Тепловой режим почвы

Тепло как источник энергии необходимое для роста и развития растений, для микроорганизмов, населяющих почву, синтеза органических веществ в листьях, образования урожая. Интенсивность важнейших физиологических процессов (фотосинтеза, дыхания, транспирации) зависит от температуры растений и окружающей среды. Повышение температуры до определенной величины (оптимума) способствует активизации указанных выше процессов. В дальнейшем в случае ее повышения нормальная жизнедеятельность растений нарушается, а если температура еще больше повышается, то проходят необратимые нарушения обмена веществ, которые приводят к гибели растений. Наиболее благоприятным оказалось повышение температуры почвы при выращивании, например, пшеницы до 30 ° С, ржи - до 20 ° С, ячменя - до 25 ° С и др.

Каждый вид растений имеет характерно определенные отношения к температуре в различные фазы их развития. Лучшие условия создаются при оптимальной температуре, когда скорость биохимических реакций достигает наибольшей величины. Эти особенности разных культур и сортов следует учитывать начиная от установления сроков сева.

Сразу же после посева семян требует определенной температуры почвы для прорастания и дальнейшего развития (табл. 4).

Температура почвы заметно влияет на рост корней. Более развитая корневая система лучше использует влагу и питательные вещества. С повышением температуры интенсивность дыхания возрастает, и нормальная созависимость с ассимиляцией нарушается. Это приводит к непроизводительной траты органического вещества и уменьшения наращивания массы.

В связи с тем, что в почве содержится большое количество полезных микроорганизмов, возникает практическая заинтересованность в отношении их до температуры окружающей среды. Как высокие, так и низкие температуры микроорганизмы переносят неодинаково. Более губительны для них высокие температуры. Низкие температуры не деятельность микроорганизмов, но совсем их не убивают.

Таблица 4

Минимальные температуры для прорастания семян и появления всходов различных культур

Для жизнедеятельности микроорганизмов благоприятные небольшие колебания температуры почвы. Это, как правило, наблюдается на высококультурных почвах со значительным содержанием органики.

К тепловых свойств почвы относятся: поглощение тепловой энергии; теплоемкость; теплопроводность температуропроводность; тепловыделения. Тепловые свойства почвы зависят прежде всего от соотношения в нем воды, воздуха и твердой части, а также химического и гранулометрического состава, цвета, степени затенения и других условий. В то время температура изменяет показатели тепловых свойств почвы в течение года на 20, плотность - на 50%, влажность способна изменить их в отдельных случаях в 10-15 раз.

Температура почвы влияет на рост растений не только косвенно, но и прямо, изменяя его водно-воздушный и питательный режимы.

Земледелие обладает значительными средствами улучшения теплового режима рациональной обработку почвы, снигонагромадження, снигорозподил, регулирования таяния снега, различные способы и нормы высева, чередование растений в севообороте, применение системы удобрений и др.

Основным источником тепла для почвы является солнечная радиация. Поступления ее в почву изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток и широты, а также от состояния атмосферы - ее плотности, облачности, наличии тумана, пыли и др.

Вторым, менее значительным чем солнце, источником тепла в почве является выделение его микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности. Образование тепла в этих условиях обусловлено неполным использованием энергии, окислением органических веществ при синтетических процессах в клетках. На внутриклеточные процессы используется 15-20% общего количества превращенной микробами энергии, а остальные ее количества поступает в окружающую среду в виде тепла.

Все другие источники тепла для почвы, например, теплота смачивания, внутренняя теплота земного шара, энергия радиоактивного распада элементов, тепло, выделяемое при конденсации водяного пара в почве, имеют небольшое значение.

Поступления и расходы тепла в почве обеспечиваются многими физическими явлениями. Поэтому принято пользоваться основными составляющими теплового баланса в наиболее типичных условиях. К ним относятся: 1) радиационный баланс, под которым понимают сумму прямой и рассеянной солнечной радиации за исключением отраженной радиации и эффективного излучения; 2) проникновение тепла в более глубокие слои почвы и тепловой поток из глубины к поверхности (теплообмен в почве); 3) теплообмен почвенной поверхности с воздухом, происходит в основном в результате термической конвенсии. Коэффициент обмена связан, в частности, с состоянием поверхности почвы, профилем ветра, градиентом температуры воздуха и земли; 4) тепло испарения, под которым понимают затраты тепла на испарение или выделение его при конденсации водяного пара и образования инея; 5) теплообмен с грунтовой поверхностью имеет воздуха при горизонтальном его перемещении над грунтом. Разница в температурах воздуха, перемещаемого и поверхности земли создает прогрева или охлаждения.

Как в течение суток, так и за год наибольшие изменения температуры происходят в верхнем слое почвы. Суточные колебания ее в весенне-летний период достигают глубины 70-100 см, но заметно нивелируются уже на глубине немногим более 20 см. Эти колебания неодинаковы в разных зонах и на разных почвах. Годовые колебания в зависимости от широты и температуропроводности почвы могут достичь значительной глубины - 5 м и более. Зимой на глубине 60-150 см температура выше, чем в низших слоях.

Большое значение для озимых культур имеет промерзания и оттаивания почвы. Глубина промерзания зависит от многих причин и прежде всего от толщины снежного покрова, силы и продолжительности морозов. На юге почвы промерзают на 10-50 см, а севере - на 30-100 см. Очень быстрое и глубокое промерзание почвы негативно влияет на развитие культурных растений.

Условия, которые определяют хорошо накопления и сохранения воды в почве, одновременно являются условиями, которые создают хороший воздушный и тепловой режимы. Структурные почвы достаточно разрыхлен, характеризуются хорошей аэрацией, меньше нагреваются при высоких температурах, а при низких медленнее охлаждаются, они имеют хорошую влагоемкость, водопроницаемость и Воздухоемкость. Высокая влажность почвы при одновременной хорошей аэрации создают умеренный тепловой режим.

С повышением температуры уменьшается поверхностное натяжение воды и улучшается ее капиллярное движение. Высушивание почвы усиливает процесс коагуляции коллоидов и несколько улучшает агрегатное состояние почвы. Изменение температуры увеличивает (при условии охлаждения) или уменьшает (при нагревании) растворимость углекислоты и кислорода в грунтовой воде, и тем самым изменяет воздушный режим. Поэтому зяблевую вспашку лучше обрабатывать весной. В условиях промерзания происходит перераспределение воды в почве и подтягивание ее в верхние слои.

Итак, водный, воздушный, тепловой и питательный режимы тесно связаны между собой и на високоокультурених почвах с хорошими физическими свойствами они лучше соответствуют требованиям сельскохозяйственных культур.

Регулировать поступление солнечной энергии к поверхности почвы довольно трудно. Но можно изменять распределение тепла в почве. Увеличивая или уменьшая различными методами температуру верхних слоев, можно влиять на тепловой режим других слоев почвы. Изменения в нужном направлении температуры почвы в значительной мере достигают регулированием водного и воздушного режимов, а также обогащением почвы органическими веществами и поддержанием его в необходимом физическом состоянии. Доступным для производства мероприятием по регулированию теплового режима почвы является снегозадержание. Хорошая перезимовка озимых культур наблюдается в условиях неглубокого промерзания почвы и при температуре не ниже - 10 ÷ 12 ° С и не выше - 5 ° С. Лучшая глубина снежного покрова от 20 см в южных районах до 70 см в северных. Вследствие снегозадержания снег равномерно накапливается и распределяется по полю. Ускоряя таяния снега путем затемнения или замедляя его уплотнением, регулируют его температурный режим и обеспечивают накопление воды в почве.

Полезащитное лесонасаждения улучшает тепловой режим почвы тем, что способствует накоплению снега и равномерному распределению его на полях, ослабляет зимой действие холодных ветров, а летом - горячих и суховеев. Для повышения температуры почвы можно применять мульчирование. Грунт быстрее прогревается при применении в условиях достаточного и избыточного увлажнения гебеневих и грядовых посевов. Для лучшего прогревания гребней их формируют из востока на запад. На улучшение температурного режима в таких условиях положительно влияет комплекс мероприятий по осушения почв.