1和t2.土壤的厚度为d,在T时间内通过的热量为Q,土壤的断面面积为A,则导热率为:λ= - QAT)ttd/(()1 2 式中:Q/(AT)为单位时间通过单位面积(1cm2)的热量;(t1-t2)/d为单位厚度土层(1cm)两端的温差。土壤导热性的大小主要决定于土壤组成及土壤固体物质、水分和空气的三相比。土壤对热能的储存与传导习惯用温度进行量度。实际上常用导温率表示土壤的导热能力,因其更容易实测。

导温率和导热率及热容量的关系式如下:KCv= λ式中:K为导温率;λ为导热率;CV为土壤的容积热容量。像水分一样,热量在土壤中的传递是逐层升温、逐层传递的。每一层土壤温度的上升都必然消耗热量,因此土温形成了层次差异。在相当深的土层中,受地表热传导的影响很小,从而形成恒温层。土壤的吸热性与散热性土壤对太阳辐射能吸收的能力称为土壤的吸热性。一般对太阳辐射能反射力弱的土壤吸热性就强,反之吸热性就弱。土壤吸热性的强弱决定于土壤的颜色、地面状况和植被覆盖等。土壤颜色愈深,吸热性愈强。地面平坦,则反射力强,吸热性小。

南坡的土壤吸收太阳热量比北坡多。有植被覆盖的土壤吸收热量比没覆盖的土壤要少。森林地表枯落物层的作用是提高地面最低温度,而森林本身可降低土壤最高温度。土壤散热性即土壤向大气散失热量的性能。它主要与土壤水分的蒸发和土壤辐射有关。每克水蒸发所吸收的热量约为2428J,所以土壤水分的蒸发会使土壤大量散热。

森林土壤和环境的能量交换  森林土壤环境特征有哪些

土壤

2.土壤的势能

土壤势能的载体主要是水分。将单位数量的水,由土壤力场中的已知点,移至另一相应点所作的功即为土水势(ψ)。土水势不是土壤水分势能的绝对值,而是与参比标准的差值,是表示土壤水所具有的自由能水平的一个概念。

土壤愈干,土壤水的能量水平就愈低,土壤水的移动就愈困难。土壤水分总是从势能较高的部位流向势能较低的部位,并在这一移动的过程中释放能量。土水势包括几个分势:由弯月面力和吸附力所引起的基模势(ψm),由重力引起的重力势(ψg),由溶质引起的渗透势(ψs),以及由气压势、静水压势等引起的压力势等(ψp)。即:ψ=ψm+ψg+ψs+ψP

3.土壤的化学能

土壤中的化学能主要储存在土壤的有机质和矿物质中,其中储存在有机质中的化学能是一切生化过程的动力,同时也依赖于微生物和酶活动将能量释放出来。例如:微生物在土壤氮素循环中的作用,就是直接与能量得失有关的反应过程。矿物和一些无机元素及离子储存着一定的能量。释放自由能越低的物质越容易生成。物质在土壤中的分解经常是逐步进行的,甚至吸收和释能同时进行,从而不易察觉能量的变化,但从物质成分的形态转变上,可以反映出能量交换过程的存在。土壤胶体表面在吸附离子或其他物质时,也伴有能量的消耗和释放。土壤中的污染物也可被土壤胶体吸附或解吸。吸附结合能越强,意味着污染物被固定和净化;吸附结合能越弱,则污染物会被解离从而产生危害。

植被如何影响土壤

1.改善土壤结构:植被的根系可以不断地穿透土壤,在生长过程中分泌有机物质,形成根系固结土层,提高土壤的稳定性、透水性和保水性。

2.改善土壤质量:植物死亡后在土壤中分解,可以提供大量的有机质和营养物质,有利于微生物和土壤生物的繁殖和生长,同时增加了土壤肥力。

3.控制土壤侵蚀:植被在生长过程中可以有效地控制水土流失,减少沙化现象的发生。

4.调节土壤温度:植被可以通过蒸腾作用、阴影等途径,调节土壤的温度,使得土壤在夏季不易干裂,冬季不易冻结,保证土壤的稳定性。

5.净化土壤环境:植物根系可以吸收土壤中的重金属等有害物质,减少土壤中的污染物的含量,保证土壤的生态安全。

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