Почва, тепловые свойства

Определение "Почва, тепловые свойства" в ЭБНБ

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. Объемная теплоемкость - количество тепла в джоулях, затрачиваемое на нагревание 1 см³ сухой почвы на 1 °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. 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 нокровом. 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:
Тб + Тк + Тт + ТП = 0,

где Тб - радиационный баланс; Тк - турбулентный поток тепла, связанный с теплообменом между поверхностью почвы и воздухом; Тт - тепло, затрачиваемое на транспирацию влаги и ее физическое испарение; Тп - 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 влияющие на тепловой режим почвы.
Все приемы активного влияния на тепловой режим почв делятся на агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические.

Агротехнические приемы наиболее доступны для активного воздействия на тепловой баланс почвы. Создание гребнистой поверхности способствует лучшему прогреванию почвы. Температура почвы на гребнистой поверхности на 3 - 5 °С выше, чем на ровных участках.

На тепловой режим почвы существенно влияет глубина основной и поверхностной обработки. При вспашке или культивации происходит нарушение однородности почвы по глубине - изменяется плотность, общая пористость и пористость аэрации. Это приводит к снижению теплопроводности и изменению теплоемкости почвы. Разность в температуре нагрева почвы с различной мощностью пахотного горизонта будет пропорциональна глубине обработки.
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.

Температуру почвы можно значительно изменить мульчированием (покрытием поверхности почвы различными материалами: полимерными пленками, торфом, соломой, опилками и 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 оказывают на тепловой режим наиболее устойчивое влияние. Лесные полосы способствуют накоплению снега зимой, препятствуют стоку воды, изменяют скорость ветра в межполосном пространстве и тем самым благоприятно влияют на тепловой режим почвы.
Существенное влияние на тепловой режим почв оказывает также орошение и осушение. При орошении уменьшается количество отраженной почвой радиации, возрастает ее теплопроводность и теплоемкость.
Кроме того, повышению температуры почвы способствует применение больших доз органических удобрений.

Распространенным агрометеорологическим приемом является создание дымовых завес, снижающих излучение тепла из почвы и предохраняющих растения от заморозков. Неплохие результаты дает перемешивание более теплых верхних слоев воздуха с холодными нижними с помощью вертолетов.