Читайте также:
|
Различают:
1) Мерзлотный тип теплового режима – распространен в Евро-Азиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной областях. В зоне вечной мерзлоты среднегодовая температура профиля почвы отрицательная. Замерзание доходит до многолетнемерзлых пород.
2) Длительно сезоннопрмерзающий тип – характерен для областей с преобладанием положительной среднегодовой температуры почвенного профиля. Промерзание почвы происходит на глубину не менее 1 м, но до многолетнемерзлых пород почва не промерзает. Длительность промерзания не менее 5 месяцев.
3) Сезоннопромерзающий тип отличается положительной годовой температурой; вечная мерзлота отсутствует, промерзание почвы продолжается не более 5 месяцев.
4) Непромерзающий тип выражен в южных районах, где не наблюдается промерзание почв.
Регулирование теплового режима почв:
1) агротехнические мероприятия – это прикатывание, гребневание, оставление стерни, мульчирование (применение светлоокрашенной мульчи – соломы, опилок, увеличивает альбедо и ослабевает нагревание и наоборот, темные материалы – черная мульчбумага, темная торфяная крошка, способствует большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, расход влаги и тепла);
2) агромелиоративные мероприятия – это орошение, осушение, устройство лесополос, борьба с засухой;
3) агрометеорологические – это борьба с заморозками, меры по снижению излучения тепла из почвы и др.
Тепловой режим почвы зависит от ее тепловых свойств. Важнейшими из них являются теплопоглощение, теплоизлучение и теплопроводность.
Нагревание почвы солнечными лучами происходит вследствие ее способности поглощать тепло (теплопоглощение), а остывание — ввиду излучения ее тепловой энергии (теплоизлучение). Существенное влияние на поглощение тепла оказывают состав почвы и внешние условия. Почвы темноокрашенные с южной экспозицией склона лучше поглощают тепло, чем почвы светлые и покрытые растениями. Интенсивнее излучают тепло более влажные, а также бедные органическим веществом почвы. Растительный покров или органические остатки на поверхности значительно ослабляют потерю тепла почвой. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания и предотвращает гибель озимых и многолетних культур от низких температур.
Количество отраженной лучистой энергии в процентах от количества энергии, поступившей на данную поверхность, называется альбедо (мера отражательной способности поверхности).
Тепловой режим почвы определяется количеством тепла, которое поступает в почву, и его потерями из почвы. Он определяет не только возможность выращивания сельскохозяйственных культур, но и время обработки почвы и посева. Посев и посадку сельскохозяйственных культур весной начинают только тогда, когда почва прогрелась до определенной температуры.
Смена температуры почвы в основном зависит от поглощения солнечной радиации и потери тепла вследствие испарения.
В большей степени температура изменяется на поверхности почвы. Максимальное значение температуры на поверхности бывает в полдень, минимальное — перед заходом солнца. Суточные колебания температур наблюдаются в почве до глубины 50—100 см.
Для регулирования теплового режима существует много агротехнических приемов: увеличение содержания гумуса, улучшение водного и воздушного режимов, мульчирование, снегозадержание.
Тепло – необходимый фактор жизнедеятельности растений. От температурных условий почвы зависит прорастание семян, развитие и распространение корневых систем, скорость прохождения отдельных стадий, интенсивность фотосинтеза. Температурный режим почв регулирует количество микроорганизмов и их активность. Суглинистые и глинистые почвы, содержащие много воды и органического вещества, обладают большей теплоемкостью, чем песчаные и супесчаные почвы с малой влажностью. Почвы тяжелого механического состава, заболоченные медленно нагреваются – их называют холодными. Песчаные и супесчаные почвы быстро теряют воду, быстро прогреваются – их называют теплыми. Весной легкие почвы нужно обрабатывать раньше, чем тяжелые. Сухие бесструктурные, плотные почвы нагреваются быстро, но они и быстро теряют тепло. Влажные, рыхлые, богатые органическим веществом почвы нагреваются медленнее, но излучают тепло постепенно, что благоприятно для сельскохозяйственных культур.
Тепловой режим в значительной мере определяет интенсивность механических, геохимических и биологических процессов, протекающих в почве.
Температура влияет на интенсивность химических реакций. Согласно правилу Вант-Гоффа, скорость химической реакции возрастает в 2—3 раза с повышением температуры на каждые 10°С. Поэтому в различных районах земного шара в связи с неодинаковыми термическими условиями скорости химических реакций могут отличаться во много раз. От температуры зависят растворимость газов в почвенном растворе и соотношение твердой и жидкой фаз почвы, пентизация и коагуляция коллоидов, явления сорбции и десорбции.
Известно, что распространенные минералы заметно отличаются коэффициентами объемного расширения. Эта величина, например, у полевых шпатов в 2 раза меньше, чем у кварца, поэтому при периодическом нагревании и охлаждении в минералах и породах образуются многочисленные трещины. Капиллярное давление в тонких трещинах и давление замерзающей воды в более крупных способствуют механическому разрушению минералов.
Интенсивность биохимической деятельности бактерий увеличивается с повышением температуры до 40—50°С. Выше этого предела жизнедеятельность микроорганизмов угнетается. При температуре ниже нуля биологические явления резко затормаживаются и прекращаются.
Тепловым режимом почвы называется сумма явлений теплообмена в системе приземный слой воздуха — почва — почвообразующая порода. В его характеристику также включаются процессы переноса и аккумуляции теплоты в почве.
Тепловой режим почвы обусловлен преимущественно соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Особенности этого соотношения определяют отличия режима различных почв. Известную роль при этом играет выделение или поглощение тепловой энергии при экзо- или эндотермических реакциях, протекающих в почве, а также внутренняя тепловая энергия нашей планеты. Однако в целом два последних источника энергии оказывают незначительное влияние на термический режим почвы.
Способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца оценивают отношением количества отраженной энергии к количеству поступающей энергии. Это отношение, выраженное в процентах, называется отражательной способностью (альбедо).
Интенсивность поглощения солнечной энергии зависит от окраски почвы, характера ее поверхности и теплоемкости. Темные почвы, богатые органическим веществом и глинистыми минералами, энергично поглощают солнечное излучение. Их отражательная способность около 15—20%. Светлые почвы (песчаные и содержащие небольшое количество органического вещества) поглощают меньшее количество солнечной радиапии — их альбедо достигает 40—45%, а в отдельных случаях еще больше.
Под теплоемкостью почвы понимают количество теплоты, необходимое для нагревания на 1°С 1 г почвы (массовая теплоемкость) или 1 см3 почвы (объемная теплоемкость). Теплоемкости твердой, жидкой и газовой частей почвы отличаются друг от друга. Для твердой фазы почвы теплоемкость равна 0,1—0,5 (минеральных компонентов — около 0,2, органических остатков — 0,4—0,5). Теплоемкость жидкой фазы составляет около 1, газовой — 0,0003. Поэтому объемная теплоемкость почвы возрастает с увеличением влажности почвы. Следовательно, для нагревания влажной почвы затрачивается больше теплоты, чем для нагревания сухой.
Излучение теплоты почвой также зависит от состава и влажности почвы и строения ее поверхности. Разность между солнечной радиацией, поглощенной поверхностью, и эффективным излучением называется радиационным балансом. Поступающее количество энергии (радиационный баланс) расходуется на испарение воды, нагревание почвы и отдачу теплоты в атмосферу. Тепловой баланс почвы можно представить в следующем виде:
где R — радиационный баланс; Q1 — количество теплоты, расходуемое на теплообмен в почве; Q2 — количество теплоты, расходуемое на теплообмен в атмосфере; Q3 — количество теплоты, расходуемое на испарение и конденсацию. В среднем годовом цикле тепловой баланс почвы равен нулю, так как не происходит нарастающего разогревания почвы или ее охлаждения.
Способность почвы проводить теплоту называется теплопроводностью; она определяет глубину нагревания и охлаждения почв. Теплопроводность воды более чем в 20 раз превышает теплопроводность воздуха, поэтому, хотя поверхность влажных почв нагревается медленнее, чем поверхность сухих, влажные почвы прогреваются на большую глубину. Биологически активное прогревание почвы соответствует глубине проникновения температуры выше 10°С. Охлаждение характеризуется проникновением температуры ниже 0°С.
Результаты систематических наблюдений за температурой Почвы на разных глубинах изображаются в виде термоизоплет — кривых, соединяющих точки одинаковых температур.
Анализ имеющихся данных показывает, что колебания суточных температур распространяются обычно до глубины одной метра (рис. 21). Сезонные колебания захватывают почву на значительно большую глубину.
В самом первом приближении можно считать, что суточным колебания температуры почв в России возрастают с севера н; юг, а сезонные колебания увеличиваются в обратном направлении. Однако местные условия — климатические, орографические и прочие — оказывают весьма сильное влияние на особенности суточных и сезонных температурных колебаний различных типов почв.
Промерзание почвы зависит от ряда причин: географического расположения данного участка, его климатических особенностей, температуры замерзания почвенного раствора, мощности снежного покрова и времени его выпадения. Глубина промерзания редко превышает 1—2 м. Следует отметить, что промерзаемость почв в известной степени регулируется лесов благодаря особому климатическому режиму под его пологом.
Существенное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность. Она задерживает солнечную радиацию, в результате чего, а также под влиянием транспирации температура почвы летом может быть ниже, чем температура воздуха. Особенно заметно сказывается влияние лесной растительности.
Изменение температуры почвы под лесом в значительной мере связано с ролью лесной подстилки, имеющей пониженную теплопроводность. Обнаружено, что летняя температура почвы под сосновым бором (в Приуралье) на 6,5, а под дубовым лесом (под Воронежем) на 8°С ниже, чем в почве на соседних полях. Зимой температура почвы под лесом несколько выше, а глубина промерзания меньше, чем на полях. В лесных почвах снижается амплитуда не только сезонных, но и суточных колебаний температуры.
| Регулирование теплового режима почвы |
| Знание тепловых свойств почвы позволяет использовать различные агротехнические приемы, существенно влияющие на тепловой режим почвы. Основными факторами, определяющими способность почв проводить и аккумулировать тепло, являются их механический, минералогический состав, а также влажность и плотность. Чем меньше плотность почвы, тем менее плотно прилегают частицы друг к другу, тем меньше ее теплопроводность. Теплопроводность – это способность почв проводить тепло от слоя к слою при разности температур между слоями. Чем меньше теплопроводность почвы, тем интенсивнее она прогревается или выхолаживается в верхних слоях, тем выше или ниже температура поверхности почвы. Почвы с низкой теплопроводностью, например торфянистые, медленно нагреваются. Суточная температурная волна в них распространяется на незначительную глубину: до 20 – 30 см. В результате в таких почвах наблюдается перегрев верхних слоев и пониженные температуры более глубоких слоёв в дневные часы в теплое время года. К таким плохо прогревающимся почвам следует отнести, кроме торфянистых, также тяжелые глинистые и суглинистые почвы. Эти почвы из-за их низкой теплопроводности и высокой теплоёмкости называют холодными, а песчаные, быстро подсыхающие, — теплыми. Однако более влагоемкие и водоудерживающие суглинистые почвы при прочих равных условиях промерзают значительно меньше, чем песчаные. Существуют агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические приемы активного влияния на тепловой режим почв. Наиболее доступные агротехнические приемы для активного воздействия на тепловой баланс почвы. 1. Создание гребнистой поверхности способствует повышению температуры в верхних слоях почвы. Температура почвы на гребнистой поверхности на 3 - 5° С выше, чем на ровных участках. 2. Глубина основной и поверхностной обработки. Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливают ее прогревание. 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. 3. Прикатывание верхнего слоя почвы в тёплое время года повышает теплопроводность уплотненного слоя. Этим приемом можно повысить температуру на 3 - 5°С в - 10 - сантиметровом слое, залегающем ниже уплотненной прослойки. 4. Температуру почвы можно значительно изменить мульчированием (покрытием поверхности почвы различными материалами: полимерными пленками, торфом, соломой, опилками и др.). Черная мульча уменьшает отражательную способность почвы и способствует ее нагреву, белое покрытие может служить средством снижения избыточного нагревания почвы. 5. Повышению температуры почвы способствует применение больших доз органических удобрений. Тепло выделяется микроорганизмами в процессе разрушения органического вещества и их жизнедеятельности. Различные группы микроорганизмов используют 15—50% поглощенной ими энергии на поддержание жизни, а остальную выделяют в виде тепла в окружающее пространство. При разложении органического вещества (навоз) микроорганизмы могут повышать его температуру до 40—60 °С. 6. Распространенным агрометеорологическим приемом является создание дымовых завес, снижающих излучение тепла из почвы и предохраняющих растения от заморозков. 7. Увеличение влажности почвы путем обычного полива или орошения ведет к значительному снижению температуры в результате затрат тепла на нагревание и испарение воды. Однако при глубоких предзимних влагозарядковых поливах наблюдается другая картина. Вода, находящаяся в почве, представляет собой раствор с большим количеством различных веществ, вследствие чего температура его замерзания оказывается гораздо ниже (до — 10°С), чем температура замерзания чистой воды. 8. Накопление ровного и достаточно мощного слоя снега уменьшает глубину промерзания почвы, повышает ее температуру зимой и ускоряет оттаивание весной. Толщина снега в 1см удерживает воздействие температуры в 0, 4 - 1 градус. Так, при толщине снега 24 см на его поверхности температура была —26,8°С, а под снегом на поверхности почвы —13,8°С. При толщине снега в 50см и более температура у земли остаётся постоянной: от -5 до +5 градусов. Весной при наличии мощного снегового покрова (80-100 см) происходит оттаивание почвы снизу вверх за счет внутреннего тепла земли, а также сверху, за счет инфильтрации-талых-вод. Методы регулирования теплового режима для каждой зоны нашей страны могут быть не только различными, но даже противоположными. В северных районах почти все приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге — на ее снижение. |
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 138 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |