 |
|
|
Б.Д.Зайцев - Почвоведение |
СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ
|
Смотрите также:
Глазовская. Почвоведение и география почв
Биографии биологов, почвоведов
|
ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
К основным тепловым свойствам почвы относятся: теплопоглотительна я способность, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность.
Основной причиной температурных изменений поверхностных горизонтов земной коры является неодинаковое количество тепловых лучей, получаемых от Солнца.
Незначительное количество тепла почва получает в результате биохимических и фотохимических процессов. Также незначительным является и такой источник тепловой энергии, как внутренняя теплота Земли. Этот источник оценивается величиной 54 кал на 1 см2 поверхности почвы в год, т. е. это количество калорий может превратить в воду слой льда толщиной 6—8 мм (А. В. Клоссовский).
Таким образом, поступление тепла в почву обусловлено преимущественно получением ею лучистой энергии Солнца, которая в почве превращается в тепловую.
Однако это общее количество солнечного тепла, получаемого Землей от Солнца, претерпевает изменения уже при прохождении через атмосферу. До поверхности Земли доходит около 75% всей тепловой энергии, получаемой от Солнца. Количество задерживаемой энергии при прохождении солнечных лучей связано с толщиной проходимого слоя атмосферы. Это обстоятельство приводит к тому, что в области экватора солнечная энергия будет задерживаться меньше, так как здесь слой атмосферы тоньше.
Воздушные и морские течения выравнивают температуру на поверхности Земли. Облака уменьшают излучение. Тепловую энергию поглощают и водяные пары атмосферы. В пустынях, где воздух сух, а небо безоблачно, излучение велико. При этом почва поглощает громадное количество солнечного тепла, отражая от 0,1 до 0,3 лучистой энергии.
Поглотительная и отражательная способность поверхности Земли
О поглотительной и отражательной способности почвы можно судить по величине альбедо (мера отражательной способности поверхности). Величина альбедо, выраженная в процентах, получается из формулы А = Y--100, где: А — альбедо, %; В — количество отраженной энергии; 2 — количество поглощенной энергии. В 39 приведены величины альбедо для разных поверхностей. Альбедо почвы может меняться в зависимости от состояния ее поверхности.
Из приведенных цифр видно, что поверхность Земли может поглощать от 19 до 92% солнечной энергии. Способность почв поглощать солнечную энергию обладает большой динамичностью, будучи связанной с характером растительности, цветом почвы, ее влажностью и характером поверхности.
Теплоемкость почвы
Количество тепла в калориях, необходимое для нагревания весовой или объемной единицы почвы на 1°С называется весовой или объемной теплоемкостью почвы. Так как почва состоит из трех фаз — твердой, жидкой и газообразной, ее теплоемкость будет связана с каждой из этих фаз.
Таким образом, объемная теплоемкость почвы колеблется для различных твердых составных частей почвы незначительна но, 0,5—0,6. По весовой же теплоемкости торф резко отличается от минеральных составных частей почвы. Теплоемкость воздуха составляет 0,003, теплоемкость воды — 1,0.
Теплоемкость сухой почвы определяется ее твердой частью, а во влажном состоянии — содержанием воды. По мере увеличения влажности почвы наиболее возрастает теплоемкость торфа, меньше у глины и еще меньше у песка.
Из приведенных данных видно, что теплоемкость почвы по мере увеличения содержания влаги сильно возрастает. При этом наиболее сильно теплоемкость возрастает у глины и торфа. Поэтому глинистые и торфяные почвы относят к холодным, плохо прогреваемым.
Теплопроводность почвы
Теплопроводностью почвы называется ее способность проводить тепло. Теплопроводность почвы измеряется количеством тепла в калориях, которое проходит в 1 сек через 1 см2 слоя почвы толщиной 1 см.
Теплопроводность почвы зависит от содержания глины,, органического вещества, воды и воздуха. Теплопроводность почвы повышается с увеличением влажности и снижается с увеличением содержания воздуха (теплопроводность воды — 0,0014, льда —0,0057, воздуха — 0,00006).
Температуропроводность почвы
Под температуропроводностью понимают изменение температуры 1 смг почвы, вьь званное поступлением в него некоторого количества тепла, притекающего за 1 сек через 1 см2 поперечного сечения, при разности температур, равной 1°С, на расстоянии 1 см.
Наименьшей величиной температуропроводности обладает сухая почва. С увеличением влажности температуропроводность увеличивается, но затем, достигнув известной величины, начинает падать, в то время как теплопроводность продолжает увеличиваться.
Замерзание и оттаивание почвы
Изменение температурных условий приводит к замерзанию и оттаиванию почвы. При наступлении устойчивых холодов почва замерзает сначала с поверхности, а затем захватываются более глубокие горизонты. Глубина промерзания почвы подчинена значительным колебаниям и зависит от климатических условий, годичных и сезонных изменений температуры, а также от мощности снегового покрова.
Мерзлота образуется в почве благодаря наличию влаги. Вода, присутствующая в почве, замерзает при температурах несколько ниже 0° (от —4 до —5°), что объясняется наличием растворенных веществ в почвенной влаге. Процесс промерзания почвы ослабляется древостоем, травяным покровом и лесной подстилкой.
Оттаивание почвы с повышением температуры происходит неравномерно в связи с погодными условиями, рельефом, характером угодий, производственными и другими причинами. Оттаивание мерзлой почвы ранней весной может происходить под снежным покровом, благодаря поступлению тепла из нижних горизонтов почвы. Под более мощным снеговым покровом оттаивание почвы начинается раньше, чем под покровом малой мощности. В этом случае оттаивание почвы может происходить сверху, после таяния снега.
Мерзлая почва может быть водопроницаема, если она замерзла при влажности, меньшей полной влагоемкости. Почва, у которой пустоты заполнены льдом, водонепроницаема. Также надо отметить, что в СССР около 10 млн. км2 площади занято вечной мерзлотой. Эта мерзлота существует в условиях, где зимнее промерзание преобладает над летним оттаиванием. Вечная мерзлота на Крайнем Севере проникает на глубину 50—100 м. В условиях вечной мерзлоты глубина оттаивания почв различна, она зависит от климатических условий, характера почвообразующих наносов и характера растительности.
Вечная мерзлота отрицательно сказывается на производительности растительности, ограничивая зону корнеобитаемого слоя и вызывая в результате «термокарста» проседание и провал грунтов, происходящих при вытаивании льда. Низкая температура почв отрицательно сказывается на биологических процессах.
Под влиянием лесных пожаров граница вечной мерзлоты может опускаться до глубины 8 м. Роль леса связана с уменьшением глубины промерзания почв, однако такое влияние подвержено значительным колебаниям в связи с характером насаждений.
Промерзание и оттаивание почв оказывает большое влияние на физические свойства почв. Оно может быть отрицательным и положительным. Отрицательное влияние связано с возможной потерей водопроницаемости грунтами и почвенными горизонтами, что в климатической обстановке северных районов будет способствовать заболачиванию. В то же самое время в засушливых районах глубокое промерзание почвы, способствуя сохранению влаги, благоприятствует развитию растений. Охлаждение почв создает условия и для большей конденсации влаги почвой.
Промерзание почвенных горизонтов делает их более рыхлыми и проницаемыми для корней. Низкие температуры в почве создают неблагоприятную обстановку для прорастания семян и развития корневых систем.
Большинство микроорганизмов имеет оптимальные условия развития при температуре 10 —40°С.
В районах вечной мерзлоты актуальной задачей является проведение тепловых мелиораций.
Роль тепла для биологических и физико-химических процессов в почве
Большая роль в почвенных процессах принадлежит микроорганизмам, которые интенсивнее всего развиваются в пределах 25° — 35°. Оптимальные температуры для бактерий имеют известное смещение в зависимости от климата.
Сопоставление оптимальной температуры для бактерий со средними температурами почвы за период май — август дано в 43 (по Мишустину).
Из данных таблицы можно видеть, что для всех пунктов оптимальная температура для развития бактерий находится выше фактической температуры почвы, с тенденцией к увеличению этой разницы при переходе с юга на север.
К этому надо добавить, что влияние температурных условий на микроорганизмы скажется еще более резко, если учесть депрессию, которая связана с зимним периодом.
Понижение температуры сказывается также и на ходе химических и физико-химических процессов вследствие того, что энергия этих процессов связана с температурным режимом и требует присутствия воды в жидком виде (растворы). Сказанное подтверждается тем положением, что по мере снижения температур при переходе от более южных районов к северным мощность профиля почвы уменьшается. Почвы тундры отличаются слабым развитием химического выветривания и карликовым развитием их профиля.
Регулирование теплового режима почв. Тепловой режим почв играет исключительно большую роль в растениеводстве. Естественно, что в задачу растениеводов должны входить и тепловые мелиорации. Это касается как северных районов, где температурный режим почв часто слишком низок, так и южных районов при культуре теплолюбивых растений.
Тепловой режим почв можно изменить искусственным путем — осушением и орошением земель, сменой растительного покрова, обработкой почвы, созданием лесных полос, задержанием снега, талых вод, влагозарядкой, мульчированием.
Растительный покров уменьшает температурные колебания в почвах, способствует охлаждению приземного слоя воздуха за счет транспирации и излучения тепла. Способствуя накоплению снега, растительный покров снижает глубину промерзания почвы. Осушение и освоение заболоченных почв, снегозадержание, мульчирование -— все это приводит к утеплению почвы. Орошение же снижает высокие температуры почвы. Большие водоемы и водохранилища сглаживают резкость температурных колебаний.
Очень интересным приемом воздействия на тепловой режим почв является мульчирование. Под мульчированием почвы понимается покрытие ее поверхности телами различной окраски. Тепловой баланс почвы зависит от цвета ее поверхностного покрытия. Широкое применение нашли вещества, окрашенные в темный цвет, так как они усиливают нагревание печвы.
В качестве мульчи, повышающей температуру почвы, применяют низинный торф, черные глины, сапропель, бурый землистый уголь, черную бумагу, гумбрин, золу. При этом происходит повышение температуры приземного слоя воздуха в зависимости от характера мульчи. Помимо влияния на температурный режим почвы, некоторые виды мульчи могут быть и удобрениями. Культуры растений на гребнях и грядах в условиях севера также являются примером тепловой мелиорации.
|
|
|
|
К содержанию книги: ЗАЙЦЕВ. Курс почвоведения
|
Последние добавления:
Виноградский. МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ
Ферсман. Химия Земли и Космоса
Перельман. Биокосные системы Земли
Вильямс. Травопольная система земледелия