Зимние морозы и разрыхление почвы
Если задать вопрос: «Что хорошо разрыхляет почву?», то большинство ответит: «Дождевые черви». Бесспорно. Но есть природное явление, которое разрыхляет почву еще лучше. Это зимние морозы.
Полезный червячок
Чарльз Дарвин писал, что: «. задолго до того, как человек изобрел плуг, дождевые черви научились правильно и хорошо обрабатывать землю». Вот такой интересный факт выяснили ученые – дождевые черви за несколько лет комочек за комочком пропускают через свой организм всю почву земли, то есть плодородный слой. Удобряя ее своими выделениями, подземные архитекторы складывают почвенные комочки так, что между ними могут проникать свободно воздух и влага.
Мороз нам в помощь
При снижении температуры в почве замерзает вода и образуется лед, который несколько увеличивается в объеме, и он раздвигает или разрывает частицы почвы. А после оттаивания почвы эти частицы остаются раздвинутыми. Это особо полезно для тяжелых по гранулометрическому составу почв, поскольку такие почвы трудно поддаются обработке.
Итак, промерзание влажного верхнего слоя способствует улучшению физических свойств тяжелых почв, вследствие разрыва крупных комочков на маленькие при расширении пор со льдом. Поэтому, если такие почвы, вспаханные или перекопанные осенью, при весенней обработке достаточно легко разрыхляются.
Зимние морозы разрыхляют такие почвы на значительную глубину — от 30 до 50 см, а то и до метра. Глубина промерзания почвы зависит от рельефа, а также от грунтовых и погодных условий. Глубокое промерзание почв, как правило, происходит в малоснежные зимы с длительными, сильными морозами.
Однако если с осени и начала зимы в почве нет достаточных запасов влаги, то сильные морозы на фоне малоснежной зимы пользы для почвы принесут мало.
В последние годы из – за изменения климата зимы становятся все тепле. Также в осенне-зимний период в почве уменьшаются запасы влаги. Поэтому промерзание почвы уже не происходит на значительной глубине, как раньше. И раздвигание частиц почвы льдом проходит с меньшей интенсивностью. Поэтому ученые одной из причин ухудшения свойств почв называют уменьшение морозных дней и запасов влаги в почве
Как задержать снег
Что же делать огороднику, чтобы задержать снег у себя на земельном участке? Для этого необходимо оставить на зиму кулис (перемежающиеся полосы из 2—3 рядов) из подсолнечника, кукурузы и других высокостебельных растений. Также не выбрасывайте с участка растительные остатки в виде ботвы, мульчи (сена или соломы) и др. Помогут задержанию снега, оставленные на зиму срезанные ветви деревьев, лежащие на земле стебли малины и смородины, стебли кукурузы и другие растения.
Если зима выдалась малоснежной, а морозы продолжают крепнуть, можно перебросить снег, который лежит возле дома, на стоянке или дорожках, на участок. Но, делать это лучше всего, когда на улице мороз, в этот период снег легкий и пушистый.
Источник
Термический режим снежного покрова и поверхности земли в течение зимы
В зимний период в тех районах, где наблюдаются холодные зимы, снежный покров играет большую роль, оберегая поверхность почвы и приземные слои от сильных морозов и промерзания. В приземном слое под снегом проводят зиму растения, молодые побеги, которые при сильных морозах могут вымерзнуть. В почве зимуют различные насекомые, в норах зимуют животные, которые так же под снегом спасаются от холодов.
В данной статье подробно рассмотрено как ведет себя температура на разных глубинах снежного покрова, а также на поверхности почвы и в верхнем слое почвы в течение зимы.
Наблюдения проводились в Чувашской Республике в течение холодного периода (ноябрь-апрель) 2017-2018 гг. Для изучения была выбрана открытая площадка, где произрастала луговая растительность.
Для исследований использовались датчики, которые фиксируют и сохраняют температуру в каждый заданный промежуток времени, здесь происходила запись температуры каждый час.
В конце октября были установлены первые датчики, один из них был погружен под землю на глубину 10 см (рис.1), а другой установлен на поверхности земли. Сверху на земле была установлена вертикальная деревянная рейка с намеченной высотой (рис.2), на которую в течение зимы по мере выпадения снега устанавливались дополнительные датчики на каждые 10 см от земли. Всего за время исследований было установлено 7 датчиков:
1) 10 см под землей;
2) поверхность земли;
3) 10 см от поверхности земли;
4) 20 см от поверхности земли;
5) 30 см от поверхности земли;
6) 40 см от поверхности земли;
7) 50 см от поверхности земли.
Датчики крепились на деревянную рейку на определенной высоте, по мере выпадения снега они оказывались в нетронутой толще снежного покрова и продолжали замерять температуру в данной точке всю зиму. Все датчики были сняты после схода снега в середине апреля.
Датчик погруженный на глубину 10 см (№1) был установлен в самом конце октября. Почти весь ноябрь был без снежного покрова, лишь в отдельные дни, на несколько суток выпадал маломощный временный снежный покров (до 1-2 см).
В среднем температура на 10 см глубине в ноябре составляла +2,5…+3,5°С. Средняя температуры воздуха в эти дни держалась на уровне +1…-4°С.
Также в ноябре был установлен датчик на поверхности почвы (№2), ее средняя температура в ноябре без снега составила +0,3°С, в то время как средняя температура воздуха составила -1,5°С (см. рис.3).
Таким образом, без снежного покрова температура на глубине почвы оставалась на 2-6 градуса теплее воздуха, а температура на поверхности почвы оставалась в среднем на 2 градуса теплее температуры воздуха.
В конце ноября наступили морозы, снега все еще не было. Температура воздуха опустилась до -7…-11 градусов. Поверхность земли при этом остывала лишь до -3…-4 градусов, а на глубине 10 см продолжала оставаться в положительных значениях +1…+2°С.
С первых чисел декабря выпал снежный покров. В среднем за весь месяц его толщина составляла 15-20 см. Помимо двух ранее установленных датчиков был установлен датчик №3 на высоту 10 см от поверхности земли. При средней высоте снежного покрова в 15-20 см, датчик №3, находившийся на высоте 10 см от земли, в течение месяца в основном был прикрыт 5-10 сантиметровым слоем снега. При такой толщине снега датчик №3 в декабре фиксировал температуру около -1…-3°С, в то время как температура воздуха составляла -3…-5°С, (т.е. 5-10 см толща снега обеспечивала температуру на 2 градуса теплее).
Температура на поверхности земли (датчик №2) уже меньше зависела от температуры окружающего воздуха. В течение декабря температура составляла -1…+1°С. На рис. 2 видно, что с увеличением снежного покрова до 15-20 см температура на поверхности почвы стабилизировалась и достигла слабоположительных значений около +0,4…+0,5°С.
Температура на глубине 10 см под землей (датчик №1) еще меньше зависела от окружающего воздуха. Температура в начале декабря держалась на уровне +1,5 градуса. С установлением более мощного снежного покрова температура повысилась до +2,0 градусов.
Большую часть января высота снежного покрова составляла 20-23 см, лишь в последние пять дней месяца прошли снегопады, и высота снега увеличилась до 40-50 см.
Температура на высоте 10 см от земли (т.е. на глубине 10 см от поверхности снега) продолжала сильно зависеть от температуры воздуха, это хорошо видно по показанию датчика №3 на рис. 5.
В период с 5 по 7 января наступили морозы, средняя суточная температура в эти дни составила -10…-12°С, на глубине снега 10 см температура опускалась до -7…-8°С (на 2-4 градуса теплее окружающей температуры воздуха). Остальную часть января температура воздуха держалась в пределах -7…-13°С, с отдельными кратковременными похолоданиями до -16…-18°С. Несмотря на это, за счет увеличения снежного покрова до 23-25 см, температура третьего датчика стала колебаться меньше и держалась в пределах -1…-4°С (теплее температуры воздуха уже на 6-9 градусов).
Температура на поверхности почвы (датчик №2) при высоте снега 20 см продолжала зависеть от температуры воздуха. В период похолодания (5-7 января) температура на поверхности земли опустилась с 0°С до -2,5°С. В дальнейшем с увеличением снежного покрова температура стабилизировалась, установившись в пределах 0°С, что теплее температуры воздуха на 7-13 градусов.
Под землей (на 10 см глубине от поверхности земли) на датчике №1 температура почти не колебалась, весь январь держалась в пределах +1,0…+1,7°С (на 15 градусов теплее температуры воздуха).
К началу февраля высота снега достигла 47-50 см и весь февраль сохранилась такая мощность снежного покрова.
В конце января был установлен еще один датчик (№4), который находился на высоте 30 см от земли. При преобладающей в феврале высоте снега около 47-50 см, датчик находился в сугробе на глубине 20-23 см от поверхности снега. Температура в данной точке довольно сильно зависела от температуры воздуха и колебалась вслед за ней. Больше всего это было связано с тем, что верхний слой снега после снегопадов был рыхлым и пропускал холодный воздух. При потеплении окружающего воздуха до -2…-4°С, датчик прогревался до -1…-3°С. При похолодании до -11…-13°С, датчик в толще снега остывал почти до этих же значений в -10…-12°С.
Датчик №3, находящийся теперь в сугробе на глубине 37-40 см от поверхности снега (а от поверхности земли на высоте 10 см), колебаниям температуры окружающего воздуха подвергался незначительно. За месяц температура в данной точке изменялась от -3…-4°С до 0…-1°С и была выше температуры воздуха на 10 градусов.
Температура на поверхности почвы (датчик №2) в среднем за месяц составила -0,5°С (теплее воздуха на 11-12 градусов). При максимальном похолодании, когда снаружи воздух остывал до -15…-20°С, температура на поверхности почвы опускалась лишь до -1,5…-1,8°С, в остальное время была в пределах -0,2…-0,5°С.
Амплитуда температуры почвы (на глубине 10 см под землей) за февраль составила всего 0,4 градуса, весь месяц температура держалась в пределах +0,7…+1,1°С, плавно понижаясь к концу месяца. Здесь температура была на 12-13 градусов выше температуры воздуха.
В первые дни марта высота снега составила 50 см, затем весь месяц держалась в пределах 57-59 см.
В конце февраля был установлен температурный датчик №5 на высоте 50 см от поверхности земли (почти весь март он находился на глубине 7-9 см от поверхности снежного покрова). Весь месяц температура в данной точке сильно зависела от температуры воздуха. Средняя температура за месяц здесь составила -6,7°С, а температура окружающего воздуха -8,7°С (т.е. мощность снега в 7-9 см в среднем не давала остыть на 2 градуса).
Датчик №4 (30 см от поверхности земли) весь март находился в толще сугроба, на глубине почти 30 см от поверхности снега. Его температура также подвергалась колебаниям окружающей температуры. В первые дни марта, когда стояли морозы -15…-20°С, а в ночные часы -23…-25°С, температура на данной глубине составляла -9…-10°С. Когда температура воздуха в середине марта повысилась до -7…-12°С, в данной точке температура повысилась до -3…-6°С.
Датчик на высоте 10 см от земли (№3) в марте находился под 50 см толщей снега. Когда температура воздуха опускалась до -15…-20°С (по ночам -23…-25°С), на данной глубине было -3…-4 градуса, затем температура немного поднялась до -1…-3 градусов.
Температура на поверхности почвы (№2) изменялась очень слабо, в самые сильные морозы составляла -1 градус, а в остальное время держалась чуть ниже нуля (-0,1…-0,5°). Здесь температура была в среднем на 10-11 градусов выше температуры воздуха.
Температура почвы (на глубине 10 см) весь март оставалась неизменной, все дни держалась ровно +0,6 градусов.
К концу марта высота снега составляла еще 59 см, среднесуточные температуры держались в пределах -2…-4°С, днем начались регулярные оттепели до +1…+4°С. При таких температурах воздуха вся толща снежного покрова прогрелась до 0 градусов. В апреле, когда происходило разрушение снежного покрова, вся толща снежного покрова сравнялась с температурой на глубине 10 см, и составляла +0,6 градусов.
Для изучения суточного изменения температуры в толще снежного покрова были построены графики распределения температуры на 6 и 15 часов (рис. 8). Для этого были взяты данные за 1 марта, когда наблюдалась безоблачная погода, и солнце хорошо влияло на прогрев поверхности снега.
В этот день в 6 утра температура воздуха на высоте 2 метра от поверхности земли составляла -19,4°С. На поверхности снега температура была ниже и составляла -21,6°С, это связано с ночным выхолаживанием в приземном слое, в нашем случае — «приснежном». Далее с погружением в снег температура повышалась, примерно на 3-5 градусов на каждые 10 см. На поверхности почвы температура составила -1,0°С, а на глубине 10 см под землей +0,6°С.
К 15 часам температура верхнего слоя сильно изменилась по сравнению с утренними показаниями. Поверхность снега прогрелась до -7,8°С (почти на 14 градусов теплее утренних значений), при этом температура воздуха в данный момент составляла -9,0°С. Как видно на графике, днем прогрелся верхний слой снега в интервале от 30 до 52 см. А датчики на высоте 0 см, 10 см и 20 см от поверхности земли и вовсе показали температуру ниже, чем было утром (на 0,1-0,4 градуса), в этой толще снега сохранялось похолодание от прошедшей морозной ночи. На глубине 10 см под землей температура осталось неизменной и составляла +0,6°С (здесь такая температура оставалась одинаковой весь март).
Еще один график температур был построен по данным за 5 апреля по срокам за 4, 9 и 15 часов. В этот день (как и в прошедшие несколько дней) наблюдалась весенняя солнечная погода, когда днем воздух прогревался до +6…+12°С, а ночью температура на высоте 2 м от поверхности земли составляла -1…+1°С. Казалось бы, имеются все условия для быстрого схода снега – солнечная погода, ночные заморозки слабые или их совсем нет, днем тепло, но, не смотря на это, снег тает очень медленно. Одна из причин хорошо отображается на графиках, отображенных на рисунках 9 и 10.
Высота снега в этот день (5 апреля) составляла 44 см. Ночью температура воздуха на высоте 2 м опустилась всего до -0,4°С, днем воздух прогревался до +11,3°С.
Ночью при ясном небе происходило интенсивное выхолаживание приземного слоя (верхнего слоя снега). По данным на 4 утра, над самой поверхностью снега (4-5 см) воздух остыл до -6,4° в то время как на высоте 2 м температура была на 6 градусов теплее и составляла всего -0,4°. На глубине снега 5-15 см от его поверхности температура опустилась до -2…-4°С. В эту ночь верхний слой снега промерз до глубины 22 см, ниже температура была в слабых положительных значениях +0,2…+0,3°С.
На 9 утра, когда воздух прогрелся до +2,2 градусов, в верхнем слое снежного покрова сохранялись отрицательные значения температуры в пределах -1,5…-1,7°С. Таким образом, верхний слой снега еще не начинал таять. Ниже глубины 20 см в снегу круглосуточно сохраняется стабильная температура в пределах +0,2…+0,3°С.
На рисунке 8 хорошо видно, что почти в течение всех суток (5 апреля) температура воздуха на высоте 2 м была выше нуля градусов, лишь с 2 до 5 часов ночи температура ушла в слабый минус (-0,1…-0,4°С). В те же ночные часы на глубине 5-15 см от поверхности снежного покрова температура составила -2…-4°С. Днем, когда взошло солнце, и воздух прогрелся до +8…+10°С, верхний слой снега также прогрелся до +3…+6°С. В вечерние часы с заходом солнца температура воздуха опустилась до +3…+4°С, верхний слой снега из-за радиационного выхолаживания стал резко остывать, к 22-23 ч он охладился до -4…-6°С, что холоднее воздуха на 7-9 градусов.
Таким образом, при схожих погодных условиях, что наблюдались 5 апреля при проведении замеров — ясной погоде, постоянной положительной температуре в течение суток, верхний слой снега (до глубины 15-20 см) ночью сильно выхолаживается. В положительных температурах он находился лишь в период с 10 до 18 часов. Около 8 часов в сутки он мог таять, несмотря на то, что почти в течение всех суток температура воздуха была положительной.
Проведя замеры температуры в разных точках снежного покрова, поверхности земли и под землей в течение всего зимнего периода 2017/2018 г, можно сделать следующие обобщенные выводы, приведенные в табл. 1.
Датчик, находящийся на глубине 10 см под землей, за зиму ни разу не отметил минусовых значений. Теплее всего в этой точке было в ноябре, когда земля оставалась еще теплой после летнего сезона, в это время температура здесь держалась на уровне +2,5…+3,5°С. К началу декабря температура под землей опустилась до +1,5 градуса, но с увеличением снежного покрова повысилась почти до 2 градусов. Затем снова пошла на спад и всю зиму медленно опускалась без особых колебаний. К марту температура опустилась до +0,6°С и продержалась на этой отметке до полного схода снега.
На поверхности земли до наступления сильных морозов температура держалась в пределах -1…+1°С. Перед наступлением морозной погоды выпал снег (16-20 см), он помог сохраниться температуре около нулевой отметки. В интервале -1…+1 градусов температура продержалась всю зиму. Холоднее всего на поверхности почвы было в конце февраля, когда температура воздуха опускалась до -25°, под 50 см толщей снега температура было около -1 градуса.
На высоте 10 см от земной поверхности температура в течение зимы составляла
0…-3°С, а на высоте 20 см от земли средняя температура держалась на уровне -2…-6°С.
Более высоко установленные датчики, которые находились в верхнем слое снежного покрова, сильно зависели от температуры воздуха, поэтому в течение зимы были большие перепады вслед за изменением окружающего воздуха. Но на этих высотах, находясь в снежной толще, датчики фиксировали в среднем температуру выше, чем была температура воздуха. Но, в отдельных случаях (к примеру, который рассматривался ранее), при ночном выхолаживании верхние слои снега остывали сильнее воздуха.
Источник