Тепловые свойства, режим, баланс почв и их регулирование

С тепловыми свойствами и режимом связана энергия происходящих в почве биологических, химических, физических и биохимических процессов.

Основной показатель теплового режима − температура почвенных горизонтов. От ее значений зависят растворимость в воде минеральных соединений, уровень кислорода, углекислого газа, скорость поступления в растения элементов питания, а также жизнедеятельность почвенной микрофлоры.

Основным источником тепла на Земле является солнечная радиация. Среднее количество тепла, поступающего на 1 см2 в одну минуту, составляет 1,946 калорий и называется солнечной постоянной.

Однако в действительности энергии поступает на поверхность Земли меньше из-за рассеивания ее атмосферой и отражения земной поверхностью.

Второстепенным источником тепла являются химические и биологические процессы в почве.

К основным тепловым свойствам относятся.

Альбедо зависит от цвета почвы, листьев и стеблей растений, от структуры, влажности почвы и выравненности ее поверхности. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации.

Высокогумусированные черноземы поглощают лучистой энергии на 10–15 % больше, чем малогумусированные. Альбедо орошаемых почв на 5–10 % ниже, чем сухих. Альбедо чистого сухого снега составляет 88–91 %, мокрого – 70–82 %.

Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, влажности почвы, ее пористости и содержания воздуха. Весовая теплоемкость для большинства минеральных почв колеблется от 0,17 до 0,20 кал/г на 1°.

С увеличением влажности теплоемкость песчаных почв возрастает до 0,7, глинистых – до 0,8, торфяных – до 0,9. Гумусированные рыхлые почвы более теплоемки, чем плотные малогумусированные.

Теплопроводность – способность почвы проводить тепло, т. е. количество тепла в калориях, которое проходит в 1 с через 1 см 2 слоя почвы толщиной 1 см. Это очень важное свойство почвы, от которого зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому. Оно передается через твердые частицы, воду и воздух.

Твердая фаза в 100 раз превышает теплопроводность воздуха, поэтому рыхлые почвы менее теплопроводны, чем плотные. С увеличением плотности почвы с 1,1 до 1,6 г/см3 теплопроводность возрастает в 2–2,5 раза. При возрастании пористости от 30 до 70 % теплопроводность уменьшается в 6 раз.

Наблюдается непосредственная зависимость между увеличением влажности и температуры почвы и повышением ее теплопроводности.

Тепловой режим почвы и его типы. Тепловой режим почв формируется под влиянием климата (потока солнечной радиации, условий увлажнения и континентальности), а также условий рельефа, растительности и снежного покрова.

К ним относятся теплая южно-европейская фация и области субтропического пояса. Тепловой режим характеризуется суточным и годовым ходом температур.

Суточный ход. Максимальная температура поверхности почвы наблюдается около 13 ч, минимальная – перед восходом солнца. На глубине 35–100 см суточные колебания температур ослабевают.

Для характеристики температурного режима особое значение имеют продолжительность периода активных температур (> 10 °С)  в почве на глубине 20 см. Это основной показатель теплообеспеченности почв (таблица 23).

В зоне сухих степей ситуация складывается аналогично степной. Наилучшей теплообеспеченностью характеризуются почвы сухих и влажных субтропиков.

Тепловой баланс почвы. Солнечная энергия, поступающая к поверхности почвы, частично поглощается ею, а часть ее отражается в атмосферу. Приход-расход солнечной радиации, поглощаемой и излучаемой поверхностью почвы, называется ее радиационным балансом (Тб). Солнечная радиация, достигая поверхности почвы, превращается в тепловую.

Уравнение теплового баланса почвы:

Наибольший вес в тепловом балансе почв принадлежит теплу, расходуемому на суммарное испарение (Тт).

Приемы регулирования теплового режима объединены в три группы: агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические.

Агромелиоративные:

• насаждение лесополос (сток воды, накопление снега, уменьшение скорости ветра на 20–40 %);
• орошение усиливает теплопроводность и равномерность прогревания почвы, уменьшается отраженная радиация;
• внесение больших доз органических удобрений способствует повышению температуры почвы.

Агрометеорологические приемы снижают излучение тепла из почвы (дымовые завесы от заморозков).