География почв Лекция 7 n n Тепловой

География почв Лекция 7

n n Тепловой режим почвы - совокупность и определенная последовательность явлений теплообмена в системе: приземный слой воздуха — растения — почва — подстилающая порода, а также совокупность процессов теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве. Тепловой режим изучен значительно слабее, чем водный. Систематически исследован во многих типах почв лишь температурный режим — изменение температуры почв во времени.

n Тепловой и водный режимы почв тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены, поскольку поведение воды в почве, фазовые переходы, направление и скорость перемещения зависят от температуры почвы; в свою очередь тепловой режим почвы обусловлен степенью ее увлажнения

Температура почвы — наиболее динамичная величина, она быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие с окружающей средой. n Равновесие между температурой атмосферы и поверхностного (0— 5 см) слоя почвы устанавливается очень быстро (в течение минут), более глубоких горизонтов — с некоторым запаздыванием, которое тем больше, чем глубже почвенный слой. n

n n n Суточная динамика температуры наиболее резко выражена в первом полуметре. Днем тепловой поток направлен сверху вниз; ночью, вследствие активного излучения тепла поверхностью почв, снизу вверх. Максимальные температуры отмечаются на поверхности днем, минимальные — ночью. С глубиной амплитуда колебания температур снижается, и суточная динамика на глубине около 50 см практически полностью затухает. Так как процесс теплопереноса не мгновенный, наблюдается запаздывание нагревания нижележащих слоев.

n n n На суточный режим почв влияют: погодные условия местности, влажность почв, их гранулометрический состав, состояние поверхности, количество органического вещества и окраска. Затемненные растительностью почвы имеют менее выраженный суточный цикл температур, чем открытые участки.

n n n Годовой режим температур почв имеет большую амплитуду колебаний и выражен на большую глубину, чем суточный. Зона активной выраженности сезонной динамики ограничена 3— 4 -метровой толщей. На глубине 6 м годовая температура колеблется менее чем на 1°С. Установление максимальной температуры почв несколько отстает от максимума температур воздуха вследствие инерционности теплопереноса в почвенной толще. Максимум температур на глубине 3 м устанавливается на несколько месяцев позже, чем на поверхности.

n Каждый почвенный тип в соответствии с зональностью (горизонтальной и вертикальной) поступления солнечной радиации, с турбулентностью атмосферы и распространением растительных ассоциаций характеризуется определенными температурными параметрами. Колебания температуры почвы (°С) в евр. части России на глубине 20 см (по А. М. Шульгину, 1957) Почвы Средняя Темп. Ср. темп. Темп. Годовая темп. за июля за холодный января амплитуда теплый период температур период Подзолистые 6— 10 15— 18, 5 - 2— 0, 0 - 3 — 0, 6 17— 20 Черноземные 11— 15 18— 22 -5— 1, 0 -7 — 1 20— 27 Каштановые 14— 16 23— 26 -2 — +0, 5 -3, 5 — -1, 5 25— 26 Бурые лесные 18— 20 25, 5— 27 +5, 5 — +7, 0 +4 — +5 21— 22

Систематика тепловых режимов почв (В. Н. Димо, 1968) Классы (группы) Подклассы (типы) I. Промерзающие 1. Мерзлотные 2. Длительно-сезонно-пром. II. Непромерзающие 3. Сезонно-промерзающие 4. Непромерзающие охлажд. 5. Непромерзающие теплые 6. Непромерзающие жаркие

n n n Мерзлотные почвы типичны для территорий с многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная, преобладает процесс охлаждения. Температура самого теплого месяца на глубине 0, 2 м не выше 20°С. Сезонное замерзание и оттаивание прослеживается до верхней границы многолетнемерзлого грунта. Этот тип теплового режима выражен в ряде провинций Евроазиатской полярной и Восточно. Сибирской мерзлотно-таежных областей.

n n Якутск Мерзлотнотаежная почва

n n n Длительно-сезонно-промерзающие почвы — преобладает положительная среднегодовая температура профиля, длительность промерзания на менее 5 мес. Температура самого теплого месяца на глубине 0, 2 м от 10 до 25°С. Глубина промерзания более 1 м, но сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами, если они присутствуют.

n n Чита Горная дерновотаежная почва

n n Сезонно-промерзающие почвы имеют положительную среднегодовую температуру. Длительность промерзания не более 2 мес. Подстилающие породы не мерзлые. Температура самого теплого месяца на глубине 0, 2 м 20— 30°С.

n n Волгоград Каштановая почва

Непромерзающие почвы имеют положительные среднегодовые температуры по профилю, включая температуру самого холодного месяца. n Промерзания нет. Этот тип температурного режима наблюдается в местностях теплой европейской фации умеренного пояса и в областях субтропических и тропических поясов. n Непромерзающие охлаждающиеся почвы имеют положительные температуры самого холодного месяца на глубине 0, 2 м, но не выше 5°С; температура самого теплого месяца на этой глубине до 35°С. n Непромерзающие теплые почвы имеют на глубине 0, 2 м в самый холодный месяц от 5 до 20°С. n Непромерзающие жаркие почвы имеют температуру на глубине 0, 2 м в течение всего года выше 20°С. n

n n Сочи Горные буроземы

Антропогенное воздействие n n Существенное изменение в характер теплового режима почв вносит их распашка. Температурный режим становится более контрастным. Снегозадержание способствует снижению теплоотдачи почв, предохраняет посевы от вымерзания. К мероприятиям, изменяющим альбедо почв, относятся мульчирование, гребневание, кулисные посевы. Мульчирование светлыми веществами предохраняет почву от перегрева. Применение темных мульчирующих веществ способствует более интенсивному нагреванию холодных почв. Также улучшает тепловой режим северных почв снятие торфяных слоев, препятствующих их глубокому прогреванию. Все агромелиоративные мероприятия, направленные на изменение водного режима почв, так или иначе изменяют их температурный режим. Дренаж благоприятствует более интенсивному нагреванию почв.

Тепловой режим почв n n n Параметры теплового режима Альбедо Теплоемкость Теплопроводность Тепловой баланс Температура почв на разной глубине

n n Теплоемкость - способность почвы удерживать тепло. Она измеряется количеством тепла (в Дж), которое необходимо для нагревания на 1° почвы 1 г (весовая теплоемкость) или 1 см (объемная теплоемкость). Составные части почвы имеют неодинаковую теплоемкость: вода — 4, 2; торф — 2, 5; глина — 2, 4; песок — 2, 1; почвенный воздух — 0, 001. Средняя теплоемкость почвы 2, 1 -2, 5 Дж. Теплоемкость почвы зависит от ее механического состава, содержания в ней влаги и перегноя. Чем больше в почве воды, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Песчаные почвы быстрее нагреваются, чем глинистые. Поэтому песчаные почвы считаются теплыми, а глинистые холодными. Весной легкие песчаные и супесчаные почвы можно обрабатывать значительно раньше, чем тяжелые глинистые; всходы сельскохозяйственных культур на таких почвах появляются раньше (и дружнее), чем на холодных глинистых почвах. Чем больше в почве перегноя, тем выше ее теплоемкость. Почвы структурные, рыхлые имеют теплоемкость выше, чем почвы бесструктурные, плотные.

n n Теплопроводность — это способность почвы проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Она измеряется количеством тепла (в Дж), которое проходит в 1 с через 1 см 2 почвы толщиной 1 см при разности температур в 1°. Теплопроводность почвы зависит от теплопроводности составных ее частей: наименьшая — у воздуха, несколько выше — у воды, наибольшая — у минеральной части почвы. Очень низкая теплопроводность у торфяных почв. Следовательно, чем больше в почве воздуха и органического вещества, тем хуже она проводит тепло и дольше его сохраняет. Сухие бесструктурные, плотные почвы нагреваются быстрее, но они быстрее и теряют это тепло. Увлажненные, рыхлые, богатые органическим веществом почвы нагреваются медленнее, но зато излучают его постепенно; в таких почвах дольше удерживается аккумулируемая ими солнечная энергия, что благоприятнее для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Тепловой баланс почвы Tб + Tт +Тn+Тк=О, n n n где Тб – радиационный баланс, Тт – затраты тепла на транспирацию и физическое испарение воды, Тn – расход тепла на теплообмен с глубокими слоями, Тк – количество тепла, идущего на нагрев воздуха

Проникновение изотермы +10° в почву

Проникновение изотермы +10° в почву

ВЫВОДЫ 1. Поступление солнечной энергии определяет зональность экосистем и почв 2. Радиационный баланс измеряется от 0 -42 к. Дж/кв. см год в полярном поясе до 4119 к. Дж на экваторе 3. Распространение тепловой волны в почве всегда запаздывает по сравнению с нагреванием воздуха. 4. Можно выделит термические горизонты , различающиеся тепловым режимом. Наиболее широко используют выделение горизонтов в Американской классификации 6. С увеличением температуры возрастает содержание гумуса )в условиях постоянного увлажнения) и содержание ила

Воздушный режим почвы — это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы. n. Все эти явления находят отражение в изменении содержания и состава почвенного воздуха во времени. n

n n n При изучении воздушного режима почвы обращают внимание на содержание двух газов: диоксида углерода и кислорода. При нормальном газообмене сумма этих газов близка к сумме их в атмосфере (21%), но соотношение между ними существенно меняется во времени, причем различно в разных почвах.

n n n Во всех почвах состав почвенного воздуха подвержен постепенным изменениям в течение года, причем на глубине 4 – 5 м еще отмечаются колебания в составе воздуха, хотя и более слабые, чем в пределах верхней толщи. В торфяных, дерново-подзолистых почвах, в черноземах и почвах полупустынного комплекса наибольшее содержание углекислоты наблюдается в теплый период года, когда СO 2 образуется в результате интенсивной деятельности микроорганизмов, дыхания корней и других биологических процессов. Кроме того, высокие концентрации углекислоты в почвенном воздухе наблюдаются при ее замедленном образовании, но в условиях затрудненного газообмена. Это происходит, например, в период обильного выпадения осадков и насыщения верхних слоев почвы до полной влагоемкости, а также при образовании ледяной корки зимой или ранней весной.

n n В дерново-подзолистых суглинистых почвах, не подверженных избыточному увлажнению, концентрация СO 2 (в %) в слое 0— 50 см обычно колеблется от 0, 2 до 3, 0, в слое 100— 200 см — от 1, 2 до 3, 4, в более глубоких слоях — от 1, 5 до 4— 5. Большое влияние на абсолютное содержание диоксида углерода оказывает характер растительности. По данным Б. Н. Макарова (1966), максимально оно было под пологом смешанного леса, более низким в почве под люцерной, и наиболее низким в почве чистого пара. Так, в почве под люцерной на глубине 15 см в среднем содержалось 1% СO 2, на глубине 30 см— 1, 5% СO 2, под паром — соответственно 0, 2 и 0, 3%.

n n n Воздушный режим почвы тесно связан с ее водным режимом и потому регулируется одними и теми же мелиоративными или агротехническими приемами. В то же время в практике земледелия приходится обращать внимание и на самостоятельные приемы регулирования воздушного режима почв, как, например, при периодическом проветривании сезонно затапливаемых рисовых полей. Во всех случаях регулирования почвенных режимов необходимо помнить об антагонизме воды и воздуха в почве. Избыточное увлажнение почв всегда ведет к снижению их аэрации, в то время как засушливые, недостаточно увлажняемые почвы избыточно аэрированы.

Окислительно-восстановительный режим почв n Окислительно-восстановительный режим почв — это совокупность окислительных и восстановительных процессов, вызывающих изменение во времени окислительновосстановительного потенциала (ОВП) в профиле почвы.

n n n Абсолютные значения и амплитуда колебаний ОВП в разных почвах и даже разных почвенных горизонтах одного профиля весьма различны. ОВП связан прежде всего с температурой и влажностью почвы, но эта связь сложна, так как изменения температуры и влажности вызывают изменения биологической активности почвы, от которой ОВП зависит в сильнейшей степени. Так, повышение температуры приводит к просыханию почвы и обогащению ее кислородом, но одновременно способствует развитию микрофлоры, потребляющей кислород. Поэтому снижение влажности почвы не всегда сопровождается повышением ОВП, так же как увеличение влажности не всегда приводит к понижению ОВП.

Почвы с абсолютным господством окислительных процессов n n n n Автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь: черноземы, каштановые, серо-коричневые, бурые полупустынные, сероземы, серо-бурые пустынные

Почвы с преобладанием окислительных процессов n n Дерново-подзолистые, серые лесные, бурые лесные, красноземы, степные солонцы

Почвы с контрастным ОВ-режимом: почвы с развитием сезонных восстановительных процессов в верхних горизонтах n n n Болотно-подзолистые, дерново-подзолистые глеевые, серые, лесные глеевые, бурые лесные глеевые, солоди, луговые солонцы, желтоземы

Почвы с контрастным ОВрежимом: почвы с развитием оглеения в нижних горизонтах (грунтово-оглеенные) n n Луговые почвы, орошаемые почвы с близким уровнем залегания грунтовых вод

Почвы с контрастным ОВ-режимом: почвы с развитием устойчивых восстановительных процессов в нижней части профиля n Болотные торфяные мелиорируемые почвы

Почвы с контрастным ОВ-режимом: почвы с контрастной сменой окислительной и восстановительной обстановки по всему профилю n Почвы под культурой затопляемого риса

Почвы с господством восстановительных условий по всему профилю: почвы с господством восстановительной глеевой обстановки n n Болотные торфяно-глеевые, иловато-болотные, дерново-глеевые, тундровые глеевые

Почвы с господством восстановительных условий по всему профилю: почвы с господством сероводородной восстановительной обстановки n n Солончаки, солончаковые почвы, переувлажненные сильноминерализованными сульфатными грунтовыми водами

n n Почвенный режим — это характеристика почвы, в максимальной степени соответствующая современному сочетанию факторов почвообразования, при котором существует каждая конкретная почва, особенно современному климату, в то время как другие, более консервативные почвенные признаки и свойства могли сформироваться и при иных условиях почвообразования, в частности в условиях иного климата. Поэтому исследование почвенных режимов имеет крайне важное значение как в установлении генезиса почв, так и в управлении их плодородием.