Глава 11. СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Тепловые свойства и тепловой баланс почвы

Температура почвы наряду с влажностью существенно влияет на рост высших растений и жизнедеятельность микроорганизмов

Выделяют три интервала температур, особенно важных для растений: минимальный, ниже которого семена не прорастают, оптимальный для их прорастания и максимальный, выше которого семена также не прорастают. У различных растений эти интервалы существенно различны. Так, у пшеницы минимум лежит в пределах 1—5° С, оптимум — около 25—35° С: у подсолнечника, картофеля минимум — 5—6° С, оптимальные температуры 31—37° С; у хлопчатника, риса минимум — 12—14° С; оптимум 37—44° С и т. д. По этим показателям установлены географо-кли- матические ареалы возделывания различных культур.

Температура почвы действует на скорость поступления воды в корни растений, величину транспирации, ростовые процессы, накопление не только корневой, но и надземной биомассы.

Температура почвы имеет большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов. Существует классификация микроорганизмов по их отношению к температуре:

1.         Мезофильные организмы, которые развиваются при температурах от 3 до 45° С, но оптимальны для них 20—40° С. К этой группе относится большинство почвенных бактерий грибов, акти- номицетов.

2.         Психрофильные микроорганизмы, для которых оптимальны температуры 10—20° С, могут жить и при температурах ниже 0° С. К ним принадлежат железобактерии.

3.         Термофильные организмы с оптимумом развития при 50—

60° С.

Температура почвы влияет на растворимость различных минеральных веществ, а также кислорода и углекислоты в почвенной влаге.

От температуры почвы зависит скорость газообмена между почвенным воздухом и приземным.

Температура почвы тесно связана с температурой приземного слоя атмосферы. Между почвой и атмосферой происходит энергообмен. Особенно большое значение он имеет летом в ночное время суток, когда нагретая за день почва является мощным инерционным источником тепла и обогревает воздух и растения. Сильное выхолаживание почвы в ночное время приводит к конденсации на поверхности росы.

Существенный фактор почвообразования — температурный режим, под влиянием градиентов температуры передвигается парообразная и жидкая влага в почвах. Перепады температур, особенно при переходе через 0° С, обусловливают ряд важных процессов физико-химического и физического порядка.

Главными тепловыми свойствами почв, регулирующими ее температурный режим, являются теплоемкость, температуропроводность и теплопроводность, лучепоглотительная, лучеиспускательная и лучеотражательная способности.

Теплоемкость почвы — количество тепла, которое надо затратить для нагревания 1 г или 1 см3 почвы на 1° С. Объемная'теплоемкость составляет 2,0—2,5 Дж/см3. Она зависит от теплоемкости входящих в ее состав минералов, количества органического вещества (чем его больше, тем больше теплоемкость почвы) и от состояния влажности почвы. Чем почва влажнее, тем больше ее теплоемкость (так как теплоемкость воды равна 4,19 Дж, а теплоемкость воздуха 0,001282 Дж). Следовательно, теплоемкость почв резко изменяется в зависимости от степени увлажнения. Чем влажнее почва, тем больше тепла требуется на ее нагревание.

Теплопроводность — это скорость передачи тепла в почвах. Коэффициент теплопроводности X — количество тепла, передаваемое от поверхности в глубь почвы (или в обратном направлении), через единицу протяженности (см) в единицу времени (1 с) при градиенте температур 1° С. Ее размерность Вт/(м-°С).

Температуропроводность (м2/с) — это изменение температуры 1 см3 почвы, вызванное поступлением некоторого количества тепла, протекающего за 1 с через 1 см2 поперечного сечения при разности температур 1°С на расстоянии 1 см.

Теплопроводность и теплоемкость связаны уравнением

где К — температуропроводность почвы; X — теплопроводность почвы; CV — объемная теплоемкость.

Теплопередача в почве осуществляется разными путями: а) от частицы к частице через разделяющую их среду (воздух, воду); б) через непосредственные контакты твердых частиц; в) излучением от частицы к частице; г) конвекцией через газ и жидкость. Поэтому величина теплопроводности почвы зависит от ряда факторов: от теплопроводности входящих в ее состав минералов, содержания органических веществ, от величины порозности и степени увлажнения. Минеральные вещества обладают большей теплопроводностью, чем органические. Так, теплопроводность минеральных частиц равна 1,6—2,0 Вт/(м-К), а теплопроводность торфа — 0,8 Вт. Влажные почвы обладают значительно большей теплопроводностью, чем сухие, так как теплопроводность воды равна 5,87 Вт/(м-К), а воздуха 0,020 Вт/(м-К).

Горизонты почв, богатые органическим веществом и имеющие большую порозность, в сухом состоянии обладают очень плохой теплопроводностью. В районах распространения вечной мерзлоты в почвах, покрытых слоем торфа, вечная мерзлота лежит ближе к поверхности, чем в почвах незаторфованных.

Лучепоглотительная й лучеотражательная способности почв изменяются в зависимости от цвета почв и формы поверхности. Темные почвы значительно больше поглощают лучей, чем почвы светлые. Почвы с гладкой поверхностью обладают лучшей отражательной способностью, чем почвы шероховатые. Отношение количества отраженных почвой лучей к количеству лучей, падающих на ее поверхность, называется альбедо. Альбедо почв колеблется в широких пределах — от 15% (темные почвы.) до 45% (белый песок). На черноземах альбедо полей, занятых растительностью, 17—20%, пара 7—8%.

Лучеиспускательная способность почв, или способность их выделять тепловые лучи, зависит в значительной мере от состояния влажности, от состояния и температуры поверхности и от величины теплопроводности почв. Почвы влажные, с шероховатой поверхностью и относительно более- теплопроводные обладают наибольшей лучеиспускательной способностью.

Комплекс тепловых свойств почв обусловливает их температурное состояние, которое, в свою очередь, влияет на скорость и интенсивность биохимических и химических процессов в почвах и имеет непосредственное значение для развития растений.

Тепловой баланс почвы включает следующие статьи прихода и расхода тепла.

1.         Тепло поступает на поверхность почвы с прямой и рассеянной радиацией Qp. Часть приходящей коротковолновой радиации сразу отражается Q0Tp. К приходным статьям баланса относится также длинноволновое излучение атмосферы QK, значительная часть которого излучается поверхностью почвы обратно в атмосферу

2.         Наиболее существенная статья теплового баланса — тепло, расходуемое на испарение и транспирацию (суммарное испарение) и приобретаемое при конденсации водяных паров QT-

3.         Между поверхностью по.чвы и глубокими слоями идет постоянный теплообмен. Поток тепла Qn, который направлен от поверхности вглубь и обратно, называется теплообменом в почве. Для него большое значение имеют теплоемкость и теплопроводность почвы.

4.         Теплообмен между поверхностью почвы и воздухом возникает при турбулентном перемешивании приземного воздуха. С этим процессом связан турбулентный поток тепла

Тепловой баланс как алгебраическая сумма всех указанных потоков должен по закону сохранения энергии удовлетворять условию

Q6+QK+Q-r+Qn=Q-

Кроме постоянно действующих статей, входящих в уравнение теплового баланса, существуют временно действующие. Например, вода осадков может быть холоднее или теплее поверхности поч- в-й; теплота замерзания и оттаивания также может изменять распределение элементов теплового баланса.

В тепловом балансе почв различных природных зон весьма значительно изменяется удельный вес тепла, расходуемый на испарение, он зависит от содержания в почве влаги, характера и состояния растительности. При достаточной влагообеспеченности растительности расход тепла на суммарное испарение достигает 80% радиационного баланса, а на орошаемых массивах среди засушливых площадей при значительном переносе тепла с соседних территорий этот расход может составить 100% баланса. В засушливых областях расход тепла на испарение ничтожен и до 85% всего радиационного тепла расходуется на теплообмен из почвы в воздух.

В качестве показателя температурного режима почв В. Н. Ди- мо предлагает использовать отношение сумм активных температур почвы к суммам активных температур воздуха. Этот термический коэффициент выражает степень нагреваемости почв

Термический коэффициент Н характеризует направление теплообмена почв — приземный воздух.

В соответствии с направлением температурного градиента в профиле почв В. Н. Димо выделены три типа температурного режима.

1.         Тип излучения; в годовом теплообороте преобладает положительный градиент температуры.

2.         Тип неустойчивого равновесия; градиент температуры либо отсутствует, либо имеет весьма малое значение.

3.         Тип инсоляции; в годовом теплообороте преобладает отрицательный градиент температуры.

По степени континентальности выделены подтипы: 1) умеренный— амплитуда температур на глубине 0,2 м от 15 до 20° С; 2) континентальный — от 20 до 25° С; 3) резкоконтинентальный — от 25 до 30° С.

Данные стационарных наблюдений за температурами почвы на разных глубинах позволяют охарактеризовать суточный, годовой и многолетний температурные режимы и отнести почвы по этому признаку к тому или иному типу. Результаты подекадных измерений температуры почвы, воздуха и количества осадков, мощности и продолжительности снежного покрова изображаются в виде графиков термоизоплет (см. гл. 4, 15—18). Графики термо- изоплет наглядно показывают глубины проникновения летних и зимних температур, глубину и продолжительность промерзания, скорость оттаивания, а также некоторое запаздывание максимумов и минимумов температур на глубине по сравнению с поверхностью почвы и уменьшение с глубиной амплитуды температур.

Наиболее действенный метод повышения температуры почвы— мульчирование. Простейший и наиболее широко распространенный прием мульчирования — оставление стерни при осенней и весенней обработке почвы. Прямое назначение приема — накопление снега и защита почв от ветровой эрозии. Однако накопление достаточно мощного слоя снега приводит и к снижению глубины промерзания почв зимой и более раннему оттаиванию весной.

Прямой метод воздействия на температурный режим почв — укрытие их поверхности мульчей — тонкими прозрачными пленками из полимеров и пластмасс. Днем пленки пропускают корот^ коволновую радиацию, а ночыо задерживают обратный поток длинных тепловых лучей из почвы. Поэтому прозрачные пленки дают больший эффект, чем черные. Мульчирование повышает тем-- пературы почвы на 5—6° С.

В случае перегрева поверхности почвы и воздействия прямых солнечных лучей почву притеняют с помощью пожнивных остатков, кулис из высокостебельных растений и специальных щитов, защищающих всходы от палящих лучей солнца.

Местами для подогрева почв используются тепловые отходы промышленности, артезианские термальные воды (на севере).

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв