Тепловые свойства и режим почвы, состояние в зависимости от температуры
Характеристики почвы придают ей определенные свойства, которые влияют на процесс выращивания культурных растений. Рассмотрим разновидности тепловых свойств почвы: теплопоглотительную способность, теплоемкость, теплопроводность. Какими могут быть источники тепла для нее, а также тепловой режим и его типы: промерзающие и непромерзающие.
Возможные источники тепла в почве
Основной источник поступления тепла в грунт – солнечное излучение, которое состоит из прямого и рассеянного. Интенсивность излучения зависит от широты и высоты местности, содержания углекислоты в атмосфере и ее прозрачности.
Поглощаемая энергия затем передается либо в атмосферу, либо в нижние слои. Куда будет направляться тепло, зависит от температуры почвы и воздуха. Если почва теплее, а воздух холоднее, тепло будет уходить в атмосферу. При большом поглощении тепла грунт нагревается, и тепловая энергия начинает поступать вниз. Скорость поступления тепла тем больше, чем больше разница температуры в верхних и нижних слоях.
Количество солнечной энергии, которая поступает в почву, зависит от климатической зоны, погоды, особенностей рельефа, окраски, ее тепловых и физических свойств, густоты растительности.
Еще есть источники тепла – энергия, выделяемая при разложении растительных остатков, находящихся на поверхности или в верхнем слое, и энергия, которая передается из воздуха.
Совсем незначительное количество тепла поступает в почву изнутри Земли и от радиоактивного распада элементов, но оно практически не имеет значения.
Как определить
Сколько тепла находится в почве, зависит от многих факторов. Вода – теплоемкий компонент грунта, поэтому влажный прогревается дольше, чем сухой. Но и охлаждается она дольше. Дольше всего весной прогреваются глинистые влажные грунты, песчаные – быстрее, но осенью происходит наоборот: глинистые оказываются теплее из-за медленного охлаждения.
Теплопроводность зависит от содержания в порах воздуха. Чем рыхлее грунт, тем быстрее он прогревается, и наоборот, плотная почва нагревается медленнее. Количество гумуса также влияет на тепловые свойства, плодородные почвы длительнее удерживают тепло, бедные теряют его быстрее. Растительность летом, снег зимой удерживают тепло и помогают сохранить его в грунте.
Для большинства культурных растений выгодная температура для роста составляет 20-25 °С. Если она больше 30 °С – происходит торможение развития. Увеличение приемлемых температур приводит к сильному подъему интенсивности дыхания и трате органического вещества, что ведет к сокращению объема зеленой массы. Температуры грунта больше 50-52 °С ведет к гибели растений.
Для нормально роста растений необходим определенный объем тепла, в земледелии используют значение, называемое суммой активных температур. Это все дни вегетационного периода, когда температура в течение суток была выше 10 °С.
Почвенное тепло нужно не только растениям, но и микроорганизмам. На них отрицательно воздействуют холод и чрезмерное тепло; и то, и другое приводит к приостановке жизнедеятельности бактерий и биоты. Оптимальная температура – 15-20 °С, допустимы незначительные отклонения.
Тепловые свойства
В эту категорию характеристик входят: теплопоглотительная способность почвы, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность
Это способность грунта поглощать солнечную энергию. Поглощается излучение не полностью, некоторая часть отражается обратно. Теплопоглотительная способность определяется величиной альбедо (А). Она выражается в количестве солнечной радиации, которая была отражена почвенной поверхностью, и представлена в процентах от объема солнечного излучения, попавшего на почву.
Чем ниже альбедо, тем больше грунт может поглощать тепла. Теплопоглотительная способность зависит от окраски грунта, его влажности, структуры, рельефа поверхности и плотности растительности. Темные почвы нагреваются быстрее, чем светлоокрашенные.
Теплоемкость
Эту характеристику определяют как весовую и объемную. Весовая теплоемкость – количество тепла, измеряемое в калориях, которое необходимо затратить на нагревание 1 г сухого грунта на 1 °С. Теплоемкость объемная – тепло, которым можно нагреть 1 куб. см. на 1 °С.
Величина теплоемкости меняется в зависимости от содержания в почве влаги и воздуха. Во влажном состоянии ее теплоемкость будет выше, чем в сухом. Глинистая земля будет иметь большую, чем песчаная, теплоемкость, так как в ней содержится меньше воздуха.
Теплопроводность
Это способность грунта проводить тепло от верхних слоев, где температура выше, к нижним, более холодным. Передача тепла происходит через твердую и жидкую почвенные фазы, измеряется в объеме тепла, выражаемого в калориях. Почвенная теплопроводность измеряется в количестве тепла, которое проходит через куб. см почвы за 1 с.
Источник
LiveInternetLiveInternet
—Рубрики
- Дача. Органическое земледелие (1394)
- Валерий Медведев. Выращивание овощей. (50)
- Огородные культуры (продолжение) (50)
- Ягодные кустарники (50)
- Выращивание цветов (50)
- Интересный опыт. Огород — 2 (49)
- Полезности — 2 (49)
- Заболевания и проблемы (49)
- Защищаем сад и огород от вредителей (49)
- Выращивание рассады (49)
- Удобрения, подкормки (49)
- Интересный опыт. Огород. (48)
- Полезности (48)
- Огородные культуры (47)
- Олег Телепов (43)
- Сидераты, мульчирование (42)
- Инсектицидные растения (38)
- Полезности — 3 (36)
- Зеленая аптека (36)
- Посев семян (35)
- Ваше плодородие. (34)
- Календарь огородных работ (34)
- Видео (31)
- Декоративные кустарники, лианы (30)
- Цветники (28)
- Распопов Г.Ф. (26)
- Сделаем сад красивым (23)
- Теплица (23)
- Выращивание цветов 2 (21)
- Б.Бублик. «Ваше плодородие» (20)
- Видео 3. (19)
- О семенах (19)
- Использование ЭМ-технологий в саду и огороде (19)
- Смешанные посадки (19)
- Выращивание винограда (18)
- Удобрения, подкормки (продолжение) (17)
- Защищаем сад и огород от вредителей (продолжение) (17)
- Выращивание овощей на малых площадях. Япония. (17)
- Выращивание рассады (продолжение) (16)
- Видео 4 (14)
- Садовые культуры (14)
- Экзотика на наших грядках (12)
- Родовое поместье Олега Сафронова (10)
- Кузнецов А. Биотехнология природного земледелия (10)
- Высадка рассады в открытый грунт и теплицу (9)
- Ландшафтный дизайн (9)
- Размножение растений (7)
- Автор: robinzoid (7)
- Интересный опыт. Сад. (7)
- овощи на подоконнике (6)
- Ягодные кустарники 2(продолжение) (5)
- Полезные свойства овощей (4)
- Грибы на даче (4)
- Видео 2 (3)
- Огородные культуры 3 (2)
- Интересный опыт. Огород 3 (2)
- Заболевания и проблемы — 2 (1)
- вязание (1389)
- журналы (923)
- рукоделие (418)
- кулинария (402)
- МК от Александра Ильина (11)
- дети (335)
- разное (304)
- для дома (262)
- Для настроения (1)
- Советую приготовить (234)
- советую приготовить на зиму (39)
- Сладкая выпечка (34)
- Готовимся к Новому году (24)
- Торты, пироженые (24)
- Несладкая выпечка (16)
- Мясные блюда (14)
- Очень вкусное печенье (13)
- Десерты (13)
- Рыбные блюда (12)
- Вторые блюда (11)
- Закуски (10)
- Прочее (9)
- Салаты (4)
- Кексы (4)
- Завтраки школьника (3)
- напитки (3)
- Первые блюда (3)
- компьютер (218)
- делаем сами (209)
- здоровье (188)
- Мы есть то, что мы едим (13)
- Полезные травы, овощи, фрукты (12)
- Здоровое питание (3)
- Видео. Здоровье (1)
- дача (169)
- фотоподборки (164)
- это интересно (100)
- флора и фауна (71)
- из бумаги (47)
- Новый год (47)
- конфетные букеты (36)
- из газет (25)
- города и страны (22)
- праздники (21)
- квиллинг (17)
- интересные люди (16)
- юмор (14)
- декупаж (6)
- Наши дети (3)
- (0)
—Музыка
—Кнопки рейтинга «Яндекс.блоги»
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
Чем прогревается почва. Олег Телепов
В моей почте нередко встречаются письма, в которых читатели задают один и тот же вопрос: «Нужен ли прогрев почвы и как это лучше сделать?» Отвечу — это в первую очередь должен решить каждый для себя. В регионах, где почва не замерзает зимой, смысла в прогреве нет. Возможно, нет смысла прогревать почву и в регионах, где выпадает много снега. Почва под толстым снеговым покровом остаётся не замёрзшей.
В регионах же с тонким снеговым покровом и холодными зимами расклад другой. Например, в моём регионе почва промерзает в среднем на полтора метра. Бывает, и до трёх метров. Вся эта толща промёрзшей земли достаточно долго оттаивает.
В последние годы — нормальное явление, когда пятисантиметровый верхний слой уже сухой, ниже же — влажная почва, ещё ниже — лёд.
Пока дожидаемся естественного оттаивания почвы, она высыхает. В таких и подобных условиях (для ранней продукции, особенно если продукция идёт на рынок) прогрев почвы желателен. В местах с ещё более коротким летом, чем у меня, тоже желательно прогреть почву.
В почву с температурой ниже 10 градусов большинство огородных культур сажать не стоит. При такой температуре культуры не способны усваивать корневой системой питательные вещества. Даже если воздух уже тёплый. Мало того, при низкой плюсовой температуре многие культуры поражаются болезнями — семена загнивают, ростки картофеля поражаются ризоктониозом.
Собственно, не важно, почему кто-то из огородников решил прогреть почву. Надо прогреть. Как это сделать? Вот тут и становится весьма важным понимание физики.
Говорят: «Землю прогревает воздух». Поверили. Что делать? Воздух же не прогреешь искусственно. Вывод: прогреть почву раньше естественного прогревания невозможно. Следуя логике вышеприведённого утверждения, накрыли почву плёнкой — изолировали от тёплого воздуха атмосферы, следовательно, задержали прогрев почвы. Так это? Наверно, все знают, что не так.
Какой плёнкой стоит накрывать, чтобы ускорить прогрев почвы? Мы привыкли считать, что чёрная плёнка максимально ускоряет прогревание. Но это не так. Всё дело в том, что солнце нагревает именно предметы, а не воздух. Чёрная плёнка на почве не пропускает солнечные лучи к почве, а сама поглощает их. При этом плёнка нагревается. Инфракрасное излучение (тепло) передаётся в атмосферу, нагревая приземный воздух, и передаётся под плёнку, нагревая воздушную прослойку между почвой и плёнкой.
Из курса физики знаем, что воздух — плохой проводник тепла. Поэтому прогрев почвы под чёрной плёнкой будет задерживаться даже по сравнению с открытыми грядками.
Накрываем грядку прозрачной плёнкой. Плёнка не поглощает солнечные лучи, а по максимуму пропускает их к почве. Почва, поглощая солнечную радиацию, нагревается. За счёт плёнки в этом случае нет контакта с холодным ещё воздухом атмосферы, почва прогревается, быстрей, чем открытая.
Но потери тепла почвой всё же происходят, и особенно ночью. Прозрачная плёнка не способна сдержать инфракрасное излучение (тепло). Тепло уходит на нагрев атмосферы.
Этого можно избежать — накрыть на ночь почву серебристой или белой плёнкой. Тогда почти всё тепло, накопленное за день, останется в почве. Наша почва прогреется намного быстрей.
Серьёзные проблемы можно получить летом в «жарких» регионах, если поверить, что землю нагревает воздух. Не учитывая, что почва нагревается солнцем, мы можем создать своим культурам условия «раскалённой сковороды», О которых уже несколько лет говорит Б. А. Бублик. Открытая почва поглощает солнечные лучи, разогревается и нагревает культурные растения. А это приводит к перегреву растений (вплоть до гибели) и перерасходу влаги на транспирацию.
Источник
Исследовательская работа по физике с презентацией «Влияние влаги на тепловые свойства почвы»
Выбранный для просмотра документ . ﭨ? . ?? ⥯. ??⢠ . docx
Государственное профессиональное образовательное учреждение
«Осинниковский политехнический техникум»
«Влияние влаги на тепловые свойства почвы»
Автор: Н.А. Колченко, группа ПР-19.4(1 курс)
Научный руководитель: О.К. Калинина, преподаватель
1.Физические характеристики тепловых свойств почвы……………. 3
2. Зависимость теплофизических свойств почвы от её влажности……..6
3. Практическая часть
3.1 Исследование зависимости скорости прогревания почвы от
влажности на садовом участке летом …………………………………. 9
3.2 Исследование зависимости скорости прогревания
почвы от влажности (в помещении)……………………………………..9
3.3 Исследование зависимости скорости прогревания
почвы от влажности (в помещении)…………………………………….10
3.4 Исследование зависимости скорости прогревания влажной
Цель работы: рассмотреть влияние влаги на тепловые свойства почвы
Гипотеза: влажная почва прогревается быстрее, чем сухая.
1) Изучить теоретический материал по рассматриваемой теме;
2) Спланировать и провести опыты по рассматриваемой теме;
3) Сравнить результаты опытов с теоретическим материалом и сделать обоснованные выводы.
Методы исследования: работа с литературой и интернет-ресурсами, проведение экспериментов.
В школе на уроках физики при изучении тепловых процессов часто рассматривается вопрос: «Какая почва летом прогревается быстрее – сухая или влажная?» И принято на него отвечать: «Влажная, поскольку её теплопроводность выше из-за наличия в ней воды».
Например, в сборнике задач по физике для основной школы под редакцией Орлова есть вопрос: «Почему земля прогревается быстрее после дождя, а не до него?» В ответах дано указание: «Влажная почва имеет большую теплопроводность». [2, с.382]
Но ведь на самом деле ответ на этот вопрос гораздо шире. В реальности на прогревание почвы влияет несколько факторов: теплопроводность, испарение, теплоёмкость, цвет. Какие же факторы оказывают решающее действие на скорость прогревания почвы? Попытаемся в этом разобраться.
1. Физические характеристики тепловых свойств почвы
Тепловой режим почвы включает в себя процессы поступления, переноса, накопления и отдачи тепла. Основным показателем теплового режима почвы является её температура, которая определяется притоком солнечной радиации и тепловыми свойствами самой почвы.[5]
Тепловые свойства почвы характеризуются следующими основными величинами:
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.
Обычно различают удельную и объёмную теплоёмкости грунта. Удельная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, необходимого для нагревания единицы массы вещества на один градус. Объёмная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, необходимого для нагревания единицы объёма грунта на один градус. Ниже приведена таблица теплоёмкости составных частей почвы.
Таблица 1. Теплоёмкости составных частей почвы
Теплопроводность грунта характеризует его способность проводить тепло.
Основной характеристикой теплопроводности является коэффициент теплопроводности (λ). Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). Ниже приведена таблица теплопроводности составных частей почвы.
Таблица 2. Теплопроводность составных частей почвы
Температуропроводность (коэффициент температуропроводности( k )) характеризует скорость изменения температуры вещества в нестационарных тепловых процессах. Эта величина характеризует способность среды выравнивать свою температуру, которая определяется не только теплопроводностью среды, но и ее объемной теплоемкостью.
Коэффициент теплопроводности численно равен повышению температуры, которое произойдет в единице объема почвы при поступлении в нее тепла, численно равного ее теплопроводности:
λ — коэффициент теплопроводности, С v – объёмная теплоёмкость.
2. Зависимость теплофизических свойств почвы от её влажности
Представим почву, как мельчайшие частички, между которыми в сухой почве находится воздух, а во влажной – вода. И на основе этой модели будем анализировать изменение теплофизических свойств почвы при её увлажнении.
При рассмотрении таблицы 1 можно сделать вывод, что вода в почве увеличивает её теплоёмкость примерно в 4 раза по сравнению с сухой (с вод = 4,19 Дж/(г·ºС), с возд = 1,01 Дж/(г·ºС) . Увеличение теплоёмкости влажной почвы должно способствовать более медленному прогреванию почвы и более медленному её остыванию.
При рассмотрении таблицы 2 можно сделать вывод, что содержание воды в почве увеличивает её теплопроводность по сравнению с сухой примерно в 25 раз (λ вод =0,005866 Дж/(см·с·ºС), λ возд =0,000210 Дж/(см·с·ºС).
Следовательно, увеличение теплопроводности будет способствовать более быстрому прогреванию влажной почвы и более быстрому её остыванию.
Температуропроводность почвы характеризует результирующее действие теплоёмкости почвы и её теплопроводности.
Проанализируем график изменения зависимости коэффициента температуропроводности от влажности почвы, полученный экспериментально при помощи термостата (рис.1). [3]
Как видно из графика, зависимость коэффициента температуропроводности от влажности различна для разных типов почв.
Лугово-серозёмные почвы имеют наименьшее содержание глинистых частиц, поэтому вода в этой почве быстрее заполняет пространство между частичками земли, и вследствие этого температуропроводность в такой почве с ростом влажности увеличивается быстрее. В пойменно-луговых почвах глинистых частиц содержится много, поэтому их температуропроводность меньше и с ростом влажности она увеличивается незначительно.[3]
Если почва только влажная, вода между частицами земли удерживается большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется её циркуляция, и она заметно не влияет на распределении теплоты почве. И поэтому слегка влажная почва по температуропроводности близка к сухой почве. [6] При дальнейшем увеличении влажности вода заполняет пространства между частичками воды и вытесняет воздух, что улучшает её температуропроводность, как это видно из графика. Но когда почва становится настолько влажная, что вода в её порах может циркулировать, то её температуропроводность уменьшается. Это может быть объяснено тем, что при нагревании сверху в верхних слоях почвы прогревающаяся вода, как менее плотная, стремится остаться на поверхности, а не опускаться вглубь почвы.
При увлажнении почвы её цвет становится темнее, что увеличивает её способность поглощать тепловое излучение. Уменьшение альбедо влажной почвы должно способствовать её более быстрому прогреванию, чем сухой.
Увлажнение почвы всегда связано с процессом испарения. Испарение воды происходит как с поверхности почвы так и из полостей между её отдельными структурами. Процесс испарения протекает с поглощением энергии и на него затрачивается значительное количество теплоты. Количественно испарение характеризуется скоростью испарения — массой воды, испарившейся с единицы поверхности за единицу времени.
Испарение влаги из почвы зависит от её структурного и механического состава. Например, песчаные почвы испаряют меньше, чем глинистые, и эта разница тем больше, чем крупнее частицы песка. А при диаметре песчинок более 2 мм испарения практически не происходит. [4 ] Кроме того, скорость испарения влаги из почвы зависит от её окраски, уплотнённости, неровности поверхности, температуры и влажности воздуха, ветра.
Процесс испарения влаги из почвы способствует её охлаждению и, следовательно, замедлению её прогревания.
Таким образом, из рассмотрения зависимости теплофизических свойств от её влажности можно сделать вывод: утверждать однозначно, что влажная почва прогревается быстрее, чем сухая, основываясь только на увеличении её теплопроводности, нельзя. Хотя температуропроводность почвы с ростом влажности увеличивается, но гораздо меньше, чем теплопроводность. Причём для разных типов почв эта зависимость различна. А с учётом испарения и уменьшения альбедо очень трудно однозначно ответить на вопрос: «Какая почва прогревается летом быстрее, сухая или влажная?». Не существует какой-то абстрактной почвы, на прогревание которой влияет только увеличение её теплопроводности.
В общем случае прогревание почвы зависит от её теплоёмкости, теплопроводности, температуропроводности, процесса испарения влаги, от её альбедо. В свою очередь эти величины зависят от типа и структуры почвы, от состояния её поверхности, от температуры окружающей среды, влажности воздуха и скорости ветра.
При рассмотрении скорости прогревания почвы в природе, а не в лабораторных условиях, обязательно надо охарактеризовать условия, при которых происходит процесс прогревания.
3. Практическая часть
3.1 Исследование зависимости скорости прогревания почвы от влажности на садовом участке летом (июль)
Оборудование: два комнатных термометра, почва рыхлая глинистая с перегноем
Участок земли разделялся перегородкой. По разные стороны перегородки делались две ямки глубиной 5 см. Вечером в них помещали термометры, показывающие одинаковую температуру и закапывали. Один из участков поливали из лейки водой, набранной заранее. В 12 часов дня термометры откапывали и смотрели их показания. Опыт проводили три раза. Результаты опыта приведены в таблице (3).
Таблица 3. Результаты опыта по исследованию влияния влажности воздуха на прогревание почвы на открытом воздухе.
Вывод из опыта 1: Не выявлено, что влажная почва прогревается быстрее, чем сухая. Наоборот, в большинстве случаев прогрев сухой земли был больше.
3.2 Исследование зависимости скорости прогревания почвы от влажности (в помещении).
Применяли почву для выращивания цветов (по структуре рыхлая, слегка влажная, состоит из очень мелких частиц, цвет чёрный)
Оборудование: лампа накаливания, термометры водный или комнатный, почва в пластмассовом контейнере.
Опыт проводили три раза.
Термометр закапывали в грунт на глубину 2-3 см и прогревали грунт в течение 1-2 часов. В третьем опыте контейнер с грузом обернули стекловатой, чтобы уменьшить теплообмен контейнера с окружающей средой. Результаты опытов представлены в таблице 4.
Таблица 4 . Результаты опыта по исследованию влияния влажности воздуха на прогревание рыхлой чёрной почвы в закрытом помещении.
Вывод из опыта: Как и в опыте 1 в большинстве случаев прогрелась быстрее сухая почва.
3.3 Исследование зависимости скорости прогревания почвы от влажности (в помещении)
Применяли почву, запасённую осенью (очень сухая, состоит из твёрдых крупных частиц, цвет серый).
Оборудование: лампа накаливания, термометры комнатный и лабораторный, почва в пластмассовом контейнере.
Опыт проводили один раз. Прогревание почвы длилось 2 часа. Кроме термометра, который закапывали в почву, применяли лабораторный термометр, который при измерении температуры втыкали в грунт. Результаты опыта представлены в таблице 5.
Источник