Тепловые свойства почвы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра земледелия и технологии производства продукции  растениеводства.

 

 

 

Реферат.

На тему: «Тепловые свойства почвы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оренбург 2013 г.

Содержание:

 

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА  В ПОЧВЕ…………………………………3 СТР.

ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ………………………………4 СТР.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ  ПОЧВЫ……………………………………10 СТР.

ТИПЫ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЧВ………………....15 стр.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА……………………16 стр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………...21 стр.

Список Литературы………………………………………………24 стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА В ПОЧВЕ

Главным источником тепла, поступающего в почву, является лучистая энергия Солнца (солнечная  радиация). Небольшое количество тепла  почва получает из глубинных слоев  Земли и за счет химических, биологических  и радиоактивных процессов, протекающих  в верхних слоях литосферы. Тепло, образующееся при разложении органических веществ (навоза, растительных остатков и др.), широко используют в овощеводстве закрытого грунта.

Часть поступающей  к поверхности почвы лучистой солнечной энергии поглощается  почвой и, преобразуясь в тепло, нагревает  почву; часть отражается поверхностью почвы и напочвенным покровом. Почва отдает тепло в атмосферу, если температура ее поверхности  выше, чем температура приземного слоя воздуха.

В зависимости от соотношения количества поглощенной  поверхностью почвы лучистой энергии  и излучения почвой тепла в  атмосферу почвенная поверхность  будет или нагреваться, или охлаждаться. Наряду с поглощением тепла почвенной  поверхностью идут процессы перемещения  тепла от слоев более нагретых к слоям с более низкой температурой. Это сказывается на тепловом состоянии  различных слоев почвы. Чем больше разность температур поверхности почвы  и ее глубоких слоев, тем больше тепла  уходит из почвы или поступает  в нее.

      Кроме  основного источника лучистой  энергии, в почву  поступает   тепло,

выделяемое при  экзотермических, физико-химических и  биохимических  реакциях.

Однако  тепло,  получаемое  в  результате  биологических  и   фотохимических

процессов, почти не изменяет  температуру  почвы.  В  летнее  время  сухая

   3

нагретая  почва  может  повышать  температуру  вследствие  смачивания.   Эта теплота известна названием теплоты смачивания.  Она

проявляется  при   слабом   смачивании   почв,   богатых   органическими   и

минеральными (глинистыми) коллоидами.

      Весьма  незначительное нагревание почвы  может быть связано с внутренней теплотой Земли.

      Из  других второстепенных источников  тепла  следует  назвать   «скрытую

теплоту» фазовых  превращений,  освобождающуюся  в  процессе  кристаллизации, конденсации и замерзании воды и   т. д.

      В  зависимости от механического  состава, содержания перегноя, окраски  и

увлажнения различают  теплые и холодные почвы.

      Теплоемкость  определяется  количеством  тепла   в  калориях,   которое

необходимо затратить, чтобы  поднять  температуру  единицы  массы  (1г)  или объема (1 см3) почвы на 1оС.

      Из  таблицы видно, что с увели   чением  влажности  теплоемкость  меньше

возрастает у  песков, больше у глины и еще  больше у  торфа.  Поэтому  торф  и глина являются холодными почвами, а песчаные – теплыми.

 

 

|            |Содержание воды (% от пористости)            |

|Механический|                                             |

|состав почв |                                             |

|Глина……………. |0,24|0,36|0,42|0,47|0,59|0,65|0,71|0,83|

|Торф…………….. |0,15|0,3 |0,37|0,45|0,6 |0,68|0,75|0,91|

 

 

 

4

ТЕПЛОВЫЕ  СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Приток  лучистой солнечной энергии к поверхности почвы зависит от широты и рельефа местности, состояния поверхности почвы (покрытие растительностью), а также времени года и суток и состояния атмосферы (ясно, пасмурно и пр.). В Северном полушарии суммарный приток солнечной радиации увеличивается при движении с севера на юг. Наибольший приток солнечной радиации получают южные склоны, наименьший — северные.

Наряду с условиями, определяющими приток солнечной  энергии, важное значение в формировании теплового режима почвы (поглощение тепла, нагревание и охлаждение) имеют  тепловые свойства почвы. К тепловым свойствам почвы относятся тепло-поглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность — способность почвы  поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной  альбедо (А). Альбедо — количество коротковолновой солнечной радиации, отраженной поверхностью почвы и  выраженное в % общей величины солнечной  радиации, достигающей поверхности  почвы. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Оно зависит от цвета, влажности, структурного состояния, выравненности  поверхности почвы и растительного  покрова.

Приведем альбедо (%) различных почв, пород и растительных покровов (Чудновский, 1959): чернозем сухой  – 14, чернозем влажный – 8, серозем  сухой – 25-30, серозем влажный – 10-12, глина сухая –23, глина влажная  – 16, песок белый и желтый – 30-40, пшеница яровая – 10-25, пшеница озимая – 16-23, травы зеленые – 26, травы  высохшие – 19, хлопчатник – 20-22, рис  – 12, картофель – 19.

5

Темно-каштановая почва (черноземы и др.) поглощает больше солнечной радиации, чем светло-каштановые (подзолистые, сероземы и др.); влажная  – больше, чем сухая.    

Теплоемкость —  свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла  в джоулях (калориях), необходимого для нагревания единицы массы (1 г) на 1 °С — весовая (или удельная) теплоемкость или объемная — в 1 см³ на 1 °С; зависит от минералогического, гранулометрического составов, содержания органического вещества, влажности, пористости почвы и содержания воздуха. Теплоемкость воды равна 1,000 кал, торфа – 0,477, глины – 0,233 и песка – 0,196 кал.

Из этих данных видно, что вода – наиболее теплоемкий компонент почвы по сравнению  с минеральными и органическими  ее частями. Поэтому для повышения  температуры влажной почвы требуется  больше тепла, чем для сухой. Влажные  почвы медленнее нагреваются  и медленнее охлаждаются, чем  сухие. Глинистые почвы как более  теплоемкие во влажном состоянии  нагреваются весной медленнее по сравнению с песчаными. Осенью при  большем увлажнении они медленнее  охлаждаются и становятся теплее песчаных. В связи с этим, изменяя  влажность и пористость почвы  поливами и обработкой, можно в  определенных пределах регулировать температуру  почвы.

Следовательно, теплоемкость почвы в значительной степени  зависит от влажности: чем влажнее  почва, тем больше тепла требуется  для ее нагревания. Поэтому песчаные почвы теплее глинистых, а из-за плохой испаряющей способности они слабее охлаждаются. Весной такие почвы  становятся пригодными для обработки  на 2—3 недели раньше, чем почвы суглинистые.

6

Теплопроводность  — способность почвы проводить  тепло. От нее зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому, а  следовательно, и способность почвы  быстрее или медленнее нагреваться  или охлаждаться в определенной толще ее профиля. Она измеряется количеством тепла в джоулях (калориях), которое проходит за 1 с через 1 см² слоя почвы толщиной в 1 см. Отдельные составные части почвы имеют разную теплопроводность. Минимальной теплопроводностью обладает воздух (0,00006 кал), затем торф (0,00027 кал) и вода (0,00136 кал). Теплопроводность минеральной части почвы в среднем в 100 раз выше, чем воздуха, и в 28 раз, чем воды.

Поскольку в почве  наряду с ее твердой (органической и  минеральной) фазой в порах присутствуют воздух и вода, то теплопроводность сильно зависит от влажности почвы  и содержания в ее порах воздуха. Поэтому чем влажнее почва, тем  выше ее теплопроводность, а чем  рыхлее, тем ниже.

Чем больше гумуса и воздуха  в почве, тем хуже она проводит тепло, т. е. тем длительней удерживается в ней аккумулированная солнечная  теплота. Наоборот, почвы, обедненные гумусом, бесструктурные, плотные, с небольшим  содержанием воздуха и сильно увлажненные, способны быстро терять тепло.

Почвы, богатые гумусом, излучают меньше тепла и более теплые, чем  почвы, бедные им. Существенно ослабляет  потерю почвой тепла растительный покров, а зимой — и снеговой.

Теплопроводность рыхлого  снега очень невелика, поэтому  при наличии его на полях сильно уменьшается теплоизлучение почвы. В степных районах, где снег сдувается  ветрами, мероприятия по его задержанию на полях приобретают большое  значение.

7

Воздушно-сухая  почва  обладает  более  низкой  теплопроводностью,  чем влажная.  Это  объясняется  большим  тепловым  контактом между   отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками.

      Наряду  с теплопроводностью различают температурпровод-

ность  –  ход  изменения  температуры  в  почве.  Температуропроводность

характеризует изменением температуры на единице площади в единицу времени.

Она равна теплопроводности, деленной на объемную теплоемкость почвы.

      При  кристаллизации льда в порах  почвы  проявляется  кристаллизационная сила, вследствие чего  закупориваются  и  расклиниваются  почвенные  поры  и возникает так называемое морозное пучение.  Рост  кристаллов льда в крупных порах вызывает  подток  воды  из  мелких  капилляров,  где  в соответствии с уменьшающимися их размерами замерзание воды запаздывает.

 

Зависимость температуры  замерзания воды от диаметра капилляров

                               (по Огиевскому)

 

|Диаметр капилляра  (мм) |1,57    |0,24    |0,15    |0,06    |

|Температура            |-6,4    |-13,3   |-14,5   |-18,5   |

|замерзания(оС)         |        |        |        |        |

 

      В  связи с тем, что многие источники  притока тепла и  расходования  его

исчисляются   еще   недостаточно   точно,   тепловой   баланс   определяется

приближенно по упрощенной формуле:

                         Е = А(приток) – Б(расход),

 

 

 

8

      а  также

                     Rб = B + L    или    Rб  – V = B + L

      где  Rб – радиационный баланс (приход  и расход лучистой энергии);

             В – теплообмен в деятельном  слое (почва + растения);

             L – теплообмен в воздухе;

             V – обмен тепла,  связанный   с  влагооборотом  –  испарением  и

конденсацией.

      Источники  поступающего в почву тепла  и расходования его – неодинаковые для различных зон, поэтому тепловой баланс почв может быть  и  положительным и отрицательным. В первом случае почва получает тепла больше, чем отдает, а во втором – наоборот. Но тепловой баланс почв любой зоне с течением  времени заметно изменяется.

      Тепловой  баланс почвы поддается регулированию   в  суточном,  сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более  благоприятный термический режим почв.

      Тепловым  балансом почв природных зон  можно управлять не  только  через гидромелиорации, но и соответственными агромелиорациями и  лесомелиорациями, а также  некоторыми  приемами  агротехники.  Растительный  покров  усредняет температуру почвы, уменьшая ее годовой теплооборот,  способствуя  охлаждению приземного слоя воздуха вследствие транспирации и излучения  тепла. 

Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха.

      Весьма  простые мероприятия, например  культура растений  на  гребнях   и

грядах,  дают   возможность   создать   благоприятные   условия   теплового,

светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере.

 

 

 

 

9

 

В солнечные  дни среднесуточная  температура  в  корнеобитаемом  слое  почвы  на  гребнях  на несколько  градусов  выше,  чем  на выровненной  поверхности.  Перспективно применение  электрического,  водяного  и   парового   отопления,   используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы.

      Регулирование  теплового режима и  теплового   баланса  почвы  вместе  с

водно-воздушным  имеет  весьма  большое  практическое  и  научное  значение.

Задача заключается  в том, чтобы управлять тепловым режимом  почвы,  особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.

ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ ПОЧВЫ

Совокупность явлений  поступления, переноса, аккумуляции  и отдачи тепла называют тепловым режимом почвы. Основным показателем  теплового режима почвы, который  характеризует ее тепловое состояние, является температура генетических горизонтов почвенного профиля.

Поскольку приток лучистой солнечной энергии связан с его  суточными и годовыми ритмами, то и для температуры почвы характерны суточные и годичные закономерности ее изменения .

Суточный ход  температуры. Днем поверхность почвы  нагревается и максимальная ее температура  наблюдается около 13 ч. Затем происходит постепенное охлаждение почвенной  поверхности, и минимум ее температуры  отмечается перед восходом солнца. По мере нагревания поверхности почвы 

 

 

10

происходит передача тепла и в более глубокие слои. При этом наиболее быстро изменяется температура на поверхности почвы. С глубиной скорость этих изменений  заметно уменьшается в связи  со слабой теплопроводностью почвы. Поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах профиля  почвы наступают в разное время, в среднем отмечено запаздывание на 2-3 ч на каждые 10 см глубины профиля.