14.Тепловой режим. Его зависимость от механического состава и структуры. Мероприятия по улучшению химического режима почвы. Теплоемкость. Теплопроводность. Суточные и годовые колебания.

Теплово́й режи́м почв — совокупность и последовательность всех явлений поступления, перемещения, аккумуляции и расхода тепла в почве на протяжении определенного отрезка времени (так различают суточный и тепловой режимы). Основным показателем теплового режима является температура почвы (на разных глубинах почвенного профиля). Она зависит от климата, рельефа, растительного и снежного покрова, тепловых свойств почвы.

Тепловой режим обусловлен преимущественно радиационным балансом, который зависит от соотношения энергии солнечной радиации, поглощенной почвой, и теплового излучения. Некоторое значение в теплообмене имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см² в год.

Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10-20 ккал (42-84 кДж)/см², в южной тайге — 30-40 (126-167), в черноземной зоне - 30-50 (126-209), а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см² в год.имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см² в год.

Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10-20 ккал (42-84 кДж)/см², в южной тайге — 30-40 (126-167), в черноземной зоне - 30-50 (126-209), а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см² в год. И величина радиационного баланса, и дальнейшее преобразование фактически поступившего в почву тепла теснейшим образом связаны с тепловыми свойствами почвы: теплоемкостью и теплопроводностью.

Теплоемкость - способность почвы удерживать тепло. Она измеряется количеством тепла (в Дж), которое необходимо для нагревания на 1° почвы 1 г (весовая теплоемкость) или 1 см (объемная теплоемкость). Составные части почвы имеют неодинаковую теплоемкость: вода — 4,2; торф — 2,5; глина — 2,4; песок — 2,1; почвенный воздух — 0,001. Средняя теплоемкость почвы 2,1-2,5 Дж. Теплоемкость почвы зависит от ее механического состава, содержания в ней влаги и перегноя. Чем больше в почве воды, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Песчаные почвы быстрее нагреваются, чем глинистые. Поэтому песчаные почвы считаются теплыми, а глинистые холодными. Весной легкие песчаные и супесчаные почвы можно обрабатывать значительно раньше, чем тяжелые глинистые; всходы сельскохозяйственных культур на таких почвах появляются раньше (и дружнее), чем на холодных глинистых почвах. Чем больше в почве перегноя, тем выше ее теплоемкость. Почвы структурные, рыхлые имеют теплоемкость выше, чем почвы бесструктурные, плотные.

Глинистые почвы более влагоемки весной и медленно прогреваются, поэтому их называют «холодными » почвами. Легкие почвы (песчаные, супесчаные) весной прогреваются быстрее, вследствие чего их называют «теплыми». Теплоемкость рыхлых почв, отличающихся высокой пористостью, значительно выше, чем плотных.

Теплопроводность — это способность почвы проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Она измеряется количеством тепла (в Дж), которое проходит в 1 с через 1 см2 почвы толщиной 1 см при разности температур в 1°. Теплопроводность почвы зависит от теплопроводности составных ее частей: наименьшая — у воздуха, несколько выше — у воды, наибольшая — у минеральной части почвы. Очень низкая теплопроводность у торфяных почв.

Следовательно, чем больше в почве воздуха и органического вещества, тем хуже она проводит тепло и дольше его сохраняет. Сухие бесструктурные, плотные почвы нагреваются быстрее, но они быстрее и теряют это тепло. Увлажненные, рыхлые, богатые органическим веществом почвы нагреваются медленнее, но зато излучают его постепенно; в таких почвах дольше удерживается аккумулируемая ими солнечная энергия, что благоприятнее для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Тепловой режим почвы регулируют с помощью орошения, снегозадержания, мульчирования и рыхления почвы.

Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя, но отстает от него. Средние годовые температуры почвы возрастают с севера на юг и с востока на запад. В пределах России и сопредельных государств среднегодовая температура почвы изменяется в пределах от -12 до +20°С. Выделяются 2 области - положительных и отрицательных среднегодовых температур почвы на глубине 20 см. Геоизотерма 0°С проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см. в основном совпадает с областью распространения многолетнемерзлых пород.

Типы температурного режима почв — по классификации В. Н. Димо выделяются следующие Т. т. р. п.:

• Мерзлотный. Среднегодовая температура профиля п. имеет отрицательный знак. Преобладает процесс охлаждения, сопровождающийся промерзанием почвенной толщи до верхней границы многолетнемерзлых пород; Длительно-сезонно-промерзающий. Преобладает положительная среднегодовая температура профиля п. Отрицательные температуры проникают глубже 1 м. Длительность процесса промерзания но менее 5 месяцев. Сезонно промерзающая толща не смыкается с многолетнемерзлыми породами. Не исключено отсутствие многолетнемерзлых пород; Сезонно-промерзающий. Среднегодовая температура профиля п. положительная. Сезонное промерзание может быть кратковременным (несколько дней) и продолжительным (не более 5 месяцев). Подстилающие породы немерзлые; Непромерзающий. Среднегодовая температура профиля п. и температура самого холодного месяца положительные. Промерзания не наблюдаются. Подстилающие породы немерзлые.

Почвы, насыщенные влагой, при других равных условиях, потребуют для своего нагревания значительно большего количества тепла, чем почвы сухие; испаряя содержащуюся в них в изобилии воду, данные почвы сильно охлаждаются (зяблые, холодные почвы). Что касается зимы, то благодаря той же высокой Т. сырые почвы будут теплее сухих .

Для почв каждого типа характерна определенная динамика температур в течение вегетационного периода и на различной глубине. Наибольшие колебания температуры наблюдаются на поверхности почвы. С глубиной ее колебания уменьшаются. Суточные изменения температуры полностью затухают на глубине 40...50 см. Годовая динамика температуры зависит от природной зоны. Так, в черноземах в зимние месяцы на глубине 30...40 см температура опускается ниже 0 °С; в июне—августе она достигает максимального значения, а затем к зиме снова снижается.

На большой глубине годовое колебание температуры очень незначительно. Глубина промерзания почвы в зимнее время зависит от мощности снежного покрова. Под снегом почва промерзает на незначительную глубину, а в бесснежные зимы или при сдувании снега ветром почва может промерзать на глубину 0,7...0,9 м и более. Вот почему снегозадержание проводят не только для накопления влаги в почве, но и для сохранения тепла.

В северных и северо-восточных районах страны, в зоне «вечной» мерзлоты оттаивает лишь верхний слой почвы. В связи с производственным освоением северных территорий все больше внимания уделяют сельскохозяйственному использованию этих земель. Здесь целесообразно проводить тепловые мелиорации и агротехнические приемы по улучшению теплового режима.