土壤空氣

土壤孔隙中的氣體稱為土壤空氣。土壤空氣基本上是由大氣而來，但也有少部分產生於土壤中生物化學過程。土壤空氣是土壤重要組成成分之一，對於植物生長和土壤形成有重大意義。 ^[1] 

土壤空氣按其物理狀態可分為自由態、吸附態和溶解態三種。

自由態空氣存在於土壤孔隙中，其容量主要決定於土粒的排列狀況及水分的含量。土粒排列的疏鬆或緊密決定着孔隙的容積。疏鬆排列的孔隙容積佔47.64%，而緊密排列的僅有25.95%。這是一個理論計算值，而在土壤中則有很大的變異。通常是按土壤總孔隙度P=（1-容量/比重）*100%和水分所佔孔隙之差來確定空氣的容量。這部分空氣一般具有最大的易動性和有效性，而且隨着孔徑的減小而逐漸減弱。

吸附態空氣主要是指土壤顆粒表面吸附的空氣。早在1556—1557年研究者就指出吸附在土壤顆粒表面的氣體是難於和土粒分開 的。

溶解態空氣是指溶於土壤溶液中（或水中）的氣體。氣體在水中的溶解度是隨着氣體分壓的增加和温度的降低而增高。土壤溶液中的氣體會改變溶液的性質，如CO₂增加則促使土集中碳酸鹽、磷酸鹽等鹽類溶解度的高。O₂、H₂、N₂、H₂S等氣體對土壤溶液的氧化還原過程有着亙大的影響。

對上述三種狀態的空氣的研究，以自由態空氣為多，這可能是因為它在土壤和植物生命過程中起着比較重要的作用。其次，溶解態空氣在沼澤土、水稻土以及地下水位較高的土壤中的變化常引起人們的注意。

這方面的工作多偏重於説明土壤的某一性質（如土壤的結構性）或直接對植物生長髮育的影響。

影響土壤空氣容量的土壤因素主要是土壤的質地和結構性。砂質土壤、結構性良好的土壤和腐殖質土壤中皆含有比較多的空氣，而土壤團粒的大小是決定土壤空氣容量的重要因子。

土壤空氣組成和大氣組成相近，但在數量上卻有顯著的不同。其中氮氣的容積百分比最高，在一般條件下它是不溶於水的，所以它在土壤中的變化是極其微小的。其次是氧氣，它的變化很大，一般皆低於大氣中的含量，但是土壤空氣中的CO₂含量卻比大氣中高得多。

基本規律：

（1）土壤室氣中CO₂的含量比O₂大氣中多，而O₂則相反，其變化也較大氣中大。

（2）表層（Al層或耕作層）土壤空氣與大氣中的組成極為相近，隨着深度的加深差異愈來愈大。

（3）CO₂和O₂含量的變化成反相關，二者之和稍低於大氣中的含量。

（4）CO₂含量的變化隨着植物的生長髮育而逐漸增高，發育最盛期達到最高（禾本科植物是拔節期，豆科植物是始花期），以後隨着植物的成熟而逐漸下降到最低值，O₂則相反。

（5）CO₂含量的變化隨着温度的升高而增加，一般在夏季（7—8月）達到最高，冬季最低，O₂則相反。但是，也有人得到與此 相反的結論，其原因是由於土壤空氣受到地表結冰層的影響，擴散速度降到最小，阻隔 了土壤空氣和大氣的交換。因此，各類土壤所處的具體條件不同，也是影響土壤空氣季節性變化的重要因素。

（6）土壤室氣組成的變化與土壤中生物活性的強弱密切相關，植物根系和微生物的活動有利於增加土壤空氣中CO₂的含量。 ^[1] 

影響土壤空氣和大氣不斷相互交換的因素如下：

（1）氣象條件：包括大氣和土壤温度的變化、空氣壓力變化、降雨和風力的作用等。

（2）土壤物理及化學性質：包括土壤的通氣性、空氣容量、土壤質地、結構和水分狀況、有機質的含量以及養分分佈狀況等。

（3）土緩生物及生物化學作用：包括土壤微生物區系和動物區系及其活動能力以及植物根系呼吸作用等。

（4）人類生產活動：包括耕作、施肥、灌溉、排水等制度以及其他農業技術措施等。

上述四類因素彼此間的關係是十分密切而不可分割的。事實上，對於土壤空氣與大氣的交換過程的影響是上述因素綜合起作用的結果。但是，每一因素省有其特點，有時甚至是起主導作用的，而土壤空氣交換的方式卻只能是通過氣體擴散作用來實現。 ^[1] 

土壤空氣運動的理論是建立在氣體分子運動學説的基礎上的。根據氣體分子運動學説，所有氣體分子是向所有方向永恆運動。組成氣體的各個成分的運動強度是由該種氣體2戎分在氣體組成中的濃度（或稱分壓）所決定，這就是氣體的擴散作用。土壤空氣中CO₂的含量比大氣中多，而O₂相反。因此，就必然以擴散的方式使土壤空氣與大氣進行着不斷的交換。 ^[1] 

土壤空氣對成土過程、對土壤氧化還原過程、在土壤結構形成中的作用、對養分轉化以及對植物種子發芽和植株生長髮育等方面均有影響。

對成土過程的影響

土壤空氣對土壤的化學及生物過程的影響較大，因此，土壤空氣在成土過程中起着重要的作用。空氣溶於水，由於氧的作用可以氧化某些礦物，例如硫鐵礦在氧的作用下可以變成溶解態的硫酸鐵。這一過程不僅可以增加易溶性的鐵鹽，而且還可以氧化低鐵化合物以減少對植物的危害。

對氧化還原過程及養分轉化的影響

土緩室氣在調節土壤的氧化還原條件上具有重要的作用。當土壤水分趁多時，土壤空氣的含量明顯下降，氣體擴散作用大大減弱，土壤可以在不長的時期由原來以氧化過程為主而轉向以還原過程為主的狀況。

一般認為，土壤處於空氣充足、擴散作用較強的條件下，有機化合物分解的最終產物為二氧化碳、水、稍酸、硫酸、磷酸等鹽類以 及鈣、鎂、鉀、鐵等化合物。這些都是可以供給植物生長髮育的營養物質。但是，在湧氣不良、擴散作用很弱的土壤中，有機物質分解的最終產物有各種還原性化合物和有害於植物的氣體，如甲烷、硫化氫、氨、醛類以及低價鐵和錳。這些產物在不同程度上皆有害於植物和土壤生物的正常活動。

土壤中氮素化合物的分解和轉化與外界條件的關係十分密切，而土壤空氣狀況只是一個方面。土壤中氨化作用可以在土壤通氣的任何條件下進行，但稍化作用並非如此，而是需要足夠空氣（氧）的供應。

對土壤結構形成的影響

土壤空氣狀況對土壤肥力重要因素之一的團粒結構形成問題的研究，在農業生產上是很有意義的。為了恢復和提高土緩肥力，種植多年生牧草是很有成效的農業措施，因為種植多年生牧草在土壤團粒結構形成上起着宜大的作用。

對植物生長髮育的影響

土壤通氣性與植物生長髮育的關係是在研究植物呼吸作用社程中逐漸明確起來的。許多工作證明植物根系（包括塊莖植物）和地上部器官的形成皆要求有足夠的氧氣供應，如缺氧則生長受到抑制或停止。但是，各類植物對土壤通氣性的要求是不相同的，如水生植物對氧氣的需要就比較弱。CO₂和O₂的濃度只在一定範圍內對植物生長是相互起作用的。但從田間實際情況出發，CO₂濃度過高的土壤是極其有限的，因此CO₂和O₂比較 起來其意義是十分有限的。同時，僅僅考慮到濃度還不夠，而它在土壤中的擴散往往比起它的絕對濃度更加重要，這已為許多學者所公認。 ^[1] 

土壤空氣的組成與大氣相似，但有差別。

（1）土壤空氣中的二氧化碳含量高於大氣；

（2）土壤空氣中的氧氣含量低於大氣；

（3）土壤空氣中的相對濕度高；

（4）土壤空氣中的含有較高的還原性氣體（甲烷CH₄、硫化氫H₂S等）；

（5）土壤空氣的組成和數量處於變化中。

土壤空氣與大氣組成的比較（容積%）