Теплові властивості і тепловий режим ґрунтів

Сукупність явищ надходження, акумуляції, перенесення і віддачі тепла називається тепловим режимом грунту. Тепловий Режим ґрунту разом з водним режимом визначають динаміку ґрунтотворних процесів. Температура є важливим фактором інтенсивності хімічних, фізико-хімічних, біохімічних та біологічних процесів в ґрунті. Тепло — необхідний фактор росту та розвитку рослин. Від температурних умов ґрунту залежать розвиток і про­дуктивність сільськогосподарських рослин: проростання насіння, розвиток кореневої системи, швидкість проходження окремих фаз розвитку, інтенсивність фотосинтезу.

Основним джерелом тепла в ґрунті є променева енергія Сонця (сонячна радіація). Одна частина її поглинається поверх­нею ґрунту, перетворюється на теплову енергію і передається у нижні горизонти, а друга — відбивається ґрунтовою поверх­нею. Кількість поглинутої і відбитої поверхнею ґрунту енергії залежить від його забарвлення, зволоження, оструктурення та затінення рослинами.

Кількість сонячної радіації, що надходить до поверхні ґрунту залежить від географічного положення та умов рельєфу місце вості, часу року та доби, стану атмосфери (хмарно, ясно тощо). У північних широтах сумарний потік сонячної радіації збільшується; в напрямі з півночі на південь.

На тепловий режим ґрунту впливають його теплові власті вості: тепловбирания, теплоємність і теплопровідність.

Тепловбирання — це здатність ґрунту вбирати і відбиват променеву енергію Сонця. Воно залежить переважно від забар влення ґрунту (світлі ґрунти вбирають теплоти менше, а темні -більше), вологості (вологі ґрунти поглинають теплоти більше, ніж сухі), рельєфу місцевості, напряму схилів та наявності чи відсутності рослинного покриву. Тепловбирання характеризується значенням альбедо (А) — часткою короткохвильової сонячної радіації, що відбивається поверхнею ґрунту, по відношенню до загальної сонячної радіації і вираженої в процентах. Діапазон відбиття променевої поверхнею ґрунтів коливається в межах від 8-10% — вологі ґрунти, до 30% — сухі ґрунти. Тепловбирна здатність ґрунтів окремого природно-сільськогосподарського району обумовлює поділ ґрунтів на холодні і теплі: темнозабарввлені ґрунти більш теплі, ніж світлі; оструктурені ґрунти з шершавою поверхнею більш теплі, ніж безструктурні.

Теплоємність — це кількість теплоти, в джоулях, що необхідна для нагрівання 1 г або 1 см³ ґрунту на 1^оС в інтервалі темпе ратур від 14,5 до 15,5°С. Вона залежить від мінералогічного гранулометричного складу ґрунту, його вологості і пористості вмісту органічної речовини та повітря. Глинисті ґрунти, як правило, теплоємніші порівняно з піщаними, але останні напровесні швидше прогріваються. У них за однакових кліматичних умов на 10 - 15 діб раніше настає фізична і біологічна стиглість, ніж у гли­нистих (звідси і назва — теплі і холодні ґрунти). Збагачення ґрунту на органічну речовину підвищує його теплоємність.

Теплопровідність — це здатність ґрунту проводити теплоту. Вимірюється теплопровідність кількістю теплоти в джоулях, що проходить за 1 с через шар ґрунту площею 1 см² і завтовшки 1 см. Теплопровідність ґрунту визначається коефіцієнтом теплопро­відності, який є емпіричною величиною, характерною для кож­ної ґрунтової відміни і кожного генетичного горизонту.

Різні частини ґрунту мають різну теплопровідність. Так, теп­лопровідність мінеральної частини ґрунту в середньому в 100 разів вища, ніж повітря, а води — у 28 разів. Незначною тепло­провідністю характеризуються органічні речовини ґрунту. Отже, чим більше в ґрунті гумусу і повітря, тим менша його тепло­провідність. У такому ґрунті довше зберігається теплота.

Оструктурювання ґрунту, збільшення в ньому кількості орга­нічних речовин і повітря є тими заходами, які допомагають мак­симально використати сонячне тепло.

Нагромадженню значної кількості органічної речовини в по­верхневому шарі перешкоджає пересування теплоти. Деякі за­ходи, направлені на регулювання температурного режиму ґрунтів в холодний період року (снігозатримання, мульчування), знижу­ють теплопровідність і запобігають вимерзанню посівів озимих культур.

Для характеристики теплового режиму ґрунту особливе зна­чення має тривалість періоду активних температур (> 10°С) в ґрунті на глибині 20 см, де знаходиться максимальна кількість коріння сільськогосподарських і природних рослин. Це зона ак­тивної діяльності мікрофлори та фауни ґрунту. Найвища біологічна активність ґрунту спостерігається при 30-35°С. Вище цієї темпе­ратури життєдіяльність організмів пригнічується. Отже, інтервал біологічно активних температур становить від 10 до 35°С.

Теплозабезпеченість ґрунтів основних ґрунтово-кліматичних зон України різна і зменшується із заходу на схід. Найкраще за­безпечені теплом ґрунти сухих субтропіків Південного берега Криму.

Залежно від географічного розташування території фор­мується тепловий баланс ґрунтів, тобто надходження і витрати теплоти з одиниці площі поверхні ґрунту. У зв'язку з цим виді­ляють чотири типи температурного режиму ґрунтів: мерзлот­ний, тривало сезоннопромерзаючий; сезоннопромерзаючий; непромерзаючий.

Термічні параметри мерзлотного типу температурного ре­жиму ґрунтів характеризуються такими параметрами: 1) сума температур ґрунту більше 10°С на глибині 20 см — 400-800°С; 2) тривалість періоду від'ємних температур ґрунту на глибині 20 см — більше 8 місяців. Тривало сезоннопромерзаючий тип має відповідно такі параметри: 1) 800-1600°С; 2) 5-8 місяців. Се­зоннопромерзаючий тип характеризується такими параметрами: 1) 1600-3800°С; 2) 1-5 місяців. Непромерзаючий тип відповідно: 1) 3800-7200°С; 2) 0 місяців.

Значення термічного фактора в ґрунтотворенні виключно ве­лике. Згідно відомому правилу Вант-Гоффа, із зростанням тем­ператури на 10°С швидкість хімічних і біохімічних реакцій зрос­тає в середньому в 2-4 рази. Тепло є визначальним фактором у формуванні гідротермічних умов місцевості, а саме відношенням кількості атмосферних опадів до величини випаровування за рік (гідротермічний коефіцієнт Іванова).

Для природних умов України даний коефіцієнт лежить в ме­жах від 2,7-3,1 (Карпатська гірсько-лучна зона) до 0,4-0,6 (зона Сухого Степу).

До найбільш поширених прийомів, що регулюють тепловий режим ґрунту, належать: затінення поверхні рослинністю, муль­чування поверхні рослинними рештками, рихлення і прикочуван­ня, гребеневі та грядкові посіви.

Контрольні запитання

1. З яких фаз складається ґрунт як природне тіло?
2. Що таке тверда фаза ґрунту та з яких мінералів вона складається?
3. Що таке гранулометричний (механічний) склад ґрунту?
4. Що розуміють під назвою «механічний елемент», «фізичний пісок», «фізична глина»?
5. За якими ознаками розрізняють фракції механічних елементів?
6. Чому одні ґрунти називають «легкими» за гранулометричним скла­дом, а інші «важкими»?
7. Як впливає гранулометричний склад на агрономічні властивості ґрунту?
8. Які мінерали належать до групи первинних мінералів, а які до вторинних?
9. Які бувають ґрунтотворні породи за походженням?
10. Як розподілені ґрунтотворні породи по природних зонах України?
11. Що таке ґрунтотворний процес?
12. Які найважливіші складові ґрунтотворного процесу?
13. Назвіть основні морфологічні ознаки ґрунту.
14. Які символи використовують для позначення окремих горизонтів ґрунтового профілю?
15. Як визначити забарвлення окремого горизонту ґрунту?
16. Що таке структурність і структура ґрунтів?
17. Які заходи слід застосовувати для збереження і відновлення структури ґрунту?
18. Що є джерелом органічної частини ґрунту?
19. Що таке органічна частина ґрунту і гумус ґрунту?
20. Як утворюються гумусові речовини?
21. Якими властивостями характеризуються гумінові кислоти і фуль-вокислоти?
22. Які заходи сприяють збереженню і збільшенню вмісту гумусу в ґрунті?
23. Як впливає гумус на родючість ґрунтів?
24. Яка роль води в ґрунтоутворенні?
25. Назвіть форми води в ґрунті та їх доступність для рослин.
26. Які водні властивості ґрунтів, їх залежність від гранулометрич­ного складу?
27. Як визначити загальний і корисний запаси води в ґрунті?
28. Що таке водний режим ґрунту та які є типи водного режиму ґрунтів?
29. Як регулюється водний режим ґрунту?
30. Які повітряні властивості ґрунтів?
31. Як регулюють повітряний режим ґрунту?
32. Що таке тепловий режим ґрунту?
33. Які теплові властивості ґрунтів і від чого вони залежать?
34. Що таке гідротермічний коефіцієнт Іванова і які його значення Для ґрунтових умов України?

РОДЮЧІСТЬ ҐРУНТІВ

Найхарактернішою властивістю ґрунту як природного тіла є його родючість. Від неї залежать усі прояви життя на Землі.

У сучасній науковій літературі поширене визначення родючості ґрунту акад. В. Р. Вільямса. Родючість ґрунту— це здатність його безперервно й одночасно забезпечувати рослини водою та еле­ментами живлення. Теплота і світло як необхідні для рослин умо­ви росту розглядались ним як космічні фактори.

Отже, ґрунт, використовуючи енергію Сонця, речовини та елементи живлення з навколишнього середовища, трансформує їх у процесі складних біофізико-хімічних процесів і забезпечує рослини всім необхідним. Родючість ґрунту — результат розвитку природного ґрунтотворного процесу, а при сільськогосподарсь­кому використанні — результат процесу окультурення ґрунту.

Розрізняють фактори та умови родючості ґрунту. До факторів родючості належать елементи азотного та зольного живлення рос­лин, вода, повітря і теплота, а до умов родючості — сукупність вла­стивостей та режимів, комплексна взаємодія яких визначає мож­ливість забезпечення рослин земними факторами життя і росту.

До найважливіших умов, від яких залежить родючість ґрунту, належать: температурний, водно-повітряний, поживний, фізико-хімічний, біохімічний, окислювально-відновний і сольовий режи­ми. Параметри цих режимів визначаються кліматичними умова­ми, агрофізичними властивостями ґрунтів, їх гранулометричним, мінералогічним і хімічним складом, потенціальним запасом еле­ментів живлення та вмістом їх рухомих форм, вмістом, складом і запасами гумусу, інтенсивністю мікробіологічних процесів, ре­акцією середовища та іншими фізико-хімічними властивостями.

Слід зазначити, що не для всіх властивостей і режимів ґрунту визначені кількісні показники відповідно до вимог сільськогоспо­дарських рослин. Властивості та режими динамічні і дуже швид­ко змінюються в часі. Крім того, вимоги окремих рослин (або груп їх) до ґрунтових умов родючості бувають також неоднакові. Один і той самий ґрунт може бути родючим для одних видів рослин і малородючим для інших. У цьому виявляється відносний харак­тер родючості ґрунту. Так, для чайних кущів сприятлива сильно-кисла реакція, яка дуже шкідлива для бобових культур. Сосна добре росте на піщаних ґрунтах, тоді як інші хвойні породи кра­ще ростуть на суглинистих ґрунтах.

Раніше виділяли три категорії родючості ґрунту: природну, або потенціальну; штучну, або ефективну; економічну.

Природна родючість визначається властивостями ґрунту, що формуються у процесі його розвитку під впливом факторів ґрун­тоутворення без втручання людини.

Штучна родючість властива ґрунтам, що використовуються у сільськогосподарському виробництві і здатні формувати той чи інший рівень родючості. Така родючість ґрунту залежить від рівня розвитку науки і техніки, можливості оптимально використову­вати природну родючість ґрунту для вирощування сільськогос­подарських культур.

Економічна родючість пов'язана з різною оцінкою ділянок ґрунтів залежно від їх розташування, віддаленості від споживачів продукції, зручності використання.

У сучасній літературі часто використовують різні синоніми для позначення категорії родючості ґрунту. У зв'язку з цим рекомен­довано виділяти такі категорії родючості ґрунту:

1) природна — родючість, яку має ґрунт у природному стані без втручання людини;

2) штучна — родючість, якої набуває ґрунт в результаті впли­ву цілеспрямованої діяльності людини (різні види обробітку, вне­сення добрив, меліорація тощо);

3) потенціальна — сумарна родючість ґрунту, що визначаєть­ся тими його властивостями, які набуті у процесі ґрунтоутворен­ня та в результаті впливу діяльності людини;

4) ефективна — частина потенціальної родючості, яка реалі­зується у вигляді врожаю рослин за певних кліматичних і агро­технічних умов;

5) відносна — родючість ґрунту відносно певної групи або окремих видів рослин;

6) економічна — економічна оцінка ґрунту у зв'язку з його потенціальною родючістю та економічною характеристикою зе­мельної ділянки;

7) відтворення родючості — сукупність природних ґрунто­вих процесів або системи цілеспрямованих меліоративних та

Землеробство з основами ґрунтознавства і агрохімії

агротехнічних заходів для підтримання ефективної, ґрунтової ро­дючості на рівні, що наближається до потенціальної родючості.

Відтворення родючості ґрунту — це об'єктивний закон ґрун­тоутворення, для якого характерні всі форми його прояву. Якщо в ґрунтах, що знаходяться в сільськогосподарському викорис­танні, формування родючості не досягає початкового рівня на момент освоєння цілинного ґрунту, то це свідчить про неповне відтворення родючості ґрунту. Якщо такий рівень родючості ґрунту досягається, то це свідчить про просте відтворення його родючості. Створення родючості ґрунту, вищої за початковий рівень, називається розширеним відтворенням родючості. При цьому відбувається одночасне збільшення як ефективної, так і потенціальної родючості ґрунту.

В умовах сільськогосподарського використання ґрунтів відтво­рення їх родючості відбувається під впливом природних факторів та дії людини на ґрунт.

Під впливом природних та антропогенних факторів розвиваєть­ся культурний ґрунтотворний процес. Його розвиток в умовах цілеспрямованої діяльності людини приводить до поліпшення ґрунтів і підвищення їх родючості. Якщо цей принцип порушуєть­ся, то це призводить до втрати ґрунтової родючості (ерозія, за­солення, втрати гумусу, руйнування структури тощо). Тому в умо­вах інтенсивного землеробства найважливішим завданням раціонального використання ґрунту є забезпечення розширено­го відтворення ґрунтової родючості, тобто одночасне підвищен­ня як ефективної, так і потенціальної родючості.

Спрямований розвиток культурного ґрунтотворного процесу дає змогу розробити моделі родючості ґрунту. Це сукупність аг­рономічно важливих властивостей ґрунту та їх режимів, що відпо­відають певному рівню продуктивності рослин.

Моделі родючості ґрунту розробляють ґрунтознавці, агроно­ми, працівники рослинництва, меліоратори, економісти та інші представники аграрної науки, їх створюють на основі вивчення параметрів ґрунтів у системі польових дослідів з провідними куль­турами, вивчення та узагальнення даних про характеристику ґрунтів і врожайність сільськогосподарських культур у кращих господарствах і на сортодільницях. Моделі оптимальної родю­чості ґрунту і встановлені наукою і практикою шляхи їх реалізації дають змогу вирішувати завдання з підвищення родючості ґрунтів.

Усі фактори життя для рослин рівнозначні, і жоден з них не може бути замінений іншим. З цього випливає важливий, сфор­мульований В. Р. Вільямсом принцип, згідно з яким для підвищен­ня родючості ґрунту та отримання високих і стійких урожаїв тре­ба одночасно впливати на всі фактори життя і росту рослин, реалізація цього принципу вимагає проведення різноманітних заходів для підвищення родючості ґрунтів у різних зонах України.

У зв'язку з цим важливе значення мають матеріали ґрунтово-агрохімічних досліджень: карти ґрунтів, картограми вмісту в ґрунті доступних для рослин елементів живлення — азоту, фосфору, калію; картограми кислотності, засолення, еродованості, гумус -ності тощо.

Розроблено широкий комплекс заходів впливу на властивості ґрунту, що забезпечує регулювання його поживного, водного, теплового, сольового режимів та реакції.

Основні прийоми підвищення ефективної родючості ґрунтів і максимального використання її природної родючості пов'язані з раціональним застосуванням органічних та мінеральних добрив, вапнуванням і гіпсуванням ґрунтів, системою обробітку, виведен­ням нових високоврожайних сортів культурних рослин, зрошен­ням та осушенням, травосіянням, створенням полезахисних лісосмуг, введенням сівозмін, боротьбою з ерозією та ін.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення поняття «родючість ґрунту».

2. Що таке фактори та умови родючості ґрунту?

3. Які є категорії родючості ґрунту?

4. Яких заходів вживають для збереження родючості ґрунтів?