Тепловий режим грунту

Тепло як джерело енергії необхідне для зростання і розвитку рослин, для мікроорганізмів, що населяють грунт, синтезу органічних речовин в листі, освіти врожаю. Інтенсивність найважливіших фізіологічних процесів (фотосинтезу, дихання, транспірації) залежить від температури рослин і навколишнього середовища. Підвищення температури до певної величини (оптимуму) сприяє активізації зазначених вище процесів. Надалі в разі її підвищення нормальна життєдіяльність рослин порушується, а якщо температура ще більше підвищується, то проходять незворотні порушення обміну речовин, які призводять до загибелі рослин. Найбільш сприятливим виявилося підвищення температури грунту при вирощуванні, наприклад, пшениці до 30 ° С, жита - до 20 ° С, ячменю - до 25 ° С і ін.

Кожен вид рослин має характерно певні відношення до температури в різні фази їх розвитку. Кращі умови створюються при оптимальній температурі, коли швидкість біохімічних реакцій досягає найбільшої величини. Ці особливості різних культур і сортів слід враховувати починаючи від встановлення строків сівби.

Відразу ж після посіву насіння вимагає певної температури грунту для проростання і подальшого розвитку (табл. 4).

Температура грунту помітно впливає на ріст коренів. Більш розвинена коренева система краще використовує вологу і поживні речовини. З підвищенням температури інтенсивність дихання зростає, і нормальна співзалежність з асиміляцією порушується. Це призводить до непродуктивної витрати органічної речовини і зменшення нарощування маси.

У зв'язку з тим, що в грунті міститься велика кількість корисних мікроорганізмів, виникає практична зацікавленість щодо їх до температури навколишнього середовища. Як високі, так і низькі температури мікроорганізми переносять неоднаково. Більш згубні для них високі температури. Низькі температури не діяльність мікроорганізмів, але зовсім їх не вбивають.

Мінімальні температури для проростання насіння і появи сходів різних культур

До теплових властивостей ґрунту належать: поглинання теплової енергії; теплоємність; теплопровідність температуропровідність; тепловиділення. Теплові властивості грунту залежать перш за все від співвідношення в ньому води, повітря і твердої частини, а також хімічного і гранулометричного складу, кольору, ступеня затінення та інших умов. У той час температура змінює показники теплових властивостей ґрунту протягом року на 20, щільність - на 50%, вологість здатна змінити їх в окремих випадках в 10-15 разів.

Температура ґрунту впливає на ріст рослин не тільки побічно, але і прямо, змінюючи його водно-повітряний і поживний режими.

Землеробство володіє значними коштами поліпшення теплового режиму раціональної обробку грунту, снігонагромадження, снігорозподіл, регулювання танення снігу, різні способи і норми висіву, чергування рослин в сівозміні, застосування системи добрив і ін.

Основним джерелом тепла для ґрунту є сонячна радіація. Надходження її в грунт змінюється в широких межах залежно від часу доби і широти, а також від стану атмосфери - її щільності, хмарності, наявності туману, пилу та ін.

Другим, менш значним ніж сонце, джерелом тепла в грунті є виділення його мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності. Освіта тепла в цих умовах обумовлено неповним використанням енергії, окисленням органічних речовин при синтетичних процесах в клітинах. На внутрішньоклітинні процеси використовується 15-20% загальної кількості перетвореної мікробами енергії, а решта її кількості надходить в навколишнє середовище у вигляді тепла.

Всі інші джерела тепла для ґрунту, наприклад, теплота змочування, внутрішня теплота земної кулі, енергія радіоактивного розпаду елементів, тепло, що виділяється при конденсації водяної пари в грунті, мають невелике значення.

Надходження і витрати тепла в грунті забезпечуються багатьма фізичними явищами. Тому прийнято користуватися основними складовими теплового балансу в найбільш типових умовах. До них відносяться: 1) радіаційний баланс, під яким розуміють суму прямої і розсіяної сонячної радіації за винятком відбитої радіації і ефективного випромінювання; 2) проникнення тепла в більш глибокі шари грунту і тепловий потік з глибини до поверхні (теплообмін в грунті); 3) теплообмін грунтової поверхні з повітрям, відбувається в основному в результаті термічної конвенсіі. Коефіцієнт обміну пов'язаний, зокрема, зі станом поверхні грунту, профілем вітру, градієнтом температури повітря і землі; 4) тепло випаровування, під яким розуміють витрати тепла на випаровування або виділення його при конденсації водяної пари і утворення інею; 5) теплообмін з грунтової поверхнею має повітря при горизонтальному його переміщенні над грунтом. Різниця в температурах повітря, що переміщується і поверхні землі створює прогріву або охолодження.

Як протягом доби, так і за рік найбільші зміни температури відбуваються у верхньому шарі грунту. Добові коливання її в весняно-літній період досягають глибини 70-100 см, але помітно нівелюються вже на глибині трохи більше 20 см. Ці коливання неоднакові в різних зонах і на різних грунтах. Річні коливання в залежності від широти і температуропровідності ґрунту можуть досягти значної глибини - 5 м і більше. Взимку на глибині 60-150 см температура вище, ніж в нижчих шарах.

Велике значення для озимих культур має промерзання і відтавання грунту. Глибина промерзання залежить від багатьох причин і насамперед від товщини снігового покриву, сили і тривалості морозів. На півдні грунту промерзають на 10-50 см, а півночі - на 30-100 см. Дуже швидке і глибоке промерзання грунту негативно впливає на розвиток культурних рослин.

Умови, які визначають добре накопичення і збереження вологи в грунті, одночасно є умовами, які створюють хороший повітряний і тепловий режими. Структурні грунту досить розпушений, характеризуються хорошою аерацією, менше нагріваються при високих температурах, а при низьких повільніше охолоджуються, вони мають гарну вологоємність, водопроникність і Повітроємність. Висока вологість грунту при одночасній хорошою аерації створюють помірний тепловий режим.

З підвищенням температури зменшується поверхневий натяг води і поліпшується її капілярний рух. Висушування грунту підсилює процес коагуляції колоїдів і кілька покращує агрегатний стан грунту. Зміна температури збільшує (за умови охолодження) або зменшує (при нагріванні) розчинність вуглекислоти і кисню в ґрунтовій воді, і тим самим змінює повітряний режим. Тому зяблеву оранку краще обробляти навесні. В умовах промерзання відбувається перерозподіл води в грунті і підтягування її в верхні шари.

Отже, водний, повітряний, тепловий і поживний режими тісно пов'язані між собою і на вісокоокультуреніх грунтах з хорошими фізичними властивостями вони краще відповідають вимогам сільськогосподарських культур.

Регулювати надходження сонячної енергії до поверхні грунту досить важко. Але можна змінювати розподіл тепла в грунті. Збільшуючи або зменшуючи різними методами температуру верхніх шарів, можна впливати на тепловий режим інших шарів грунту. Зміни в потрібному напрямку температури грунту в значній мірі досягають регулюванням водного і повітряного режимів, а також збагаченням грунту органічними речовинами і підтриманням його в необхідному фізичному стані. Доступним для виробництва заходом з регулювання теплового режиму грунту є снігозатримання. Хороша перезимовка озимих культур спостерігається в умовах неглибокого промерзання грунту і при температурі не нижче - 10 ÷ 12 ° С і не вище - 5 ° С. Краща глибина сніжного покриву від 20 см в південних районах до 70 см в північних. Внаслідок снігозатримання сніг рівномірно накопичується і розподіляється по полю. Прискорюючи танення снігу шляхом затемнення або сповільнюючи його ущільненням, регулюють його температурний режим і забезпечують накопичення води в грунті.

Полезахисне лісонасадження покращує тепловий режим грунту тим, що сприяє накопиченню снігу і рівномірному розподілу його на полях, послаблює взимку дію холодних вітрів, а влітку - гарячих і суховіїв. Для підвищення температури грунту можна застосовувати мульчування. Грунт швидше прогрівається при застосуванні в умовах достатнього і надмірного зволоження гебеневіх і грядкових посівів. Для кращого прогрівання гребенів їх формують з сходу на захід. На поліпшення температурного режиму в таких умовах позитивно впливає комплекс заходів по осушення грунтів.