Температурный режим почвы не влияет на
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ
Лучистая энергия в деятельном слое преобразуется в тепловую. При положительном радиационном балансе (днем, летом) часть этого тепла затрачивается на нагревание деятельного слоя, часть — на нагревание приземного воздуха, растений, а часть — на испарение воды с почвы и растений. Когда радиационный баланс отрицательный (ночью, зимой), затраты тепла, связанные с эффективным излучением деятельной поверхности, компенсируются приходом тепла из деятельного слоя, от воздуха, часть тепла выделяется при конденсации (сублимации) водяного пара на деятельной поверхности. Этот приход и расход энергии на деятельной поверхности выражаются уравнением теплового баланса:
где В — радиационный баланс деятельной поверхности; А — поток тепла между деятельной поверхностью и нижележащими слоями; Р — поток тепла между поверхностью и приземным слоем воздуха; LЕ — поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды (испарение — конденсация).
Другие составляющие теплового баланса земной поверхности (потоки тепла от энергии ветра, приливов, от выпадающих осадков, расход энергии на фотосинтез и др.) значительно меньше указанных ранее членов баланса, поэтому их можно не принимать во внимание.
Смысл уравнения заключается в уравновешивании радиационного баланса земной поверхности нерадиационной передачей тепла.
Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы
Из того, что тепловой баланс земной поверхности равен нулю, не следует, что температура поверхности не меняется. Когда передача тепла направлена вниз (+А), то значительная часть тепла, приходящая к поверхности сверху, остается в деятельном слое. Температура этого слоя, а следовательно, и деятельной поверхности при этом возрастают. Напротив, при передаче тепла через земную поверхность снизу вверх (-А) тепло в атмосферу уходит прежде всего из деятельного слоя, вследствие чего температура поверхности понижается.
Дневное нагревание и ночное охлаждение поверхности почвы вызывают суточные колебания ее температуры. Суточный ход температуры имеет обычно по одному максимуму и минимуму. Минимум температуры поверхности почвы при ясной погоде наблюдается перед восходом Солнца, когда радиационный баланс еще отрицателен, а обмен теплом между воздухом и почвой незначителен. С восходом Солнца, по мере увеличения радиационного баланса, температура поверхности почвы возрастает. Максимум температуры наблюдается около 13 ч, затем температура начинает понижаться.
В отдельные дни указанный суточный ход температуры почвы нарушается под влиянием облачности, осадков и других факторов. При этом максимум и минимум могут смещаться на другое время.
Разность между максимумом и минимумом в суточном или годовом ходе называется амплитудой хода температуры.
На амплитуду суточного хода температуры поверхности почвы влияют следующие факторы:
время года : летом амплитуда наибольшая, зимой — наименьшая;
географическая широта : амплитуда связана с полуденной высотой Солнца, которая возрастает в направлении от полюса к экватору, поэтому в полярных районах амплитуда незначительна, а в тропических пустынях, где к тому же велико эффективное излучение, она достигает 50. 60 0С;
рельеф местности : по сравнению с равниной южные склоны нагреваются сильнее, северные — слабее, а западные — несколько сильнее восточных, соответственно изменяется и амплитуда;
растительный и снежный покров : амплитуда суточного хода под этими покровами меньше, чем при их отсутствии, так как они уменьшают нагрев и охлаждение поверхности почвы;
цвет почвы : амплитуда суточного хода температуры поверхности темных почв больше, чем светлых, поскольку поглощение и излучение радиации у первых больше, чем у вторых;
состояние поверхности : рыхлые почвы имеют большую амплитуду, чем плотные; в плотных почвах поглощенное тепло распространяется вглубь, а в рыхлых остается в верхнем слое, поэтому последние больше нагреваются;
влажность почвы : на поверхности влажных почв амплитуда меньше, чем на поверхности сухих; во влажных почвах поглощенное тепло, как и в плотных почвах, распространяется вглубь, а часть тепла затрачивается на испарение, вследствие этого они меньше нагреваются, чем сухие;
облачность : в пасмурную погоду амплитуда значительно меньше, чем в ясную, так как облачность уменьшает дневной прогрев и ночное охлаждение деятельной поверхности.
Годовой ход температуры поверхности почвы определяется различным приходом солнечной радиации в течение года.
Наименьшие температуры на поверхности почвы обычно наблюдаются в январе — феврале, наибольшие — в июле или августе.
На амплитуду годового хода температуры поверхности почвы влияют те же факторы, что и на амплитуду суточного хода, за исключением широты места. Амплитуда годового хода в отличие от суточного возрастает с увеличением широты.
Теплофизические характеристики почвы
Между поверхностью почвы и ее нижележащими слоями происходит непрерывный обмен теплом. Передача тепла в почву осуществляется главным образом за счет молекулярной теплопроводности.
Нагревание и охлаждение почвы в основном зависят от ее теплофизических характеристик: теплоемкости и теплопроводности.
Теплоемкость — количество тепла, необходимое для повышения температуры почвы на 1 °С. Различают удельную и объемную теплоемкость.
Удельной теплоемкостью (С уд ) называют количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг почвы на 1 °С.
Объемной теплоемкостью (С об ) называют количество тепла, необходимое для нагревания 1 м3 почвы на 1° С.
Способность почвы передавать тепло от слоя к слою называют теплопроводностью .
Мерой теплопроводности почвы служит коэффициент теплопроводности , который численно равен количеству тепла, Дж, проходящего за 1 с через основание столба почвы сечением 1 м² и высотой 1 м.
Коэффициент теплопроводности почвы зависит главным образом от соотношения содержания в ней воздуха и воды .
Теплофизические характеристики почвы также зависят от её плотности . С уменьшением плотности теплоемкость и теплопроводность сухих почв снижаются. Поэтому разрыхленные почвы в пахотном слое днем теплее, чем плотные, а ночью холоднее. Кроме того, разрыхленная почва имеет большую удельную поверхность, чем плотная, и поэтому днем поглощает больше радиации, а ночью интенсивнее излучает тепло.
Измерение температуры и глубины промерзания почвы
Для измерения температуры почвы применяют жидкостные (ртутные, спиртовые, толуоловые), термоэлектрические, электротермометры сопротивления и деформационные термометры.
Срочный термометр ТМ-3, ртутный, используют для измерения температуры поверхности почвы в данный момент (срок).
Максимальный термометр ТМ-1, ртутный, служит для измерения наивысшей температуры поверхности за период между сроками наблюдений.
Максимальный термометр отличается от срочного тем, что в канал капилляра непосредственно около резервуара входит тонкий штифтик, впаянный в дно резервуара. В результате этого в месте сужения происходит разрыв ртути, и таким образом фиксируется максимальное значение температуры за данный промежуток времени.
Минимальный термометр ТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой низкой температуры поверхности почвы за период между сроками наблюдений. Особенность устройства этого термометра заключается в том, что внутрь капилляра закладывается маленький из темного стекла штифтик. При понижении температуры поверхностная пленка мениска движется в сторону резервуара и перемещает за собой штифтик. При повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифтик. Последний остается на месте, указывая удаленным от резервуара концом минимальную температуру между сроками наблюдений.
Коленчатые термометры (Савинова) ТМ-5, ртутные, предназначены для измерения температуры почвы в теплый период на глубинах 5, 10, 15 и 20 см.
Термометр-щуп АМ-6, толуоловый, используют для походных измерений температуры почвы на глубинах 3. 40 см.
Транзисторный электротермометр ТЭТ-2 применяют для измерения температуры пахотного слоя в теплый период. Им можно измерять и температуру в буртах корнеплодов, картофеля, в зерновой массе в засеках.
Трость агронома ПИТТ-1 предназначена для измерения температуры пахотного слоя и замера глубины вспашки. Принцип его действия основан на измерении омического сопротивления в зависимости от температуры.
Вытяжные термометры ТПВ-50, ртутные, предназначены для измерений температуры почвы на глубинах 20. 320 см в течение года. Их можно также использовать в хозяйствах для измерения температуры в буртах, силосных ямах и т. п.
В последнее время получили развитие методы бесконтактного определения температуры поверхности почвы со спутников, самолетов и вертолетов, позволяющие получать осредненные значения температуры для значительных участков земной поверхности.
Мерзлотомер АМ-21 применяют для измерения глубины промерзания почвы. Этот прибор состоит из эбонитовой трубки, на верхней части которой нанесены деления в сантиметрах для определения высоты снежного покрова. В эту трубку помещают резиновую трубку с делениями через 1 см, заполненную дистиллированной водой.
Температуру по Международной практической шкале измеряют в градусах Цельсия (°С). Градус по этой шкале составляет 1/100 интервала между точками таяния льда (0 °С) и кипения воды (100 °С).
Значение температуры почвы для растений
Одним из важнейших факторов жизни растения является температура почвы. Прорастание семян, развитие корневой системы, жизнедеятельность почвенной микрофлоры, усвоение корнями продуктов минерального питания и др. в большой степени зависят от температуры почвы. С повышением температуры почвы все эти процессы активизируются. Значительное понижение температуры почвы приводит к гибели посевов озимых зерновых культур, многолетних трав и плодовых деревьев.
Семена большинства сельскохозяйственных культур в средней полосе прорастают при температуре 3. 5 °С, а такие, как рис, хлопчатник и др., требуют значительно более высоких температур - 13. 15 °С.
С повышением температуры почвы до оптимальной скорость прорастания семян возрастает, что обусловливает сокращение продолжительности периода от посева до появления всходов.
Температурный режим почвы непосредственно влияет на скорость роста корневой системы. При пониженных и повышенных температурах показатели роста ухудшаются.
После появления всходов температура почвы не теряет своего значения для растений. Они лучше растут и развиваются, если их корни находятся в среде с несколько пониженной (на 5. 10 °С) температурой по сравнению с надземными органами.
Температура почвы оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов и, следовательно, на обеспеченность растений элементами минерального питания, скорость разложения органического вещества, синтез гуминовых веществ и т. д.
Температурный режим определяет накопление подвижных питательных веществ в почве. Воздействуя на скорость движения воды и растворимых солей, температура влияет на темпы поступления питательных веществ в растения из почвы и внесенных удобрений. При невысоких температурах (8. 10 °С) снижается, например, поступление в корни и передвижение из корней в надземные органы азота, ослабляется его расход на образование органических азотных соединений. При более низких температурах (5. 6 °С и ниже) поглощение корнями азота и фосфора резко уменьшается. Снижается при этом и поглощение калия.
Тесно связаны с температурным режимом почвы также распространение и вредоносность болезней и вредителей сельскохозяйственных растений. У ряда теплолюбивых культур (кукуруза, хлопчатник) болезни проростков и повреждение семян плесенью проявляются при низких температурах (в холодные вёсны), когда термические условия неблагоприятны для растений.
Вредители растений, личинки которых находятся в почве, в зависимости от температуры могут принести больший или меньший вред.
Разные культуры можно высаживать дедовским способом: в одно и то же время каждый год. Однако климат меняется, соответственно, и температура почвы становится другой. Каждому растению для развития требуются свои условия, и первое на что надо обращать внимание – это состояние почвы.
В нашей статье объясним подробно, когда семя готово прорасти в земле и как узнать, что пора заняться посадкой; что понадобится для измерения температуры почвы и как быть, если нет нужных приборов под рукой; по каким народным приметам можно ориентироваться, что пришло время высаживать растения.
Тепловые характеристики почвы
Температура почвы очень важна для посадки, поскольку от этого показателя зависит поступление влаги и минерального питания к корням, рост и дыхание растения. Зимой культуры не высаживают именно потому, что в мороз перестают происходить процессы почвообразования. В прогретой до определенного показателя почвенной среде вновь начинается передвижение воды, возобновляют свою деятельность микробы и так далее. На температуру почвы влияют географическое положение местности и высота над уровнем моря, также имеют значение и свойства самого грунта: его механический состав, состояние влажности, другие свойства.
Глинистая почва при влажном климате летом будет не такой теплой, как почва с легким механическим составом, а вот в зимний период песчаная земля промерзнет сильнее, нежели более связные почвы. Увлажненная земля летом холоднее, чем сухая. Структурный грунт за счет лучшего воздухообмена быстрее прогреется весной, чем бесструктурный. Температура наружного слоя земли всегда более высокая по сравнению с корнеобитаемым слоем.
Тут действует следующий принцип: чем больше вглубь, тем температура больше выравнивается и не подвергается сильному нагреванию днем и охлаждению ночью – это характерно лишь для поверхности почвы.
Виды тепловых режимов
Тепловой режим грунта определяется основным источником, который поступает в почву – солнечной энергией. Годовой ход колебаний температуры составляет 12 месяцев, суточный – 24 часа. При увеличении глубины в арифметической прогрессии амплитуда снижается в геометрической прогрессии. Суточные и годовые колебания почвенной температуры чем дальше от поверхности, тем больше сглаживаются, а на определенной глубине колебания и вовсе прекращаются. Так, в среднем на глубине 1 метра устанавливается постоянная суточная температура. Для средних широт этот показатель немного меньше – 70 см.
Запаздывание температуры на глубине прямо пропорционально расстоянию. Распределение происходит следующим образом: суточное изменение происходит в среднем за 2,5-3,5 часа на каждые 10 сантиметров глубины, а годовые – за 20-30 суток на каждые 100 см.
Температура для посадки растений
Для высадки рассады и семян большинства растений нужно, чтобы температура воздуха была выше, чем температура почвы. Только картофель можно высаживать практически при одинаковых температурных режимах: 15-18 градусах тепла на улице и при 10-15 градусах в почве. В средней полосе это первая половина мая, а вот в южных районах период посадки наступает гораздо раньше. Если взять среднее значение температуры почвы для всех культур, то это примерно 12-18 градусов днем и 5-8 градусов в ночное время. Чтобы узнать, достаточно ли прогрелась почва, измерять минимальную температуру нужно утром до рассвета и желательно это делать на глубине высева семян или посадки сеянцев.
К теплолюбивым культурам относят баклажан, кабачок, огурец, перец болгарский, томаты, тыкву. Их нужно сажать при нагреве почвы до 15-18 градусов. Посадку всех видов капусты (брокколи, цветную, пекинскую, белокочанную) можно начинать при 7-10 градусах в почве. Лучше распечатать себе справочную таблицу и иметь под рукой такую памятку. Некоторые ориентируются на лунный календарь, а другие определяют температуру почвы, полагаясь на народные приметы.
Так, зацвела черемуха – можно высаживать картофель. Если береза развернула листочки, почва достаточно нагрелась для высева ранних овощей: редиса, моркови и других.
Как определить?
Данные о температуре почвы нужны не только для сельского хозяйства, но и для решения ряда других задач: строительства, эксплуатации дорог, подземных коммуникационных систем и так далее. В этих случаях актуальность измерения температуры грунта возникает летом. В промышленных целях делают это при помощи специальных датчиков. В домашних условиях температуру почвы измеряют специальными термометрами с длинным щупом. С таким прибором очень легко и быстро можно узнать результат, как говорится, воткнул и все.
Однако особенный градусник для измерения температуры почвы не так уж необходим, ведь для этого подходит даже спиртовой термометр. Надо выкопать яму на глубину 10 сантиметров, установить в ней термометр, присыпать сверху землей. Спустя минут 10 получите результат текущей температуры почвы. В оборудованных теплицах имеются специальные автоматические приборы для таких показаний. Если же их нет, то померить температуру в теплице можно таким же образом, что и в открытом грунте.
Есть еще один способ узнать, насколько прогрелась почва: вкапывают на глубину 10 сантиметров пол-литровую банку с водой. Накрывают ее крышкой и окучивают землей. Через 30 минут разгребают сосуд, открывают его и опускают в него аквариумный термометр. Чтобы получить реальную температуру, процедуру проверки надо производить ранним утром и желательно измерять в разных концах огорода или участка.
Ну и не забывайте о том, что прорастание семян и развитие растений зависят также и от температуры снаружи, а не только в почве.
В следующем видео вас ждет замер температуры почвы с помощью электронного термометра.
От температуры почвы зависят поступление воды в корни растений, минеральное питание, рост и дыхание корней.
С температурой почвы связаны скорость и интенсивность почвенных процессов, определяющих ее плодородие. К ним относятся разложение и гумификация растительных остатков, структурообразование, передвижение почвенных растворов, обменные реакции между твердой и жидкой фазами. Температура почвы влияет на состав почвенного воздуха, а также на температуру приземного слоя воздуха. Большая теплоемкость, медленное накопление энергии и постепенная теплоотдача обеспечивают относительную стабильность температурного режима почвы для роста и развития растений, отсутствие резких колебаний температуры.
Тепловой (температурный) режим почв — это изменение температуры на разных глубинах почвенного профиля в разные сроки. Различают суточный и годовой ход температуры почвы. Каждый тип почвы имеет свой характерный ход температуры на разных глубинах. Основной показатель теплового режима почвы — средняя температура на глубине 20 см.
Суточная динамика температуры почвы наиболее выражена в слое 0—50 см, причем колебания температуры на поверхности почв максимальны. Днем тепловой поток направлен сверху вниз, ночью — снизу вверх. Глубже 0,5 м колебания суточных температур практически затухают. Годовой ход температуры почв имеет большую амплитуду колебаний, чем суточный, и распространяется на глубину до 3—4 м. На глубине 6 м годовая температура колеблется меньше, чем на 1 °С. Равновесие между температурой приземного воздуха и почвы устанавливается с запозданием, которое возрастает с глубиной. Максимум температуры на глубине 3 м устанавливается на несколько месяцев позже, чем на поверхности.
Температурный режим почв связан с географическим положением и тепловыми свойствами. На годовой ход температуры почв оказывают влияние растительный покров, экспозиция склона, мощность снежного покрова, влажность. В зависимости от значений среднегодовой температуры, длительности и глубины промерзания почвы выделяются четыре типа теплового (температурного) режима почвы: мерзлотный, длительно-сезонно-промерзающий, сезонно-промерзающий и непромерзающий.
Мерзлотный тип температурного режима
Среднегодовая температура почвы на глубине 0—20 см — отрицательная. Сезонное промерзание почвы достигает глубины многолетнемерзлых пород (многолетней мерзлоты). Сумма активных температур не превышает 1 500°. Для мерзлотного типа характерна высокая континентальность почвенного климата — от резко континентального (амплитуда колебания температуры почвы до 40°) до умеренно континентального (с амплитудой до 16°). Примером мерзлотного типа температурного режима являются термоизоплеты (линии, соединяющие точки с одинаковой температурой) криоаридной почвы Якутии.
Многолетняя мерзлота является постоянным источником низких температур почвы. Она служит водоупором для талых вод и основным ограничителем мощности корнеобитаемого слоя. В России почвы с мерзлотным типом теплового режима занимают громадные территории — около 10 млн км 2 . Мерзлотный тип почв наблюдается в ряде провинций евроазиатской полярной и восточно-сибирской мерзлотно-таежной областей.
Длительно-сезонно-промерзающий тип
В этом типе почв среднегодовая температура положительная. Глубина проникновения отрицательных температур в почву не меньше 1 м, длительность промерзания на глубине 0,2 м составляет более 5 мес. Этот тип температурного режима характерен главным образом для почв таежной зоны. На рисунке изображены термоизоплеты подзолисто-глеевой почвы, типичные для длительно-сезонно-промерзающего типа. Слишком низкая температура почвы делает физически влажную почву физиологически сухой. Особенно этот эффект проявляется при резко континентальном климате и близком залегании многолетней мерзлоты. Почвы с низкой теплопроводностью (глинистые и торфяные) оттаивают медленнее и на меньшую глубину; песчаные и щебнистые — быстрее и на большую глубину.
Сезонно-промерзающий тип
Среднегодовые значения температуры почвы положительные. Температура самого теплого месяца на глубине 0,2 метра колеблется от +20 до +30 °С, длительность промерзания менее 5 мес. Этот тип температурного режима характерен для почв лесной, лесостепной и степной зон. Для сезонно-промерзающего типа температурного режима почв среднетаежной подзоны типичны термоизоплеты подзолистой почвы.
Непромерзающий тип
Почвы не промерзают. Среднегодовая температура изменяется от +8° до +20°. Этот тип встречается в Приазовско-Предкавказской провинции чернозёмов, а также в субтропиках. Характерным примером непромерзающего типа температурного режима могут служить термоизоплеты почвы зоны влажных субтропических лесов.
Почвенный климат леса по сравнению с полем мягче. Зимой он теплее, а летом прохладнее, суточная амплитуда температур сглаживается. Это связано с экранированием почвы кронами деревьев от солнечных лучей, наличием рыхлой лесной подстилки, обладающей низкой теплопроводностью, а также более длительным залеганием снежного покрова под пологом леса. Особенности температурного режима лесных почв оказывают влияние на интенсивность дыхания почвы и минерализации органического вещества.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Новое исследование Университета Пердью (США) подвергает сомнению тот факт, что более теплый климат ускоряет круговорот азота, делая почву более плодородной.
Раньше полагалось, что изменение климата в сторону повышения средней температуры положительно влияет на темп разложения растений, что ведет к ускорению круговорота азота. Однако профессор университета Пердью, Джефф Дукес обнаружил, что микробы, участвующие в круговороте азота по-другому реагирует на смену климатических условий.
Согласно исследованию, ученые заявили, что нагревание может не оказывать никакого эффекта на почву в различных экосистемах. Это означает, что при том климате, который, как предполагалось, увеличивает плодородие почвы при более высокой температуре, не была принята во внимание высокая скорость производительности растений.
Дукес возглавляет эксперимент в Бостоне, который изучает поведение экосистем в условиях изменения температуры. Его исследовательская группа использует для этого нагреватели, пластмассовые крыши и разбрызгиватели на маленьких участках земли и затем изучает, как нагревание повлияло на растения и плодородие почвы. Более чем за два года было проанализировано 36 участков с 12 разными сценариями развития климатических условий.
Хотя ученый и его команда ожидали, что нагревание температуры ускорит круговорот азота, обнаружилось, что изменения климатических условий редко оказывают на это влияния. Более того увеличение температуры и засуха привело к тому, что микробы участвующие в процессе разложения стали менее чувствительны к перепадам температуры.
Hеобходимо дальнейшее исследование для того, чтобы понять, как влияют на микробы изменения климатических условий. От плодородия почвы зависит также концентрация углерода в воздухе, а это в свою очередь влияет на степень изменения климата в целом. Результаты дальнейших исследований помогут нам предсказывать поведение экосистем в тех или иных климатических условиях.
Читайте также: