Тепловые свойства почвы

Наибольшие суточные колебания температуры происходят на поверхности почвы, а с глубины 3—5 см они уже резко уменьшаются. На глубине 30 ния температуры затухают. На фонеобщих закономерностей каждому  типу почвы свойствен свой суточный ход температуры, поскольку ее профильная суточная динамика зависит от свойств  почвы (гранулометрического состава, плотности, окраски, влажности и  др.), состояния атмосферы, растительного  и снежного покровов.

Годовой ход температуры. Годовой ход температуры имеет  два периода: летний — период нагревания почвы с потоком тепла от верхних  горизонтов к нижним и зимний —  период охлаждения почвы с потоком  тепла от нижних слоев профиля  к верхним. Амплитуды колебаний  температуры почвы между этими  периодами определяются условиями  атмосферного климата и свойствами почв. В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры почвы  наблюдается обычно в июле — августе, а минимум — в январе — феврале. Летом самая высокая температура  отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается. Зимой  нижние слои профиля имеют более  высокие температуры.

 

 

 

11

На годовые изменения  температуры почвы большое влияние  оказывает растительность, предохраняя  поверхность почвы от резких колебаний  температуры.

В регионах со снежными и холодными зимами сильное влияние  на температурный режим оказывают  промерзание, оттаивание почвы, мощность и продолжительность снежного покрова.

Почва начинает промерзать при температуре несколько ниже 0 °С, поскольку в почвенном растворе содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания. На замерзание почвы влияют снежный и растительный покровы, рельеф местности, свойства почвы, ее влажность, а также хозяйственная  деятельность человека.

Снежный покров предохраняет почву от промерзания: чем он меньше, рыхлее и длительнее сохраняется, тем  больше утепляет почву и снижает  глубину ее промерзания. Сохранение и накопление снега имеет большое  значение в предохранении от вымерзания посевов озимых, многолетних трав и посадок плодово-ягодных культур.

Растительный покров, задерживая и накапливая снег, ослабляет  промерзание почвы.

Рельеф влияет на накопление снега и увлажнение почвы. Поэтому наибольшую глубину промерзания  почвы наблюдают на выпуклых формах рельефа и наветренных склонах, где сдувается снег. Накопление снега  в понижениях (лощинах, западинах) способствует меньшему промерзанию почвы. Глубже промерзают склоны северной экспозиции, а на меньшую глубину — южной. Чем влажнее почва, тем меньше она промерзает. При промерзании  почвы идет подток парообразной и  жидкой влаги к фронту

 

12

промерзания.

 Замерзание почвы  начинается до или после установления  снежного покрова и продолжается  до января — февраля. Затем  она начинает  постепенно оттаивать снизу за счет передачи тепла от нижних незамерзших слоев.

Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано  с применением растительного  покрова (вырубка или посадка  древесно-кустарниковой растительности, сохранение травянистой растительности и т. д.), что сказывается на накоплении снега или существенном изменении  увлажнения (орошение, осушение).

Оттаивание почв происходит двумя способами. В первом оттаивание идет снизу и заканчивается  до схода снега. При этом мерзлая  прослойка исчезнет у поверхности  почвы; талая вода в этом случае лучше  проникает в почву. Во втором оттаивание начинается снизу, а затем одновременно и сверху, и снизу. В этот период мерзлая прослойка почвы сохраняется  на некоторой глубине, что приводит к значительной потере воды и смыву  почвы за счет поверхностного стока.

Для оценки теплообеспеченности  почв как важной обобщающей характеристики их температурного режима используют сумму активных температур (>10 °С) в почве на глубине 20 см. Здесь  расположена главная масса корней многих растений. Рост корневых систем растений активно происходит при  температуре почвы выше 10 °С.

 

 

 

13

Сумма активных температур почвы на глубине 0,2м,°С	Теппообеспеченность почв
0–400	Низкая
400–800	Весьма слабая
800–1200	Слабая
1200–1600	Нижесредней
1600–2100	Средняя
2100–2700	Выше средней
2700–3400	Хорошая
3400–4400	Весьма хорошая
4400–5600	Высокая
5600–7200	Весьма высокая   14

Теплообеспеченность почв основных зон страны снижается  с запада на восток. В земледельческих  районах таежно-лесной зоны она колеблется от ниже средней (Западная и Средняя Сибирь) до вышесредней (Приморье), в лесостепной – от ниже средней до хорошей, в степной – от средней (Восточная Сибирь) до весьма хорошей (Предкавказье), в зоне сухой степи – от хорошей до весьма хорошей. Наилучшая теплообеспеченность у почв сухих и влажных субтропиков.

Для оценки температурного состояния почв и возможности  выращивания культур, различных  по требовательности к теплу, важное значение имеют также показатели суровости зимних почвенных условий. Такими показателями являются сумма  отрицательных температур на глубине 20 см и средний из абсолютных минимумов  температур на поверхности почвы. По этим показателям выделяют почвы: теплые, умеренно теплые, умеренные, умеренно холодные, холодные, мерзлотные и длительно  сезоннопромерзающие. Учет показателей  теплообеспеченности и суровости  зимних почвенных условий необходим  при районировании сортов сельскохозяйственных культур, разработке агротехнических  и мелиоративных мероприятий.

ТИПЫ  ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЧВ

В зависимости от среднегодовой температуры и  длительности промерзания почвы  выделяют 4 типа температурного режима почв (по В. Н.Димо): мерзлотный, длительно  сезоннопромерзающий, сезоннопромерзающий  и непромерзающий. Мерзлотный тип температурного режима характерен для местностей, где среднегодовая температура профиля почвы имеет

 

 

15

 отрицательный  показатель (ряд провинций полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной областей). В таких почвах преобладает процесс охлаждения, сопровождающийся промерзанием почвенной влаги до верхней границы многолетнемерзлых пород.

Длительно сезоннопромерзающий  тип температурного режима проявляется  на территориях, где преобладает  положительная среднегодовая температура  почвенного профиля. Глубина проникновения  отрицательных температур не менее 1 м, но смыкание сезоннопромерзающей  толщи с многолетнемерзлыми породами не наблюдается. Длительность промерзания  не менее 5 мес.

Сезоннопромерзающий тип температурного режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Промерзание профиля  длится менее 5 мес. Подстилающие породы немерзлые. Длительно сезоннопромерзающий  и сезоннопромерзающий типы температурного режима свойственны большей части  территории России.

Непромерзающий  тип температурного режима имеют  территории, где промерзание профиля  почв и морозность не проявляются. К  ним относятся теплая южноевропейская  фация и зоны субтропического  пояса.

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 тепла  солнечной радиации и ослабляющих  или повышающих его потери за счет теплоотдачи в атмосферу.

 

16

В северных районах  с повышенным увлажнением почв и  меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют повышение  температуры почвы в летний период, в южных засушливых — понижение ее температуры.

К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности  почвы, относят затенение почвы  растительностью, мульчой, некоторые  способы обработки почвы (рыхление и прикатывание поверхности почвы), гребневые и грядовые посевы.

Растительный покров, затеняя поверхность почвы, ослабляет  приток к ней солнечного тепла  и способствует понижению температуры  почвы. Поэтому в жарких районах  некоторые культуры (табак, кофе) возделывают  под пологом древесных пород. Для этих целей применяют также  создание кулис из высокостебельных растений и устройство легких навесов. Лесные полосы в летнее время понижают температуру почвы не только в  самой полосе, но и в межполосном  пространстве, что способствует большей  устойчивости посевов против суховеев.

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

Обработка почвы  и рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому обмену тепла в  почве. Шероховатая поверхность  обработанной почвы днем больше поглощает  солнечной энергии, а ночью больше излучает      

17

тепла по сравнению  с плотной поверхностью.

Рыхление почвы  уменьшает ее теплопроводность и  увеличивает лучеиспускательную способность. Поэтому такой прием снижает  температуру почвы днем и способствует сохранению тепла в ночные часы.

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

Полив — эффективный  прием регулирования температуры  почвы. При этом температура ее поверхностных  слоев заметно снижается. Осушение болотных торфяных почв заметно ухудшает их прогревание в весенне-летний период, так как при улучшении  аэрации теплопроводность снижается.

Эффективными приемами регулирования теплового режима почв в холодное время являются снежные  мелиорации. Снегозадержание одновременно и важный прием накопления влаги  в почве. Его широко применяют  в засушливых и континентальных  районах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы могут  значительно повредить посевы полевых  и посадки плодово-ягодных культур.

При небольшом снежном  покрове температура почвы на глубине залегания узла кущения  озимых (около 3 см) может достигать  критических величин и вызвать  повреждение или гибель растений. Накопление снега резко снижает  отрицательные температуры в  почве и глубину их проникновения.

Приемы регулирования  теплового режима должны осуществляться с учетом почвенно-климатических  и погодных условий и особенностей возделываемых растений. В овощеводстве для улучшения температурного режима почв применяют биотопливо (навоз, компосты и др.), электрический,

18

паровой и водяной  обогревы. При паровом и водяном  обогревах в теплицах под слоем культурной почвы на глубине 40-70 см прокладывают трубы, по которым подают горячую воду или пар.

        Важным показателем теплового режима почвы служит средняя температура почвы в теплый период года на глубине 20 см под естественным покровом. В холодный период года важным показателем является температура почвы на глубине залегания узла кущения озимой пшеницы. 
 
Количественной характеристикой теплового режима является тепловой баланс почвы. Уравнение теплового баланса почвы представляет алгебраическое равенство различных потоков: 
 
Тб + Тк + Тт + ТП = 0, 
 
где Тб - радиационный баланс; Тк - турбулентный поток тепла, связанный с теплообменом между поверхностью почвы и воздухом; Тт - тепло, затрачиваемое на транспирацию влаги и ее физическое испарение; Тп - теплообмен между слоями почвы, или тепловой поток с одних глубин почвы к другим. 
 
Кроме постоянных статей теплового баланса на температуру почвы влияет температура выпадающих осадков. Большой удельный вес в тепловом балансе принадлежит теплу, расходуемому на суммарное испарение (до 80 %) 
 
Значения составляющих теплового баланса зависят от географического положения места, времени года и суток, метеорологических условий, типа почвы, рельефа, растительности и т. д.

19

Знание тепловых свойств почвы, ее теплового баланса  и отдельных его составляющих позволяет использовать различные  агротехнические приемы, существенно  влияющие на тепловой режим почвы.

Все приемы активного  влияния на тепловой режим почв делятся  на агротехнические, агромелиоративные  и агрометеорологические. 
 
Агротехнические приемы наиболее доступны для активного воздействия на тепловой баланс почвы. Создание гребнистой поверхности способствует лучшему прогреванию почвы. Температура почвы на гребнистой поверхности на 3 - 5 °С выше, чем на ровных участках. 
 
На тепловой режим почвы существенно влияет глубина основной и поверхностной обработки. При вспашке или культивации происходит нарушение однородности почвы по глубине - изменяется плотность, общая пористость и пористость аэрации. Это приводит к снижению теплопроводности и изменению теплоемкости почвы. Разность в температуре нагрева почвы с различной мощностью пахотного горизонта будет пропорциональна глубине обработки.