Вертикальный профиль температуры почвы

Почвенный профиль

Мощность почвенного профиля и его отдельных горизонтов

Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное, зависящее от типа почвообразования изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и биологических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до незатронутой почвообразованием материнской породы. Это изменение может быть постепенным, что отражается плавным ходом соответствующих кривых на графиках распределения, характеризующих те или иные параметры почвы, например содержание гумуса, илистых частиц, полуторных оксидов. С другой стороны, кривые могут иметь ряд минимумов и максимумов, что отражает гори­зонты выноса и аккумуляции тех или иных веществ, резкие различия в составе и свойствах горизонтов профиля.

Мощностью почвы называется ее вертикальная протяженность, т.е. толщина от поверхности вглубь до горной породы, неизмененной почвообразовательным процессом. Вертикальную протяженность почвы называют профилем почвы. Мощность профиля различных почв изменяется в очень широких пределах. «Мощность почвы, это суммарная мощность всех входящих в ее толщу горизонтов А и В (при очень широком понимании горизонта В, включая карбонатно-аккумулятивные, солевые, гипсовые, железистые (плинтитовые) горизонты, но исключая их, если между ними и почвой есть прослойка подпочвы, в случае чего они будут погребенными горизонтами древних почв и должы относиться уже к породе) вплоть до подпочвы» (по определению В.Г. Розанова, 1983). Примитивные и маломощные почвы имеют толщину профиля 1—40 см. Для большинства почв бореального пояса типична мощность 50—150 см. При активном почвообразовании в теплых и влажных условиях мощность может возрастать до 2—5 м.

Почвенный профиль

Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.

Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное, зависящее от типа почвообразования изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и биологических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до незатронутой почвообразованием материнской породы. Это изменение может быть постепенным, что отражается плавным ходом соответствующих кривых на графиках распределения, характеризующих те или иные параметры почвы, например содержание гумуса, илистых частиц, полуторных оксидов. С другой стороны, кривые могут иметь ряд минимумов и максимумов, что отражает гори­зонты выноса и аккумуляции тех или иных веществ, резкие различия в составе и свойствах горизонтов профиля.

Главные факторы образования почвенного профиля, т.е. дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты,—это, во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности) и, во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).

Строение почвенного профиля, т. е. характер и последовательность составляющих его генетических горизонтов, специфично для каждого типа почвы и служит его основной диагностической характеристикой. При этом имеется в виду, что все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены. В разных типах почв отдельные горизонты могут иметь близкие признаки и свойства и быть аналогичными или однотипными в генетическом плане, как, например, гумусовый или глеевый горизонты в разных почвах. Тем не менее, для каждой конкретной почвы всегда имеется комплекс взаимосвязанных горизонтов, составляющих ее характерный профиль, а не их простая сумма.

Генетическая целостность, единство почвенного профиля—основное свойство почвенного тела, почвы как таковой, формирующейся в процессе почвообразования из исходной материнской породы, как единое целое, и развивающейся во времени в единстве составляющих ее генетических горизонтов.

Типы строения почвенного профиля

В соответствии с характером соотношения различных горизонтов можно выделить несколько типов строения почвенного профиля, которые связаны с определенными типами почвообразования, возрастом почв и их нарушенностью природными или техногенными педотурбациями.

Простое строение профиля включает в себя следующие пять типов:

1) Примитивный профиль с маломощным горизонтом А либо АС, лежащим непосредственно на материнской породе;

Примитивный профиль

2) Неполноразвитый профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, но укороченных, с малой мощностью каждого горизонта;

Неполноразвитый профиль

3) Нормальный профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, с мощностью, типичной для неэродированных почв плакоров;

Нормальный профиль

4) Слабодифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и очень постепенно сменяют друг друга;

Слабодифференцированный профиль

5) Эродированный профиль, в котором часть верхних горизонтов уничтожена эрозией.

Эродированный профиль

Сложное строение почвенного профиля также характеризуется пятью типами:

1) Реликтовый профиль, в котором присутствуют погребенные горизонты или погребенные профили палеопочв; с другой стороны, в профиле могут присутствовать не погребенные, а реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущего сейчас по иному типу;

Реликтовый профиль

2) Многочленный профиль формируется в случае литологических смен в пределах почвенной толщи;

Многочленный профиль

3)Полициклический профиль образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, эоловый нанос);

Полициклический профиль

4) Нарушенный (перевернутый) профиль с искусственно (деятельностью человека) или природно (например, при ветровалах в лесу) перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами;

Нарушенный профиль

5) Мозаичный профиль, в котором генетические горизонты, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении, образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоев, а прихотливую мозаику.

Мозаичный профиль

Систематика типов строения почвенного профиля может быть построена и по иному принципу, т. е. не на основе соотношения тех или иных генетических почвенных горизонтов, как приведенная выше, а на основе анализа распределения вещественного состава почвы по ее вертикальному профилю. При этом может рассматриваться какое-то одно вещество или одна группа веществ (например гумус, известь, гипс, водорастворимые соли, глинистые минералы, полуторные оксиды), либо совокупность педохимически сопряженных веществ. Это распределение также определенным образом отражается и в морфологии почвы, например, в окраске почвы или ее плотности, в характере и распределении новообразований. В указанном отношении почвенные профили могут быть разделены на следующие типы:

1) Аккумулятивный профиль с максимумом накопления тех или иных веществ с поверхности при их постепенном падении с глубиной, причем кривая распределения вещества, например гумуса, может иметь регрессивно-аккумулятивный (вогнутая), прогрессивно-аккумулятивный (выпуклая) или равномерно-аккумулятивный характер;

Аккумулятивный профиль—распределение вещественного состава почвы по профилю

2) Элювиальный профиль с минимумом вещества на поверхности при постепенном увеличении его содержания с глубиной, причем опять-таки кривая распределения вещества, например, карбоната кальция, может иметь регрессивно-элювиальный (вогнутая), прогрессивно-элювиальный (выпуклая) или равномерно-элювиальный характер;

Элювиальный профиль

3) Грунтово-аккумулятивный профиль, характеризующий накопление веществ из грунтовых вод в нижней и средней части профиля;

Грунтово-аккумулятивный профиль

4) Элювиально-иллювиальный профиль с минимумом вещества в верхней части и максимумом в средней или нижней;

Элювиально-иллювиальный профиль

5) Недифференцированный профиль с равномерным содержанием вещества по всей почвенной толще.

Академик Б.Б. Полынов делил все морфологические признаки почвы на три группы:

1. свойственные отдельным горизонтам и определяющие их;
2. рассеянные по всему почвенному профилю;
3. свойственные только части профиля, границы которой не совпадают с основными генетическими горизонтами.

Все эти признаки далее могут быть объединены в две другие группы—горизонтные (например, окраска) и внегоризонтыые (например, трещиноватость). Связано это, по мнению Б.Б. Полынова, с тем, что почвообразование складывается из нескольких более или менее независимых частных процессов, каждый из которых дает свой собственный профиль распределения веществ в почве по ее глубине. Горизонты, сформированные одними процессами, могут не совпадать с другими горизонтами, сформированными иными процессами, например гумусово-аккумулятивные и карбонатно-аккумулятивные горизонты. Это приводит к тому, что в одной и той же почве обычно сочетаются разные профили распределения для разных групп веществ. Например, в дерново-подзолистой почве имеет место сочетание аккумулятивного (регрессивно-аккумулятивного, резко убывающего) профиля гумуса, элювиально-иллювиального профиля глинистых минералов и полуторных оксидов, элювиального профиля щелочных и щелочно-земельных металлов.

Распределение веществ в профиле

Сочетания указанных Сочетания указанных типов строения профиля и типов распределения веществ в профиле дают немногочисленные, но весьма характеристические для тех или иных проявлений почвообразования генетические формы почвенных профилей (интегральные названия профилей), среди которых выделяются следующие:

1. Недифференцированный (примитивный) профиль, характеризующий первые стадии почвообразования либо почвы на песках. В профиле выделяются лишь горизонты А и С (либо он может иметь задатки иных горизонтов, с трудом выделяемые в толще материнской породы.
2. Изогумусовый профиль, имеющий сильно выраженную с поверхности аккумуляцию гумуса при постепенном падении его содержания с глубиной и возможную дифференциацию по водорастворимым солям, гипсу, карбонатам, но не имеющий дифференциации по более стабильным компонентам (глинистые минералы, O₃, SiO₂, первичные минералы, первичные минералы); гумусовый горизонт отличается большой мощностью.
3. Метаморфический профиль слабо или сильно дифференцирован по глине и характеризуется процессом оглинивания во всем профиле или во всем профиле или в какой-то его части без элювиально-иллювиального перераспределения веществ, особенно глинистого материала.
4. Элювиально-иллювиально-дифференцированный (текстурно-дифференцированный) профиль—профиль почв с четко выраженными элювиальными и соответствующими им иллювиальными горизонтами.
5. Гидрогенно-дифференцированный профиль, сформировавшийся под влиянием гидрогенной аккумуляции каких-либо веществ в условиях древнего или современного гидроморфизма, и характеризующийся их аккумуляцией в определенной части. Обычно это аккумуляция солей, гипса, карбоната кальция, гидроксидов железа, SiO.
6. Криогенно-дифференцированный профиль, фактором специфической дифференциации и педотурбаций в котором служит присутствующая на некоторой глубине многолетняя льдистая мерзлота.
7. Антропогенно-дифференцированный (искусственный) профиль создается человеком, например при плантажной вспашке, рекультивации нарушенных земель, трансплантации почв на каменистых склонах, кольматировании понижений рельефа и их последующем дренировании.

Источник

Температура почвы и воздуха. Тепловой режим почв

Популярные материалы

Today’s:

Температура почвы и воздуха. Тепловой режим почв

Теплово́й режи́м почв — совокупность и последовательность всех явлений поступления, перемещения, аккумуляции и расхода тепла в почве на протяжении определенного отрезка времени (так различают суточный и годовой тепловой режимы). Основным показателем теплового режима является температура почвы (на разных глубинах почвенного профиля). Она зависит от климата, рельефа, растительного и снежного покрова, тепловых свойств почвы.

Тепловой режим обусловлен преимущественно радиационным балансом , который зависит от соотношения энергии солнечной радиации , поглощенной почвой, и теплового излучения. Некоторое значение в теплообмене имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см² в год.

Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10-20 ккал (42-84 кДж)/см², в южной тайге — 30-40 (126—167), в черноземной зоне — 30-50 (126—209), а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см² в год.

И величина радиационного баланса, и дальнейшее преобразование фактически поступившего в почву тепла теснейшим образом связаны с тепловыми свойствами почвы: теплоемкостью и теплопроводностью. Однако наиболее крупные изменения в тепловом режиме почв определяются различиями общеклиматических условий. чаще всего о тепловом режиме судят по её температурному режиму. Температурный режим графически изображается в виде термоизоплет — кривых, соединяющих точки одинаковых температур.

Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя, но отстает от него. Средние годовые температуры почвы возрастают с севера на юг и с востока на запад. В пределах России и сопредельных государств среднегодовая температура почвы изменяется в пределах от −12 до +20°С. Выделяются 2 области — положительных и отрицательных среднегодовых температур почвы на глубине 20 см. Геоизотерма 0°С проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см в основном совпадает с областью распространения многолетнемерзлых пород.

Типы температурного режима почв — по классификации В. Н. Димо выделяются следующие Т. т. р. п.:

Как определить температуру почвы для посадки. Все о температуре почвы

Разные культуры можно высаживать дедовским способом: в одно и то же время каждый год. Однако климат меняется, соответственно, и температура почвы становится другой. Каждому растению для развития требуются свои условия, и первое на что надо обращать внимание – это состояние почвы.

В нашей статье объясним подробно, когда семя готово прорасти в земле и как узнать, что пора заняться посадкой; что понадобится для измерения температуры почвы и как быть, если нет нужных приборов под рукой; по каким народным приметам можно ориентироваться, что пришло время высаживать растения.

Тепловые характеристики почвы

Температура почвы очень важна для посадки, поскольку от этого показателя зависит поступление влаги и минерального питания к корням, рост и дыхание растения. Зимой культуры не высаживают именно потому, что в мороз перестают происходить процессы почвообразования. В прогретой до определенного показателя почвенной среде вновь начинается передвижение воды, возобновляют свою деятельность микробы и так далее. На температуру почвы влияют географическое положение местности и высота над уровнем моря, также имеют значение и свойства самого грунта: его механический состав, состояние влажности, другие свойства.

Глинистая почва при влажном климате летом будет не такой теплой, как почва с легким механическим составом, а вот в зимний период песчаная земля промерзнет сильнее, нежели более связные почвы. Увлажненная земля летом холоднее, чем сухая. Структурный грунт за счет лучшего воздухообмена быстрее прогреется весной, чем бесструктурный. Температура наружного слоя земли всегда более высокая по сравнению с корнеобитаемым слоем.

Температура почвы на глубине 10 см. Геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения и эффективность их применения в климатических условиях России

Г. П. Васильев , научный руководитель ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ»

В отличие от «прямого» использования высокопотенциального геотермального тепла (гидротермальных ресурсов) использование грунта поверхностных слоев Земли как источника низкопотенциальной тепловой энергии для геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения (ГТСТ) возможно практически повсеместно. В настоящее время в мире это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Грунт поверхностных слоев Земли фактически является тепловым аккумулятором неограниченной мощности. Тепловой режим грунта формируется под действием двух основных факторов – падающей на поверхность солнечной радиации и потока радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15–20 м.

Тепловой режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины («нейтральной зоны»), формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата (рис. 1). С увеличением глубины температура грунта также увеличивается в соответствии с геотермическим градиентом (примерно 3 °С на каждые 100 м). Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. Как правило, эта величина составляет 0,05–0,12 Вт/м 2 .

При эксплуатации ГТСТ грунтовый массив, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта (системы теплосбора), вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. При этом в капиллярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые, прежде всего, связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы водяного пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков, а также грунтовые воды.

При какой температуре воздуха почва прогреется до 10 градусов. Узнайте температуру вашей почвы

Вряд ли чтение прогноза погоды в местной газете отнимет у вас много времени: песчаная почва — 32 °C; глинистая почва — 27 °C… Температура почвы изменяется также, как и температура воздуха. Различие в одном: температура почвы не может меняться с той же интенсивностью, как температура воздуха. Наверное одна часть вашего сада прогревается больше (или меньше), чем другая, в зависимости от ее местоположения, химического и физического состава почвы.Сначала давайте выясним, как температура почвы влияет на результаты ваших посевов .

Приведем некоторые примеры:

1. Прорастание семян зависит от степени прогрева почвы, так же и от степени прогрева воздуха.
2. Посадка самых ранних культур, как только почва достаточно прогрелась весной, позволяет по истечении периода вегетации посадить на то же место поздние культуры.
3. Мульчирование или выращивание культур в защищенном грунте позволяет измерять температуру почвы так, как это нужно вам.
4. Мелкие животные типа кроликов выбирают для своих нор в саду только те места, где температура поверхности почвы более высокая, потому-что это защитит их от зимних морозов.
5. Вам необходимо научиться спасать растения от повреждения низкими температурами.
6. Вы можете помогать полезным бактериям почвы, если знаете, при какой температуре почвы условия для их жизнедеятельности оптимальны.

Люди, которые занимаются земледелием по органическому методу, хорошо знают, что их почва – живая, она является домом для миллионов полезных бактерий. Для наилучшего осуществления своей работы бактерии требуют особых условий по теплу, влажности и доступности почвенного воздуха.

Эти условия имеются только в верхнем (культурном) слое почвы; их легче достигнуть на супесчаных почвах, чем на глинистых, где влажность слишком высока и всегда имеет место недостаток кислорода.

Согласно Т. Бэдфорду Франклину, автору «Климата в миниатюре», «поля кукурузы желтеют, особенно в областях с глинистыми почвами, когда холод и сушь восточных ветров охлаждают почву весной, — это происходит от того, что в холодной почве бактерии производят слишком мало нитратов для того, чтобы почвы могли дать урожай; только при наступлении более теплого периода бактерии начинают активно работать – ярко-зеленый цвет возвращается к кукурузе.

Как определить температуру почвы по температуре воздуха. Расчёт температуры грунта на заданной глубине

Часто при проектированиидля моделирования температурных полей и для других расчётов необходимо узнать температуру грунта на заданной глубине.

Температуру грунта на глубине измеряют с помощью вытяжных почвенно- глубинных термометров. Это плановые исследования, которые регулярно проводят метеорологические станции. Данные исследований служат основой для климатических атласов и нормативной документации.

Для получения температуры грунта на заданной глубине можно попробовать, например, два простых способа. Оба способа заключаются в использовании справочной литературы:

1. Для приближённого определения температуры можно использовать документ ЦПИ-22. «Переходы железных дорог трубопроводами». Здесь в рамках методики теплотехнического расчёта трубопроводов приводится таблица 1, где для определённых климатических районов приводятся величины температур грунта в зависимости от глубины измерения. Эту таблицу я привожу здесь ниже.

1. Таблица температур грунта на различных глубинах из источника «в помощь работнику газовой промышленности» еще времён СССР

Нормативные глубины промерзания для некоторых городов:

Глубина промерзания грунта зависит от типа грунта:

Можно конечно попробовать рассчитать температуру грунта, например, по методике, изложенной в книге С.Н.Шорин «Теплопередача» М.1952. На стр.115. Но такой расчёт весьма сложный и не всегда оправдан.

Я думаю, что самый простой вариант, это воспользоваться вышеуказанными справочными данными, а затем интерполировать.

Самый надёжный вариант для точных расчётов с использованием температур грунта — воспользоваться данными метеорологических служб. На базе метеорологических служб работают некоторые онлайн справочники. Например, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Здесь достаточно выбрать населённый пункт, тип грунта и можно получить температурную карту грунта или её данные в табличной форме. В принципе, удобно, но похоже этот ресурс платный.

Если Вы знаете ещё способы определения температуры грунта на заданной глубине, то, пожалуйста, пишите комментарии.

Источник