Возможные источники тепла в почве
Основной источник поступления тепла в грунт – солнечное излучение, которое состоит из прямого и рассеянного. Интенсивность излучения зависит от широты и высоты местности, содержания углекислоты в атмосфере и ее прозрачности.
Поглощаемая энергия затем передается либо в атмосферу, либо в нижние слои. Куда будет направляться тепло, зависит от температуры почвы и воздуха. Если почва теплее, а воздух холоднее, тепло будет уходить в атмосферу. При большом поглощении тепла грунт нагревается, и тепловая энергия начинает поступать вниз. Скорость поступления тепла тем больше, чем больше разница температуры в верхних и нижних слоях.
Количество солнечной энергии, которая поступает в почву, зависит от климатической зоны, погоды, особенностей рельефа, окраски, ее тепловых и физических свойств, густоты растительности.
Еще есть источники тепла – энергия, выделяемая при разложении растительных остатков, находящихся на поверхности или в верхнем слое, и энергия, которая передается из воздуха.
Тепловые свойства
В эту категорию характеристик входят: теплопоглотительная способность почвы, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность
Это способность грунта поглощать солнечную энергию. Поглощается излучение не полностью, некоторая часть отражается обратно. Теплопоглотительная способность определяется величиной альбедо (А). Она выражается в количестве солнечной радиации, которая была отражена почвенной поверхностью, и представлена в процентах от объема солнечного излучения, попавшего на почву.
Чем ниже альбедо, тем больше грунт может поглощать тепла. Теплопоглотительная способность зависит от окраски грунта, его влажности, структуры, рельефа поверхности и плотности растительности. Темные почвы нагреваются быстрее, чем светлоокрашенные.
Теплоемкость
Эту характеристику определяют как весовую и объемную. Весовая теплоемкость – количество тепла, измеряемое в калориях, которое необходимо затратить на нагревание 1 г сухого грунта на 1 °С. Теплоемкость объемная – тепло, которым можно нагреть 1 куб. см. на 1 °С.
Величина теплоемкости меняется в зависимости от содержания в почве влаги и воздуха. Во влажном состоянии ее теплоемкость будет выше, чем в сухом. Глинистая земля будет иметь большую, чем песчаная, теплоемкость, так как в ней содержится меньше воздуха.
Теплопроводность
Это способность грунта проводить тепло от верхних слоев, где температура выше, к нижним, более холодным. Передача тепла происходит через твердую и жидкую почвенные фазы, измеряется в объеме тепла, выражаемого в калориях. Почвенная теплопроводность измеряется в количестве тепла, которое проходит через куб. см почвы за 1 с.
Как определить
Сколько тепла находится в почве, зависит от многих факторов. Вода – теплоемкий компонент грунта, поэтому влажный прогревается дольше, чем сухой. Но и охлаждается она дольше. Дольше всего весной прогреваются глинистые влажные грунты, песчаные – быстрее, но осенью происходит наоборот: глинистые оказываются теплее из-за медленного охлаждения.
Теплопроводность зависит от содержания в порах воздуха. Чем рыхлее грунт, тем быстрее он прогревается, и наоборот, плотная почва нагревается медленнее. Количество гумуса также влияет на тепловые свойства, плодородные почвы длительнее удерживают тепло, бедные теряют его быстрее. Растительность летом, снег зимой удерживают тепло и помогают сохранить его в грунте.
Для большинства культурных растений выгодная температура для роста составляет 20-25 °С. Если она больше 30 °С – происходит торможение развития. Увеличение приемлемых температур приводит к сильному подъему интенсивности дыхания и трате органического вещества, что ведет к сокращению объема зеленой массы. Температуры грунта больше 50-52 °С ведет к гибели растений.
Для нормально роста растений необходим определенный объем тепла, в земледелии используют значение, называемое суммой активных температур. Это все дни вегетационного периода, когда температура в течение суток была выше 10 °С.
Почвенное тепло нужно не только растениям, но и микроорганизмам. На них отрицательно воздействуют холод и чрезмерное тепло; и то, и другое приводит к приостановке жизнедеятельности бактерий и биоты. Оптимальная температура – 15-20 °С, допустимы незначительные отклонения.
Тепловой режим почвы и его типы
В разных климатических зонах складываются различные тепловые режимы. По двум показателям – среднегодовой температуре и характеру промерзания – все почвы разделены на 4 типа.
Мерзлотный
Этот тепловой режим у почв, находящихся в зоне вечной мерзлоты. Грунт оттаивает в теплый годовой период, зимой полностью промерзает. Температуры на глубине 20 см и среднегодовые минусовые.
Длительно-сезонно-промерзающий
Летом почва оттаивает, глубоко промерзает зимой, на глубину не менее 1 м. Продолжительность промерзания – не меньше 5 месяцев в году. Среднегодовая температура грунта плюсовая, но в январе на глубине 20 см – минусовая.
Сезонно-промерзающий
Неглубоко промерзает зимой, оттаивает в теплый период. Продолжительность промерзания сильно разнится – от нескольких суток до 5 месяцев. Холод может проникать на глубину не более 2 м. Среднегодовая температура грунта плюсовая, но в январе на глубине 20 см – минусовая.
Непромерзающий
Почвы не промерзают даже зимой. Температура всегда положительная, как на глубине 20 см, так и среднегодовая.
Почвенный тепловой режим определяет интенсивность и направление процессов почвообразования. От особенностей режима зависят продолжительность вегетации, видовой состав и продуктивность растительности, количество микроорганизмов и интенсивность их работы, влияющей на скорость образования гумуса, объем органики, интенсивность прохождения химических реакций.