2.10. Тепловые свойства почвы

Тепловой режим играет важную роль в почвообразовании, так как он влияет на интенсивность происходящих в почве биологиче­ских, химических, физических и биохимических процессов, на рост и развитие растений.

Основными тепловыми свойствами почвы являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность обеспечивает поглощение почвой лучистой энергии Солнца. О способности почв поглощать лучистую энергию судят по альбедо — числу, показы­вающему, какую часть лучистой энергии отражает данная поверх­ность. Альбедо выражается в процентах. Чем меньше альбедо, тем больше почва поглощает солнечной радиации.

Альбедо зависит от цвета почвы, ее структуры, влажности, выровненности поверхности, типа и состояния растительного покрова.

Высокогумусированные почвы (черноземы) поглощают лучи­стой энергии на 10—15 % больше, чем малогумусированные (гли­нистые); влажные почвы на 5—11 % больше, чем сухие.

Теплоемкость - свойство почвы поглощать тепло. Разли­чают удельную и объемную теплоемкость почв. Удельная теплоем­кость - количество тепла в джоулях, затрачиваемое для нагре­вания 1 г сухой почвы на 1 °С [Дж/(г * °С)]. Объемная теплоем­кость — количество тепла в джоулях, затрачиваемое на нагревание 1 см³ сухой почвы на 1 °С [Дж/(см * °С)].

Теплоемкость зависит от минералогического и механического состава, а также от влажности почвы и содержания в ней орга­нического вещества.

Удельная теплоемкость минеральных почв в сухом состоянии колеблется в сравнительно узких пределах. По мере увеличения влажности она возрастает. Поскольку глинистые почвы влагоемки, они медленно прогреваются, их называют «холодными». Легкие почвы (песчаные, супесчаные) прогреваются быстрее, их называют «теплыми». Гумусированные почвы более теплоемки. Теплоемкость рыхлых почв выше, чем плотных.

Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Она измеряется в Вт/(м-°С).

Тепло передается несколькими путями: конвекционно — через твердые частицы почвы, газ или жидкость; при контакте частиц между собой; путем излучения от частицы к частице.

Теплопроводность почвы зависит от химического и механиче­ского состава, влажности, содержания воздуха, плотности и тем­пературы. В сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладаю­щие высокой пористостью, очень плохо проводят тепло. Теплопро­водность фракции крупнозернистого песка при одинаковой пористости и влажности в 2 раза превышает теплопроводность крупнопылеватой фракции. Влажные почвы более теплопроводны, чем сухие.

Основным показателем теплового состояния почвы является ее температура. Она имеет суточную и годовую периодичность.

Суточный ход температуры почвы характеризуется одним мак­симумом около 13 ч (местного времени) и минимумом в 4—5 ч (перед восходом солнца). Наибольшие колебания температуры почвы происходят на ее поверхности и в слое 0—1 см; на глубине 3—5 см они резко уменьшаются. На глубине 35—100 см суточные колебания не наблюдаются. Время максимума и минимума темпе­ратуры на разной глубине наступает с некоторым запозданием, в среднем 2—3 ч на каждые 10 см глубины.

В годовом ходе максимум средней суточной температуры почвы наблюдается в июле—августе, минимум — в январе—феврале. Следовательно, в годовом ходе температуры почвы проявля­ются два периода с различной направленностью потока тепла. Летом тепло идет от верхних горизонтов к нижним, а зимой — наоборот. Годовые колебания температуры почвогрунта отмеча­ются на глубинах от 10 до 25 м. Ниже этих горизонтов темпера­тура постоянная.

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:

где Те — радиационный баланс; Т_к — турбулентный поток тепла, связанный с теплообменом между поверхностью почвы и воздухом; Г_т — тепло, затрачиваемое на транспирацию влаги и ее физическое испарение; Г_п — 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.

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

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

Агротехнические приемы.

Создание греб­нистой поверхности способствует лучшему прогреванию почвы. Температура почвы на гребнистой поверхности на 3 — 5°С выше, чем на ровных участках.

Прикатывание верхнего слоя почвы повышает теплопровод­ность уплотненного слоя. Этим приемом можно повысить темпе­ратуру на 3— 5°С в 10-сантиметровом слое, залегающем ниже уплотненной прослойки.

Мульчирова­ние - покрытие поверхности почвы различными материалами; полимерными пленками, торфом, соломой, опилками н др. Черная мульча уменьшает отражательную способность почвы и способствует ее нагреву, белое покрытие может служить средством снижения избыточного нагревания почвы.

Накопление ровного и достаточно мощного слоя снега уменьшает глубину промерзания почвы, повышает ее температуру зимой и ускоряет оттаивание весной.

Агромелиоративные приемы.

Лесные полосы способствуют накоплению снега зимой, препятствуют стоку воды, изменяют скорость ветра в межполосном пространстве и тем самым благо­приятно влияют на тепловой режим почвы.

Орошение и осушение. При орошении уменьшается количе­ство отраженной почвой радиации, возрастает ее теплопроводность и теплоемкость.

При­менение больших доз органических удобрений.

Создание дымовых завес, снижающих излучение тепла из почвы и предохраняющих растения от заморозков.