Тепловий і температурний режими ґрунту. Температурні оптимуми

Теплофізичні властивості ґрунтів при різній шпаруватості і вологості

Теплофізичні властивості основних ґрунтових компонентів і ґрунтів

Теплофізичні властивості ґрунту

Температуропровідність ґрунту, так само, як і теплопровідність, суттєво залежать від його вологості. Характер цих залежностей визначається взаємодією твердою, рідкою і газоподібною фаз ґрунту. Основні характерні значення теплофізичних параметрів наведені у табл. 8.1.

Таблиця 8.1

Природний об’єкт	Теплопровідність λТ, мкал/(см·с·^0С)	Теплоємність об’ємна СV, кал/(см^3·^0С)	Температуропровідність k, см^2/с
Кварц		0,48	0,0438
Мінерали		0,48	0,0140
Органічні речовини	0,6	0,6	0,0010
Вода	1,37	1,0	0,0014
Лід	5,2	0,45	0,0116
Повітря	0,06	0,003	0,02

Ґрунт	Шпаруватість, см^3/см^3	Вологість об’ємна, см^3/см^3	Теплопро-відність λТ, мкал/(см·с·^0С)	Теплоємність об’ємна СV, кал/(см^3·^0С)	Температу-ропровідність k, см^2/с
Піщаний ґрунт	0,4	0,0	0,7	0,288	0,0024
0,4	0,2	4,2	0,488	0,0086
0,4	0,4	5,2	0,688	0,0076
Глинистий ґрунт	0,4	0,0	0,6	0,288	0,0021
0,4	0,2	2,8	0,488	0,0057
0,4	0,4	3,8	0,688	0,0055
Торф	0,8	0,0	0,14	0,12	0,0012
0,8	0,4	0,7	0,52	0,0013
0,8	0,8	1,2	0,92	0,0013

Глинистий ґрунт без гумусу при однаковій вологості з піщаним має однакову з ним теплоємність. І це цілком зрозуміло – теплоємність кварцу і усереднена теплоємність ґрунтових мінералів близькі (біля 0,48 кал/(см³·⁰С)), теплоємність води – 1 кал/(см³·⁰С). Але температуропровідність піщаного ґрунту при одноковим з глинистим вологості помітно вища – при однакових вологостях піщаний проводить тепло значно швидше. Крім того, слід враховувати, що вологість піщаних ґрунтів практично зажди нижча за рахунок швидкого стікання вологи. Виходить, що піщані ґрунти і сухіші, і температуропровідність їх твердофазної частини набагато вища. Це означає, що піщані ґрунти будуть значно швидше прогріватись. Тому їх і називають “теплими” на відміну від “холодних” глинистих важких ґрунтів. Легкі ґрунти швидше прогріваються весною, тепліші літом, проте, і осінню швидше віддають тепло, швидше охолоджуються. Таким чином, можна сказати, що піщані ґрунти мають більш контрастний тепловий режим.

Тепловий режим – це процеси надходження, перерозподілу і витрат тепла у ґрунті та на його границях (межах).

Температурний режим – динаміка температури на поверхні і у різних шарах ґрунту.

Температурний режим – це динаміка температури не лише в самому ґрунті, але і на його верхній межі, яка характеризується надходженням тепла на поверхню. Температура на верхній межі характеризується високою динамічністю і значною залежністю від стану поверхні.

Висока динамічність. У добовому режимі, особливо у теплий період року, чітко виділяються добові цикли. І динаміка на поверхні і в глибинних шарах має специфічні особливості – відставання теплої хвилі на глибині і зміни її амплітуди (рис. 8.5).

Добові зміни температури мають майже синусоїдальний характер як на поверхні, так і в глибоких шарах. Зміщуються (відстають у часі) і зменшуються амплітуди добових коливань. Це відбувається по цілком зрозумілим причинам, пов’язаних з температуропровідністю ґрунтових шарів і витратами тепла на нагрівання.

Рис. 8.5. Добовий хід температури у різних шарах ґрунту

Залежність від стану поверхні. Стан поверхні – це не лише її колір, покриття теплопровідними матеріалами, але і її геометрія. Відомо, що гребеневидна поверхня ґрунту прогрівається швидше, що цілком можна зрозуміти: випромінена і відбита від поверхні ґрунту радіаційна енергія у вигляді її довго- і короткохвильової частин не витрачується на нагрівання повітря, а знову надходить у ґрунт, відбивається на поряд розміщений ґрунтовий гребінь.

Якщо ж аналізувати процеси покриття ґрунту різними матеріалами (теплове мульчування), не важко помітити, що вони у найбільш загальному випадку сприяють теплоізоляції ґрунту. З ґрунту виділяється тепла менше, але і надходить менше. Тому мульчування поверхні має вплив на обігрівання ґрунту, але лише восени і зимою, зменшуючи тепловтрати. А ось зміна кольору поверхні (зміна альбедо), застосування прозорих плівок, які створюють парниковий ефект, – це заходи для швидкого весняного прогрівання ґрунту. Саме весною, коли достатньо вологи, лімітуючим розвиток рослин фактором є температурний. Проаналізуємо вплив температури на ріст і розвиток рослин.

Для рослин температура ґрунту досить важлива. Саме вона лімітує інтенсифікацію біохімічних процесів у насінні, що лежить у ґрунті, саме вона обмежує розвиток деяких теплолюбних рослин, для яких важлива сума позитивних температур за вегетаційний період.

На рис. 8.6 зображена залежність врожаю картоплі від температури ґрунту. Очевидно, що ця залежність має куполоподібний вигляд, з яким ми стикались при аналізі впливу щільності на врожай рослин. Цей загальний вигляд залежності врожаю (біопродуктивності) від діючого фактору, у даному випадку від температури. І цей загальний вигляд залежності характеризується оптимумом – діапазон значень фактора, у якому формується найвища продуктивність. Для картоплі – це температури ґрунту від 16 до 21-24 ⁰С. Це температурний оптимум, який характерний для кожного виду рослин.

Рис. 8.6. Залежність маси бульбів картоплі від температури ґрунту

(за І. Б. Ревутом, 1972)

Крім температурного оптимуму, мають також значення температура проростання насіння і сума середніх температур за вегетаційний сезон. Часто ці три температурних ґрунтових фактори – температура проростання, температурний оптимум і сума позитивних температур за сезон – називають кардинальними температурними значеннями (Ревут, 1972). Для різних культур вони представлені у табл. 8.2.

Таблиця 8.2

Дата добавления: 2014-01-04