Тепловой режим почвы и пути его регулирования

Совокупность процессов поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называют тепловым режимом почвы. Тепловой режим характеризуется с помощью радиационного и теплового балансов.

Радиационный баланс – это соотношение между количеством солнечной радиации, поглощаемой и излучаемой почвой.

Приходную часть составляет прямая и рассеянная солнечная коротковолновая радиация, а также длинноволновое излучение атмосферы

Расходную часть составляет отраженная поверхностью почвы коротковолновая радиация и длинноволновое температурное излучение почвы.

Если приходная часть больше расходной, то почва нагревается и баланс положительный. Для радиационного баланса характерна суточная и годовая периодичность

Суточная периодичность. Днем поверхность почвы нагревается и достигает максимума к 13 ч. Затем происходит постепенное охлаждение почвенной поверхности, и минимум ее температуры отмечается перед восходом солнца. По мере нагревания поверхности почвы происходит передача тепла и в более глубокие слои. При этом наиболее быстро изменяется температура на поверхности почвы. С глубиной скорость этих изменений заметно уменьшается в связи со слабой теплопроводностью почвы. Поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах профиля почвы наступают в разное время, в среднем отмечено запаздывание на 2-3 ч на каждые 10 см глубины профиля.

Наибольшие суточные колебания температуры происходят на поверхности почвы, а с глубины 3-5 см они уже резко уменьшаются. На глубине 30-100 см суточные колебания температуры затухают

Годовая периодичность. Годовой ход температуры имеет два периода: летний – период нагревания почвы с потоком тепла от верхних горизонтов к нижним и зимний – период охлаждения почвы с потоком тепла от нижних слоев профиля к верхним. Амплитуды колебаний температуры почвы между этими периодами определяются условиями атмосферного климата и свойствами почв. В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры почвы наблюдается обычно в июле – августе, а минимум – в январе – феврале. Летом самая высокая температура отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается. Зимой нижние слои профиля имеют более высокие температуры. На годовые изменения температуры почвы большое влияние оказывает растительность, предохраняя поверхность почвы от резких колебаний температуры.

Тепловой баланс складывается из показателя радиационного баланса, расхода тепла на транспирацию и испарение влаги, на теплообмен между поверхностью почвы и ее более глубокими слоями, на нагревание воздуха. Тепловой баланс зависит от географического положения и особенностей рельефа, физических свойств почвы, наличия растительного покрова. Сезона года, времени суток, погодных условий и многих других факторов.

В регионах со снежными и холодными зимами сильное влияние на температурный режим оказывают промерзание, оттаивание почвы, мощность и продолжительность снежного покрова.

Почва начинает промерзать при температуре несколько ниже О °С, поскольку в почвенном растворе содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания. На замерзание почвы влияют снежный и растительный покровы, рельеф местности, свойства почвы, ее влажность, а также хозяйственная деятельность человека.

Снежный покров предохраняет почву от промерзания: чем он меньше, рыхлее и длительнее сохраняется, тем больше утепляет почву и снижает глубину ее промерзания. Растительный покров, задерживая и накапливая снег, ослабляет промерзание почвы.

Рельеф влияет на накопление снега и увлажнение почвы. Поэтому наибольшую глубину промерзания почвы наблюдают на выпуклых формах рельефа и наветренных склонах, где сдувается снег. Накопление снега в понижениях (лощинах, западинах) способствует меньшему промерзанию почвы. Глубже промерзают склоны северной экспозиции, а на меньшую глубину – южной. Чем влажнее почва, тем меньше она промерзает. При промерзании почвы идет подток парообразной и жидкой влаги к фронту промерзания. Замерзание почвы начинается до или после установления снежного покрова и продолжается до января — февраля. Затем она начинает постепенно оттаивать снизу за счет передачи тепла от нижних незамерзших слоев. Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано с применением растительного покрова (вырубка или посадка древесно-кустарниковой растительности, сохранение травянистой растительности и т. д.), что сказывается на накоплении снега или существенном изменении увлажнения (орошение, осушение).

Теплообеспеченность почв основных зон снижается с запада на восток. В земледельческих районах таежно-лесной зоны она колеблется от ниже средней (Западная и Средняя Сибирь) до вышесредней (Приморье), в лесостепной — от ниже средней до хорошей, в степной — от средней (Восточная Сибирь) до весьма хорошей (Предкавказье), в зоне сухой степи — от хорошей до весьма хорошей. Наилучшая теплообеспеченность у почв сухих и влажных субтропиков.

При характеристике теплового режима почв большое значение имеет продолжительность периода активных температур (>10°C) в почве на глубине максимального распространения корней (20 см). Поэтому оценку теплообеспеченности почв дают по сумме активных температур. Чем длиннее период с активной температурой, тем выше теплообеспеченность почв, а следовательно, более благоприятные условия для роста и развития растений. Для условий Беларуси теплообеспеченность находится на среднем уровне.

В зависимости от среднегодовой температуры и характера промерзания почвы выделяют 4 типа теплового режима почв (по В. Н.Димо): мерзлотный, длительно сезоннопромерзающий, сезоннопромерзающий и непромерзающий.

Мерзлотный тип теплового режима характерен для местностей с отрицательной среднегодовой температурой профиля почвы. В таких почвах преобладает процесс охлаждения (районы с вечной мерзлотой).

Длительно сезоннопромерзающий тип теплового режима проявляется на территориях, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м, но смыкание сезоннопромерзающей толщи с многолетнемерзлыми породами не наблюдается. Длительность промерзания не менее 5 мес.

Сезоннопромерзающий тип теплового режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Промерзание профиля длится менее 5 мес. Подстилающие породы не мерзлые.

Непромерзающий тип температурного режима имеют территории, где промерзание профиля почв и морозность не проявляются.

В сельскохозяйственной практике регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста и развития растений.

В северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют повышение температуры почвы в летний период, в южных засушливых — понижение ее температуры.

К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относят затенение почвы растительностью, мульчой, некоторые способы обработки почвы (рыхление и прикатывание поверхности почвы), гребневые и грядовые посевы. Рыхление почвы уменьшает ее теплопроводность и увеличивает лучеиспускательную способность. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем больше поглощает солнечной энергии, а ночью больше излучает тепла по сравнению с плотной поверхностью. Гребневые посадки способствуют более быстрому прогреванию верхнего слоя почвы.

В овощеводстве применяют мульчирование поверхности почвы торфом, соломой, мульчбумагой и другими материалами. Применение светлоокрашенной мульчи увеличивает альбедо и ослабляет нагревание, и, наоборот, темные материалы (черная мульчбумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, а следовательно, расход влаги и тепла. В овощеводстве для улучшения температурного режима почв может также применяться биотопливо (навоз, ком посты и др.), электрический, паровой и водяной обогревы.

Полив — эффективный прием регулирования температуры почвы. При этом температура ее поверхностных слоев заметно снижается. Осушение болотных торфяных почв заметно ухудшает их прогревание в весенне-летний период, так как при улучшении аэрации, теплопроводность снижается.

Эффективными приемами регулирования теплового режима почв в холодное время является снегозадержание. Снегозадержание одновременно и важный прием накопления влаги в почве. Накопление снега резко снижает отрицательные температуры в почве и глубину их проникновения.

Приемы регулирования теплового режима должны осуществляться с учетом почвенно-климатических и погодных условий и особенностей возделываемых растений.

Лекция

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

1.Почвенное плодородие и его виды.

2. Воспроизводство почвенного плодородия.

3. Понятие об окультуривании, степени окультуренности и показателях окультуренности. Оптимальные параметры плодородия почв.

4. Модели почвенного плодородия.