Тепловой режим почвы и его регулирование

 

 

Значение теплового  режима почвенной среды чрезвычайно  большое для обеспечения жизнедеятельности  всех живых организмов, населяющих почву, поскольку усвоение ими элементов  питания и воды, синтез и обмен  веществ, разделение и разрастание  клеток и т.п. происходят лишь при определенных температурных параметров. При низких температурах в растениях ослабляется интенсивность физиологических процессов, в частности фотосинтеза, дыхания, транспирации, усвоение питательных веществ и т.п.. С повышением температуры эти процессы активизируются, но до определенного уровня. За чрезмерно высокой температуры они снова затухают, а дальше происходят глубокие нарушения жизненных функций растений и они погибают.

 

 

 

Для большинства культурных растений оптимальные температурные  условия находятся в интервале 20 - 30 ° С. Однако различные сельскохозяйственные культуры неодинаково выдерживают тепловой режим почвы и всей окружающей среды. Поэтому в земледелии существует их зональное районирование для обеспечения наивысшей производительности.

 

 

 

Почвенные микроорганизмы, которые обеспечивают круговорот питательных  веществ, также требуют определенных тепловых условий для активной жизнедеятельности. Для большинства из них лучшие температуры почвенной среды 25 - 30 ° С, хотя некоторые из них могут сравнительно активно существовать при более низких температурах - близких к 0 ° С, а другие - выдерживать их повышение до 65 - 70 ° С.

 

 

 

При низких температурах резко снижается интенсивность  уборки корнями воды и питательных  веществ, в результате чего растения могут чувствовать их недостаток даже при достаточном обеспечении ими почвы. Чрезмерно высокая температура среды обусловливает значительное непроизводительное расходование воды из почвы через физическое испарение с грунтовой поверхности и транспирации. При этом нередко наблюдается временное увядание растений, снижение интенсивности фотосинтеза и продуктивности в целом.

 

 

 

Основным источником поступления тепла в грунт  есть энергия солнечных лучей. Средняя  количественная величина этой энергии составляет 1,946 калории в минуту на каждый квадратный сантиметр поверхности, размещенной перпендикулярно лучам. На грунтовую поверхность поступает не все это количество солнечного тепла и не вся та, что попадает, впитывается почвой для его нагрева. Поступления солнечной энергии к поверхности почвы и степень его нагрева зависят от географического расположения и рельефа местности, времени года и суток. На эти параметры также влияет степень вкритости почвы растительностью. Поступление тепла в почву зависимости от географического расположения территории увеличивается в направлении с северо-запада на юго-восток. Южные склоны нагреваются больше, чем северные. Затененный растительностью почва получает меньше тепла по сравнению с открытым для солнечных лучей.

 

 

 

Степень использования  солнечного тепла для нагрева  почвы также зависит от многих факторов. Определенная часть солнечной  энергии, доходящей до грунтовой  поверхности, отражается от нее и  не впитывается почвой. Величина этой доли энергии зависит от вкритости почвы растительностью, цвета поверхности (наибольшая она при наличии белого снежного покрова и наименьшая по черной поверхности почвы), влажности почвы, его гранулометрического состава и степени гумусованости, т. е. свойств, от которых зависит цвет грунта и его теплоемкость и теплопроводность.

 

 

 

Теплоемкость - это количество тепла в калориях, необходимой  для нагрева единицы массы  или объема почвы на 1 ° С. ее величина зависит от соотношения твердых  частиц почвы, воды и воздуха в  нем, поскольку теплоемкость каждой из этих составляющих почвы значительно отличается. Если объемная теплоемкость воды составляет 1, твердой фазы - вдвое меньше (0,5), то воздух - всего около 0,0003. Поэтому нагрев сухого грунта происходит быстрее, а влажной - медленнее.

 

 

 

Теплопроводность - это способность почвы проводить тепло от более нагретых мест в холодных. Показателем для ее измерения является количество тепла, которое проходит за одну секунду через 1 см2 почвы толщиной 1 см при разности температур на противоположных гранях в 1 ° С. Величина теплопроводности зависит от соотношения в почве его твердой фазы, воды и воздуха, поскольку наибольшую теплопроводность имеют твердые частицы (например, кварц - 0,0042), меньшую - вода (0,00124) и наименьшую - воздух (0,00005). Поэтому уплотненный и увлажненный грунт имеет большую теплопроводность, а разрыхленный и подсушенный - меньшую. Следовательно интенсивность нагрева почвы зависит от теплоемкости и теплопроводности, которые в свою очередь обусловлены соотношением между твердой частью, водой и воздухом. По результатам исследований быстрее нагревается грунт при влажности, близкой к 10%. Следовательно, влажный грунт хуже прогревается через большую теплоемкость, а сухой - через малую теплопроводность.

 

 

 

Тепловой режим почвы  зависит не только от его нагрева впитанной частью энергии солнечных лучей, но и от затрат тепла из корне  обитаемого слоя через излучение его почвой в атмосферу, теплоотдачу в над почвенного слой воздуха и в более глубокие слои почвы (процесс конвекции) и испарение влаги. Больше тепла излучается из влажной почвы, а с его подсыхания излучения уменьшается. Уменьшению излучение способствует обогащению почвы органическим веществом. Предотвращают излучению тепла из почвы растительность, растительные остатки и снег на его поверхности, а также водяной пар, углекислый газ и дым над  почвенного режима.                                                                                                                                    Теплоотдача зависит от разности температур почвы в корне обитаемом и глубоких слоях, а также приземного слоя почвы с воздухом, что обусловлено величиной площади поверхности соприкосновения. Теплоотдача резко возрастает в случае сильного охлаждения воздуха и усиления ветра, не выровненным поверхности почвы, однако уменьшается, если почва покрыта растениями или их остатками, снегом, мульчирующий материалами, с выровненной поверхностью.

 

 

 

Значительное количество тепла расходуется из почвы и  на испарение влаги. По данным исследований эти расходы достигают 48% общих потерь тепла в течение года.

 

 

 

Для регулирования теплового  режима почвы применяют различные  агротехнические, организационные  и мелиоративные мероприятия: изменение  и регулирование густоты растительного  покрова, обработка почвы, удобрения, использование экспозиции рельефа, снегозадержание, мульчирование, орошения, осушения, полезащитное лесонасаждения.

 

 

 

Так, растительностью  или растительными остатками  грунт затеняется и меньше перегревается  за жаркой и сухой погоды, а также  меньше переохлаждается резкого снижения атмосферной температуры. При этом зимой на поверхности почвы задерживается и накапливается снег, который также защищает почву от переохлаждения (перемерзания). С такой же целью применяют снегозадержание на посевах озимых культур.

 

 

 

Самым из применяемых  мер регулирования теплового  режима почвы является ее обработка, которым изменяется соотношение  между твердой фазой, водой и  воздухом, а соответственно - теплоемкость и теплопроводность. Так, хорошо и  глубоко разрыхленный грунт меньше, чем уплотненный, перегревается летом и переохлаждается зимой. А для быстрого прогрева почвы весной его уплотняют прикатыванием. По Ф. Колясевим среднесуточная температура верхнего слоя почвы 0 - 10 см под влиянием прикатывание повышалась на 3 - 5 ° С.

 

 

 

Тепловой режим почвы  в значительной степени предопределяется его структурным состоянием, от которого зависит водно-воздушный режим, а  соответственно, и тепловые свойства. Поэтому такие меры, как удобрение (особенно органическими удобрениями), известкование кислых и гипсования засоленных почв положительно влияют на оптимизацию тепловых свойств и режима почвенной среды. При этом повышается гумусованость и темнеет цвет грунта, в результате чего он лучше прогревается.

 

 

 

Чтобы улучшить условия  почвенной среды для теплолюбивых культур, их размещают на южных склонах, а выносливы к понижению температуры - на северных и северо-западных, сроки их сева переносят на позднее, уменьшают глубину заделки семян и т.д..

 

 

 

При засушливого климата  тепловой режим почвы (вместе с водным) регулируется орошением. Увлажненную почву не перегревается благодаря увеличению его теплоемкости. Переувлажненные холодные почвы осушают для оптимизации как водно-воздушного, так и теплового режима. На этих почвах семена высевают несколько мельче сравнению с неперезволоженимы, применяют гребенные посевы (в гребнях лучшие водно-воздушный и тепловой режимы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 Для жизнедеятельности микроорганизмов благоприятные небольшие колебания температуры почвы Это, как правило, наблюдается на высококультурных почвах с большим содержанием органики

 

 В тепловых свойств почвы относятся: поглощение тепловой энергии; теплоемкость; теплопроводность; температуропроводность; тепло излучения Т.епловые свойства почвы зависят прежде всего от сивидношення в нем воды, воздуха и твердой части, а также химического и гранулометрического состава, цвета, степени затенения и других условий В то время температура изменяет показатели тепловых свойств  почвы в течение года на 20, плотность - на 50%, влажность способно изменить в отдельных случаях в 10-15 случаях.

 

 Температура почвы влияет на рост растений не только косвенно, но и прямо, изменяя его водно-воздушный и питательный режимы

 

 Земледелие обладает значительными средствами улучшения теплового режима рациональный обработка почвы,регулирования таяния снега, различные способы и нормы высевает чередование  растений в севообороте, применение системы удобрений и и.

 

 Основным источником тепла для почвы является солнечная радиация. Поступление ее в почву изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток и широты, а также от состояния атмосферы - ее плотности, облачности, наглядно ости тумана, пыли.

 

 Вторым, менее значительным чем солнце, источником тепла в почве является выделение его микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности .Образование тепла в этих условиях обусловлено неполным использованием энергии, окисление органических веществ при синтетических процессах в клетках. На внутриклеточные процессы используется 15-20% общего количества преобразованной микробами энергии, а остальные ее количества поступающей в окружающую среду в виде тепла

 

 

 Все другие источники тепла для почвы, например, теплота смачивания, внутренняя теплота земного шара, энергия радиоактивного распада элементов, тепло, выделяемое при конденсации водяного пара в почве имеют небольшое значение.

 

 

 Поступления и расходы тепла в почве обеспечиваются многими физическими явлениями. Поэтому принято пользоваться основными составляющими теплового баланса в наиболее типичных условиях К ним относятся: 1) радиационного йний баланс, под которым понимают сумму прямой и рассеянной солнечной радиации за исключением отраженной радиации и эффективного излучения, 2) проникновение тепла в более глубокие слои почвы и тепловой поток из глубины к поверхности (теплообмен в почве), 3) теплообмен грунтовой поверхности с воздухом, происходит в основном вследствие термической конвенсии. Коэффициент обмена связан, в частности, с состоянием этаж верхней почвы, профилем ветра, градиентом температуры воздуха и земли, 4) тепло испарения, под которым понимают затраты тепла на испарение или выделение его при конденсации водяного пара и образует  инея, 5) теплообмен с грунтовой поверхностью имеет воздух при горизонтальном его перемещении над грунтом Разница в температурах воздуха, перемещаемого и поверхности земли создает прогрева или в холоданя.

 

 Как в течение суток, так и за год наибольшие изменения температуры происходят в верхнем слое почвы. Суточные колебания ее в весенне-летний период достигают глубины 70-100 см, но заметно нивелируются уже на глубине немногим более 20 см. Эти колебания неодинаковы в разных зонах и на различных почвах. Годовые колебания в зависимости от широты и температуропроводности почвы могут достичь значительной глубины - 5 м и больше Зимой на глубине 60-150 см температура выше, чем у низших шарах.

 

 Большое значение для озимых культур имеет промерзания и оттаивания почвы. Глубина промерзания зависит от многих причин и прежде всего от толщины снежного покрова, силы и продолжительности морозов .На юге и почвы промерзают на 10-50 см, а севера - на 30-100 см .Очень быстрое и глубокое промерзание почвы негативно влияет на развитие культурных рослин.

 

 Условия, которые определяют хорошо накопления и хранения воды в почве, одновременно являются условиями, которые создают хороший воздушный и тепловой режимы .Структурные почвы достаточно разрыхлены, характеризуются добр отделения аэрацией, меньше нагреваются при высоких температурах, а при низких медленнее остывают, они имеют хорошую влагоемкость, водопроницаемость. Высокая влажность почвы при одновременном  хорошей аэрации создают умеренный тепловой режим.

 

 С повышением температуры уменьшается поверхностное натяжение воды и улучшается ее капиллярное движение Высушивание почвы усиливает процесс коагуляции коллоидов и несколько улучшает агрегатное состояние почвы .Изменение температуры увеличивает (в условиях охлаждения) или уменьшает (при нагревании) растворимость углекислоты и кислорода в грунтовой воде, и тем самым изменяет воздушный режим. Поэтому зяблевую вспашку лучше обрабатывать весной. В условий промерзания происходит перераспределение воды в почве и подтягивание ее к верхним слоев.

 

 Итак, водный, воздушный, тепловой и питательный режимы тесно связаны между собой и на высокоокультурених почвах с хорошими физическими свойствами они лучше отвечают требованиям РВД  культа.

 

 Регулировать поступление солнечной энергии к поверхности почвы довольно трудно. Но можно изменять распределение тепла в почве. Увеличивая или уменьшая различными методами температуру верхних слоев, можно воздействовать на тепловой режим других слоев почвы .Изменения в нужном направлении температуры почвы значительной мере достигают регулирования водного и воздушного режимов, а также обогащением почвы органическими веществами и поддержанием его в необходимом физическом состоянии. Доступным для производства мерой по регулированию теплового режима почвы является снегозадержание .Добра перезимовка озимых культур наблюдается при у как неглубокого промерзания почвы и при температуре не ниже - 10- 10  12 ° С и не выше - 5 ° С Лучшая глубина снежного покрова от 20 см в южных районах до 70 см в северных результате снегозадержание снег равномерно накапливается и распределяется по полю .Ускоряя  таяния снега путем затемнения или замедляя его уплотнением, регулирующих его температурный режим и обеспечивают накопление воды в почве