ЛЕКЦИЯ 7. Воздушные и тепловые свойства почвы

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.

Удельная теплоемкость – количество тепла в джоулях, затрачиваемое для нагревания одного грамма сухой почвы на 1^о. Объемная теплоемкость – количество тепла в джоулях, затрачиваемое для нагревания 1 см³ сухой почвы на 1^о.

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 – способность почвы проводить тепло. Она равна количеству тепла, которое проходит в 1 секунду через 1 см² почвы слоем 1 см при разности температур с обеих сторон слоя на 1^о.

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 см² 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.

1. Мерзлотный тип температурного режима характерен для местностей, где среднегодовая температура профиля почвы отрицательная.

2. Длительно сезоннопромерзающий тип температурного режима проявляется на территории, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м. Длительность промерзания не менее 5 месяцев.

3. Сезоннопромерзающий тип температурного режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Промерзание не более 5 месяцев. Подстилающие породы не промерзают.

4. Непромерзающий тип температурного режима наблюдается в местностях, где промерзание профиля почв и морозность не проявляются.

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.

Все приемы активного влияния на тепловой режим почв делятся на агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические.

1.     Агротехнические приемы наиболее доступны для активного воздействия на тепловой баланс почвы. К ним относятся прикатывание, гребневание, мульчирование, оставление стерни.

2.     Агромелиоративные приемы оказывают на тепловой режим наиболее устойчивое влияние. К ним относятся орошение, осушение, посадка лесных полос, мероприятия по борьбе с засухой.

3.     К агрометеорологическим приемам относятся мероприятия по снижению излучения тепла из почвы, борьба с заморозками.