5. Тепловой режим почв

Под тепловым режимом почвы понимают совокупность и определенную последовательность теплообмена в системе: приземный слой воздуха — растения — почва — подстилающая порода, а также совокупность процессов теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве. Он изучен слабее, чем водный режим. Систематически исследован лишь температурный режим (температура почв во времени).

Температура почвы — наиболее динамичная величина, она быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие с окружающей средой. Температура почвы во многом зависит от тепловых свойств самих почв.

Тепловые свойства почв. Лучистая энергия Солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, может аккумулироваться, передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря тепловым свойствам почв. Основные тепловые свойства почвы — теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотителъная способность — поглощение почвой лучистой энергии Солнца. Ее обычно характеризуют величиной альбедо, показывающей, какую часть поступающей лучистой энергии отражает почва. Для идеально отражающей поверхности альбедо составляет 100 %, а для абсолютно черного тела, целиком поглощающего лучистую энергию Солнца, стремится к нулю.

Теплоемкость — свойство почвы поглощать теплоту. Теплоемкость зависит от минералогического, гранулометрического состава и влажности почвы, а также от содержания в ней органического вещества. Глинистые почвы более влагоемки и весной медленно прогреваются, поэтому их называют «холодными» почвами. Легкие почвы (песчаные, супесчаные) весной прогреваются быстрее, вследствие чего их называют «теплыми». Кроме того, чем гумуси-рованнее почва, тем она более теплоемка. Теплоемкость рыхлых почв, отличающихся высокой пористостью аэрации, значительно выше, чем теплоемкость плотных почв.

Теплопроводность — способность почвы проводить теплоту. В почве тепло передается различными путями: через разделяющие твердые частицы воду или воздух; при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или воду. На теплопроводность влияют химический и гранулометрический состав, влажность, содержание гумуса, плотность и температура почвы. По сравнению с тяжелыми почвами почвы легкого гранулометрического состава имеют большую величину теплопроводности. Обратная зависимость обнаруживается между пористостью и теплопроводностью: при увеличении пористости от 30 до 70 % теплопроводность уменьшается в 6 раз. При одинаковой плотности более влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая.

В зависимости от соотношения количества энергии, поглощаемой поверхностью почвы, и количества энергии, расходуемой на излучение, нагрев воздуха и испарение влаги, поверхность почвы будет нагреваться или охлаждаться. Поверхностный слой почвы служит источником теплоты для остальной толщи почвы, в которой она распространяется вследствие присущей почве теплопроводности.

Количество поступающей на поверхность почвы лучистой энергии подчинено суточной и годовой периодичности. В течение суток в почве наблюдаются одна волна нагревания и одна волна охлаждения. Первая возникает на поверхности почвы с восходом солнца и заканчивается в 14 ч, вторая возникает на поверхности в 14 ч и заканчивается с восходом Солнца. Максимальные и минимальные температуры на разных глубинах наступают не одновременно, а с запозданием тем большим, чем больше глубина. Наибольшая амплитуда колебаний температуры в течение суток характерна для поверхностного слоя почвы. С глубиной суточные колебания температуры уменьшаются и на глубине около 50 см температура в течение суток не изменяется.

Наиболее отчетливо годовой цикл изменения температуры выражен в почвах умеренных широт. Поверхность этих почв с марта начинает нагреваться, причем особенно быстро в апреле, после таяния снега. В июле нагревание поверхности прекращается и сменяется охлаждением, которое продолжается до марта. И здесь с глубиной наблюдается запаздывание моментов наступления максимальных и минимальных температур. В летние месяцы наибольшие средние суточные температуры отмечаются на поверхности почвы; с глубиной они убывают сначала быстро, а затем постепенно. В зимние месяцы распределение обратное: температура нарастает с глубиной. Переход от зимнего распределения к летнему происходит в конце апреля, а от летнего к зимнему — в начале сентября. Амплитуды годовых колебаний подчиняются той же закономерности, что и амплитуда суточных колебаний: они достигают наибольшей величины на поверхности, уменьшаясь с глубиной. Зона активной сезонной динамики ограничена 3 — 4 м. На глубине 6 м годовое колебание температуры составляет 1 °С.

Типы теплового режима почв. Классификация тепловых режимов почв основана на признаках, относящихся к промерзанию почвы. В ней обособлены три уровня, из которых наиболее значимы два первых — классы (группы) и подклассы (типы).

1. Мерзлотный. Подстилается многолетнемерзлыми породами. Протаивает на глубину до 100 см. Температура самого теплого месяца не выше 20 °С.

2. Длителъносезоннопромерзающий. Подстилается талыми породами, под толщей которых возможно залегание многолетнемерз-лых пород. Промерзает до глубины 100—300 см в течение не менее 5 — 6 месяцев. Температура самого теплого месяца от 10 до 25 °С.

3. Сезоннопромерзающий. Подстилание многолетнемерзлыми породами отсутствует. Промерзание до глубины 20 — 200 см продол жительностью менее 5 — 6 месяцев. Температура самого теплого месяца 20 —30 °С.

4.Непромерзающий охлаждающийся. Положительные температуры самого холодного месяца не выше 5 "С. Температура самого теплого месяца до 35 °С.

5. Непромерзающий теплый. Положительные температуры самого холодного месяца от 5 до 20 "С.

6. Непромерзающий жаркий. Температура почвы в течение всего года выше 20 "С.