РЕФЕРАТ По Метеорологии На тему: «Тепловые характеристики почвы и их зависимость от состава почв».. Ахвердиев реферат 3. Реферат по Метеорологии На тему Тепловые характеристики почвы и их зависимость от состава почв
 Скачать 109.64 Kb.
|
Мытищинский филиал МГТУ им. Н. Э. Баумана. Кафедра ЛТ2. РЕФЕРАТ По Метеорологии На тему: «Тепловые характеристики почвы и их зависимость от состава почв». Студент: Ахвердиев Самир Тариелович Группа: ЛТ2 22Б Преподаватель: профессор Гусев А.Ю. Москва 2022 г. Содержание Введение………………………………………………………………………….2 Глава 1: Тепловые свойства почвы……………………………………………....4 Глава 2: Тепловой режим почв и его регулирование…………………………...5 Заключение…………………………………………………………………….....15 Список литературы………………………………………………………………17 Введение Почва – поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой многофункциональную гетерогенную четырехфазную структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Почва – одно из важнейших богатств, которыми располагает человек, так как является основным источником нашего пищевого благосостояния. Основной 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: Почвообразовательный процесс – скорость выветривания минералов, растворение минеральных веществ и газов, контролирует фазовые переходы в системе почва – почвенный раствор – почвенный воздух; Плодородие почвы – численность и активность микроорганизмов, процессы минерализации, гумификации и другие биохимические процессы; Жизнедеятельность и продуктивность растений – прорастание семян, развитие корневой системы, скорость поступления питательных элементов и воды, ростовые процессы, транспирация воды. Цель работы: изучить основные факторы тепловых свойств и режимов почвы. Объект исследования: почва, ее состав, структура и свойства. Задачи: Изучить теоретические основы данной темы Сделать общие выводы Глава 1: Тепловые свойства почвы Тепловое 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 относится: теплопоглотительная способность ( теплопоглощение), теплоемкость и теплопроводность. Теплопоглощение – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца, характеризуется величиной альбедо. Альбедо – количество солнечной радиации, отраженная поверхностью почвы по отношению к общей солнечной радиации, достигающей поверхности почвы, выраженная в %. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Альбедо зависит от : 1) цвета, 2) влажности, 3) структурного состояния, 4) содержания гумуса, 5) выравненности 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 способность. 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. Измеряются количеством тепла в коллориях, необходимого для нагревания 1кубического см. или 1 г почвы на 1 градус цельсия, 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 см2 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 оС, песков в Каракумах – 70 – 80 оС). Глава 2: Тепловой режим почв и его регулирование Совокупность явлений поступления, переноса аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом почвы. Он формируется под влиянием климата (потока солнечной радиации, условий увлажнений, континентальности и др.), а так же 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 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 часов, минимальная – ночью. С глубиной суточная амплитуда изменений температуры значительно снижается и затухает на глубине около 50 см. Скорость передачи тепла в глубь профиля замедляется, и поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах почв наступает в разное время. В среднем имеет место запаздывания в 2-3 часа 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 суточная. 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 6м годовая температура колеблется менее чем на 1 градус Цельсия. 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. В следствии инерционности теплопереноса в почвенной толще установление максимальной температуры почв отстает от максимуму 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 оС в горизонте почвы 0 – 20 см, длительность вегетационного периода (выше 10 оС) 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 оС, в то время как на целине не более 18 – 23 оС. 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. Закономерности распространения тепла в почве. Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы вследствие теплопроводности передаются в более глубокие ее слои. Распространение температурных колебаний в глубь почвы (при однородном составе почвы) происходит в соответствии со следующими законами Фурье: Период колебаний с глубиной не изменяется, то есть как на поверхности почвы, так и на всех глубинах интервал между двумя последовательными минимумами и максимумами температуры составляет в суточном ходе 24 часа, а годовом 12 месяцев. Если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда уменьшается в геометрической прогрессии, то есть с увеличением глубины амплитуда быстро уменьшается. Слой почвы, температура в котором течении суток не изменяется, называют слоем суточной температуры. В средних широтах этот слой начинается с глубины 70-100 см. слой постоянной годовой температуры в средних широтах залегает глубже 15-20 м. Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы. Это запаздывание прямо пропорционально глубине. Суточные максимумы и минимумы запаздывают на каждые 10 см. глубины в среднем на 2,5-3,5 часа, а годовые на каждый метр глубины запаздывают на 20-30 суток. Согласно теоретическим расчетам Фурье, глубина, до которой проявляется годовой ход температуры почвы, должна примерно в 19 раз превышать глубину проявления суточных колебаний. В действительности наблюдаются значительные отклонения от теоретических расчетов, и во многих случаях глубина проникновения годовых колебаний оказывается больше расчетной. Это обусловлено различием во влажности почвы по глубинам и во времени, изменением температуропроводности почвы с глубиной и другими причинами. В северных широтах глубина проникновения годового хода температуры почвы составляет в среднем 25 м., в средних широтах – 15-20 метров, в южных – около 10м. Термоизоплеты. Термоизоплета – линия равной величины температуры на графике, координатами которого служат две другие величины, например глубина (высота), время. Выражает зависимость между временными величинами.  Изоплеты температуры почвы для Санкт-Питербурга.На таком графике связываются температура почвы, глубина и время. Для построения графика на вертикальной оси откладывают глубины, а на горизонтальной – время (обычно месяцы). На график наносят среднюю месячную температуру почвы на разных глубинах. Затем точки с одинаковой температурой соединяют плавными линиями, которые называют термоизоплеты. Термоизоплеты дают наглядные представления о температуре активного слоя почвы на любой глубине в каждый месяц. Такие графики используют, например, для определения глубины проникновения критических температур, повреждающих корневую систему плодовых деревьев. Эти графики используют так же в коммунальном хозяйстве, в промышленном и дорожном строительстве, при мелиорации. Мощность мёрзлого слоя обязательна учитывается при закладывании дрен (труба или подземный канал для отвода почвенных вод) в мелиорируемых районах. В Ленинградской области агрометеорологические станции и посты, на которых проводятся наблюдения за температурой поверхности почвы, находятся в Сосново, Тихвине, Волосово, Белогорске, Николаевском, Любане, Колпино, Кипени и Осьмино. Заключение Почва – колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека продуктами питания, животных – кормами, а промышленность сырьем. Основными тепловыми свойствами почвы является теплопоглотительная способность, теплоёмкость и теплопроводность. Теплопоглотительная способность – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной Альбедо (А). чем больше величина альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Это показатель является важнейшей тепловой характеристикой почвы и зависит от ее цвета, структурного состояния, влажности, выравнивания поверхности и растительного покрова. Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания многочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки. На поверхности почвы и в свежем опаде перезимовывают семена высших растений с тем, чтобы на будущий год дать новое потомство или пополнить почвенный семенной запас многолетнего хранения. Кроме этого, важным проявление почвенной функции сохранения и депо зачатков организмов является наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов. Микробный пул оказывается богатым по видовому разнообразию, что весьма важно для успешного функционирования почв и экосистем. Температура почвы является фактором, сильно влияющим на интенсивность ее химических, физико-химических и биологических процессов. Скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза с повышением температуры на каждые 10 градусов. Тепло – необходимый фактор жизнедеятельности растений. От температурных условий почвы зависит прорастание семян, развитие и распространение корневых систем, скорость прохождения отдельных стадий, интенсивность фотосинтеза. Температурный режим почв регулирует количество микроорганизмов и их активность. Неудовлетворительное состояние почвы может привести к снижению продуктивности растений и даже к их гибели. Поэтому важно знать закономерности формирования температурного режима почвы приемы его регулирования. Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепловой энергии называется тепловым режимом почвы. Теплое состояние почвы характеризуется показателями температуры ее генетических горизонтов и определяется теплообменом в системе: приземный слой воздуха – растения – почва – материнская порода. В самой почве так же происходит теплообмен, обусловленный разностью температур поверхности почвы и ниже расположенных горизонтов. Тепловые свойства почв тесно связаны с физическими свойствами почвы, так как в почве тепло передается от одной твёрдой частички к другой. Поэтому, чем более плотная почва, тем скорее она нагревается. Когда в почве много пор с воздухом или водой, то такая почва нагревается длительное время. Приход и расход тепла почвы составляет баланс тепла. Когда больше поступает тепла, чем расходуется, то почва имеет положительный баланс тепла. Анализ главных почвенных функций в биосфере приводит к мнению, что основой этих функций являются потоки веществ и энергии как внутри почвы, так и на ее границах. Именно благодаря этим вещественно-энергетическим потокам почва сообщается с другими компонентами биосферы, осуществляя указанные функции. При этом основой формирования, динамики этих потоков являются физические почвенные свойства и процессы. Список литературы Учебные тексты по метеорологии https://ru.wikipedia.org/?l https://studbooks.net/1005078/ekologiya/zaklyuchenie Косарев В.П. Лесная метеорология с основами климатологии. Учебное пособие. ЛЛТА. СПБ, 2002. – 263 с. https://bstudy.net/752715/agro/teplovye_svoystva_teplovoy_rezhim_pochv Косарев В.П., Таранков В.И. Лесная метеорология. Учебник. М.: Экология, 1991. - 176 с |
