Тепловые свойства и тепловой режим почв

Все процессы в почве могут проходить при определённых температурных условиях. Основным источником тепла в почве является солнечная радиация. Лучистая энергия Солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, может накапливаться (аккумулироваться), передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря тепловым свойствам.

Основные тепловые свойства почв:

1. Теплопоглотительная способность – поглощение почвой лучистой энергии. Её обычно характеризуют величиной альбедо – отношение количества отраженной солнечной радиации к общему количеству поступающей суммарной радиации (%).

2. Теплоёмкость – свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла в калориях, необходимого для нагревания 1 грамма почвы (или 1 см³) на 1⁰ С. Зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, влажности почвы, содержание органического вещества, влажности почвы, содержание воздуха, пористости.

3. Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Это очень важное свойство почвы, от которого зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому. Теплопроводность почвы определяется теплопроводностью твёрдых, жидких и газообразных составных частей. Наименьшей проводимостью обладает почвенный воздух, наибольшей – минеральная часть почвы. Почвы структурные, богатые гумусом, будут сохранять тепло более длительное время, чем бесструктурные и бедные перегноем.

Тепловой режим почв - сумма явлений теплообмена в системе «приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода». Тепловой режим испытывает суточные, сезонные и годовые колебания. В суточном цикле с восходом солнца и до 14 часов дня почва нагревается, затем постепенно охлаждается. Максимальное охлаждение наблюдается около 4-5 часов ночи.

В годовом цикле почва нагревается с первых месяцев весны до середины лета, затем постепенно охлаждается. Суточные колебания t идут до глубины 50-100 см. Годовые колебания иногда распространяются до 15 м (наиболее резкие – 3,5 м). Промерзание почвы зависит от: географического расположения участка, климатических особенностей, мощности снежного покрова, времени его выпадения.

Классификация тепловых режимов (В.Н. Димо,1968):

1. Мерзлотный – в течение года преобладает охлаждение почвы. Подстилается вечномёрзлыми породами. При нагревании протаивает сезонно- мёрзлый слой.

2. Длительно-сезоннопромерзающий – охлаждение (не менее 5 месяцев в году) почвы сопровождается промерзанием на глубину более 1 метра.

3. Сезоннопромерзающий – процесс охлаждение сопровождается промерзанием (от нескольких дней до 5 месяцев) на глубину 20 см – 1 м. Вечная мерзлота отсутствует.

4. Непромерзающий – в году преобладает процесс нагревания. Промерзания нет. Отрицательные температуры в почве отсутствует.

5. Постоянно тёплый – температура самого холодного месяца всей почвенной толще не ниже 10⁰С.

6. Постоянно жаркий – среднегодовая температура на глубине 0,2 м не опускается ниже 20⁰С.

Для создания благоприятного теплового режима почв в сельском хозяйстве проводиться:

- создание зернисто-комковатой структуры;

- обогащение почв органическим веществом;

- снегозадержание;

- мульчирование.

Контрольные вопросы

1.В каких формах встречается вода в почве?

2.Что такое водный баланс почв?

3.Перечислить типы водного режима почв.

4.Охарактеризовать воздушные свойства почв. Чем почвенный воздух отличается от атмосферного?

5.Значение тепловых свойств почв и типов тепловых режимов.

Литература

1. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения.- М., 2007. - С. 95-97, 100-112.

2.Геннадиев А.Н., Глазовская М.А. География почв с основами почвоведения.- М., 2007.- С.65-70.

3. Серебряков А.К. География почв с основами почвоведения: Курс лекций. Ч.1.- Ставрополь: Изд-во СГУ, 2007, С.38-46.

4. Белобров В.П. География почв с основами почвоведения.- М., 2007, С. 91-100.

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

Тематика данной лекции продолжает рассмотрение состава и свойств твёрдой, жидкой и газовой фаз почвы и непосредственно поглотительной способности как одного из главнейших свойств почвы поглощать различные твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Изучение этого вопроса очень важно.

О существовании поглотительных свойств почвы, проявляющихся в поглощении газов, паров воды или растворенных веществ, знали давно. Однако современные представления о сорбционных процессах в почве и её поглотительной способности, развитые в работах К.К. Гедройца, Г. Вигнера (20-30 годы XX века), и в более поздних исследованиях А.Н. Соколовского, Н.И. Горбунова, Д. Ди-Глерия и др. ученых, сформировались благодаря развитию представлений физической и коллоидной химии.

Почвенные коллоиды

Почвы необходимо рассматривать как систему, состоящую из четырёх фаз (или частей) – твёрдой, жидкой, газообразной и фазы живого вещества. Все фазы почвы находятся в постоянном взаимодействии, между ними непрерывно протекают реакции обмена и поглощения. Наибольшей подвижностью и изменчивостью обладает газообразная и жидкая фаза, по сравнению с ними твёрдая фаза инертна, но и она содержит активную часть – почвенные коллоиды.

По степени дисперсности (раздробленности) выделяются две формы твёрдого вещества почвы:

1) крупнодисперсная масса - частицы размером более 0,001 мм (10^{-3 мм).}

2) высокодисперсная часть - частицы размером от 0,001 мм и менее:

- частицы d ‹ 0,001 мм относятся к илистой фракций и в этих пределах выделяется коллоидная фракция (коллоиды).

Коллоиды – это минеральные, органические и органоминеральные частицы размером менее 0, 0001 мм.

От 0,001 до 0,0001 мм – предколлоидная стадия;

менее 0,0001 мм (от 10^-4 до 10^{-6 мм) – коллоидная стадия.}

Частицы коллоидов обладают большой удельной поверхностью (10-50 м² на 1 г вещества) и свободной поверхностной энергией. Даже при незначительном содержании частиц коллоидов, они являются главными носителями поглотительных свойств почвы, так как имеют основную долю общей поверхности твёрдой фазы почвы. Связано это с тем, что чем выше степень дисперсности, тем больше удельная поверхность вещества, т.е. поверхность вещества, приходящаяся на единицу объёма.

По составу коллоиды почвы подразделяются на три группы:

1)минеральные - состоящие из вторичных глинистых минералов (гидрослюды, гидраты окиси железа) и первичных минералов (кварца, слюды);

2) органические - гумусовые вещества;

3)органно-минеральные - соединения гумусовых веществ с глинистыми минералами.

Коллоиды – это двухфазные системы, состоящие из дисперсной фазы (твёрдых частиц: гумусовых веществ, гидратов Fe, Аl и др.) и дисперсной среды (почвенного раствора). Единицу коллоида представляет коллоидная мицелла. В мицелле различают три составленные части (или слоя):

· ядро мицеллы;

· потенциалопределяющий слой - слой, определяющий заряд коллоидной частицы;

· слой компенсирующий ионов – внешний слой ионов, нейтрализующих заряд. Слой компенсирующих ионов подразделяется на два слоя: а) слой неподвижных компенсирующих ионов и б) диффузный слой компенсирующих ионов.

В состав коллоидной частицы входит ядро, потенциалопределяющий слой и неподвижный слой компенсирующих ионов. Таким образом, коллоидная частица имеет заряд (выделяют отрицательно заряженные коллоиды – ацедоиды, положительно заряженные – базоиды, нейтральные - амфолитоиды). Коллоидная мицелла электронейтральна и окружена водной оболочкой. Диффузный слой компенсирующих ионов может существовать только при наличии дисперсионной среды, т.е. воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой.

Коллоидные частицы с водой образуют коллоидные растворы двух типов золи и гели. Золь – коллоидный раствор, в котором частицы находятся во взвешенном состоянии, почти не оседают. В коллоидном растворе частицы какого-либо вещества обладают одинаковыми зарядом и в силу этого отталкиваются друг от друга. Например, коллоидные растворы солонцов не оседают в течении 2-5 лет. Для того, чтобы коллоиды осели и произошло соединение отдельных коллоидных частиц с выпадением осадка, необходимо ввести электролит, имеющий противоположный заряд (обычно простые минеральные соли).

Процесс перехода коллоиды из золя в гель называется коагуляцией (свёртыванием), при этом образуется гель – студнеобразный, рыхлый осадок. Концентрация электролита, т.е. соли, при которой начинается процесс коагуляции, называется порогом коагуляции. Процесс перехода геля в золь – пептизация. Этот процесс возможен для коллоидов, хорошо набухающих в воде (гидрофильных).

Коллоиды, легко переходящие из геля в золь называется обратимыми. Обычно легко обратимы все гидрофильные коллоиды, насыщенные одновалентными катионами Н⁺, Na⁺, K⁺. Обратимые коллоиды не образуют прочных комочков почвы и под воздействием воды агрегаты почвы расплываются, раскалываются (пример – солонцовые почвы). Коллоиды, которые после коагуляции и высушивания вновь не пептизируются являются необратимыми. Свойствами необратимости обладают гидрофобные коллоиды, насыщенные двух – трёхвалентными ионами (Fe³⁺,Mg²⁺, Al³⁺).Эти коллоиды хорошо склеивают почвенные частицы и являются лучшими структурообразователями.

Таким образом, почвенные коллоиды являются главными носителями поглотительных свойств почвы. Физическая и химическая природа поверхностей почвенных коллоидов благоприятствует протеканию на них разнообразных сорбционных процессов.