Тепловой режим почвы. 

  Большое значение для растений имеет тепловой режим почвы. От него зависят поступление в растение воды и минеральных веществ, рост, дыхание корней, жизнеспо-
собность почвенных организмов, разложение органических остатков и т. п. А сам температурный режим почвы зависит от температуры воздуха и свойств почвы. В глубину изменение температуры распространяется очень медленно, и ее колебания в почве значительно меньше, чем в воздухе. В целом в зависимости от характера почвенного покрова в одной климатической зоне условия теп- лообеспеченности растений могут быть очень разными.
Тепловой режим почвы во многом зависит от ее теплоемкости — свойства поглощать тепло. Она выражает количество тепла, затрачиваемое на нагревание 1 г или 1 см3 сухой почвы на 1 °С. Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического состава, влажности, содержания органики. По мере повышения влажности теплоемкость почвы возрастает. Так, глинистые почвы считают холодными, так как они более влагоемки, больше расходуют тепла на испарение и поэтому весной медленнее прогреваются. А песчаные и супесчаные почвы прогреваются быстрее, поэтому их называют теплыми. Теплоемкость почв тесно связана с гидрофильностью ее коллоидов, количеством и качеством гумуса. Более теплоемки почвы с большим содержанием гидрофильных коллоидов и более гумусированные. Рыхлые, пористые почвы также более теплоемки, чем плотные.
Теплопроводность почвы (способность проводить тепло) и теплообмен с воздухом сильно зависят от структуры и порозности почвы, ее химического и гранулометрического состава, влажности, плотности и температуры. Чем крупнее почвенные частицы, тем больше теплопроводность. Например, при одинаковой влажности и пористости у крупнозернистого песка она в 2 раза больше, чем у крупной пыли. Теплопроводность твердых частиц в 100 раз выше теплопроводности воздуха, поэтому рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная. Так, при изменении плотности почвы с 1,1 до 1,6 г/см3 теплопроводность ее возрастает в 2 — 2,5 раза, а при увеличении пористости с 30 до 70% она уменьшается в 6 раз (И.С.Кауричев и др., 1982). Теплопроводность почвы зависит и от ее температуры: с ее повышением увеличивается теплопроводность почвенного воздуха и, следовательно, почвы в целом. Прямое влияние на теплопроводность оказывает степень увлажнения почвы. По данным А. И. Гу- пало, при повышении влажности пахотного горизонта южного чернозема до 25 % теплопроводность возрастает в 5 раз. В целом чем почва суше, чем больше в ней воздуха, тем меньше ее теплопроводность, сильнее прогревается ее поверхность и тем большую


часть поглощенного тепла она отдает прилегающему слою воздуха. Но запасают тепла за день такие почвы меньше, поэтому ночью их поверхность охлаждается сильнее, что вызывает большее охлаждение прилегающего воздуха.
Большое значение имеет глубина промерзания и скорость оттаивания почвы, которые зависят от снежного покрова и характера субстрата. Например, сильно гумусированные почвы, особенно торфянистые, оттаивают очень медленно. Так, в Центральной Европе богатая гумусом почва оттаивает на месяц позже, чем базальтовый щебень (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Промерзание (изотерма О °С) различных типов почв и их оттаивание весной (по Г. Вальтеру, 1974)



Поэтому вечнозеленые виды чаще растут там на каменистых осыпях и песках (Г. Вальтер, 1974).
На теплообмен почвы и прилегающего воздуха сильно влияет ее цвет. Например, светлые почвы отражают много тепла, а темные поглощают его почти полностью. В связи с этим теплообмен можно изменить применением органических удобрений. Так, безморозный период на светлом субстрате можно удвоить, «утеплив»

Рис. 7.4. Изменение температуры песчаной почвы на разной глубине около г. Павловска (по В.Лархеру, 1978):
А — суточный ход температур (в мае); Б — годовой ход температур. Цифры на кривых — глубина почвы, см



его торфом (И. М. Культиасов, 1982). Зимой хорошей защитой почве от слишком низких температур и других неблагоприятных факторов служит снег. Он препятствует ее глубокому промерзанию и уменьшает потерю тепла от излучения. Слой снега толщиной около 0,5 м оказывается настолько теплонепроницаемым, что почва под ним не замерзает. К тому же тающий снег — источник влаги на мерзлых почвах. Так, в суровых условиях гор Loiseleuria procumbens может всасывать зимой небольшое количество влаги, образующейся в результате таяния снега при ярком солнечном освещении (Ф.Фукарек и др., 1982).
Колебания температуры слоев почвы зависят от ее состава и ослабляются с глубиной (рис. 7.4). Так, на глубине 1 см у супесчаной почвы суточная амплитуда температур достигает 20 °С с максимумом около 12 ч. По мере углубления амплитуды уменьшаются, а максимум запаздывает: на глубине 20 см он наступает уже около 18 ч, а на глубине 40 см самые низкие температуры отмечаются в полдень и амплитуда здесь не превышает 2 °С. На глубине 80 см температура почвы уже постоянна (В.Лархер, 1978). Сезонные колебания температур фиксируются в почве значительно глубже и амплитуды здесь больше. С глубиной они постепенно сглаживаются, а на уровне 5 — 7 м из-за запаздывания тепловой волны ход температур становится обратным (летом эти слои холоднее). Но эти значения зависят от выраженности климатических сезонов. Так, в тропиках даже на глубине 0,5 м амплитуда не превышает 2 °С. Таким образом, в полдень наивысшая температура наблюдается на границе между воздухом и нагретой солнцем поверхностью почвы. От этого уровня температура понижается как по направлению вверх, так и вниз. В этом случае наблюдается распределение температур типа инсоляции (рис. 7.5).
Ночью припочвенный теплообмен полностью меняется: складывается распределение температур типа излучения. В это время поверхность почвы имеет самую низкую температуру и она возрастает как по направлению вверх, так и вниз. Хотя излучение Земли как космического тела в 204 раз слабее излучения Солнца, оно играет большую роль в формировании климата при- почвенного слоя воздуха, где обитают растения (И. М. Культиасов, 1982). Это излучение особенно велико в ясные ночи и у почв, имеющих низкую теплопроводность. Поэтому, например, Iсиловой режим осушенных торфяников зимой очень неблагоприятен, так как из-за плохой теплопроводности поток тепла из глубоких слоев в них затруднен. Одним из следствий ночного выхолаживания поверхности почвы является конденсация водяною пара и формирование росы летом и инея зимой. Им объясняются также существенные перепады между дневными и ночными температурами в горах, а также раннеосенние и поздневе- сепние заморозки там.

Рис. 7.5. Распределение температур близ поверхности почвы (по Н. Walter, 1951):
А — ночью; Б — днем; шкала температур для А в 10 раз крупнее, чем для Б. / — приземный слой воздуха; // — почва


В природе нередко наблюдается сочетание холодной почвы и теплого воздуха. Таковы условия жизни растений на вечной мерзлоте, болотах и заболоченных лугах, в некоторых тундровых и высокогорных местообитаниях. Многие виды умеренного климата оказываются в ситуации резкого несоответствия холодных почв и прогретого воздуха ранней весной. В связи с этим в экологии растений была поставлена проблема физиологической сухости холодной почвы (недоступности влаги при ее обилии).

Еще в XIX в. Ю.Сакс обнаружил, что при обкладывании горшка льдом может наступить завядание даже обильно политых растений, поскольку корни не способны интенсивно всасывать воду из холодной почвы. На этом основании распространилось мнение о «физиологической сухости» местообитаний с холодными почвами. Однако при этом упускалось из виду, что опыты производились с теплолюбивыми растениями (огурцы — Cucumis sativus, тыква — Cucurbita реро, салат — Lactuca satiua), а в природе виды холодных местообитаний адаптированы к естественному тепловому фону. Корни приспособленных к произрастанию на холодных

почвах растений работают и при низкой температуре, поэтому у большинства растений тундр и болот, у ранневесенних эфемероидов нет проявлений угнетения (затруднение всасывания, расстройство водного режима и т.д.), которые были бы вызваны «физиологической сухостью» холодных почв.
Но при снижении температуры действительно возрастает вязкость воды, что затрудняет ее поглощение корнями, и низкие температуры неблагоприятны для многих процессов жизнедеятельности корней. Результаты опытов с культурными растениями послужили основанием для вывода об отрицательном влиянии низких температур на поглощение всех основных элементов минерального питания. Поэтому «физиологическая засуха» из-за низкой температуры почв возможна, например, при выращивании теплолюбивых растений на холодных почвах или ранней весной для древесных пород, когда необлиственные ветви сильно нагреваются и увеличивают испарение, а интенсивная работа корней еще не началась. Многообразным может быть косвенное отрицательное влияние холодной почвы. От температуры субстрата сильно зависит активность почвенной микрофлоры, в связи с чем в холодной почве может быть мало доступных биогенов (в частности, азота), а при их дефиците нарушается регуляция водного режима растений. С этим может быть связан «ксероморфоз», точнее пейноморфоз (от греч. peina — голод) растений холодных почв. Как показали наблюдения и эксперименты, при низких температурах основным источником азота для растений становится аммоний, так как аммонификация в этих условиях идет достаточно интенсивно, а нитрификация ингибируется (рис. 7.6) (Т.А.Работнов, 1985).

Рис. 7.6. Влияние температуры и влажности почвы на интенсивность нетто-минерализации в лесной почве (по В.Лархеру, 1978):
Л — аммонификация; Б — нитрификация; цифры — характеристика влажности
почвы


Тепловой режим растительного покрова. Для характеристики теплового режима растительного покрова необходимо знать уровень поступления, потребления и излучения энергии, параметры теплообмена. В общем энергообмене растений доля метаболического компонента невелика (около 1 —2 %) и тепло растительный покров накапливает тогда, когда энергии к нему поступает больше, чем отводится.
Между растениями и средой температура выравнивается благодаря теплопроводности, конвекции, испарению и конденсации водяного пара. В растении и фитоценозе проведение тепла незначительно и перенос его происходит главным образом с потоками воздуха и воды. При положительном балансе радиации конвекционный тепловой поток направлен большей частью от поверхности растений, а если она холоднее воздуха, то тепло поступает к ней. Теплообмен с окружающим воздухом путем конвекции тем эффективнее, чем мельче листья, сложнее их контур и больше скорость ветра. При сильной инсоляции в безветренный день у поверхности растения образуется перегретый воздушный слой, из которого поднимается теплый воздух, а ветер ускоряет теплоотдачу, сдувая его.
Благодаря устьичному регулированию транспирации на тепловой режим растительного покрова существенно влияют физиологические процессы. Если растения транспирируют, то происходит их охлаждение, а если на листьях конденсируется роса или иней, — то потепление. Охлаждающий эффект испарения особенно выражен при высокой температуре, низкой влажности воздуха и хорошем водоснабжении. Так, в степи примерно четверть теплоотдачи листа падает на транспирацию. Усиление же ее ветром может приводить к понижению температуры листьев на несколько градусов ниже температуры воздуха.
В сомкнутом насаждении колебание температуры приземного слоя воздуха значительно выравнивается. На лугу при 100%-м проективном покрытии почвы большая часть солнечных лучей поглощается органами растений (рис. 7.7). На слой листьев при-

Рис. 7.7. Поглощение радиации травостоем луга (в Джоулях) (по И.М.Культиасову,1982)



ходится максимальное нагревание, а нагрев почвы снижается, поэтому кривые распределения температур сильно изгибаются. Ход ночных температур в слое травянистых растений тоже имеет специфику: излучение идет и с почвы, и из травостоя. Весной при небольшой высоте растений их неплотный слой не препятствует опусканию холодного воздуха и почва остается более холодной. Но по мере подрастания растений температурный минимум перемещается в их слой. Поэтому колебания температур на почве становятся меньше, чем на открытой поверхности.
В травяных фитоненозах формируется особый фитоклимат, зависящий от сомкнутости и высоты надземных органов. Специфический тепловой режим, создаваемый травостоем, важен для растений. Так, стабилизируя температуру припочвенного воздуха, заросли иван-чая (Chamaenerion angustifolium) благоприятствуют развитию проростков деревьев на гарях. В плотных кустах и кочках обычно тоже создаются благоприятные тепловые условия. Например, в Гренландии в куртинах растений часто фиксируются температуры на 8— 10 °С выше температуры воздуха. Кочки пушицы влагалищной (Eriophorum vaginatum) высотой 20 см раньше освобождаются от снега, и длительность периода вегетации на них может быть больше на 5 —10 %. Внутри кочки субстрат оттаивает быстрее, температура раньше достигает летнего максимума, она выше на 6 — 8 °С и более устойчива, чем между кочками (Т. А. Ра- ботнов, 1985). Повышенные температуры наблюдаются и внутри плотных растений-подушек, распространенных в холодных высокогорных пустынях и приполярных областях.
В лесу до 80 % солнечной радиации перехватывают кроны деревьев, поэтому под ними складывается особый микроклимат. Поскольку радиация поглощается в верхних частях крон, там от-

|»ис. 7.8. Снижение суточных колебаний температур в лесных насаждениях но сравнению с открытой местностью (по И. М. Культиасову, 1982): 1 _ буковый лес; 2 — еловый лес; 3 — сосновый лес


мечаются и самые высокие температуры. Из-за сильного энергообмена там же наблюдаются и большие их суточные колебания. А вблизи почвы температура воздуха обычно остается постоянно невысокой. В высокоствольном насаждении интенсивность проникающей радиации быстро падает и обратное излучение тоже эффективно задерживается. В результате лес значительно снижает суточные колебания температур. Например, летом в жаркие дни температура тут ниже, а ночью выше, чем на открытом месте. И летние почвенные температуры в лесу ниже, а зимой выше, чем вне него (поэтому весенние заморозки заканчиваются раньше, а осенние начинаются позже). Суточные амплитуды температур тем меньше, чем больше сомкнутость крон. Зависит это и от характера кроны лесообразующей породы. Например, в июле колебания температур под лесным пологом в сосняке уменьшаются на 3 °С, а в буковом лесу — на 4,5 °С (рис. 7.8). 

Еще по теме Тепловой режим почвы. :

1. Энергосберегающие способы основной обработки почвы в технологии возделывания кукурузы Водный режим почвы
2.    Тепловой удар
3. Тепловой удар
4. ТЕПЛОВОЙ УДАР (ГИПЕРТЕРМИЯ) - НУРЕкТНЕкМ1А
5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ЭВТРОФНОГО БОЛОТА В.              Ю. Виноградов, Н. Г. Инишев
6. , Водный режим
7. Водный режим экосистем
8. 5.3. НАРУШЕНИЕ РЕЖИМА КОРМЛЕНИЯ
9. V.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВОЗДУХА НАСЕЛЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
10. Приспособления растений к режиму влажности. 
11. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ К СВЕТОВОМУ РЕЖИМУ
12. РЕЖИМ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ ВОД ОСУШЕННЫХМЕЛКИХ ТОРФЯНИКОВ