теплопоглотительная способность почвы с какими факторами связаны

Теплофизические свойства почв

Теплофизическими свойствами почвы называется ее способность поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию.

К теплофизическим свойствам почвы относятся ее теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность почвы. Свойство почвы поглощать (отражать) поступающую на ее поверхность солнечную Радиацию называется теплопоглотительной (отражательной) способностью. Доля коротковолновой солнечной радиации, которая отражается поверхностью почвы, называется альбедо и зависит от цвета почвы, содержания в ней влаги, состояния поверхности.

Теплоемкость почвы. Это свойство почвы поглощать тепловую энергию. Теплоемкость зависит от минералогического состава почв, содержания органического вещества, влажности, плотности сложения. По величине теплоемкости почвы можно разделить на холодные и теплые. Глинистые почвы более теплоемкие, нагреваются медленнее, чем песчаные, и считаются холодными. Теплоемкость почв тем выше, чем они богаче органическим веществом. Хорошо оструктуренные почвы с высоким содержанием воздуха холоднее слитых (плотных слабооструктуренных). Влажные почвы более теплоемки и холоднее, чем сухие.

Теплопроводность почвы. Это свойство почвы передавать энергию через тепловое взаимодействие между фазами и горизонтами. Она характеризуется коэффициентом теплопроводности, который определяется теплопроводностями составных частей почвы. Теплопроводность зависит от минералогического состава почвы, содержания воды и органического вещества, скважности. Рыхлые почвы менее теплопроводные, чем плотные. Коэффициент теплопроводности увеличивается по мере роста увлажнения почвы и уменьшения содержания почвенного воздуха.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Тепловые свойства и режим почвы, состояние в зависимости от температуры

Характеристики почвы придают ей определенные свойства, которые влияют на процесс выращивания культурных растений. Рассмотрим разновидности тепловых свойств почвы: теплопоглотительную способность, теплоемкость, теплопроводность. Какими могут быть источники тепла для нее, а также тепловой режим и его типы: промерзающие и непромерзающие.

Возможные источники тепла в почве

Основной источник поступления тепла в грунт – солнечное излучение, которое состоит из прямого и рассеянного. Интенсивность излучения зависит от широты и высоты местности, содержания углекислоты в атмосфере и ее прозрачности.

Поглощаемая энергия затем передается либо в атмосферу, либо в нижние слои. Куда будет направляться тепло, зависит от температуры почвы и воздуха. Если почва теплее, а воздух холоднее, тепло будет уходить в атмосферу. При большом поглощении тепла грунт нагревается, и тепловая энергия начинает поступать вниз. Скорость поступления тепла тем больше, чем больше разница температуры в верхних и нижних слоях.

Количество солнечной энергии, которая поступает в почву, зависит от климатической зоны, погоды, особенностей рельефа, окраски, ее тепловых и физических свойств, густоты растительности.

Еще есть источники тепла – энергия, выделяемая при разложении растительных остатков, находящихся на поверхности или в верхнем слое, и энергия, которая передается из воздуха.

Совсем незначительное количество тепла поступает в почву изнутри Земли и от радиоактивного распада элементов, но оно практически не имеет значения.

Как определить

Сколько тепла находится в почве, зависит от многих факторов. Вода – теплоемкий компонент грунта, поэтому влажный прогревается дольше, чем сухой. Но и охлаждается она дольше. Дольше всего весной прогреваются глинистые влажные грунты, песчаные – быстрее, но осенью происходит наоборот: глинистые оказываются теплее из-за медленного охлаждения.

Теплопроводность зависит от содержания в порах воздуха. Чем рыхлее грунт, тем быстрее он прогревается, и наоборот, плотная почва нагревается медленнее. Количество гумуса также влияет на тепловые свойства, плодородные почвы длительнее удерживают тепло, бедные теряют его быстрее. Растительность летом, снег зимой удерживают тепло и помогают сохранить его в грунте.

Для большинства культурных растений выгодная температура для роста составляет 20-25 °С. Если она больше 30 °С – происходит торможение развития. Увеличение приемлемых температур приводит к сильному подъему интенсивности дыхания и трате органического вещества, что ведет к сокращению объема зеленой массы. Температуры грунта больше 50-52 °С ведет к гибели растений.

Для нормально роста растений необходим определенный объем тепла, в земледелии используют значение, называемое суммой активных температур. Это все дни вегетационного периода, когда температура в течение суток была выше 10 °С.

Почвенное тепло нужно не только растениям, но и микроорганизмам. На них отрицательно воздействуют холод и чрезмерное тепло; и то, и другое приводит к приостановке жизнедеятельности бактерий и биоты. Оптимальная температура – 15-20 °С, допустимы незначительные отклонения.

Тепловые свойства

В эту категорию характеристик входят: теплопоглотительная способность почвы, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность

Это способность грунта поглощать солнечную энергию. Поглощается излучение не полностью, некоторая часть отражается обратно. Теплопоглотительная способность определяется величиной альбедо (А). Она выражается в количестве солнечной радиации, которая была отражена почвенной поверхностью, и представлена в процентах от объема солнечного излучения, попавшего на почву.

Чем ниже альбедо, тем больше грунт может поглощать тепла. Теплопоглотительная способность зависит от окраски грунта, его влажности, структуры, рельефа поверхности и плотности растительности. Темные почвы нагреваются быстрее, чем светлоокрашенные.

Теплоемкость

Эту характеристику определяют как весовую и объемную. Весовая теплоемкость – количество тепла, измеряемое в калориях, которое необходимо затратить на нагревание 1 г сухого грунта на 1 °С. Теплоемкость объемная – тепло, которым можно нагреть 1 куб. см. на 1 °С.

Величина теплоемкости меняется в зависимости от содержания в почве влаги и воздуха. Во влажном состоянии ее теплоемкость будет выше, чем в сухом. Глинистая земля будет иметь большую, чем песчаная, теплоемкость, так как в ней содержится меньше воздуха.

Теплопроводность

Это способность грунта проводить тепло от верхних слоев, где температура выше, к нижним, более холодным. Передача тепла происходит через твердую и жидкую почвенные фазы, измеряется в объеме тепла, выражаемого в калориях. Почвенная теплопроводность измеряется в количестве тепла, которое проходит через куб. см почвы за 1 с.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Приложения для Android

Тепловой режим почв

Тепловой режим почв — совокупность процессов поступления и отдачи тепла почвой, его распространения и влияния на растения.

Относится к космическим факторам жизни растений. Основным источником тепла на Земле является лучистая энергия Солнца, преобразующаяся в тепло. К источникам тепловой энергия также относятся: тепло, передаваемое атмосферным воздухом, разложение органического вещества почвы, внутреннее тепло планеты, радиоактивные процессы почвы. Последние два источника тепла пренебрежимо малы. Доля тепла, получаемая от атмосферного воздуха также незначительна, хотя иногда оказывает некоторое влияние, например, при перемещении теплых воздушных масс.

Как правило, выделение тепла микроорганизма не оказывает заметного влияния на тепловой режим. Однако, при разложении «концентрированных» органических веществ, например, навоза, за счет микробиологической деятельности температура может повышаться до 40-60 °С. На этом принципе основаны так называемые «теплые грядки».

Навигация

Роль тепла в жизни растений

Тепловая энергия является фактором протекания физиологических и биохимических процессов в растениях. При низких температурах некоторые процессы сильно затормаживаются, а в других случаях — не начинаются.

Потребность растений в тепле различна. Отличия проявляются не только у разных видов, но и у одной и той же культуры в разные фазы развития.

В зависимости от физиологической реакции растений различают:

Каждая фаза роста и развития характеризуется своими минимальными, оптимальными и максимальными температурами.

Повышение температуры почвы прямо влияет на скорость роста растений. Например, семена ржи прорастают при температуре 4-5 °С в течение 4-х дней, при 16 °С — за сутки. Данное свойства должно учитываться при выборе сроков посева таким образом, чтобы не допустить посев в холодную почву, в которой семена будут долго лежать, не прорастая, с вероятностью загнивания.

Корневая система также реагирует на температуру почвы. Её рост протекает более энергично при относительно невысокой температуре. Так, корневая система овса при температуре почвы 12-14 °С была в 1,5 раза меньше, чем при 6-8 °С. Наибольшая масса клубней картофеля формируется при температуре не более 15-20 °С.

Для хорошего роста корней температура почвы должна быть немного ниже температуры воздуха надземной части растения. Для конопли при появлении всходов минимальная температура почвы равна 2-3 °С, для яровых зерновых и гороха — 4-5 °С.

Формирование репродуктивных органов происходит при минимальных температурах: у конопли, яровых зерновых и гороха — 10-12 °С, гречихи, подсолнечника, кукурузы, проса — 12-15 °С, риса, хлопчатника — 13-20 °С. Во время плодоношения для большинства культур достаточна температура 10-12 °С, для риса и хлопчатника 15-20 °С.

Для большинства культур оптимальная температура составляет 20-25 °С. При температуре выше 30 °С наблюдается торможение развития. Превышение оптимальных температур приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания и расходу органического вещества, что сказывается сокращении нарастания зеленой массы. Температуры выше 50-52 °С приводят к гибели растений.

Источник

Тепловые свойства почв. Основными тепловыми свойствами почв являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность проявляется в поглощении почвой лучистой энергии Солнца. Ее обычно характеризуют величиной альбедо А, которая показывает, какую часть (в процентах от общей величины) поступающей солнечной энергии отражает почва. Альбедо зависит от цвета почвы (который, в свою очередь, зависит от ее гумусированности), структурного состояния, гранулометрического состава, влажности, выравненности поверхности, от особенностей растительного покрова. Альбедо различных почв и растительных покровов характеризуют следующие данные:

Теплоемкость С – количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 °С 1 г почвы (удельная теплоемкость) или 1 см 3 почвы (объемная теплоемкость). Теплоемкость зависит от минералогического, механического состава, влажности и пористости почвы, а также от содержания в ней органического вещества и гидрофильности коллоидов.

Теплоемкость твердой, жидкой и газовой частей почвы различна. Удельная теплоемкость компонентов почв (минеральной части, воды, газа и органической составляющей) изменяется в сравнительно узких диапазонах, Дж/(г×°С): соответственно С_м = 0,71¸0,88, С_в = 4,19, С_г = 1,02, С_торф = 0,8¸2,1. По мере повышения влажности теплоемкость почв растет. Глинистые почвы, как более влагоемкие, весной медленно прогреваются, поэтому называются холодными, а легкие (песчаные, супесчаные) – теплыми.

Теплопроводностьl – способность почвы проводить тепло. В почве тепло передается различными путями: при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или жидкость. Теплопроводность определяют следующие факторы:

· плотность (рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная);

· влажность (при одинаковой дисперсности и плотности более влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая);

· содержание воздуха (в сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладающие высокой пористостью аэрации, очень плохо проводят тепло);

· температура почвы (с повышением температуры увеличивается теплопроводность почвенного воздуха и почвы в целом).

Теплопроводность почв при прочих равных условиях уменьшается с ростом дисперсности. Увлажнение почвы существенно увеличивает величину l, так как низкотеплопроводный воздух заменяется более теплопроводной водой. Для сравнения приведем следующие данные: теплопроводность воздуха 0,024 и 0,022 Вт/(м·°С) при 0 и –23 °С соответственно, теплопроводность воды 0,54 и 0,60 Вт/(м·°С) при 4,1 и 20 °С. Теплопроводность почв зависит от влажности следующим образом, Вт/(м·°С):

Почвенный профиль

Как всякое природное тело, почва обладает суммой внешних признаков, определенной морфологией. Для морфологического описания почвы используют как визуальные наблюдения, так и специальные приспособления и приборы. Морфологические признаки почвы являются результатом процессов ее формирования и, естественно, отражают ее химические и физические свойства, поэтому в конкретной полевой обстановке на основании визуальных наблюдений можно сделать обоснованные выводы о процессах, сформировавших почву, и о свойствах, приобретенных почвой в результате действия этих процессов.

В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: почвенный профиль; новообразования; почвенную структуру; цвет (окраску) почвы; включения.

Наиболее важным морфологическим признаком почвы является ее строение, т.е. закономерное изменение почвенной толщи сверху вниз, разделение ее на генетические горизонты, составляющие почвенный профиль. Генетические горизонты обособляются постепенно в процессе формирования почвы, но даже в окончательно сформированных почвах горизонты, как правило, не имеют резкой границы и постепенно переходят один в другой. Этим они отличаются от осадочных слоев, отделяющихся друг от друга четкой границей.

В различных типах почв генетические горизонты будут существенно отличаться, однако в самом первом приближении можно выделить два типа строения почвенного профиля, характерные для автоморфных и гидроморфных почв.

Рис.9. Схема формирования генетических горизонтов профиля автоморфных почв

Автоморфные почвы. формирование таких почв происходит в условиях хорошо дренируемых водоразделов, с относительно глубоким положением грунтовых вод. В этих условиях нисходящие токи атмосферной влаги систематически и закономерно перемещают химические элементы сверху вниз. Режим почвенной влаги в этих условиях может быть как промывным, так и непромывным. Для почвенного профиля этого типа характерны следующие основные генетические горизонты (рис.9). В перегнойно-аккумулятивной части профиля, обозначаемой обычно буквой А, совершается преобразование отмершего органического вещества и происходит систематическое накопление почвенного перегноя. Одновременно имеет место аккумуляция зольных элементов, необходимых для нормального питания растений.

В перегнойно-аккумулятивной части профиля преобладают процессы накопления; однако часть химических элементов в виде подвижных как органических, так и неорганических соединений выносится за пределы гумусового горизонта А₁. Цвет аккумулятивной части профиля более или менее темный в зависимости от содержания органических соединений, а его мощность меняется в различных почвах от нескольких сантиметров до метра. На поверхности почвы часто накапливаются слабо измененные растительные остатки, образуя лесную подстилку или степной войлок, которые обозначаются A₀, или торфяной горизонт А_т.

В переходной части профиля происходит постепенный переход от гумусового горизонта к почвообразующей породе. Для этой части профиля характерны различные, часто противоположно направленные процессы.

Явления вымывания характерны для верхнего горизонта переходной части профиля. В некоторых почвах они выражены необычайно сильно (например, в подзолистых почвах). В этом случае обособляется самостоятельный горизонт вымывания, откуда вынесены все более или менее подвижные соединения.

В результате действия слабокислых растворов выносятся менее растворимые соли (сульфаты кальция, карбонаты). В случае сильнокислых почв (рН почвенного раствора около 5 и ниже) за пределы горизонта вымывания выносятся также оксиды железа и марганца. Кроме того, в результате движения гравитационных вод перемещаются тонкодисперсные частицы. Вследствие этого горизонт вымывания приобретает белесую окраску, напоминающую цвет золы, и резко выделяется на почвенном профиле (рис.10). Горизонт вымывания принято обозначать символом A₂.

В нижней половине переходной части профиля преобладают явления вмывания химических элементов и мелких частиц, которые были вымыты из верхней части почвенной толщи. Глубина перемещения частиц и соединений в разных условиях существенно различны, но более растворимые соединения мигрируют глубже, чем менее растворимые. Горизонт вмывания (иллювиальный) четко выделяется в почвенном профиле более темной окраской и большей плотностью. Он обозначается символом В. Этот же символ присваивается всему переходному горизонту в тех почвах, в которых горизонты вымывания и иллювиальный не выделяются.

Ниже переходной части профиля залегает почвообразующая порода. Следует отметить, что верхняя часть горизонта (его символ С) несет следы почвообразования в виде соединений, привнесенных сюда из верхней части почвенного профиля.

В том случае, когда почвообразующая порода имеет небольшую мощность и в обнажении или в шурфе вскрывается порода, подстилающая почвообразующую, то ее называют почвоподстилающей и обозначают символом D.

Гидроморфные почвы. Процесс почвообразования протекает под воздействием близко расположенных грунтовых вод, которые периодически или постоянно обогащают почвенную толщу определенными химическими элементами и создают специфическую геохимическую обстановку. Режим почвенной влаги в этих условиях соответствует выпотному или застойному.

При восходящем движении грунтовых вод и их капиллярном поднятии более растворимые соединения выпадают в осадок близко к поверхности или располагаются непосредственно на ней. Поэтому почвенный профиль гидроморфных почв состоит, во-первых, из более или менее выраженной перегнойно-аккумулятивной части и, во-вторых, из системы минерально-аккумулятивных горизонтов, каждый из которых называется по слагающему его соединению. На рис.11 выделяются (снизу вверх) карбонатный, гипсовый и сульфатно-натриевый горизонты.

Помимо двух основных типов строения почвенного профиля (автоморфного и гидроморфного), в природе встречаются многочисленные случаи переходного строения профиля почвы. Это объясняется сменой условий автоморфного и гидроморфного почвообразования.

При более детальном изучении строения почвенного профиля внутри основных генетических горизонтов выделяют характерные подгоризонты. Например, в горизонте вмывания подзолистой почвы выделяют подгоризонты B₁, B₂, В₃.

Сумма мощностей всех горизонтов составляет мощность почвы, или почвенного профиля.

Интересен характер смены генетических горизонтов. Обычно переход между ними очень постепенный, поэтому граница между горизонтами в известной мере условна и представлена не линией, а некоторой переходной полосой. Иногда переход между горизонтами чрезвычайно четкий, но граница при этом бывает не обязательно ровной, а языковатой, когда масса верхнего горизонта в виде языков и потеков заходит в пределы нижерасположенного генетического горизонта.

Чем мощнее почва, тем выше ее агрономические и лесорастительные свойства, так как такая почва способна запасать больше воды, лучше обеспечивать растения питательными веществами, она благоприятнее для развития глубокой корневой системы. Особенно важна мощность гумусового горизонта А₁, где сосредотачивается наибольшая масса корней растений.

Структура почвы

Морфология почвы. Механические элементы почвы могут быть разъединены друг с другом или объединены в структурные отдельности (агрегаты, комки) различной формы и размера. Способность почвы распадаться на отдельности или агрегаты называется структурностью. Необходимо различать понятие о структуре как характерном морфологическом признаке почвы от понятия структуры в агрономическом смысле.

В морфолого-генетическом плане понятие структуры включает размеры, форму и организацию твердых компонентов почвы и пор между ними. Поскольку структура почвы зависит от характера почвообразования, отдельным типам и генетическим горизонтам почвы соответствует определенная структура. Структурные отдельности подразделяются на три основных типа: кубо-, призмо- и плитовидный. Важное значение для характеристики структуры имеет также размер отдельностей. Классификация структурных элементов почвы, согласно С.А. Захарову, представлена в табл.12 и на рис.12.

Источник

Тепловые и воздушные свойства почвы

1. Тепловые свойства и тепловой режим почв

Под тепловым режимом почвы следует понимать совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла. Основным показателем теплового режима почвы является ее температура.

Тепловой режим почвы оказывает существенное влияние на почвообразовательный процесс, плодородие почвы и продуктивность растений.

Главным источником тепла в почве является лучистая энергия солнца – солнечная радиация. Небольшое количество тепла переходит в почву из глубинных слоев земли и в результате химических, биологических и радиоактивных процессов, протекающих в верхних слоях литосферы.

Лучистая энергия солнца является основным источником энергии для всех процессов, совершающихся на земной поверхности. Достигая поверхности почвы, солнечная радиация поглощается ею и превращается в тепловую энергию, а некоторая часть отражается обратно в атмосферу.

Лучистая энергия солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, может аккумулироваться, передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря проявлению тепловых свойств почвы.

Основными тепловыми свойствами почвы являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность проявляется в поглощении почвой лучистой энергии солнца. Она обычно характеризуется величиной альбедо.

Альбедо представляет собой количество коротковолновой солнечной радиации, отраженное поверхностью почвы и выраженное в процентах от общей величины солнечной радиации, достигающей поверхности почвы.

Альбедо является важнейшей тепловой характеристикой, зависящей от цвета почвы, ее структурного состояния, влажности и выравненности поверхности.

Существенное влияние на теплопоглотительную способность почв оказывают количество и качество гумуса, определяющие цвет почвы, а также гранулометрический состав. Высокогумусированные

почвы поглощают лучистой энергии на 10–15 % больше, чем малогумусированные, также как и глинистые по сравнению с песчаными.

На величину альбедо оказывает влияние степень увлажнения почвы. Альбедо орошаемых участков на 10–15 % ниже, чем сухих.

Теплоемкость – свойство почвы поглощать тепло. Различают удельную и объемную теплоемкость почвы.

Теплоемкость зависит от минералогического и гранулометрического состава, влажности почвы и от содержания в ней гумуса.

Удельная теплоемкость для большинства почв в сухом состоянии колеблется в узких пределах от 0,7 до 0,8. С повышением влажности теплоемкость песчаных почв возрастает до 2,9, глинистых – до 3,4.

Глинистые почвы более влагоемкие и весной медленнее нагреваются. Легкие почвы прогреваются быстрее.

Теплоемкость почвы тесно связана с гидрофильностью коллоидов. При одинаковом характере увлажнения более теплоемки те почвы, в которых больше гидрофильных коллоидов.

Чем гумусированнее почва, тем она более теплоемка. Теплоемкость рыхлых почв значительно выше, чем плотных.

Теплопроводность почвы – способность почвы проводить тепло путем теплового взаимодействия соприкасающихся между собой твердых, жидких и газообразных частиц, а также путем испарения, перегонки и конденсации влаги внутри почвы. Количественно характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности – количество тепла, проходящего в единицу времени через две противоположные грани единицы объема, перпендикулярные к направлению теплового потока.

На величину теплопроводности влияют химический и гранулометрический состав, влажность, содержание воздуха, плотность и температура почвы.

В сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладающие высокой пористостью аэрации, очень плохо проводят тепло. Теплопроводность легких по гранулометрическому составу почв значительно выше, чем тяжелых. Рыхлые почвы имеют более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотные. С уплотнением почвы ее теплопроводность значительно возрастает. Влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая.

Теплопроводность почвы зависит от ее температуры. С повышением температуры увеличивается теплопроводность почвенного воздуха, а, следовательно, и почвы в целом.

Тепловое лучеиспускание – это величина, измеряемая количеством тепловой энергии, которое излучает 1 см 2 поверхности почвы за 1 секунду. Тепловое лучеиспускание почвы зависит от ее влажности, состояния поверхности, содержания гумуса. При увеличении влажности и уменьшении в почве количества гумуса происходит усиление лучеиспускательной способности почвы, т.к. при этом возрастает ее теплопроводность. Почвы с шероховатой поверхностью излучают тепла больше, чем почвы с относительно гладкой поверхностью.

Под тепловым режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, передвижения и отдачи тепла почвой.

Лучистая энергия поступает к поверхности почвы в течение года и суток с неодинаковой интенсивностью, поэтому различают годовой и суточный ход температуры почвы.

В умеренных широтах годовой ход температуры почвы характеризуется минимумом в январе или в феврале и максимумом в июне или июле.

Суточный ход температуры характеризуется одним максимумом (около 13 ч. местного времени) и одним минимумом (перед восходом солнца). Наибольшая амплитуда колебаний температуры в течение суток свойственна поверхностным слоям почвы, с глубиной она уменьшается.

На тепловой режим влияют климат, растительность, рельеф, снежный покров, а также гранулометрический состав, влажность и цвет почвы.

Растительный покров оказывает существенное влияние на динамику температуры в почве. Растения уменьшают суточные и сезонные колебания температуры в верхнем слое почвы.

Тепловой режим почвы зависит от рельефа местности. Экспозиция склона и его крутизна определяют разницу в количестве тепла, получаемого от солнечной радиации.

Снежный покров препятствует промерзанию почвы, уменьшает потерю тепла из нее вследствие излучения. Почвы, покрытые растительностью, промерзают меньше, чем вспаханные.

В зависимости от среднегодовой температуры и характера промерзания почвы выделяют четыре типа температурного режима почв: мерзлотный, длительно сезоннопромерзающий, сезоннопромерзающий и непромерзающий.

Для оптимального развития растений требуется неодинаковое количество тепла как в отдельные фазы развития, так и в целом за вегетационный период. Для растений непригодны как слишком низкие, так и слишком высокие температуры.

Температура почвы оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов и вызываемые ими биохимические процессы. Она играет важную роль в перезимовке культурных растений.

Регулирование теплового режима. В сельскохозяйственной практике регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации, и приемов, ослабляющих или повышающих ее потери за счет теплоотдачи в атмосферу.

В летнее время в северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют цель повышения температуры почвы, в южных засушливых — ее понижения.

К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относятся затенение почвы растительностью, мульчей, некоторые приемы обработки почвы (рыхление и прикатывание поверхности почвы), гребневые и грядковые посевы.

Растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет приток к ней солнечного тепла и способствует понижению температуры. Поэтому в жарких районах ряд культур (табак, кофе) возделывают с затенением под пологом древесных пород. В этих же целях создают кулисы из высокостебельных растений и устраивают легкие навесы. В летний, период лесные полосы понижают температуру почвы не только в самой полосе, но и в межполосном пространстве, что способствует большей устойчивости посевов к действию суховеев.

Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой, мульчбумагой и другими материалами – широко применяют для регулирования температуры почвы, особенно в овощеводстве. Мульчирование светлоокрашенной мульчей увеличивает альбедо и ослабляет нагревание, и, наоборот, темные материалы (черная мульчбумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, следовательно, и расход тепла. При мульчировании сглаживаются суточные колебания температуры почвы.

Обработка почвы и рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому; обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем сильнее поглощает солнечную энергию, но ночью больше ее и излучает по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы увеличивает ее теплопроводимость и уменьшает лучеиспускательную способность. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.

В Нечерноземной зоне для более быстрого прогревания верхнего слоя почвы в овощеводстве применяют гребневые и грядковые посевы.

Полив – эффективней прием регулирования температуры почвы. При этом заметно снижается температура поверхностных слоев почвы. Осушение болотных торфяных почв приводит к повышению температуры верхних горизонтов в дневные часы летом и несколько снижает ночью по сравнению с неосушенными почвами. В районах северного земледелия при осушении торфяных почв заметно ухудшается их прогревание в весенне-летний период, так как улучшается аэрация и снижается теплопроводность. Поэтому на некоторой глубине осушенных почв длительно сохраняются мерзлотные прослойки, что замедляет развитие активных микробиологических процессов.

Радикальным приемом регулирования теплового режима в холодный период являются снежные мелиорации. Снегозадержание – одновременно важное средство накопления в почве влаги. Его широко применяют засушливых и континентальных районах страны – на юге и юго-востоке европейской части России, в Западной Сибири и других регионах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы при небольшом снежном покрове могут сильно повредить посевы озимых, многолетние травы, плодово-ягодные культуры. При небольшом снежном покрове температура почвы на глубине залегания узла кущения озимых (около 3 см) может достигать критических величин и вызывать повреждение или гибель растений.

Снегозадержание проводят с помощью лесных полос, кулис, высокой стерни, снегопахотой, установкой щитов и другими приемами, по возможности в ранние сроки.

Накопление снега снижает отрицательные температуры в почве и глубину их проникновения. Приемы регулирования теплового режима нужно осуществлять с учетом: почвенно-климатических и погодных условий и особенностей возделываемых растений.

В овощеводстве для улучшения температурного режима почв применяют биотопливо, электрический, паровой и водяной обогрев.

В качестве биотоплива в теплицах, траншеях на глубину 20–25 см вносят навоз, компосты, при разложении которых температура поднимается до 70°C, в результате чего обогревается активная часть почвогрунта. Такого же эффекта достигают при набивке навозом парников. При паровом и водяном обогреве почвы в теплицах под слоем культурной почвы на глубине 40–70 см прокладывают трубы, по которым подают горячую воду или пар.

Практически все физические, физико-химические и биологические процессы в почве зависят от ее температуры. С повышением температуры увеличивается растворимость солей, интенсивнее идут химические реакции и процессы выветривания, чему способствует также периодическое, замерзание и оттаивание почвы. От температуры зависит подвижность почвенной влаги и воздуха. Так, с увеличением температуры воды от 0° до 20°С вязкость воды уменьшается в 1,8 раза. Градиент температуры в почве – одна из причин передвижения влаги и воздуха. С ростом температуры увеличивается испарение почвенной влаги.

Температура почвы оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов и связанные с ней биохимические процессы: разложение органического вещества, аммонификацию, нитрификацию и т.д. Для большей части почвенных микроорганизмов оптимальной является температура 25–30°С.

Значение оптимальных температур изменяется по фазам развития растений, зависит и от вида растений. Растения чувствительны как к высоким, так и к низким температурам. Прорастание семян сельскохозяйственных культур начинается при температуре выше 0°С (зерновые), семена подсолнечника, картофель начинают прорастать при температуре выше 5–6°С, а кукуруза – выше 8–10°С. Урожайность сельскохозяйственных культур зависит также от средневегетационной температуры. Так, для картофеля оптимальной является температура 18°С, при снижении ее до 15°С урожайность уменьшается на 25 %, а при средней за вегетацию температуре 28°С она уменьшается на 55 %.

Промерзание почвы начинается при температуре несколько ниже 0°С из-за наличия в почвенной влаге : растворенных веществ, снижающих температуру ее замерзания. Промерзание существенно сказывается на почвообразовании, сокращает вегетационный период растений и инфильтрацию атмосферных осадков. Снежный покров способствует уменьшению глубины промерзания. Наибольшая глубина промерзания в одной и той же местности зависит от гранулометрического состава почвы и ее влажности. Глинистые влажные почвы промерзают на меньшую глубину, чем песчаные сухие. Торфяно-болотные почвы промерзают еще меньше (в Московской области, например, только на 50–70 см).

Скорость оттаивания также зависит от свойств почв. Обычно она пропорйиональна максимальной глубине промерзания: интенсивнее оттаивают песчаные, затем глинистые и торфяные почвы.

В районах, где средняя годовая температура воздуха отрицательная, образуется многолетняя мерзлота.

В зоне с многолетней мерзлотой формируются слаборазвитые маломощные надмерзлотные почвы, часто переувлажненные. Летом они оттаивают на небольшую глубину от 40–50 см на крайнем севере до 1–2 м на юге зоны.

Агротехнические мероприятия также сказываются на температурном режиме. Например, рыхление способствует снижению дневных температур и повышению – в ночное время; уплотнение оказывает обратное действие. Вспаханная почва лучше прогревается по сравнению с невспаханной. В северных районах на холодных почвах применяют гребневание поверхности, посев культур на грядах. При гребневании поверхность почвы увеличивается но сравнению с выровненной, что способствует увеличению поглощения лучистой энергии.

Снежный покров предохраняет озимые культуры от вымерзания, уменьшает глубину промерзания. Поэтому применяют мероприятия по его сохранению и увеличению: кулисные посевы высокостебельных культур, стерня, лесополосы, снегозадержание зимой. Используют также технические приемы: изменение окраски поверхности, специальные покрытия, затенение. Из этих мероприятий больше распространено мульчирование поверхности почвы – покрытие ее различными материалами: торфяной : крошкой, соломой, листьями, навозом, древесными опилками, мелом, песком, специальной бумагой, полимерной пленкой и др.

Мульчирование изменяет отражающую способность почвы – альбедо, конвективный теплообмен почвы с атмосферой, испарение с поверхности почвы. Температура почвы при мульчировании может повышаться или понижаться в зависимости от свойств покрытия. Так при покрытии соломой, мелом, торфяной крошкой, опилками температура почвы понижается, а при покрытии ее черной бумагой или пленкой повышается. Всходы и молодые растения защищают от перегрева солнечными лучами затенением навесами, щитами и другим материалом.

2. Воздушные свойства и воздушный режим почв

Почвенный воздух – важнейшая составная часть почвы, один из факторов жизни растений. Он является источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов и почвенной фауны.

Кислород почвенного воздуха активно участвует в химических реакциях окисления минеральных и органических веществ.

Участие кислорода в окислении органического вещества почвы обусловливает круговорот углерода, азота, фосфора, серы и других биологически важных химических элементов.

Различная обеспеченность почв кислородом существенно отражается на направлении почвообразовательного процесса, а в сочетании с другими факторами обусловливает различие формирующихся почв по ряду признаков и свойств, а также уровню плодородия.

Почвенный воздух является источником углекислого газа, используемого растениями в процессе фотосинтеза. По подсчетам Макарова, от 38 до 72 % всего количества углекислого газа, пошедшего на создание урожая, доставляется растениям из почвы.

Первые сведения о составе почвенного воздуха были получены еще в 1824 г. известным французским ученым Ж. Буссенго. Важные работы по изучению почвенного воздуха были выполнены в первой четверти XX столетия А.Г. Дояренко, Б. Кином, Э. Расселом и др.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим содержанием кислорода. Почвенный воздух болотных и заболоченных почв содержит также заметное количество аммиака, метана, водорода, сероводорода.

Исследования показывают, что в составе почвенного воздуха постоянно присутствуют в очень большом количестве летучие органические соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Эти вещества могут поглощаться корнями, способствуя росту растений и повышению их жизнедеятельности.

В почвенном воздухе может изменяться содержание азота. Количество азота может уменьшаться в результате связывания его свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами и клубеньковыми бактериями, а увеличиваться – вследствие распада белков и денитрификации азотсодержащих веществ под действием микроорганизмов. Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и углекислый газ. Им принадлежит очень важная роль в жизни почвы и населяющих ее организмов.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе может колебаться в очень широких пределах. В верхних хорошо аэрируемых горизонтах почв содержание кислорода приближается к его содержанию в атмосферном воздухе, а в почвах с затрудненным газообменом может снижаться до десятых и сотых долей процента. Концентрация углекислого газа в почвах с плохим газообменом может увеличиваться в сотни раз по сравнению с его содержанием в атмосфере и может достигать 19–20 % и больше.

Различная концентрация кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе определяется двумя группами противоположно направленных процессов. С одной стороны – интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа, а с другой стороны – скоростью газообмена между почвенным и атмосферным воздухом.

Почвы, особенно их верхние горизонты, населены огромным количеством организмов, которые в процессе дыхания непрерывно потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Энергия, образующаяся при этом, используется для биологических синтезов и других проявлений жизни.

Живым организмам кислород также необходим, как вода и питательные вещества. Поэтому жизнедеятельность почвенных организмов сопровождается расходом огромного количества кислорода и продуцированием столь же большого количества углекислого газа.

Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, микроорганизмы и животные, и лишь незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы окисления.

Количество кислорода, потребляемого растениями, зависит от биологических особенностей организма, возраста, условий среды и других причин. При этом отдельные группы организмов по количеству потребляемого ими в процессе дыхания кислорода могут сильно отличаться друг от друга.

Пахотные горизонты основных типов почв в зависимости от содержания гумуса, условий аэрации и увлажнения поглощают при температуре 20 о С от 0,5 до 3 мл кислорода на 1 кг абсолютно сухой почвы за час.

Основная масса кислорода в почве расходуется в процессе дыхания. В оптимальных условиях аэрации дыхательный коэффициент (ДК), т.е. отношение выделившегося углекислого газа к поглощенному кислороду, близок к единице или равен ей, поскольку количество выделившегося углекислого газа эквивалентно количеству поглощенного за это время кислорода. Следовательно, по количеству выделившегося углекислого газа можно судить о количестве поглощенного кислорода.

Огромное влияние на дыхательный коэффициент оказывает содержание в почве кислорода, при недостатке которого данный коэффициент всегда больше единицы.

Сильное влияние на поглощение кислорода и выделение углекислого газа почвой оказывает тепловой режим. При увеличении температуры с 5 до 30 о С интенсивность поглощения кислорода и выделения углекислого газа возрастает в 10 раз.

Процессы потребления кислорода и продуцирования углекислого газа сильно подвержены сезонным колебаниям. Летом почва поглощает кислорода и выделяет углекислого газа в несколько раз больше, чем ранней весной и поздней осенью. Самый высокий дыхательный коэффициент наблюдается в те месяцы, когда почва имеет самую низкую температуру.

К воздушным свойствам почвы относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость. Та часть объема почвы, которая занята воздухом при данной влажности, называется воздухоемкостью.

Почвенный воздух заполняет все поры почвы, не занятые водой, и, следовательно, количество его зависит от пористости и влажности почвы. Чем выше пористость и меньше влажность, тем больше в почве воздуха.

Суммарная величина пористости в минеральных почвах варьирует от 25 до 80 %. Поэтому воздухоемкость сухих почв колеблется в пределах 25–80 %. Однако в почве всегда находится влага и, следовательно, воздухоемкость ее будет значительно ниже. Воздухоемкость обеспечивает нормальную аэрацию почв, если ее величина превышает 15 % от объема почвы.

Воздухопроницаемость. Очень важным свойством почвы является ее воздухопроницаемость, т.е. способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость является непременным условием газообмена между почвой и атмосферным воздухом. Чем она полнее выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Воздух в почве передвигается по порам незаполненным водой. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость. На структурных почвах создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.

Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным называют аэрацией или газообменом. Газообмен осуществляется через систему воздухоносных пор почвы, сообщающихся между собой и с атмосферой. К факторам, вызывающим газообмен, относятся: 1. диффузия, 2. изменение температуры почвы, 3. изменение барометрического давления, 4. изменение количества влаги в почве под действием осадков, орошения и испарения, 5. влияние ветра, 6. изменение уровня грунтовых вод или верховодки.

Диффузия – процесс перемещения газов в соответствии с их парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а углекислого газа всегда больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения углекислого газа в атмосферу.

Изменение температуры и барометрического давления также обуславливает газообмен, т.к. при этом происходит сжатие или расширение почвенного воздуха. По расчетам Поясова во время дневного нагревания почвы из нее выталкивается 1,4 % почвенного воздуха, что говорит о малой эффективности газообмена.

Поступление влаги в почву с осадками или при орошении вызывает сжатие почвенного воздуха, его выталкивание наружу и засасывание атмосферного воздуха. Выпадающие дожди по подсчетам Роммеля, могут обеспечить лишь 6–8 % всего газообмена. Газообмен происходит и при испарении воды из почвы.

Влияние ветра на газообмен обычно невелико и зависит от скорости ветра, от макро- и микрорельефа, от структуры почвы и характера ее обработки. Наибольший газообмен под влиянием ветра проявляется на пористых почвах без растительности.

Из всех рассмотренных факторов главным и непрерывно действующим фактором поступления кислорода в почву и удаления углекислого газа из нее следует признать диффузию.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе непостоянно и зависит от типа почвы, ее свойств, от времени года и погодных условий и от вида угодий. На пашне состав воздуха зависит от возделываемой культуры и применяемой агротехники.

В почвах нормального увлажнения содержание кислорода, как правило, уменьшается от верхних горизонтов к нижним, количество углекислого газа, наоборот, в этом направлении увеличивается.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе тесно связано с наличием растительности и ее составом. На паровом поле содержится меньше углекислого газа и больше кислорода, чем на засеянном.

На состав почвенного воздуха большое влияние оказывают влага и температура воздуха. При оптимальной влажности с повышением температуры содержание углекислого газа в почвенном воздухе увеличивается, а кислорода – уменьшается. В летний период при высокой температуре и низкой влажности наблюдаются самые низкие концентрации углекислого газа и самые высокие – кислорода.

Кислород и углекислый газ почвенного воздуха оказывают разностороннее воздействие на свойства почвы и прямо или косвенно влияют на продуктивность растений.

Прямое влияние кислорода на жизнь растений проявляется в актах дыхания. При отсутствии свободного кислорода в почве прекращается развитие растений. При наличии 0,5–1 % кислорода многие растения могут развиваться, но оптимальные условия создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе около 20 %.

При недостатке кислорода в почве создается низкий окислительно-восстановительный потенциал, в анаэробных условиях происходит образование токсичных для растений соединений, уменьшается содержание элементов питания, ухудшается физика почвы. В условиях хорошей обеспеченности почвы кислородом развиваются аэробные процессы, создаются оптимальные условия для развития растений.

Аэробные процессы в гумусовом горизонте почвы при оптимальной температуре и влажности начинают развиваться при наличии в газовой фазе кислорода более 2,5–5,0 %, в противном случае протекают анаэробные процессы.

Высокая концентрация углекислого газа в почвенном воздухе может оказать отрицательное влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур. При оптимальном содержании кислорода вредное действие углекислого газа проявляется только при высокой его концентрации.

Углекислый газ потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Углекислый газ играет большую роль в химическом выветривании минералов. Благодаря наличию углекислого газа в почве повышается растворимость труднорастворимых удобрений.

Регулировать воздушный режим почв можно с помощью агротехнических и мелиоративных приемов. Большое значение имеют такие мероприятия по обеспечению нормального газообмена, как разрушение почвенной корки и поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии, а также приемы обработки почвы, направленные на увеличение некапиллярной пористости, повышающей воздухопроницаемость почвы, и др.

Улучшение воздушного режима особенно необходимо там, где распространены почвы с избыточным увлажнением. Воздушный режим этих почв регулируют с помощью осушения.

Источник