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土壤温度的升高和降低不但受地面热量收入多少的支配， 还受到土壤本身的热力学特性的影响。土壤的热力学特性包括：热容量、导热率、导温率等。
热容量表示土壤容纳热量的能力。
研究土壤温度变化时经常使用土壤容积热容量，即单位体积的土壤， 温度变化1℃时所吸收或放出的热量，单位是J • m-3 • ℃-1
\(Cv=C \cdot ρ \)
Cv为热容量，C为土壤的比热，即单位质量的土壤， 温度变化1℃所吸收或放出的热量，ρ 为土壤密度，即单位体积土壤的质量。
一般来说，改变土壤热容量的主要因素是土壤水分与土壤孔隙度的大小。 土壤的热容量随着土壤湿度的增加而增大，随着土壤孔隙度增加而减少。 同等容积干燥疏松的土壤和紧密黏重的土壤相比，前者具有较多的孔隙， 孔隙中充满着空气，而空气的热容量很小， 因而疏松土壤的热容量必小于紧密黏重的热容量， 所以疏松干燥的土壤得热或失热后，升、降温都迅速而显著，后者则相反， 潮湿的土壤，由于孔隙度内充满了水，加大了容积热容量，温度升降趋于缓和。 春季时，干燥的沙质土壤，由于迅速升温，农事活动可以相应提早九天至十几天， 但在秋季，因降温迅速，初霜冻日出现较早，而且霜冻比较频繁。
在自然情况下，单位体积土壤孔隙的变化并不很大， 所以热容量的改变，主要决定于土壤孔隙中水分的改变，也就是说主要决定于土壤湿度。
导热率表示土壤传递热量的能力。
土壤的导热率也称热导率或导热系数，是指单位厚度(1 m)内温度相差1℃时， 在单位截面上的土壤，每秒钟所通过的热量。
导热率的大小，也决定于土壤的组成成分和组成比例，土壤空气的导热率最小， 土壤固体成分导热率最大。土壤水分的导热率居中，但比空气的导热率大20余倍。 土壤的固体成分一般是不变的。因此，土壤湿度增加时，土壤导热率变大； 土壤空气多孔隙度大，土壤导热率变小。显然，土壤导热率随土壤的湿度和孔隙度的不同而变化。
导温率表示土壤传递温度和消除层次间温度差异的能力。
导温率是土壤的导热率λ 与其热容量Cv的比值。 其定义为：单位体积的土壤，由于流入（或流出）数量为λ 的热量后， 温度升高（或降低）的数值，单位为m2 •1
\(K= \frac {λ }{Cv} \)
在其他条件相同时，物体导温率愈大， 温度波由物体表面向里或由里向物体表面传播愈快， 温度变化所及深度愈深，各深度温度差异能较快消除。
土壤导温率直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度出现的时间。 在其他条件相同时，导温率越大，其表面温度变化越小， 土壤内温度变化则越大。同时，土壤温度变化所及的深度也越深， 各深度和地表面在最高和最低温度出现的时间相比较，就落后得也越少。