Температуропроводность почв ориентир при управлении здоровьем почв

Сегодня мне бы хотелось поговорить о важности поддержания оптимального физического состояния почв для обеспечения оптимального теплового режима. Задумывались ли вы, что обеструктуренная почва прогревается существенно быстрее, что  приводит к более быстрому формированию стрессов у сельскохозяйственных растений и полезной биоты?

Задумывались ли вы, что атмосферно-климатические условия не тождественны почвенно-климатическим и  последние зависят как от климата атмосферы, так и собтвенно от самой почвы и земледельческих практик.

Климат почв

Основные условия формирования и развития почвенного климата, следующие:  атмосферный климат,  почва,  растительный, снежный и другие покровы, производственная деятельность человека. Кроме этих основных условий, на почвенный климат оказывают влияние также:  форма рельефа и экспозиция склонов, высота стояния грунтовых и поверхностных вод,  близость рек, водоемов, оросительных или дренажных систем,  характер материнской породы,  геологическое строение,  высота над уровнем моря.

Понятие о климате почвы было сформулировано еще в прошлом веке : климат почвы рассматривался как «совокупность внутрипочвенных физических явлений с суточным и годовым их ходом, развивающихся во взаимосвязи и взаимообусловленности с атмосферным климатом, почвой, растительностью и производственной деятельностью человека».

Тепловой режим почв

Тепловой режим почв – один из важных показателей состояния почв, он  оказывает большое влияние на:

1) почвообразовательный процесс – скорость выветривания минералов, растворение минеральных веществ и газов, контролирует фазовые переходы в системе почва – почвенный раствор – почвенный воздух;

2) плодородие почвы – численность и  активность микроорганизмов, процессы минерализации, гумификации и другие биохимические процессы (оптимальная температура для большинства биохимических процессов почвы 25 – 30 °С.) ;

3) жизнедеятельность и продуктивность растений – прорастание семян, развитие корневой системы, скорость поступления питательных элементов и воды, ростовые процессы, транспирация воды.

          Основной источник тепла - Лучистая энергия солнца, поглощенная почвой, превращается в тепловую энергию, которая или передается в нижние горизонты, или отдается в атмосферу. Почва отдает тепло в атмосферу лишь в том случае, если она имеет более высокую температуру, чем приземные слои воздуха. При этом почва охлаждается. Если почва поглощает больше лучистой энергии, чем отдает тепла в атмосферу, то происходит ее нагревание, и тепло начинает распространяться в нижележащие почвенные слои. Чем больше разность между температурой верхних и нижних слоев почвы, тем больше тепла уходит вниз. При охлаждении почвы часть тепла аккумулированного в ее нижних слоях, передается вверх.

Количество энергии солнца, поступающей в почву, зависит от почвенно-климатической зоны, погодных условий, особенностей рельефа и экспозиции склонов, наличия растительного покрова, окраски почвы, ее физических и тепловых свойств.

 

Тепловые свойства почвы -  теплопоглотительная способность (теплопоглощение), теплоемкость и теплопроводность/температуровпроводность.

Теплопоглащение

Теплопоглощение – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца, зависит от: цвета, влажности,  структурного состояния,  содержания органического вещества,  выровненности поверхности почвы,  растительного покрова. Высокогумусированные почвы имеют темную окраску. Поэтому ими поглощается энергии на 10 – 15 % больше, чем светлоокрашенными. По сравнению с песчаными почвами глинистые имеют большую теплопоглотительную способностью. Сухие почвы отражают лучистую энергию на 5 – 11 % больше, чем влажные, бесструктурные с гладкой поверхностью отражают лучи больше, чем оструктуренные с шероховатой поверхностью. Почвы участков, имеющих наклон к югу, поглощают солнечного тепла больше, чем почвы склонов, обращенных на север. Растительный покров, наоборот, уменьшает теплопоглощение.

Теплоемкость

Теплоемкость – это способность почвы вмещать в себя и удерживать то или иное количество тепла. Измеряется количеством тепла в калориях, необходимого для нагревания 1см3 или 1 г почвы на 1 °С, в связи с чем различают объемную и удельную теплоемкость почв (первая больше второй).

Составные части почвы имеют различную теплоемкость: удельная теплоемкость воды наивысшая – 1,0, гумуса – 0,477, глины – 0,233, кварца – 0,198 и наименьшая теплоемкость у почвенного воздуха.

Следовательно, теплоемкость почвы зависит от: минералогического состава;  гранулометрического состава;  пористости и содержания воды и воздуха;  содержания органического вещества.

По характеру теплоемкости почвы делят на «теплые» и «холодные». Песчаные и супесчаные почвы менее влагоемки, поэтому быстрее прогреваются, их называют «теплыми» почвами. Весной такие почвы становятся пригодными для обработки на 2 – 3 недели раньше, чем почвы суглинистые. Глинистые почвы содержат больше воды, на нагревание которой требуется много тепла, вследствие чего их называют «холодными». В случае одинакового механического состава влажная почва более теплоемкая и холодная, чем сухая; богатая органикой более теплоемка и холоднее минеральной.

Теплопроводность/температуропроводность

Теплопроводность/температуропроводность – это способность почв проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Она зависит от: минералогического и гранулометрического состава;  содержания воздуха и влажности;  плотности почвы; ● теплопроводности составных частей почвы.

Наименьшей теплопроводностью отличается почвенный воздух, наибольшей – твердая фаза почвы, особенно ее минеральная часть. В связи с этим бесструктурные и плотные почвы имеют более высокую теплопроводность, чем рыхлые, с большим количеством пор аэрации.

 

Некоторые факты, установленные при многолетних наблюдениях                                                за температурным режимом почвы

Факт 1

Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются, сухие же, наоборот, быстрее нагреваются, но зато и быстро охлаждаются. Поэтому глинистые почвы, обладающие большой теплоемкостью при малом содержании воды, нагреваются днем меньше, чем , песчаные, ночью же они меньше охлаждаются. Весной глинистые почвы обычно холоднее песчаных. Осенью же, обычно при большом увлажнении, глинистые почвы становятся теплее песчаных.

Факт 2

На величину амплитуды суточного хода температуры верхних слоев почвы большое влияние оказывает растительный покров летом и снежный покров зимой. Оголенная поверхность почвы теплее естественной поверхности. Летом это объясняется большой отражательной способностью растительного покрова и его испарением, а также большими потерями тепла на излучение. Температура поверхности почвы летом может достигать даже под Санкт-Петербургом  60°, в Средней Азии 70°, а в тропиках 82°. При этом установлено, что наиболее высокие температуры наблюдаются на не совсем оголенной почве, а на поверхности, покрытой редкой выгоревшей травой. Такой не сплошной травянистый покров мало затрачивает тепла на испарение/вследствие большой сухости почвы и растений и способствует сильному прогреванию поверхности почвы.

Факт 3

Рыхление почвы уменьшает ее теплопроводность и лучеиспускательную способность. Такой прием способствует снижению температуры почвы в дневные часы и сохранению тепла ночью. Прикатывание почвы, наоборот, увеличивает теплопроводность верхнего слоя почвы и способствует повышению, температуры неуплотненного нижележащего слоя. Разность температур  почвы с различной пористостью  может достигать 5°и более ( менее пористая более теплая за счет большей теплопроводности).

 

Осознаю ,что мне не удалось сформулировать полноценные рекомендации по управлению температурным режимом почвы, но не сомневаюсь,  что привлекла внимание к такой важной теме как управление температурным режимом почвы для создания оптимальных условий роста и развития растений и функционирования почвенной биоты.

 При подготовке сообщения использованы следующие  литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

Климат почвы и его регулирование, Шульгин А.М.,Ленинград,1967

Температурный режим комплексного почвенного покрова,  Архангельская Т.А., Москва,2012

 

А как вы управляете температурным режимом почвы? Поделитесь пожалуйста своим опытом.