Глубина прогрева почвы солнцем

4) непромерзающий тип имеет положительную среднегодовую температуру по профилю, промерзание почв не проявляются даже в самый холодный месяц. Наблюдается в областях субтропических, тропических поясов, теплая европейская часть умеренного пояса.

Глубина прогрева почвы солнцем

Глава 9. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВОсновной источник тепла в почве – лучистая солнечная энергия, которая поглощается поверхностью почвы и превращается в тепловую энергию и только в незначительной степени внутреннее тепло Земли и теплота, выделяющаяся при окислительных процессах и разложении органических веществ.Тепловой режим почвы совместно с водным и воздушными режимами оказывает большое влияние на:1) почвообразовательный процесс – скорость выветривания минералов, растворение минеральных веществ и газов, контролирует фазовые переходы в системе почва – почвенный раствор – почвенный воздух;2) плодородие почвы – численность и активность микроорганизмов, процессы минерализации, гумификации и другие биохимические процессы;3) жизнедеятельность и продуктивность растений – прорастание семян, развитие корневой системы, скорость поступления питательных элементов и воды, ростовые процессы, транспирация воды.Оптимальная температура для большинства биохимических процессов почвы 25 – 30 °С.§1. Тепловые свойства почвыТепловое состояние почвы характеризуется показателями температуры ее генетических горизонтов. Совокупность свойств, обусловливающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию, называются тепловыми свойствами. К ним относятся: теплопоглотительная способность (теплопоглощение), теплоемкость и теплопроводность.Теплопоглощение – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца, характеризуется величиной альбедо. Альбедо – количество солнечной радиации, отраженное поверхностью почвы по отношению к общей солнечной радиации, достигающей поверхности почвы, выраженное в %. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Альбедо зависит от: 1) цвета, 2) влажности, 3) структурного состояния, 4) содержания гумуса, 5) выровненности поверхности почвы, 6) растительного покрова. Высокогумусированные почвы имеют темную окраску. Поэтому ими поглощается энергии на 10 – 15 % больше, чем светлоокрашенными. По сравнению с песчаными почвами глинистые имеют большую теплопоглотительную способностью. Сухие почвы отражают лучистую энергию на 5 – 11 % больше, чем влажные, бесструктурные с гладкой поверхностью отражают лучи больше, чем оструктуренные с шероховатой поверхностью. Почвы участков, имеющих наклон к югу, поглощают солнечного тепла больше, чем почвы склонов, обращенных на север. Растительный покров, наоборот, уменьшает теплопоглощение.Теплоемкость – это способность почвы вмещать в себя и удерживать то или иное количество тепла. Измеряется количеством тепла в калориях, необходимого для нагревания 1см 3 или 1 г почвы на 1 °С, в связи с чем различают объемную и удельную теплоемкость почв (первая больше второй).Составные части почвы имеют различную теплоемкость: удельная теплоемкость воды наивысшая – 1,0, гумуса – 0,477, глины – 0,233, кварца – 0,198 и наименьшая теплоемкость у почвенного воздуха.Следовательно, теплоемкость почвы зависит от: ● минералогического состава; ● гранулометрического состава; ● пористости и содержания воды и воздуха; ● содержания органического вещества.По характеру теплоемкости почвы делят на «теплые» и «холодные». Песчаные и супесчаные почвы менее влагоемки, поэтому быстрее прогреваются, их называют «теплыми» почвами. Весной такие почвы становятся пригодными для обработки на 2 – 3 недели раньше, чем почвы суглинистые. Глинистые почвы содержат больше воды, на нагревание которой требуется много тепла, вследствие чего их называют «холодными». В случае одинакового механического состава влажная почва более теплоемкая и холодная, чем сухая; богатая органикой более теплоемка и холоднее минеральной. Самые холодные торфяные почвы, так как содержат много воды и состоят из органического вещества (оказывают влияние на климатические условия прилегающей местности).Теплота, поступающая на поверхность почв, под действием градиента температур перераспределяется в почвенном профиле. Этот процесс называется теплообменом и зависит от теплопроводности.Теплопроводность – это способность почв проводить тепло от более нагретых слоев к более холодным. Измеряется количеством тепла в калориях, которое проходит за 1 с через 1 см 2 слоя почвы толщиной 1 см. Она зависит от: ● минералогического и гранулометрического состава; ● содержания воздуха и влажности; ● плотности почвы; ● теплопроводности составных частей почвы.Чем крупнее механические элементы, тем больше теплопроводность. Так, теплопроводность крупнозернистого песка при одинаковой пористости и влажности в 2 раза больше, чем фракции крупной пыли. Наименьшей теплопроводностью обладает воздух, затем – гумус, несколько лучшей – вода, наибольшей – минеральная часть почвы. По теплопроводности твердая фаза почвы примерно в 100 раз превышает воздух, в 28 раз воду. Поэтому рыхлая, сухая, высокогумусированная почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная, влажная, с небольшим количеством гумуса, тем хуже она проводит тепло, т.е. тем длительнее удерживается в ней аккумулированная солнечная теплота.На низких влажных местах с большим количеством органики слабая теплопроводность часто провоцирует заморозки на поверхности почвы весной и осенью, а сильно заторфованные почвы северных широт способствуют подъему уровня вечной мерзлоты и продвижению ее в более южные районы. Сухие поверхностные слои южных почв являются своеобразным экраном, предохраняющим внутренние слои от перегрева (поверхность черноземов летом в полдень достигает 40 – 50 о С, песков в Каракумах – 70 – 80 о С).§2. Тепловой режим почв и его регулированиеСовокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом почвы. Он формируется под влиянием климата (потока солнечной радиации, условий увлажнения, континентальности и др.), а также условий рельефа, растительности и снежного покрова. Основным показателем теплового режима почвы, который характеризует ее тепловое состояние, является температура почвы.Температура почвы определяется притоком солнечной радиации и тепловыми свойствами самой почвы. В связи с суточной и годичной цикличностью в поступлении радиации Солнца для температуры почвенного профиля характерна суточная и годовая периодичность.Наибольшие суточные колебания температуры наблюдаются на поверхности почвы и имеют синусоидальный характер. Максимальная температура поверхности почвы наблюдается около 13 ч, минимальная – ночью. С глубиной суточная амплитуда изменений температуры значительно снижается и затухает на глубине около 50 см. Скорость передачи тепла вглубь профиля замедляется, поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах почвы наступает в разное время. В среднем имеет место запаздывание в 2 – 3 ч на каждые 10 см глубины. В связи с особенностями каждого типа почв на фоне общего характера суточного хода температур каждому из типов присущи свои особенности.Годовая динамика температуры зависит от природной зоны, имеет большую амплитуду колебаний и выражена на большей глубине, чем суточные. Наиболее резкие годовые колебания температуры происходят на поверхности почв, с глубиной они затухают. Зона активной выраженности сезонной динамики ограничена 3 – 4 метровым слоем, на глубине 6 м годовая температура колеблется менее чем на 1 о С.Годовой ход температуры характеризуется проявлением двух периодов: летнего с потоком тепла от верхних горизонтов к нижним (период нагревания почвы) и зимнего – с потоком тепла от нижних к верхним (период охлаждения почвы). В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры поверхности почвы наблюдается обычно в июле – августе, а минимум – в январе – феврале. Летом самая высокая температура отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается; зимой верхние горизонты имеют наименьшую температуру, а с глубиной она повышается. Вследствие инерционности теплопереноса в почвенной толще установление максимальной температуры почв отстает от максимума температур воздуха (на глубине 3 м максимум устанавливается на несколько месяцев позже, чем на поверхности).Большое влияние на годовое изменение температуры почвы оказывает растительность, она предохраняет поверхность почвы от резких колебаний температуры. В районах с холодными зимами и выпадением снега значение для формирования температурного режима имеют промерзание почвы, мощность и длительность сохранения снежного покрова (чем он мощнее, рыхлее и чем длительнее сохраняется, тем больше утепляет почву и снижает глубину ее промерзания). Почва начинает замерзать при температуре несколько ниже 0 °С, поскольку в почвенном растворе всегда содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания. Под снегом почва промерзает на незначительную глубину, а в бесснежные зимы или при сдувании снега ветром почва может промерзать на глубину 0,7 – 0,9 м и более. Вот почему снегозадержание проводят не только для накопления влаги в почве, но и для сохранения тепла.Растительный покров, задерживая и накапливая снег, резко ослабляет промерзание почвы. На наименьшую глубину почва промерзает в лесу и среди лесных и кустарниковых насаждений. Рельеф влияет на приток солнечной радиации, накопление снега и увлажнение почвы. Поэтому наибольшая глубина промерзания почвы наблюдается на выпуклых формах рельефа, наветренных склонах, где сдувается снег. В понижениях (лощинах, западинах) глубина промерзания почв наименьшая. Почвы северных склонов промерзают более глубоко, южные – на меньшую глубину. Чем влажнее почва, тем меньше она промерзает. Замерзание почвы начинается до или после установления снежного покрова и продолжается до января или февраля, когда она начинает оттаивать снизу. Оттаивание идет за счет передачи тепла из нижних горизонтов, когда приток тепла от нижних слоев почв превышает его потери поверхностью почвы. В северных и северо-восточных районах страны, в зоне «вечной» мерзлоты оттаивает лишь верхний слой почвы.Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано с изменением состояния растительного покрова, условий увлажнения на территории. Уничтожение растительности (вырубка леса и пр.) уменьшает накопление снега и способствует увеличению глубины промерзания.Каждый почвенный тип в соответствии с зональностью поступления солнечной радиации, распространением растительности характеризуется определенным температурным режимом. В настоящее время принята следующая систематика тепловых режимов почвы (В.Н. Димо, 1972):1) мерзлотный тип характерен для территорий с многолетней мерзлотой, где среднегодовая температура профиля почвы отрицательная, преобладает процесс охлаждения. Сезонное промерзание и оттаивание наблюдается до верхней границы многолетнемерзлых пород. Распространен в Евроазиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной почвенных областях.2) длительно сезоннопромерзающий тип характерен для областей, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля, длительность промерзания не менее 5 месяцев. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м, но до многолетнемерзлотных пород не доходит (их может и не быть).3) сезоннопромерзающий тип отличается положительной годовой температурой; вечная мерзлота отсутствует, промерзание почвы продолжается не более 4 – 5 мес.4) непромерзающий тип имеет положительную среднегодовую температуру по профилю, промерзание почв не проявляются даже в самый холодный месяц. Наблюдается в областях субтропических, тропических поясов, теплая европейская часть умеренного пояса.При определении тепловых условий почвы определяют: сумму температур выше 10 о С в горизонте почвы 0 – 20 см, длительность вегетационного периода (выше 10 о С) на той же глубине, длительность и глубину промерзания.Существенное изменение в характер теплового режима почвы вносит их распашка. Температурный режим становиться более контрастным. Так, на пахотном типичном черноземе под пропашными культурами суточная амплитуда достигает 35 – 57 о С, в то время как на целине не более 18 – 23 о С. В холодное полугодие они охлаждаются быстрее и глубже, а сам период с отрицательными температурами на 20 – 30 дней длиннее, чем у целинных.Под разными культурами температурный режим пахотных почв также различается.Регулирование теплового режима почв. Регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации, и приемов, ослабляющих или повышающих ее потери за счет теплоотдачи в атмосферу. В летнее время в северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют цель повышения температуры почвы, в южных засушливых – понижение.Различают агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические приемы регулирования теплового режима почв. К агротехническим приемам относят прикатывание, гребневание, оставление стерни, мульчирование; к агромелиоративным – орошение, осушение, лесные полосы, борьбу с засухой; к агрометеорологическим – борьбу с заморозками, меры по снижению излучения тепла из почвы и др.К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относятся затенение почвы растительностью, мульчей, рыхление и прикатывание поверхности почвы, гребневые и грядковые посевы.Растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет приток к ней солнечного тепла и способствует понижению температуры. Поэтому в жарких районах ряд культур (табак, кофе) возделывают под пологом древесных пород (в затенении). В этих же целях создают кулисы из высокостебельных растений и устраивают легкие навесы.В районах с недостатком тепла посевы высокостебельных растений (кукурузы, подсолнечника и др.) создают «парниковый эффект», сопровождающийся повышением температуры почвы, этот прием применяют для увеличения урожайности овощных культур.В летний период лесные полосы понижают температуру почвы не только в самой полосе, но и в межполосном пространстве, что способствует большей устойчивости посевов к действию суховеев. В зимнее время способствуют накоплению снега, который утепляет почву, уменьшает скорость ветра и тем самым снижает вертикальный обмен приземного слоя воздуха с атмосферой.Гребневание способствует лучшему прогреванию почвы, усиливает теплообмен воздуха с почвой, повышает устойчивость растений к заморозкам. Прикатывание повышает среднесуточную температуру на 3 – 5 °С в 10 см слое, залегающем ниже уплотненной прослойки. Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой и другими материалами широко применяют для регулирования температуры почвы, особенно в овощеводстве. Белое покрытие применяют для снижения избыточного нагревания почвы и, наоборот, темные материалы (черная бумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, а следовательно, и расход тепла. При мульчировании сглаживаются суточные колебания температуры почвы. Органические удобрения повышают температуру почвы.Рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем сильнее поглощает солнечную энергию, но ночью больше ее и излучает по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы увеличивает ее теплопроводность и уменьшает альбедо. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.Все агромелиоративные мероприятия, изменяющие водный режим, так или иначе меняют и температурный режим почв. В южных районах орошение предохраняет почву от перегрева. В северных районах для более интенсивного прогревания почв весной используют дренаж почв. Осушение торфяных почв приводит к повышению температуры верхних горизонтов в дневные часы летом и несколько снижает ночью по сравнению с неосушенными почвами. В районах северного земледелия при осушении торфяных почв заметно ухудшается их прогревание в весенне-летний период, так как улучшается аэрация и снижается теплопроводность. Поэтому на некоторой глубине осушенных почв длительно сохраняются мерзлотные прослойки, что замедляет развитие активных микробиологических процессов.Действенным приемом регулирования теплового режима в холодный период являются снежные мелиорации, которые одновременно являются и важным средством накопления в почве влаги. Его широко применяют в засушливых и континентальных районах Земли – на юге и юго-востоке Украины, России, в Западной Сибири, Северном Казахстане и других регионах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы при небольшом снежном покрове могут сильно повредить посевы озимых, плодово-ягодные и другие культуры. Снегозадержание проводят с помощью лесных полос, кулис, высокой стерни, щитов и др.Приемы регулирования теплового режима осуществляют с учетом почвенно-климатических и погодных условий и особенностей растений.

Глубина прогрева почвы солнцем

Ах, как не хватает нам, северянам, тепла для выращивания растений. На какие только ухищрения не идут дачники, чтобы согреть землю на своих маленьких приусадебных участках.

Гряды, улавливающие солнце

Советы от Алексея КазаринаАх, как не хватает нам, северянам, тепла для выращивания растений. На какие только ухищрения не идут дачники, чтобы согреть землю на своих маленьких приусадебных участках.Это и парниковые гряды, и компостные кучи, пленочные и стеклянные укрытия, электрообогрев, водяное и печное отопление.Лично я — сторонник использования естественных источников тепла: меньше затрат труда и материалов, значит, и больший экономический эффект ведения хозяйства. Как бывший армейский метеоролог хорошо знаю: среднегодовая температура у поверхности земли снижается при перемещении на север через каждые 100 километров на одни градус, а на юг, естественно, возрастает. Такое же возрастание температуры через каждые сто метров и в глубину земли.Однако в землю лезть глубоко нам, смертным, пока не под силу, на юг же свой участок тоже не перенесешь. И все- таки есть одно нехитрое средство получать дополнительное тепло от солнца без всяких на то материальных затрат. Это — склоны. Всем хорошо известно преимущество южных склонов: на таких участках земля всегда теплее, раньше тает снег, появляется первая зелень, поспевают ягоды, зреют овощи и фрукты. Происходит это оттого, что здесь животворные лучи солнца падают на землю под более прямым углом, меньше отражаются от ее поверхности, следовательно, сильнее прогревают почву, нежели на ровной поверхности. Эффект склонов просто поразителен: каждый градус наклона к солнцу повышает температуру у поверхности земли на 1оС, что равносильно перемещению к югу на расстояние приблизительно 100 километров. Так, если уклон вашего участка составляет десять градусов, то это равнозначно продвижению на юг аж на тысячу километров! Правда, эффективность склонов можно сравнить с ветряной мельницей: она работает, пока дует ветер. Так и здесь, на склонах, эффект дополнительного тепла происходит лишь при ясной, солнечной погоде.Хотя солнечных дней за лето у нас, в нечерноземье, не так много, все-таки получаемая суммарная дополнительная энергия весьма значительна. А уж дачнику или другому «безлошадному» земледельцу даже самой малой крохой тепла, считаю, не стоит пренебрегать. Такие склоны можно создавать искусственно, в виде наклонных холмиков и гряд.Расскажу о своем опыте. Раньше мне не раз приходилось использовать при выращивании кабачков и тыкв искусственные склоны: разровняешь с наклоном к концу поверхность компостных куч или просто земляных холмиков и сажаешь на них овощи — вырастали чудесно. Но все это на небольшой площади. Хотелось иметь больше, для этого использовать целые гряды. Однако мешала предвзятость. Почему-тo казалось, что нужно обязательно обрамлять такие наклонные грядки досками или жердями, делать нечто похожее на парниковые рамы, иначе земля, мол, по краям осыплется, и ничего из затеи не получится. А ограждать гряды — очень трудоемкая работа, тpeбующая дополнительных затрат сил и средств. Так и отказался от своей затеи.Но однажды, несколько лет назад, прочитал в книге Р. Н. Шредера «Русский огород, питомник и плодовый сад» главу о влиянии склонов и пришел к твердому убеждению: надо попробовать! Но только без ограждений наклонных гряд досками. Взялся за дело и понял, что это вовсе не сложно. Вначале делаешь обычные гряды, располагаешь их в длину с востока на запад, затем перекидываешь лопатой часть земли с южного края гряды на ее северную сторону (половину), разравниваешь наклонную поверхность гряды граблями, уплотняешь (отбиваешь) ее края лопатой – вот и все. Высота гряды с южной стороны получается 3-6 см, с северной 15-25 см, при этом угол склона к югу получается 10-16 градусов. Чтобы северная сторона гряды не осыпалась, ее торец (отбортовку) делаю в зависимости от рыхлости почвы под углом 55-70 градусов. Практически все делается легко и быстро.Проводил эксперименты, располагая рядом «гряды, улавливающие солнце» (так я их назвал), и обычные, с ровной поверхностью, и выращивая на них одинаковые культуры.Хорошо зарекомендовала себя на наклонных грядах крупноплодная земляника: здесь она созревала на 5-7 дней раньше, меньше поражалась грибковыми заболеваниями. На посадках репчатого лука перо вырастало на 5-10 см выше контрольных гряд, луковицы были крупнее, созреваемость лучше, а урожайность на 12-15% больше. «Экспериментальный» лук и хранился лучше.Намного лучше росли на наклонных грядах огурцы и перцы (с дополнительным укрытием пленкой), на них я выращивал даже арбузы и дыни (в весеннее время и холодные ночи защищаю растения пленкой). При весенних посевах на несколько дней раньше созревал редис. А вот такие холодостойкие культуры, как морковь, свекла, редька, на дополнительное тепло никак не реагировали.Нужно отметить что лучший прогрев наклонных гряд (по сравнению с обычными грядами) происходит не только в летнее время, но и в прохладные осенние дни. Это дополнительное тепло способствовало и лучшему укоренению, и перезимовке озимых культур, к примеру, чеснока. Помню такой случай. Осенью 1993 года высадил я на грядах со склонами зубки озимого чеснока. Морозы в ту зиму стояли лютые, и снег долго не выпадал. Поэтому у большинства дачников и сельских жителей в нашей местности чеснок почти полностью вымерз. У меня же весной взошел дружно, стеной, перезимовал практически без потерь. Очень удивлялись соседи: отчего это так? Ведь посадки велись в одни сроки, и укрытий гряд я никаких не делал. Интересовались, может, сорт у меня какой особый. Но я секретов ни от кого не держу: объяснял, показывал.Теперь почти все гряды на участке делаю наклонными. И опыты с ними продолжаю.Некоторые оппоненты могут мне возразить: а как же на таких грядах быть с поливом, ведь вода будет стекать, а растения без влаги сохнут? Считаю, что это аргумент лодырей, по-настоящему не заботящихся о структуре и плодородии почвы на своих участках. У меня почва всегда рыхлая, легкая и, как губка, впитывает влагу. Кроме того, нужно сказать, что наше Нечерноземье только в очень редкие годы страдает от настоящей засухи.

Данную статью можно обсудить в нашем Facebook или Вконтакте.У вас есть возможность направить в редакцию отзыв на этот материал.

Глубина прогрева почвы солнцем

Озон – среди газов, входящих в состав воздуха, играет исключительно большую роль, он представляет собой трёхатомный кислород. Образование озона в нижних слоях атмосферы происходит в результате грозовых разрядов, а также окисления некоторых органических веществ, в верхних слоях – под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.

Агрометеорология (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3

Важной характеристикой режима солнечной радиации является продолжительность солнечного сияния. Для её регистрации (промежутков времени в течение которых светило солнце) служит гелиограф. Принцип действия гелиографа основан на прожигании бумажных лент солнечными лучами, собранными в фокусе стеклянного шара. Зная количество часов солнечного сияния за отдельные дни, можно определить продолжительность солнечного сияния за любой период (декаду, месяц, вегетационный период, год).В полевых условиях наиболее часто применяются пиранометры, походные альбедометры, балансомеры и люксметры. Для наблюдения среди растений наиболее удобны походные альбедометры и люксметры, а также специальные микропиранометры.1.4 Лучистая радиация состоит из электромагнитных волн различной длины (λ). В актинометрии эту длину чаще всего выражают в микрометрах (1мкм = 10-6 м), а иногда в нанометрах (1нм = 10-9 м). Распределение лучистой энергии по длинам волн называют спектром. Вне земной атмосферы спектр солнечной радиации можно разделить на три качественно различные части: ультрафиолетовую (0,01- 0,39 мкм), видимую 0,40-0,75 мкм) и ближнюю инфракрасную (0,76-4,0 мкм). На ультрафиолетовую часть спектра приходится 7 % энергии солнечного излучения, на видимую — 46%, на инфракрасную – 47%. До ультрафиолетовой части спектра солнечой радиации лежит рентгеновское излучение, а за инфракрасной – радиоизлучение Солнца.В процессе фотосинтеза используется не весь спектр солнечной радиации, а только его часть, находящаяся в интервале длин волн 0,38…0,71 мкм, фотосинтетически активная радиация (ФАР). Известно, что видимая радиация, воспринимаемая глазом человека как белый цвет, состоит из цветных лучей: красных, оранжевых, жёлтых, зелёных, голубых, синих и фиолетовых.Усвоение энергии солнечной радиации листьями растений селективно (избирательно). Наиболее интенсивно листья поглощают сине-фиолетовые (λ = 0,48…0,40мкм) и оранжево-красные (λ = 0,65…0,68мкм) лучи, менее – жёлто – зеленые (λ = 0.58…0,50мкм) и дальние красные (λ более 0,69мкм) лучи.Так как ФАР является одним из важнейших факторов продуктивности сельскохозяйственных растений, информация о количестве поступающей ФАР, учете распределения по территории и во времени имеют большое практическое значение.Интенсивность ФАР можно измерить, но для этого необходимы специальные светофильтры, пропускающие только волны в диапазоне 0,39…0,71мкм. Такие приборы существуют, но на сети актинометрических станций их не применяют, а измеряют интенсивность интегрального спектра солнечной радиации. Значение ФАР можно рассчитать по данным о приходе прямой, рассеянной или суммарной радиации с помощью коэффициентов, предложенных , и :QФАР = 0,43S´ + 0,57D;Q ФАР = 0,52Q Для характеристики степени использования посевами ФАР применяют коэффициент полезного использования ФАР:КПИ ФАР = (ΣQ´ ФАР / ΣQ ФАР) 100%,где: ΣQ´ФАР– сумма ФАР, затрачиваемая на фотосинтез за период вегетации растений; ΣQ ФАР – сумма ФАР, поступающая на посевы за этот период.Посев представляет собой сложную оптическую систему, перераспределяющую поток солнечной радиации. Основным фактором, определяющим поглощение и пропускание фотосинтетически активной радиации в посевах и насаждениях. Является отношение площади листовой поверхности L к площади поля. Поглощение ФАР посевом возрастает с увеличением L. Наибольшее поглощение наступает при L = 4, что соответствует 40000 м² листовой поверхности на 1 га. При L > поглощение практически уже не увеличивается.Пропускание ФАР зависит также от высоты Солнца и ориентации листьев. При больших высотах Солнца (>35°) прямая радиация сильнее проникает в глубь посева, если ориентация листьев близка к вертикальной, и меньше, если их ориентация приближается к горизонтальной. При малой высоте Солнца пропускание радиации больше при горизонтальном расположении листьев.Посевы, по структуре близкие к оптимальным, за период вегетации поглощают 50 – 60% падающей на них ФАР, причём для процесса фотосинтеза используется 2 – 3% ФАР. Исследования показали, что дальнейшее улучшение структуры посевов, минерального и водного питания позволит увеличить использование ФАР до 7 — 8%.Большое значение для фотосинтеза и других функций растительного организма имеют продолжительность солнечного сияния и освещённость.Продолжительность солнечного сияния – время, в течение которого земная поверхность освещается прямой солнечной радиацией, — выражается в часах за сутки, а также в процентах от наибольшей величины, т. е. от продолжительности дневного времени в данный период.Освещённость пропорциональна интенсивности солнечной радиации и складывается из прямого и рассеянного солнечного излучения и измеряется в люксах (лк). Для фотосинтетической деятельности посевов большинства культурных растений оптимальные условия освещённости соответствуют 8000 – 12000 лк. Растения особенно чувствительны к степени освещённости в период цветения и плодоношения.1.5 Солнечная энергия является основным условием существования биосферы и одним из главных климатообразующих факторов.Солнечный свет – незаменимый фактор жизни растений и животных. Важное значение имеет регулирование количества солнечной радиации, получаемой растением. Этого достигают, создавая определенную густоту посева и посадки, устраивая кулисы, выращивая культуры под покровом других растений. Регулировать количество солнечной радиации в полевых условиях можно также методом выбора направления рядов, гребней.В плодоводстве садоводы формируют крону деревьев так, чтобы создать в ней оптимальный радиационный режим.Солнечная радиация влияет на химический состав растений: сахаристость свеклы и винограда, содержание белка в зерне пшеницы, сахаристость яблок и ряда других плодов тесно связана с числом солнечных дней.Использовать солнечную энергию в практике можно, преобразуя ее в тепловую и электрическую энергию с помощью гелиоустановок.Роль света в жизни растений и способы регулирования освещенности боле подробно рассматриваются в курсах по физиологии растений и земледелию.2 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ И ВОЗДУХА2.1 Тепловой баланс земной поверхности, тепловые свойства почвы.2.2 Методы измерения температуры почвы.2.3 Законы Фурье. 2.4 Зависимость температуры от рельефа, растительности, снежного покрова.2.5 Методы измерения температуры воздуха.2.6 Изменение температуры воздуха с высотой.2.7 Суточный и годовой ход температуры воздуха и почвы.2.8 Характеристики температурного режима и потребности растений в тепле.2.9 Значение температуры воздуха и почвы для сельскохозяйственного производства.2.1 Тепловой режим деятельной поверхности определяется главным образом её радиационным балансом. Количество же лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой деятельной поверхностью, зависит от её цвета, состава, структуры. Поэтому, например, тёмные почвы, обладающие сравнительно малой отражательной способностью, при прочих равных условиях днём нагреваются, а ночью охлаждаются сильнее, чем светлые. При положительном радиационном балансе тепло от деятельной поверхности передаётся в более глубокие слои, а часть его отдаётся воздуху. При отрицательном радиационном балансе тепло из глубины почвы и частично из воздуха поступает к деятельной поверхности.Важную роль для нагревания или охлаждения почвы играют конденсация водяного пара и испарение воды, происходящие на деятельной поверхности. При конденсации выделяется скрытая теплота, идущая на нагревание почвы. При испарении тепло переходит в скрытое состояние и поглощается почвой. Некоторое количество тепла в почве затрачивается также на химические и биологические процессы: усвоение питательных веществ корнями растений, растворение солей и т. д.Приход и расход энергии на деятельной поверхности выражается уравнением теплового баланса:В = А + Р + LЕ, где: В – радиационный баланс деятельной поверхности; А – поток тепла между деятельной поверхностью и нижележащими слоями; Р – поток тепла между поверхностью и приземным слоем воздуха; LЕ – поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды (испарение – конденсация).Другие составляющие теплового баланса земной поверхности (потоки тепла от энергии ветра, приливов, от выпадающих осадков, расход энергии на фотосинтез и др.) значительно меньше указанных ранее членов баланса, поэтому их можно не принимать во внимание.Смысл уравнения заключается в уравновешивании радиационного баланса земной поверхности нерадиационной передачей тепла.Нагревание и охлаждение почвы в большей степени зависит от её теплоёмкости и теплопроводности. Различают удельную и объёмную теплоёмкость. Удельной теплоёмкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы почвы на 1К. Объёмной теплоёмкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы объёма почвы на 1К. Удельная теплоёмкость выражается в Дж/(кг·К), объёмная в Дж/(м³·К).Теплоёмкость в значительной степени зависит от пористости и влажности почвы, т. е. от того, заполнены ли поры водой или воздухом. Способность почвы передавать тепло от слоя к слою – называется теплопроводностью. От структуры почвы зависит и её температура. Так, например, при прочих равных условиях температура поверхности рыхлой почвы днём выше, а ночью ниже чем температура поверхности плотной почвы, так как рыхлая почва обладает меньшей теплопроводностью. Кроме того, рыхлая почва имеет шероховатую поверхность, которая днём поглощает, а ночью излучает больше радиации, чем более гладкая поверхность плотной почвы.Для того, чтобы определить, насколько быстро происходит выравнивание температуры вышележащих и нижележащих слоёв почвы, пользуются коэффициентом температуропроводности отражающим отношение коэффициента теплопроводности почвы к её объёмной теплоёмкости. Численно коэффициент соответствует повышению температуры единицы объёма почвы в результате притока к ней тепла.Методы измерения температуры почвы.Температура является одной из основных величин, характеризующих тепловое состояние среды. При изменении температуры тел меняется их механические, электрические, оптические и другие физические свойства.Термометры, применяемые для метеорологических наблюдений, являются стандартными. Каждый термометр должен иметь поверочное свидетельство (сертификат) с таблицей инструментальных поправок.Для измерения температуры почвы применяют жидкостные (ртутные, спиртовые), биметаллические, электрические и другие термометры, конструкция которых зависит от цели наблюдений.Срочный термометр ТМ-3, ртутный с цилиндрическим резервуаром используют для измерения температуры поверхности почвы в срок (данный момент времени).Максимальный термометр ТМ-1, ртутный служит для определения максимального значения температуры за какой-либо промежуток времени (между сроками наблюдений).Минимальный термометр ТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой низкой температуры поверхности почвы за период между сроками наблюдений.Коленчатые термометры (Савинова) ТМ-5, ртутные, предназначены для измерения температуры почвы в тёплый период года на глубинах – 5, 10, 15, и 20 см. Термометр-щуп АМ-6, толуоловый, используется для походных измерений температуры почвы на глубинах 3…40 см.Транзисторный электротермометр ТЭТ-2 применяют для измерения температуры пахотного слоя в тёплый период. Это установка переносного типа, при помощи которой можно измерять температуру в теплицах, в буртах корнеплодов, картофеля, в зерновой массе в засеках.Трость агронома ПИТТ-1 предназначена для измерения температуры пахотного слоя и глубины вспашки. Принцип его действия основан на измерении омического сопротивления в зависимости от температуры.Вытяжные термометры ТПВ-50, ртутные, предназначены для измерения температуры почвы на глубине 20, 40, 60, 80, 120, 160, 240, 320см в течение года. В установке применяются почвенно-глубинные термометры ТМ-10 с ценой деления 0,2ºС. Их можно также использовать для измерения температуры в буртах, силосных ямах и т. п.Вместо вытяжных и коленчатых термометров на станциях часто применяют дистанционные электрические термометры, позволяющие измерять температуру почвы на разных глубинах непосредственно из служебного помещения.Электротермометр сопротивления АМ-2М-1 предназначен для измерения срочной температуры почвы на глубине узла кущения. Действие термометра основано на свойстве металлов менять свое сопротивление в зависимости от изменения температуры. Пределы измерения температуры от -30 до +45ºС, погрешность измерения 1ºС.Максимально-минимальный термометр АМ-17, толуоловый, служит для измерения экстремальных и срочных температур на глубине узла кущения (3 см) озимых культур. Принцип его действия основан на термическом измерении объёма рабочей жидкости.В последнее время получили развитие методы бесконтактного определения температуры поверхности почвы со спутников, самолётов и вертолётов, позволяющие получать осреднённые значения температуры для значительных участков земной поверхности.Мерзлотомер АМ-21 применяют для измерения глубины промерзания почвы. Следует иметь ввиду, что мерзлотомер Данилина дает глубину проникновения в почву нулевой изотермы. Мощность замерзшего слоя почвы обычно несколько меньше и зависит от механического состава и влажности почвы. Почвенная влага содержит различные соли, поэтому почва замерзает не при 0ºС, а при -0,5…-1,5 ºС. Промерзание начинается с верхних слоев и в течение зимы распространяется глубже. Весной промерзший слой почвы оттаивает сверху под влияние прогрева поверхности, а также и снизу за счет прихода тепла от нижележащих слоев почвы.Во время наблюдений за глубиной промерзания почвы необходимо отмечать высоту снежного покрова.Температуру по Международной практической шкале измеряют в градусах Цельсия. Градус по этой шкале составляет 1/100 интервала между точками таяния льда (0ºС) и кипения воды (100ºС).В США чаще пользуются шкалой Фаренгейта. На этой шкале точке таяния льда соответствует температура 32ºF, а точке кипения воды – температура 212ºF. Интервал между этими точками разделён на 180 частей, т. е. градусов.В термодинамической температурной шкале температура измеряется в градусах Кельвина (К). у этой шкалы за нуль принята такая температура, при которой прекращается молекулярное движение (-273ºС), т. е. тело не содержит никакого тепла. Точке таяния льда на ней соответствует температуре 273 К, а точке кипения воды – температура 373 К. Эта единица Международной практической температурной шкалы является одной из основных единиц СИ.2.2 К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности, предложенная в своё время Фурье, и законы распространения тепла в почве носят название законов Фурье.1. Независимо от типа почвы период колебания температуры с глубиной не изменяется. Это значит, что как на поверхности почвы, так и на всех глубинах интервал между двумя последовательными максимумами и минимумами температуры в суточном ходе составляет 24 часа, а в годовом – 12 месяцев.2. Возрастание глубины в арифметической прогрессии приводит к уменьшению амплитуды в геометрической прогрессии. Так, если на поверхности суточная амплитуда равна 30° С, а на глубине 20 см — 5° С, то на глубине 40 см она будет уже менее 1° С.На глубине 70…100 см независимо от типа почвы суточная амплитуда практически равна нулю. С этой глубины начинается слой постоянной суточной температуры. Годовые колебания температуры распространяются в глубину с уменьшением амплитуды по тому же закону. Амплитуды годовых колебаний убывают почти до нуля на глубине 15…20 метров в средних широтах, около 10 м в южных и 30 м в полярных широтах. С этих глубин начинается слой постоянной годовой температуры. Слой почвы (включая растительность), в котором наблюдается суточный и годовой ход температуры, называют активным или деятельным слоем.3. Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности, причём запаздывание прямо пропорционально глубинам. Суточные максимумы и минимумы на каждые 10 см глубины запаздывают в среднем на 2,5…3,5 ч, а годовые – на каждый метр глубины на 20…30 суток.Наблюдения показывают, что фактическое распространение тепла в почве достаточно близко соответствует этим законам. Усложнения связаны главным образом с неоднородностью состава и структуры почвы на разных глубинах. Кроме того, тепло распространяется в глубь почти вместе с просачиванием осадков, что конечно, не подчиняется законам молекулярной теплопередачи.Процессы нагревания и охлаждения воздуха.Распределение температуры в атмосфере определяется главным образом её теплообменом с земной поверхностью и поглощением солнечной радиации. Нижние слои атмосферы поглощают солнечную радиацию гораздо слабее, чем верхние. Основным источником нагревания тропосферы, особенно её нижних слоёв, является тепло деятельной поверхности Земли. В дневные часы, когда радиационный баланс деятельной поверхности положителен, поверхность суши становится теплее воздуха, и тепло от неё передаётся воздуху. Ночью она вследствие эффективного излучения становится холоднее воздуха и охлаждает прилегающий к ней слой атмосферы.Перенос тепла между деятельной поверхностью и атмосферой, а также перенос его в атмосфере осуществляют следующие процессы:1. Тепловая конвекция – перенос объёмов воздуха по вертикали, возникающий при неравномерном нагревании различных участков поверхности.Над сушей тепловая конвекция возникает днём, а над морем – ночью и в холодное время года, когда водная поверхность теплее прилегающих слоёв атмосферы.2. Турбулентность – вихревое хаотическое движение небольших объёмов воздуха в общем движении ветра. Турбулентный обмен между земной поверхностью и атмосферой в тысячи раз интенсивнее молекулярного.3. Молекулярный теплообмен – обмен теплом между деятельной поверхностью и прилегающим слоем атмосферы за счёт молекулярной теплопроводности неподвижного воздуха. Поскольку коэффициент молекулярной теплопроводности воздуха очень мал, то очень малó и значение этого теплообмена по сравнению с двумя предыдущими процессами.4. Радиационная теплопроводность – перенос тепла потоками длинноволновой радиации деятельной поверхности и атмосферы. Действия этих потоков в нижних слоях атмосферы проявляется преимущественно ночью, когда солнечная радиация не поступает, турбулентность ослаблена, а тепловая конвекция отсутствует.5. Конденсация (сублимация) водяного пара, поступающего с земной поверхности в атмосферу. При конденсации выделяется тепло, нагревающее воздух, особенно более высокие слои атмосферы, в которых образуются облака.Из перечисленных процессов теплообмена основное значение имеют турбулентный теплообмен и тепловая конвекция. Но температура воздуха в данном месте может изменяться ещё и в результате адвекции, т. е. передвижения воздушных масс в горизонтальном направлении.Нагревание и охлаждение воздуха в значительной мере зависит от свойств деятельного слоя Земли. Над поверхностью суши воздух днем теплее, а ночью холоднее, чем над морем. На суше заметные различия в температуре воздуха создаются над разными участками деятельного слоя (поле, луг, болото, лес и др.). Влияние деятельного слоя на температуру воздуха убывает с высотой.Изменение температуры воздуха с высотойРаспределение температуры в атмосфере по вертикали положено в основу разделения атмосферы на пять основных слоёв. Для сельскохозяйственной метеорологии наибольший интерес представляют закономерности изменения температуры в тропосфере, особенно в её приземном слое.Изменение температуры воздуха на 100 метров высоты называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ). ВГТ выражается формулой:ВГТ = tн – tв / zв – zн · 100где: tн – tв – разность температур воздуха на нижнем и верхнем уровнях (ºС);zв – zн – разность высот (метры).Если tв меньше tн значит, температура воздуха уменьшается с увеличением высоты и ВГТ положителен. Такое распределение температуры с высотой наиболее характерно для тропосферы в целом. Если tв больше tн, то имеет место температурная инверсия (возрастание температуры с высотой) и ВГТ отрицателен. Если tн = tв, то ВГТ = 0ºС / 100м. такое распределение температуры, при котором она не изменяется с высотой, называют изотермией. ВГТ зависит от ряда факторов: времени года (зимой он меньше, летом больше), времени суток (ночью меньше, днём больше), расположения воздушных масс (если на каких-либо высотах над холодным слоем воздуха располагается слой более тёплого, то ВГТ меняет знак на обратный). Среднее значение ВГТ в тропосфере составляет около 0,6ºС / 100м.В приземном слое атмосферы ВГТ зависит от времени суток, погоды и характера подстилающей поверхности. Днём ВГТ почти всегда положителен, особенно летом над сушей, но при ясной погоде он в десятки раз больше, чем при пасмурной. В ясный полдень летом температура воздуха у поверхности почвы может на 10ºС и более превышать температуру на высоте 2м. Вследствие этого ВГТ в данном двухметровом слое в перерасчёте на 100м составляет более 500 ºС / 100м. Ветер уменьшает ВГТ, поскольку при перемешивании воздуха его температура в разных высотах выравнивается. Уменьшают ВГТ облачность и осадки. При влажной почве резко снижается ВГТ в приземном слое атмосферы. Над оголённой почвой (паровое поле) ВГТ больше, чем над развитым посевом или лугом. Зимой над снежным покровом в приземном слое атмосферы ВГТ невелик и нередко отрицателен.С высотой влияние подстилающей поверхности и погоды на ВГТ ослабевает и он уменьшается по сравнению с его значениями в приземном слое воздуха. Выше 500м затухает влияние суточного хода температуры воздуха. На высотах от 1,5 до 5-6 км ВГТ находится в пределах 0,5 – 0,6 ºС / 100м. На высоте 6-9 км ВГТ возрастает и составляет 0,65 – 0,75 ºС / 100м. В верхнем слое тропосферы ВГТ снова уменьшается до 0,5 – 0,2 ºС / 100м.Данные о ВГТ в различных слоях атмосферы используют при составлении прогнозов погоды, при метеорологическом обслуживании реактивных самолётов и при выводе спутников на околоземную орбиту, а также при определении условий выброса и распространения промышленных отходов в атмосфере. Отрицательный ВГТ в приземном слое воздуха ночью весной и осенью указывает на возможность заморозка.Методы измерения температуры воздуха.Для измерения температуры воздуха в стационарных условиях используется три вида термометров: психрометрический (сухой), максимальный и минимальный. Все они устанавливаются в психрометрической будке в специальном штативеПсихрометрический термометр ТМ-4 используется для измерения температуры и влажности воздуха в момент снятия показаний и является наиболее точным и чувствительным метеорологическим прибором.Температуру и влажность воздуха среди растений измеряют аспирационным психрометром, который приспособлен для работы в полевых условиях.Термограф служит для непрерывной записи изменений температуры воздуха. Он состоит из трёх основных частей: приёмной, передающей и регистрирующей.Значение температуры воздуха и почвы для сельскохозяйственного производства.Температура почвы является одним из важнейших факторов жизни растений и почвенных организмов. В растительных организмах фотосинтез, дыхание, транспирация, усвоение питательных веществ почвы и другие физиологические процессы осуществляются лишь в определенном диапазоне температур. Существуют температурные пределы жизнедеятельности растений — биологический минимум и биологический максимум. Между ними находится зона оптимальных температур, при которых развитие растений и формирование урожая протекают наиболее интенсивно. Эти температурные характеристики у различных растений неодинаковы. Например, биологический минимум температуры прорастания семян ранних яровых зерновых культур составляет 3 – 5оС, а у теплолюбивых культур (рис, хлопчатник) он возрастает до градусов.Температура почвы оказывает большое влияние на развитие корневой системы, на активность почвенных микроорганизмов и усвоение фосфатов и нитратов растениями из почвы. Поступление в растения азота и фосфора при температуре почвы 5оС почти в три раза меньше, чем при температуре 20оС.Снижение температуры почвы на глубине узла кущения озимых ниже критических значений (-16… -18оС для большинства сортов озимой пшеницы, — 22оС для ржи) вызывает их вымерзание. Наоборот длительное нахождений озимых под снегом при температуре на глубине узла кущения, близкой к 0оС, вызывает гибель растений от выпревания.У многих теплолюбивых культур интенсивность фотосинтеза резко снижается уже при температуре 10-12оС, а у овса, картофеля, редиса и др. растений, не требовательных к теплу, при этой температуре наблюдается значительный прирост растительной массы. Высокая температура почвы и воздуха (более 20 градусов) в период формирования цветков в колосе яровой пшеницы при недостатке почвенной влаги снижает урожай на 30 – 40 %.С повышением температуры скорость развития растений увеличивается пропорционально возрастанию температуры, но только до определенных её значений. При дальнейшем её повышении скорость развития растений замедляется, а затем наступает их угнетение и гибель. При жаркой сухой погоде в фазе налива происходит так называемый запал растений и захват зерна. Зерно получается щуплое, что резко снижает урожай и качество семян. При высокой температуре почвы происходит вырождение клубней картофеля, что приводит к получению недоброкачественных семян. Тесно связаны с температурным режимом также распространение и вредоносность болезней и вредителей с/х растений.Существует много типов посевов, различающихся по структуре, облиственности, площади листьев, их пространственной ориентации, высоте расположения и т. д. Все эти особенности влияют на температурный режим посева.Температура листьев растений, находящихся в тени, обычно близка к температуре воздуха. У незатененных листьев при ясном обычно температура на 1-2оС выше, чем у окружающего воздуха. В высокогорных районах температура листьев, освещенных солнцем, на 3-5оС выше температуры воздуха. В некоторых случаях эта разница может превышать 10оС.Внутри растительного покрова амплитуда суточного хода температуры воздуха уменьшается. В сомкнутом посеве наибольшая амплитуда наблюдается в верхнем ярусе листьев (крон), наименьшая у поверхности почвы. В лесу летом амплитуда суточного хода температуры воздуха на 3-4оС меньше, чем в поле.В закрытом грунте за счет «оранжерейного эффекта» температура воздуха более высокая, чем в открытом грунте. В неотапливаемых теплицах днем за счет солнечной радиации эта разность может достигать 15-20оС. Температурный режим в теплицах характеризуется нередко значительными вертикальными градиентами и амплитудой. Поэтому необходим тщательный контроль за ходом температуры воздуха, чтобы поддерживать ее в оптимальных для развития и формирования урожая пределах. Этот контроль проводится при помощи компьютеров, регулирующих термический режим по заданным параметрам.Температурные условия в значительной степени определяют состояние, поведение и продуктивность сельскохозяйственных животных. Например, жаркая погода угнетающе действует на овец, замедляет нагул. Поэтому при жаркой погоде в условиях отгонного животноводства принимаются меры для защиты животных от жары. Опасны понижения температуры воздуха в период стрижки овец.Раздел II ПОГОДА И КЛИМАТТема: 2.1 Погода и ее прогноз2.1 Атмосфера – газовая оболочка Земли.2.2 Ветер и причины его возникновения.2.4 Прогноз погоды и виды прогнозов.2.1 Газовый состав приземного слоя атмосферы и почвенного воздуха. Атмосфера является средой обитания всех земных организмов. Состав атмосферы сложился в результате эволюции Земли, под влияние различных процессов, в том числе и вследствие фотосинтетической деятельности растений, миллионы лет назад и с тех пор по настоящее время её состав не изменился. Между атмосферой и биосферой установилось динамическое равновесие. И человек и объекты сельхозпроизводства приспособлены к сложившемуся составу атмосферы, более того этот состав необходим для их существования.Атмосфера – воздушная оболочка Земли, самая внешняя из всех земных оболочек находящаяся в непрерывном взаимодействии с остальными оболочками нашей планеты и постоянно испытывающая влияние Космоса и прежде всего Солнца. Мы живём на дне воздушного океана, приблизительно 50% всей массы атмосферы сосредоточены в нижнем, 5 километровом её слое, 75% – в 10 километровом и 90% – в 16 километровом. Выше 3000км. Плотность атмосферы уже практически не отличается от плотности межпланетного пространства, но её следы обнаружены на высоте 10000км.Воздух представляет собой механическую смесь газов. Основными газами входящими в состав воздуха, являются: азот (N2), кислород (О2), аргон (Аr), в небольшом количестве содержатся гелий, неон, криптон, ксенон, водород, а также водяной пар, углекислый газ, озон, аммиак, метан, окислы азота и др. В атмосфере во взвешенном состоянии находятся также жидкие и твёрдые частицы: капли воды, кристаллы льда, пылинки. Воздух, лишённый водяного пара, называют сухим. Состав сухого воздуха, очищенного от взвешенных частиц, одинаков на всём земном шаре и остаётся постоянным до высоты, примерно, 25км. В нём содержится (по объёму): азота 78,08%, кислорода 20,95%, аргона 0,93%, все остальные газы, входящие в состав сухого воздуха, занимают лишь 0,03% его объёма.Современный состав атмосферы установился несколько сотен миллионов лет назад. Сформировавшийся в природе круговорот атмосферных газов способствовал тому, что газовый состав атмосферы оставался неизменным до тех пор, пока резко не возросла производственная деятельность человека, главным образом добыча и сжигание каменного угля, нефти и природного газа. В результате производственной деятельности человека увеличивается содержание в атмосфере сернистого газа (SО2), угарного (СО) и окислов азота. Содержание в атмосфере основных газов (кислорода, азота, аргона) пока ещё остаётся неизменным, но это не значит, что так будет продолжаться и далее.Водяной пар является важной частью воздуха, он сосредоточен (в основном) в нижних слоях атмосферы и занимает, по объёму, до 4%. В атмосферу водяной пар поступает в результате испарения влаги с водных поверхностей, суши, растительного покрова, а также в небольших количествах со снежного и ледяного покровов. Кроме того, он выделяется при дыхании живых организмов, при вулканических извержениях, при некоторых производственных процессах и проч. С высотой его содержание в атмосфере резко убывает. Благодаря водяному пару в атмосфере образуются облака, из которых могут выпадать осадки. Водяной пар хорошо поглощает радиацию излучаемую земной поверхностью и, тем самым, предохраняет землю от сильного охлаждения.Углекислый газ – является одной из важнейших составных частей воздуха. Он поступает в атмосферу, главным образом, при вулканических извержениях, а также в результате разложения органических веществ, в процессе дыхания растений и животных и при сжигании топлива. Расходуется углекислый газ главным образом на питание растений. Содержание его в воздухе, по объёму, составляет в среднем 0,033%. Он хорошо поглощает и излучает длинноволновую лучистую энергию.Кислород необходим для дыхания, разложения органического вещества, гниения и горения. При взаимодействии органических веществ с кислородом (окисление) в клетках живых организмов выделяется энергия, обеспечивающая жизнедеятельность растений и животных.Озон – среди газов, входящих в состав воздуха, играет исключительно большую роль, он представляет собой трёхатомный кислород. Образование озона в нижних слоях атмосферы происходит в результате грозовых разрядов, а также окисления некоторых органических веществ, в верхних слоях – под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.Поглощая коротковолновую радиацию, озоновый слой предохраняет органический мир от воздействия биологически активной части солнечной радиации. В тоже время озон является регулятором поступления на Землю ультрафиолетовой радиации, необходимой, в определённом объёме, для обеспечения органической жизни. В небольших концентрациях озон оказывает благотворное влияние на человека, высокая же концентрация – вредна и даже губительна для органической жизни.Почвенный воздух. Определено, что его состав почвенного воздуха качественно существенно не отличается от состава воздуха атмосферного. В почве в результате разложения (гниения) органических веществ, происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Кислород и азот в почве поглощаются в процессе жизнедеятельности бактерий. Содержание углекислого газа в почвенном воздухе может достигать 1 – 1,2% (в заболоченных почвах 6%), а содержание кислорода может быть ниже 20%. Болотные почвы могут содержать метан и сероводород, т. е. газы, отсутствующие в атмосфере.Содержание азота, кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе непостоянно и зависит от типа почвы, ее свойств, времени года, погодных условий, внесения органических удобрений и других факторов.Между атмосферой и почвой существует постоянный воздухообмен – аэрация почвы, которая обусловлена, в основном, диффузией газов, а также действием ветра и колебаниями атмосферного давления. Интенсивность газообмена зависит и от структуры почвы, при комковатой структуре аэрация происходит интенсивнее, чем при пылеватой, поэтому рыхление почвы способствует её аэрации, что в свою очередь улучшает условия деятельности корневой системы растений и почвенных бактерий. Обмен почвенного воздуха с приземным приводит к тому, что в приземном слое воздуха увеличивается содержание углекислого газа, который является пищей для растений, а также поглощаются океанами, морями и другими водоёмами.Загрязнения атмосферного воздуха и методы борьбы с ним.Аэрозоли – антропогенные газообразные примеси, твёрдые и жидкие, взвешенные в атмосфере. Концентрация аэрозолей может меняться в широких пределах в зависимости от места и времени. С подстилающей поверхности в атмосферу попадают частицы почвы, продукты выветривания горных пород, вулканическая пыль, морская соль, дым, органические частицы (микроорганизмы, пыльца растений и пр.). Аэрозольные частицы играют важную роль в развитии ряда атмосферных процессов. Самые мелкие из них – ядра конденсации – необходимы для образования тумана и облаков. С заряженными аэрозолями связаны явления атмосферного электричества.Смог – высококонцентрированное загрязнение воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Смог бывает двух типов: 1) густой туман с примесью дыма или газовых отходов производства, так называемый лондонский тип загрязнения воздуха; 2) пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая в воздухе в результате фотохимических реакций, происходящих в газовых выбросах автомашин и химических предприятий под действием ультра фиолетовой радиации Солнца (Лос-Анжелеский тип). Фотохимический смог обычно наблюдается при слабой турбулентности воздуха и, следовательно, при устойчивой стратификации, особенно при инверсиях температуры, при слабом ветре и штиле. Он оказывает вредное воздействие на человека, животных и некоторые виды растений.

Глубина прогрева почвы солнцем

Данная технология основана на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50. 60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту.

Способы прогрева грунта

Разработка грунта, связанная с рытьем траншеи в зимних условиях, осложняется необходимостью предварительной подготовки и прогрева мороженого грунта.В городских условиях, при наличии большого количества действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций применение ударных инструментов (отбойных молотков, ломов, клиньев и др.) невозможно из-за опасности механического повреждения действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций. Поэтому мерзлый грунт до начала работ по рытью траншеи в зоне действующих кабельных линий должен быть предварительно отогрет с тем, чтобы земляные работы вести лопатами без применения ударного инструмента. Наиболее распространенными методами искусственного оттаивания являются термический и электротермический способы.

Электрическая рефлекторная печь

Как показал опыт ведения ремонтных работ в условиях городских сетей, наиболее удобным, транспортабельным и быстрым является метод отогрева электрическими рефлекторными печами. В качестве нагревателя в печи применяется нихромовая проволока диаметром 3,5 мм. Рефлектор печи изготовляется из согнутого по оси в параболу с расстоянием от отражающего рефлектора до спирали (фокус) 60 мм алюминиевого, дюралюминиевого или стального хромированного листа толщиной 1 мм. Рефлектор отражает тепловую энергию печи, направляя ее на участок отогреваемого мороженого грунта. Для защиты рефлектора от механических повреждений печь закрывается стальным кожухом. Между кожухом и рефлектором имеется воздушный промежуток, что сокращает потери тепла от рассеивания. Рефлекторная печь присоединяется к электрической сети напряжением 380/220/127 В. При отогреве грунта собирается комплект из трех однофазных рефлекторных печей, которые соединяют в звезду или треугольник соответственно напряжению сети. Площадь отогрева одной печи составляет 0,4X1,5 м 2 ; мощность комплекта печей 18 кВт.

Рис. Рефлекторная печь для отогрева мороженого грунта. 1 — нагревательный элемент, 2 — рефлектор, 3 — кожух; 4 — контактные зажимыРасход электроэнергии для отогрева 1 м 3 мороженого грунта составляет примерно 50 кВт-ч при продолжительности отогрева от 6 до 10 ч. При пользовании печами необходимо также обеспечить безопасные условия производства работ. Место отогрева должно быть ограждено, контактные зажимы для присоединения проводом закрыты, а спирали течи не должны касаться грунта.Недостатки данного способа: опыт эксплуатации данных устройств в ОАО «МОЭСК» показал необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, в следствии перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева как минимум до 20 кВт/ч).Тепловые потери в следствии невозможности укрытия данных установок и как следствие низкий КПД (в случае их утепления -возможен перегрев и выход из строя).Преимущества: при наличии источников питаниябыстрая транспортировка и настройка в работу. Относительно малый по времени период оттаивания — до 10 час. Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м 2 на глубину 0,5 м составляют 400 кВт-час.

Глубина прогрева почвы солнцем

• интенсивность химических реакций,
• процессы физического выветривания,
• деятельность микроорганизмов и почвенной фауны,
• прорастание семян и рост растений,
• процессы обмена веществом и энергией.

Тепловые свойства и тепловой режим почв

Тепло — необходимый фактор жизни и роста растения. С ним связаны важнейшие биологические и абиотические процессы, протекающие в почве и определяющие развитие почвообразования и плодородия:

• интенсивность химических реакций,
• процессы физического выветривания,
• деятельность микроорганизмов и почвенной фауны,
• прорастание семян и рост растений,
• процессы обмена веществом и энергией.

Знание закономерностей формирования теплового режима почв необходимо для его направленного регулирования с целью создания наиболее благоприятных условий для продуктивности возделываемых растений.

1. Источники тепла в почве
2. Тепловые свойства почвы
3. Теплопоглотительная способность
4. Теплоемкость
5. Теплопроводность
6. Тепловой режим почвы
7. Типы температурного режима почв
8. Регулирование теплового режима
9. Полив
10. Контрольные вопросы и задания

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.

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 см 3 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.

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 см 2 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.