 |
|
|
Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
ГЛАВА II ТЕМПЕРАТУРА ПОЧВ ПРИ РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Наблюдениями над температурою мы обязаны почти исключительно Вольни, так что в настоящей главе нам придется представить краткий свод его исследований.
Наблюдения над температурою почв или отдельных составных частей их при разных условиях Вольни производил двояким образом. Или почвы помещались в цилиндрические сосуды, окруженные с боков дурными проводниками тепла, так что нагревание почв могло происходить только сверху. Когда производились наблюдения над влажными почвами, то к ним в сосуды при помощи особого приспособления вода притекала снизу по мере ее испарения из верхних слоев. Или же наблюдения производились над почвами опытного поля на открытом воздухе, причем иногда почвы насыпались в особые ящики, врытые в землю, так что почвы, насыпанные в них, находились на одном уровне с поверхностью земли.
При сравнительных наблюдениях над температурою влажных и сухих почв в упомянутых цилиндрических сосудах летом, причем наблюдения производились ежечасно, найдено было, что средняя температура влажных почв на поверхности и на глубине 1 дм была ниже температуры почв сухих.
Колебания температуры у почв влажных были гораздо меньше, чем у сухих, и притом не только на поверхности, но и на глубине 1 дм. Так, например, 7 июля разница между наибольшей и наименьшей температурами в течение суток были: У почв У почв сухих влажных Глины . . 16,3 10,4 Песка . . . 16,6 12,6 Торфа . . 11,7 16,5
Во все другие дни найдено то же самое. Вообще мы можем заметить теперь же, что при всех наблюдениях над температурами разных почв при разнообразнейших условиях оказывается, что у почв одинакового состава меньшая средняя температура сопровождается меньшими средними колебаниями ее—суточными и годовыми,—все равно.
Против указанных опытов возражали, что они не могут дать истинного понятия о сравнительной температуре влажных и сухих почв, потому что сухие почвы сравнивались с почвами, насыщенными водою; между тем в действительности большинство почв содержит воды гораздо менее того, сколько ее нужно для насыщения почв. Поэтому опыты были повторены Вольни с тем видоизменением, что определялись различия в нагревании почв при разном содержании в них воды. Результаты прежних опытов были подтверждены новыми исследованиями, и, кроме того, найдено, что средние температуры почв тем выше, чем меньше содержится в них воды. Так, например, для кварцевого песка найдены следующие средние температуры: Содержание воды Полное насыщение 80% влагоемкости (>0% влагоемкости 40% влагоемкости 20% влагоемкости Сухой С 29 июля по 3 августа . . . 22,4° 23,4° 23,8° 24,0° 24,1° 24,2°
В холодное время года—зимою и глубокой осенью—в температуре почв влажных и сухих замечается обратная разница: температура влажных почв бывает тогда выше температуры сухих почн, потому что влажные почвы вследствие большой теплоемкости воды охлаждаются медленнее сухих, а испарение воды в это время бывает очень слабо, а Следовательно, и охлаждение почв по этой причине делается незначительным. При наблюдениях 5—8 января найдены следующие средние температуры: Суглинка Содерж воды 50% влагоемкости —0,84° —1,97° —4,41°
Если влажная почва зимою замерзает, то уже не замечается таких различай в температуре ее с температурой сухой почвы, очевидно, потому, что удельная теплота льда приблизительно вдвое меньше удельной геплоты жидкой воды.
В предыдущей главе мы видели, что рыхлость и плотность почв оказывают влияние как на поглощение ими тепла, так и на теплопроводность их. Вследствие этого средние температуры плотных и рыхлых почв окалываются неодинаковыми.
Чем теплее и чем холоднее время года, тем разницы больше; в среднем выводе за все время от апреля до октябри разница между температурами рыхлых и плотных почв в большинстве случаев не превосходила 0,1е,—следовательно, была невелика. Если сравнить температуры плотных и рыхлых почв в теплое время года днем и ночью, то оказывается, что в большинстве случаев ночью плотны^ почвы бывают холоднее рыхлых, а днем теплее их.
Так как в холодное время плотные почвы бывают холоднее рыхлых, а в теплое время теплее их, то изменения в температуре почв плотных бывают более, чем у почв рыхлых. Заключение это справедливо как для дня и ночи, так и для зимы и лета.
Шероховатые поверхности поглощают лучистую теплоту лучше гладких; поэтому надо думать, что ры\лые почвы поглощают теплоту лучше плотных, и если мы тем не менее находим у почв плотных более высокую температуру, то это нельзя объяснить ничем иным, как, во первых, лучшей теплопроводностью плотных почв и, кроме того, тем обстоятельством, что испарение воды из рыхлых почв происходит слабее, отчего они долгое время остаются влажными и, следовательно, слабее нагреваются солнечной теплотою. Что теплопроводность почв может и сама по себе оказывать значительное влияние на температуру почв и ее изменения, это можно видеть из того, что, по наблюдениям Вольни, почвы каменистые обыкновенно отличаются более высокой Температурою от почв, не содержащих камней; между тем в тех и других почвах содержание воды часто бывает одинаково, но теплопроводность каменистых почв всегда больше.
В случ.ях, рассмотренных вытпе, изучалось влияние на температуру рыхлости или влажности всего почвенного слоя. В действительности чаще бывают случаи, когда разрыхляется только поверхность почвы или когда почва высыхает только с поверхности. Такое поверхностное разрыхление и высыхание почвы влияет на температуру ее в том же направлении, как разрыхление и высыхание всей почвы. Вольни нашел, что при сухой поверхности почвы температура ее на глубине 1 дм в теплое время года бывает выше температуры той же почвы с влажной поверхностью; например, 26 мая 1880 года найдены следующие средние температуры: Перегнойный известковый песок Чистый вый известко- песок Кварцевый песок Поверхность Поверхность Поверхность сухап влажная сухая влажная сухая влажная 22,9° 22,4° 22,9° 21,6° 22,8° 22,6°
Влияние разрыхления верхнего слоя почвы на температуру ее видно из следующих наблюдений: Известковый песок с перегноем Поверхность Поверхность рыхлая плотная 19 августа 1878 года. Средняя температура 18,9° 19,9° Суточное колебание температуры . . 5,8° 7,9° 20 августа. Средняя температура .... 17,5° 18,0° Суточное колебание температуры . . 1,8° 2,0°
Нужно заметить, что во всех случаях мы приводим только некоторые результаты исследований Вольни из многих, вполне сходных между собою. В предыдущей главе мы видели из исследований Ланга, что цвет поверхности почвы оказывает весьма значительное влияние на ее нагревание и охлаждение. Такое влияние цвета замечено в разных местах и практическими хозяевами, которые иногда нарочно посыпают почву темными или белыми порошковатыми веществами, смотря по тому, желают ли они усилить или ослабить нагревание почвы и тем самым ускорить или замедлить созревание произрастающих на ней растений.
Из ученых первый Шюблер обратил внимание на разницу в температуре почв при разном цвете их поверхности и определял ее опытным путем; впоследствии наблюдения над этим производились Гаспареном и потом Малагуттпи и Дютроше. Наблюдения последних дали результаты отчасти несходные с результатами первых двух ученых. Но вообще все эти исследования производились в самое жаркое время дня, так что из них невозможно составить понятие о ходе изменений температуры в почвах разного цвета. Обширные исследования Вольни в значительной степени разъяснили этот предмет.
Первый ряд исследований Вольни относится к почвам, высушенным на воздухе, причем цвет поверхности почв или изменялся искусственно, или же для опытов употреблялись почвы с их естественным, но различным цветом. При искусственном изменении цвета поверхности результаты исследований были вполне определенны; для примера можно привести наблюдения 13 августа 1876 года; для исследований взяты песок, глина и торф, поверхность которых искусственно делалась белою или темною. Температуры этих веществ в указанный день были: Глина Песок Торф Поверхность белая Поверхность черная Поверхность белая Поверхность черная Поверхность белая Поверхность черная Средняя температура Наименьшая температура . . . Наибольшая температура . . . 22, Зэ 14,6° 30,0° 23,3° 14,8° 31,8° 21,6° 14,2Э 28,9° 23,3° 14,6° 32,2° 20,4° 14,3° 26,5° 21,3° 14,8° 28,0°
Средняя температура почв с темной поверхностью выше, чем при поверхности светлой, и это найдено было при всех наблюдениях; наибольшая разница в нагревании почв темных и светлых бывает в жаркое время дня; что касается ночи, то охлаждение в это время почв темных и светлых с поверхности оказывается приблизительно одинаковым.
Так как сильнейшее нагревание темных почв зависит от большего поглощения ими тепловых лучей, то понятно, что в пасмурные дни разницы в температуре темных и светлых почв бывают незначительны, так же как и в холодное время года. С 27 по 30 октября средняя температура темной почвы была 8,0°, а средняя температура такой же светлой 7,7°.
При исследовании почв с различным естественным цветом влияние последнего на температуру оказалось более сложным,—иногда оказывалось, что темные почвы нагревались даже слабее более светлых, так что темный цвет почвы не всегда ука^вает на более сильное нагревание ее. Разница в составе почв может быть иногда значительна и может оказывать на температуру более сильное влияние, чем цвет их. Цвет окрашенных почв от поглощения ими воды делается темнее, и в силу этого вода в таких почвах оказывает влияние на их температуру в двух противоположных направлениях: делая цвет почв более темным, она усиливает поглощение теплоты и, следовательно, нагревание почвы; но вследствие такого усиленного нагревания почвы ускоряется испарение из нее воды, охлаждающее почву. Вследствие этого при некоторых наблюдениях Вольни сырая почва оказалась холоднее сухой: При темной При светлой поверхности поверхности 1 ряд опытов 2,49э 1,59° 2 » » 2,13° 1,86° 3 » » 1,62° 0,65°
При темной поверхности более сильное испарение воды сильнее охлаждало почву. Вследствие усиленного испарения воды из почв, потемневших от прибавки воды, сырые темные почвы меньше отличаются по температуре от сырых же, но светлых почв, разница между температурою сухих темных и светлых почв, напротив, значительнее. Так, например, темные почвы были теплее светлых при тех же опытах: Во влажном В сухом состоянии состоянии 1 ряд опытов 0,77° 1,67° 2 » » 0,68° 0,95° 3 » » 1,48° 2,85=
При исследованиях температуры различных почв при разных условиях почти всегда оказывалось, между прочим, согласно с общепринятым мнением, что песчаные почвы, сравнительно с другими, нагреваются в среднем выводе сильнее других в теплое время и охлаждаются более в холодное время года; средняя температура их обыкновенно выше средней температуры других почв.
Причина этого заключается, очевидно, в том, что песчаные почвы лучше других поглотают тепловые лучи и, кроме того, отличаются лучшей теплопроводностью. К этому присоединяется еще то обстоятельство, что обыкновенно песчаные почвы, по сравнению с другими, более сухи и, следовательно, нагревание их усиливается и по этой причине. Что касается почв чисто перегнойных, то хотя с поверхности они нагреваются сильнее других, но дурная их теплопроводность препятствует передаче тепла в слои более глубокие, и потому на некоторой глубине температура их бывает не выше, чем у почв минеральных; так как перегнойные вещества отличаются большой влагоемкостью и часто бывают очень влажны, по сравнению с другими, то этим ослабляется их нагревание. Но если перегной примешан к минеральным составным частям почвы в небольшом количестве, придавая почве темный цвет, то от этого нагревание почв значительно увеличивается. В подтверждение всего этого можно привести таблицы, помещенные выше.
До сих пор мы рассматривали температуру почв в зависимости от их состава, от большего или мевьшего содержания в них тех или других веществ Но нагревание почв обусловливается в сильной степени и другими обстоятельствами—наклоном почвы к горизонту и внешним покровом ее.
Что касается первого из этих условий, то мы знаем, что нагревание какой- либо поверхности солнечными лучами зависит от угла падения лучей на эту поверхность и для поверхностей сухих и однородных в других отношениях нагревание пропорционально синусу угла падения тепловых лучей. По этой причине склоны почвы, обращенные к югу, нагреваются несравненно сильнее северных.
Первые иследования для определения разницы в нагревании почвы разных склонов произведены Кернером близ Инсбрука, на естественном плоском конусообразном холме, на различных сторонах которого в землю были помещены термометры. Всего поставлено было 8 термометров на склонах, обращенных к главным странам света и промежуточным между ними. Исследов; ния производились в течение Злет, и в среднем выводе найдены следующие температуры для почвы разных склонов на глубине 0,8 м: юз ю юв з в св сз с 12,71° 12,66° 12,65° 12,17° 11,25° 10,55° 10,17° 9/i2°
Следовательно, разница в нагревании между северным склоном и склонами южными составляла в среднем выводе более 3°, т. е. оказывается весьма значительной. Причина, почему сильнее всего нагревается почва не южного, а юго- западного склона, заключается, по всей вероятности, в том, что после полудня, когда солнечные лучи сильнее всего действуют на юго-западный склон, воздух и почва бывают более сухи, чем до полудня, а потому теплота в это время менее поглощается воздухом, п почва при нагревании ее не может так сильво охлаждаться вследствие испарения из нее воды. По той же причине и западный склон нагревается сильнее восточного.
Кроме того, Кернер нашел, что в разное время года наиболее сильное нагревание бывает на разных склонах: в мае, июне, июле и августе наиболее нагревается северо-восточный склон, в сентябре и октябре—южный склон, а в остальные месяцы—юго-западный. Явление это Кернер объясняет влиянием ветров, господствующих в разные времена года; если это так, то в других местностях, при иной смеве ветров, перемены в нагревании разных склонов должны быть не таковы, как в Тироле.
Вольни, при повторении наблюденй Кернера на искусственно насыпанном холме, получил вполне сходные результаты и такую же перемену в нагревании разных склонов и для Мюнхена. Кроме таких наблюдений, им произведены еще исследования над температурою почвы в виде гряд со склонами в две стороны; длина гряд имела направление или от севера к югу, или от востока к западу; в первом случае каждая гряда имела западный и восточный склоны, а во втором случае—склоны южный и северный. Средние температуры в разных случаях найдены следующие: Южный Горизонт. Западный Восточн. Северный склон поверхн. силон склон склон 19,74° 19,71° 19,42J 19,36° 19,15°
У почвы, имеющей форму гряд, оба склона нагреваются неравномерно; почва с горизонтальной поверхностью нагревается почти одинаково с почвою южного склона. Если взять средние температуры почвы в виде гряд (т. е. средние показания термометров на северном и южном склонах или на восточном и западном), то оказывается, что почва с горизонтальной поверхностью не только нагревается равномерно, но в среднем выводе нагревание ее более, чем нагревание всей массы почвы, имеющей вид гряд, какое бы положение эти гряды ни имели.
Что касается колебаний температуры, то они всего сильнее на склонах наиболее нагреваемых, что и понятно, так как, хотя нагревание разных склонов днем неодинаково, но условия охлаждения почвы ночью, вследствие лучеиспускания теплоты, на разных склонах сходны.
Обращаясь к рассмотрению того, каким образом влияет на температуру почвы внешний покров ее, заметим предварительно, что в теплое время года покровом почвы могут быть удобрительные вещества, распределенные по ее поверхности, в лесу—лесная подстилка, и, наконец, произрастающие растения всякого рода; зимою покров почвы в нашем климате состоит из снега. Влияние покрова на температуру почвы совершенно понятно: в теплое время года покров, устраняя прямое действие солнечных лучей на поверхвость почвы, ослабляет ее нагревание; с другой стороны, при охлаждении почвы покров совершенно уничтожает или ослабляет лучеиспускание теплоты непосредственно из почвы и тем самым препятствует ее охлаждению. Из этого ясно, что изменения температуры почвы под покровом должны быть медленнее и слабее, чем почвы, свободной от покрова.
Результаты наблюдений в другие годы сходны с теми, какие приведены в настоящей таблице; цифры ее показывают, что в верхних слоях средняя температура почвы, свободной от покрова, выше температуры почвы затененной или покрытой; в теплое время года почва, свободная от покрова, нагревается гораздо сильнее почвы отененной или покрытой; но згшою обратно—теплее бывают почвы отененные или закрытые; в них, следовательно, колебания температуры гораздо слабее. Такое различие в нагревании наблюдается не только при переходе от теплого времени к холодному, ной при изменениях температуры от одного дня до другого и при сменах дня и ночи.
Снежный покров зимою точно так же предохраняет почву от охлаждения и от быстрых перемен температуры вообще; при наблюдениях Вольни в течение трех зим—1874, 1875 и 1876 годов—почва под снежным покровом весьма редко охлаждалась ниже 0°, и только в феврале 1876 года температура ее упала значительно ниже 0° (до—6,4°). В то же время почва без снежного покрова была охлаждена почти постоянно ниже 0°, и в каждую зиму бывали случаи охлаждения ее до —5°, а в феврале 1876 года температура ее понизилась даже до—11° на глубине 10 см, следовательно, на поверхности почвы охлаждение было еще сильнее. Понятно, что чем снежный покров глубже, тем лучше он предохраняет почву от изменений температуры.
Камни, находящиеся на поверхности почвы или внутри ее, нагреваясь и проводя теплоту лучше почвы, способствуют как большему нагреванию ее в теплое время, так и более сильному охлаждению зимой. Каменистый покров действует в обратном направлении по сравнению с покровом из растительных веществ.
При значительном содержании влажности в почве действие внешнего покрова на температуру почвы несколько изменяется. При отсутствии покрова из таких почв испаряется большое количество воды, и от этого температура почвы понижается. Внешний мертвый покров, ослабляя испарение воды из почвы, препятствует ее охлаждению. По этой причине температура влажной почвы под внешним покровом может быть даже летом в некоторых случаях выше температуры почвы, свободной от покрова. На разных почвах такое действие внешнего покрова может выражаться неодинаково, в зависимости от того, препятствует ли покров более или менее сильному испарению. Это можно видеть, например, из следующих цифр Вольни, полученных при наблюдениях над почвами, насыщенными водою: Температура Торфа Песка Глины Воздуха без с покро без с пощ 0- беч с покро покрова вом покрова вом покрова вом 23 июля 15,32° 18,00 17,33 15,70 15,88 16,11 15,69 29 » 16,21 17,27 16,65 16,86 17,05 16,49 16,45 30 » 17,78 18,32 17,69 18,46 18,67 18,31 18,35 31 » 19,15 19,52 19,03 19,22 19,82 19,33 19,70 1 августа 15,99 19,12 18,90 17,76 18,53 18,18 18,84
Из этих цифр видно, что торф без покрова во все приведенные дни имел температуру выше, чем торф под покровом; так как испарение из торфяных почв происходит вообще слабее, чем из других, то покров в этом случае имеет небольшое значение. Но песок вовсе дни, а глина большей частью под покровом были нагреты сильнее, и действие покрова усиливалось с возрастанием температуры, т. е. с усилением испарения воды из непокрытых почв.
Приведенная выше таблица, содержащая результаты наблюдений над температурою почв в течение почти целого года, указывает, кроме всего упомянутого нами, также и характер изменений температуры в течение года. Из таблицы видно, что, например, на глубине 100 см даже незакрытая почва ни разу не охладилась ниже 0°; летом нагревание глубоких слоев слабее, чем верхних; но вместе с тем зимою глубокие слои и охлаждаются меньше; в ноябре, например, когда температура верхнего слоя была 2,43°, на глубине 100 см она равнялась 6,71°. Чем холоднее зима и чем менее слой снега, тем глубже охлаждается почва.
Входить в подробное рассмотрение этого предмета мы не будем по отсутствию точных и достаточно многочисленных исследований.
|
|
|
|
К содержанию книги: П. А. Костычев - Курс лекций по почвоведению
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков