Глава 3. Тепловые свойства почвы

Одним из важнейших факторов окружающей среды для роста и развития растений наряду с водой, воздухом, солнечной энергией и теплом, является температура почвы.

Температура почвы определяет направленность и интенсивность почвообразовательных процессов, состав микробного комплекса почв и процессы им инициируемые. От температуры почвы в разные моменты календарного года зависит выбор сельскохозяйственных культур, возделывание которых возможно в данных условиях. Следовательно, температурные особенности почв определяют необходимый набор мелиоративных мероприятий.

Температура почвы определяется как внешними условиями, а именно текущей погодой, так и тепловыми свойствами самой почвы. При поступлении одного и того же количества тепла изменение температуры почвы определяется ее теплоемкостью, а интенсивность внутрипочвенного переноса тепла – теплопроводностью.

Коэффициент теплопроводности [кал/(см×ЧєС×Чсут) или Дж/(см·єС) = Вт/(м·К)] – количество тепла, прошедшего в единицу времени через единичное сечение почвы при единичной толщине слоя почвы при разнице температур в 1 єС (или 1 К).

Теплоемкость – количество тепла, необходимого для нагревания одного грамма (или см³) почвы на один градус. Теплоемкость единицы массы тела называют удельной теплоемкостью – С_m, [кал/(г×ЧєС)]; теплоемкость единицы объема – объемной теплоемкостью – С_v, [кал/(см^3×ЧєС)] (Шеин, Гончаров, 2006). Объемная и удельная теплоемкости связаны соотношением:

C_v = C_m×Чρ_b ,

где ρ_b – плотность почвы.

Теплоемкость почвы складывается из теплоемкостей составляющих ее почвенных фаз (табл. 3.11.) с учетом содержания каждой из фаз.

Таблица 3.11.

Теплоемкость и плотность некоторых почвенных компонент (Физика среды обитания растений, 1968), воды и воздуха при 10оС и льда при 0оС

Вещество	Сv, кал/см3×ЧоС	r, г/см3	Сm, кал/г×ЧоС
Кварц Глинистые минералы Органическое вещество Вода Лед Воздух	0.48 0.48 0.60 1.00 0.45 0.0003	2.66 2.65 1.30 1.00 0.92 0.00125	0.18 0.18 0.46 1.00 0.49 0.24

Коэффициент температуропроводности (коэффициент термодиффузии) – κ (см²/с, см²/сут) – характеризует способность среды выравнивать свою температуру, которая определяется не только теплопроводностью среды, но и ее объемной теплоемкостью. Коэффициент температуропроводности является производной теплофизической характеристикой. Он численно равен повышению температуры, которое произойдет в единице объема почвы при поступлении в нее тепла, численно равного ее теплопроводности:

κ = λ_T / Сv,

где κ – коэффициент температуропроводности; λ_T – коэффициент теплопроводности; Сv – теплоемкость.

Чем выше температуропроводность почвы, тем она быстрее будет проводить температурный поток, будет быстрее повышаться температура нижних слоев, быстрее проникать вниз «температурная волна». То есть почва будет быстрее прогреваться (Шеин, Гончаров, 2006).

Температуропроводность почвы зависит от ее плотности, содержания органического вещества, распределения почвенных частиц по размерам, влажности.

О методах измерения температуры будет рассмотрено в главе посвященной мобильным информационно-измерительным средствам определения агроклиматических и агрофизических свойств почвы.