О

1.

собенности почвы как природного физического тела. Определение почвы как полидисперсного, гетероген­ного, структурированного природного тела с граничными условиями.

Почва — это обладающая плодородием сложная по­лифункцио­нальная и по­ликомпонент­ная открытая многофазная структурная система в по­верхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.

С точки зрения физики почв почва — это гетерогенная многофазная дисперсная система с определенными верхней (как правило, дневная поверхность) и нижней (граница с подстилающей породой или уровень грунтовых вод) границами. Она обладает свойствами аккумулировать и выделять, проводить и трансформировать вещества и энергию.

Гетерогенность — это характеристика, указывающая на то, что различные частицы почвы могут иметь разное происхождение. Могут, например, представлять собой остатки растительного происхождения, образовываться при дроблении минеральных частиц, являться вторичными (глинными) минералами. Даже частицы очень близкие по форме и размерам могут иметь разную природу и обладать различными свойствами, как, в частности, частицы минеральные и органические. С другой стороны, почва — многофазное, т.е. состоящее из различных фаз (твердой, жидкой и газообразной), тело.

2 2, 16. . Радиационный и тепловой баланс почвы.

16. Тепловой баланс и температтурный режим почв.

Основные процессы радиационного и теплового балансов на земной поверхности — взаимосвязанные процессы поступления радиационной энергии в виде прямой, рассеянной и отраженной радиаций, ее последующее превращение в тепловую на деятельной поверхности, расходующуюся на нагревание почвы (и растений), приземного слоя воздуха и эвапотранспирацию.

Прямая радиация, отраженная в видимом спектре, и длинноволновая радиация (инфракрасные волны) поступают на деятельную поверхность, а с нее излучается радиация в виде отраженной в видимом спектре и в виде тепловых лучей (инфракрасных). Результатом всех этих отражений-преобразований является радиационный баланс, I_n — большая стрелка, направленная либо внутрь (день), либо из почвы в атмосферу (ночь). Формируется тепловой баланс почвы. Как мы уже знаем, баланс формируется для конкретного слоя и промежутка времени. Положительные составляющие баланса — это все составляющие, имеющие направление к рассматриваемому слою, стремящиеся его «наполнить», отрицательные, напротив, его «опустошающие». В самом общем виде тепловой баланс будет выглядеть следующим образом:

+ (Прямая солнечная радиация)

+ (Рассеянная солнечная радиация)

+ (Противоизлучение атмосферы)

– (Отраженная солнечная радиация)

– (Излучение почвой тепла)

– (Конвективный нагрев приземного слоя атмосферы)

– (Потери тепла на испарение и транспирацию)

– (Поток тепла в почву)

= 0.

Первые пять членов этого расписанного баланса, как мы уже знаем, формируют радиационный баланс I_n. А три последних расходные: нагревание почвы и листовой поверхности растений — Q_s, нагревание приземного слоя воздуха — H_a и испарение воды — LE как произведение удельной теплоты испарения L (которая составляет примерно 585 кал/г Н₂О) на количество испарившейся воды из почвы и из растений эвапотранспирацию, Е (г Н₂О/(см²·сут)). Поэтому размерности всех составляющих теплового баланса те же, что и радиационного баланса — кал/(см²·сут). Не забудем и еще одну составляющую — энергию, затраченную на фотосинтетические процессы, — Q_ФАР, впрочем, как мы уже отмечали, весьма маленькую в сравнении с остальными. Поэтому нередко ее даже не указывают (впоследствии мы будем поступать так же) в уравнениях теплового баланса.

I_n — Q_s — H_a — LE — Q_ФАР = 0.

В этих уравнениях направление потоков тепла и соответственно знак указываются в зависимости от направления к поверхности: положительными будут все составляющие, имеющие направление к поверхности, а отрицательными — от нее. Это учтено в вышеприведенном уравнении теплового баланса. Оно характеризует дневные часы. А вот в ночные часы составляющие имеют другое направление. Из глубины почвы к поверхности направлен внутрипочвенный поток. И величина Q_s положительна, так же, как и H_a , так как турбулентный поток тепла может быть направлен в ночное время к поверхности почвы. Эвапотранспирация в ночное время близка к нулю, а почва выделяет тепло в атмосферу — радиационный баланс отрицателен. Таким образом, тепловой баланс в ночное время составит

Q_s + H_a — I_n — LE = 0.

Это означает, что и радиационный баланс в ночное время отрицателен. Поэтому дважды в сутки основные составляющие теплового баланса (In, Qs, Ha) меняют свой знак и проходят через ноль. Тепловой баланс имеет периодический (но не симметричный) вид, [рис.XIV.2]. Для летнего периода [рис. XIV.2, а] суточный радиационный баланс положителен большую часть суток, а вот зимой [рис. XIV.2, б] — в основном отрицателен. [рис. XIV.2:] Зимой значительно длительнее период отрицательных значений I_n, Q_s. В результате почва остывает.

Для почвенных процессов наиболее важным оказывается внутрипочвенный поток тепла q_T.