Как влияет черноземные почвы на отражение снега

Обновлено: 05.10.2024

Твердые осадки в виде снега составляют в лесостепной зоне от 20 до 33%, а в степной — от 18 до 44% годового количества осадков, в абсолютном же выражении это равняется для первой зоны 100—160 мм, для второй — 60—160 мм.

В лесостепной зоне количество твердых осадков возрастает в направлении на северо-восток, исключение составляют районы Западной Сибири. В степной зоне наименьшее количество снежных осадков выпадает в южных районах СССР, на Северном Кавказе и в некоторых районах Казахстана.

Средняя мощность снегового покрова в указанных зонах 15—30 см, что соответствует 50—100 мм дождевых осадков. В мае-июне здесь выпадает осадков 60—80 мм. Следовательно, если все зимние осадки задержать на месте и предотвратить сток талых вод, то они могут дать даже больше влаги, чем майско-июньские дожди.

Однако не весь снег сохраняется на полях. Значительная часть его сдувается ветром в балки, овраги, скопляется около лесных опушек. Чем более изрезан рельеф, тем больше сносится снега. Специальные наблюдения показали, что в бассейне Верхнего Дона (Курская и Орловская области), где рельеф сильно расчленен, с нолей сдувается в среднем около 20% зимних осадков, в районе Воронежа при меньшей изрезанности рельефа — 13%.

В среднем за 32 года в зимний период в районе Безенчукской станции выпадает 100 мм осадков, среднемноголетняя плотность снега во второй половине марта составляет 0,33. Максимальная мощность снегового покрова, которая устанавливается в это время, составляет 26 см. Если бы все снеговые осадки сохранялись на месте, то мощность снегового покрова должна была бы составить 33 см. Следовательно, потери от сдувания составляют не менее 20—25 мм. Поэтому только за счет сохранения выпавшего на полях снега можно увеличить запасы влаги в почве не менее чем на 20—30 мм.

Кроме того, специальными приемами снегозадержания можно значительно увеличить мощность снегового покрова за счет перераспределения его между различными угодьями. Так, по данным Барнаульской агрометеостанции в среднем за семь лет высота снежного покрова на парах с посевом кулисных растений составляла 53 см, а без кулис — всего лишь 12 см.

Материалы за ряд лет по большому количеству пунктов в Алтайском крае, Омской, Новосибирской, Павлодарской, Кустанайской, Курганской областях показали, что посев кулис обеспечил увеличение снежного покрова в среднем в 4,5 раза.

В наших опытах на Безенчукской станции при снегозадержании щитами мощность снегового покрова в среднем за четыре года была в два раза больше, чем без снегозадержания; на черных кулисных парах толщина снегового покрова в среднем за пять лет составляла 47,5 см, а без кулис — 26 см. Снегозадержание, кроме того, уменьшает глубину промерзания почв. В связи с этим улучшаются условия впитывания воды во время таяния снега, уменьшается сток ее, увеличиваются запасы влаги в почве.

Весной влажность метрового слоя почвы на кулисном пару по сравнению с обычным на Безенчукской опытной станции в среднем за пять лет была выше на 4,8%, на Кинельской селекционной станции — в среднем за четыре года — на 2,8%; на Барнаульской селекционной станции запасы влаги на кулисном пару в среднем за три года были на 51 мм выше, чем на обычном.

Мощный снеговой покров защищает озимые культуры от вымерзания. Все это ведет к значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Урожай озимой пшеницы на Безенчукской станции в среднем за пять лет по черному кулисному пару превысил урожай по безкулисному пару на 4,6 ц/га, или 42%, на Кинельской селекционной станции в среднем за три года — на 4,73 ц/га (или на 56%). На Ростовской опытной станции урожай озимой пшеницы при снегозадержании в среднем за четыре года составил 33,4 ц/га, а без снегозадержания—26,4 ц/га; прибавка составила 7 ц/га, или 26%.

На Барнаульской станции в среднем за семь лет урожай озимой ржи по кулисному пару равнялся 19,1, чистому — 12,8 ц/га; прибавка составила 6 ц/га, или 50%. По данным Атбасарского опытного поля, в среднем за шесть лет урожай яровой пшеницы по чистому пару составил 6,4 ц/га, а по кулисному — 14,3 ц/га, прибавка составила 7,4 ц/га, или 110%.

В многолетних опытах Института сельского хозяйства Юго-Востока снегозадержание повысило урожай озимой пшеницы на 5,6 ц/га, или на 32%, подсолнечника — на 5,9 ц/га, или на 48%, люцерны на сено на 26,4 ц/га, иди на 110%.

Приведенные примеры весьма убедительно показывают, каким мощным средством повышения урожайности является снегозадержание. Его эффективность особенно возрастает в засушливых районах Поволжья, Западной Сибири и Казахстана.

Высокую эффективность снегозадержания подтверждает и производственный опыт колхозов и совхозов. Рекордно высокие урожаи яровой пшеницы в богарных условиях выращиваются, как правило, при хорошем снегозадержании. Так, в Западной Сибири из 28 участков, на которых в разные годы были получены урожаи яровой пшеницы от 40 до 80 ц/га, на четырех участках мощность снегового покрова достигала 40—60 см, на девяти — 60 — 100 см, на других девяти — 100—150 см, на шести — 150 см и более.

Снегопахание как метод задержания снега

В настоящее время предложено и осуществляется несколько методов снегозадержания. Наиболее распространенным является поделка снежных валиков тракторным риджерным снегопахом.

При использовании тракторов СТЗ-НАТИ или ДТ-54 к обычному универсальному тракторному прицепу, у которого предварительно колеса заменяют полозьями, присоединяют три-четыре снегопаха на расстоянии 5—9 м друг от друга. За день можно сделать валики на площади 60—80 га. Валики нарезаются преимущественно по направлению господствующих ветров, а на склонах — поперек их. Хорошие результаты дает распашка снега от центра поля по спирали, а также в клетку. В последнем случае расстояние между валиками увеличивается до 15 м. Снегопахание лучше проводить, когда мощность снегового покрова достигнет 8—12 см. Лучшие результаты дает поделка валиков в теплую, тихую погоду: в этом случае снег в валиках хорошо уплотняется и не подвергается раздуванию.

Снегопахание можно проводить на всех площадях, но для предотвращения механического повреждения и защиты от вымерзания на посевах озимых культур и многолетних трав снегопахи ставят на металлические или деревянные полозья высотой 12—13 см. В этом случае снегопахи не обнажают почву, а огребают в валики только верхний слой снега.

В малоснежных районах с преобладанием сильных ветров снегопахание проводить трудно и оно малоэффективно. В этих случаях хороший результат дает сплошное уплотнение снега. Для уплотнения снега используются обычные сани, обитые снизу тесом или железом. Лучше же изготовлять деревянные катки. Они готовятся из круглого прямого бревна диаметром 0,6—0,7 м. Длина каждого катка 7,5 м.

Для полей с ровным рельефом катки изготовляются и более длинные, а при неровном рельефе их следует укорачивать. К трактору ДТ-54 прикрепляют от двух до четырех катков при длине их в 7,5 м. Лучшее уплотнение снега достигается при скорости трактора 7 км/час. При сплошном укатывании за восемь часов работы обрабатывается от 50 до 80 га. Укатывание повторяют несколько раз, после каждого сильного снегопада.

Однако укатывание позволяет только сохранить выпавший снег на полях, но не увеличить его запасы.

Кулисный метод снегозадержания

При всем положительном значении снегопахания оно не всегда эффективно. Снегопахание можно начинать, когда уже, накопился достаточный слой снега (не менее 10 см), а этого часто не бывает до конца зимы, так как снег сдувается ветрами; его нельзя проводить в морозную и ветреную погоду, так как разрыхленный снег сильнее сдувается с полей; по мере заравнивания валиков снегопахание приходится повторять в течение зимы несколько раз, а это увеличивает затраты; снегопахание, проведенное в поздние сроки (в конце зимы), малоэффективно, особенно в суровые зимы, потому что почва глубоко промерзает, в связи с чем усиливается сток талых вод.

Эти недостатки устраняются кулисным методом снегозадержания. В настоящее время разработан кулисный метод снегозадержания на парах под озимые и яровые культуры.

Кулисные культуры на парах высевают весной или летом. И тот и другой сроки посева имеют свои достоинства и недостатки. При весеннем посеве кулисные растения дают урожай, но они затрудняют уход за парами в течение лета, сильно иссушают почву. Летние кулисы не дают урожая, но при этом облегчается уход за парами до посева кулис, они менее иссушают почву. Каждое хозяйство может решать вопрос о сроке посева кулис в зависимости от конкретных условий.

В качестве кулисных растений высеваются подсолнечник, кукуруза, сорго, горчица сизая. Кулисы закладываются одно-, двух- и трехстрочные. Срок посева летних кулис зависит от климатических условий. Он выбирается с таким расчетом, чтобы к наступлению осенних заморозков растения достаточно одревеснели.

Подсолнечник и кукурузу высевают за 35—50 дней до посева озимых, одновременно с очередной культивацией пара, горчицу — за 60—70 дней до наступления первых заморозков.

Кулисы из подсолнечника, кукурузы и сорго высеваются на Украине и Северном Кавказе на расстоянии 15—20 м, в юго-восточных областях Сибири и Казахстана на 7—15 м, кулисы из горчицы располагаются чаще на расстоянии 3,6 и 7,2 м. Для посева используют конные сеялки, прицепляя их к агрегату культиваторов с таким расчетом, чтобы обеспечить установленное расстояние между кулисами. У сеялки оставляют работающими один, два или три рядка. Кулисные растения в рядках не прореживаются, расстояние между рядками — общепринятое для данной культуры.

В последнее время в Сибири широкое распространение получает посев кулис в парах суженными междурядиями на расстоянии 15 см вместо 45—60 см. Достоинство их состоит в том, что растения при таком посеве хорошо глушат сорняки и поэтому отпадает потребность в междурядной обработке.

Наряду с посевом кулис в парах в последние годы разрабатываются и широко проверяются кулисные посевы совместно с яровыми культурами. В 1954 г. в колхозах Алтайского края такие посевы были проведены на площади 250 тыс. га. Посев проводился трех- и четырехсеялочным агрегатом. Кулисную культуру высевали первый и третий рядки крайней правой или левой сеялки (второй и четвертый рядки закрываются). Ящик этой части сеялки отгораживается для засыпки семян кулисной культуры.

При обратном ходе сеялки получаются четырехстрочные кулисы. Расстояние между рядками кулисных растений 30 см. Межкулисная культура убирается самоходным комбайном, и эти полосы распахиваются, и кулисные растения остаются в зиму для снегозадержания. Урожай яровой пшеницы в 1954 г. на Славгородской селекционной станции по зяби с кулисами составил 22,7 ц/га, а без кулис 18,7 н/га. Однако этот метод имеет свои недостатки. Растения в кулисах вследствие густого стояния получаются недостаточно высокими, они не дают урожая; обработка междурядий невозможна, поэтому кулисы могут явиться источником засорения полей.

В 1958 г., несмотря на отсутствие суховеев и высокую относительную влажность воздуха, кулисы также оказали положительное влияние на урожай. Так, в учебном хозяйстве Саратовского сельскохозяйственного института урожай яровой пшеницы без кулис составил 18,4 ц/га, а с кулисами подсолнечника 22,4 ц/га, урожай проса без кулис — 31,1 ц/га, с кулисами сорго — 33 ц/га, с кулисами кукурузы — 34,6 ц/га.

В качестве кулисных растений можно использовать на черноземных почвах подсолнечник и кукурузу, на темнокаштановых и каштановых — кукурузу и сорго.

Межкулисными культурами могут быть яровая пшеница, овес, ячмень горох, многолетние травы просо, гречиха.

Под посевы надо выделять наиболее чистые от сорняков поля: чистые пары, пласт и оборот пласта крепкой залежи и целины, поля из-под высокоурожайных озимых культур. Кулисные посевы следует проводить и на тех полях кормовых севооборотов, где будут применять подпокровные посевы многолетних трав.

Техника этих посевов заключается в следующем: посев яровой пшеницы (овса, ячменя) производится совместно с подсолнечником; при посеве агрегатом из пяти зерновых тракторных сеялок средняя с междурядием 60—70 см высевает подсолнечник, а остальные — пшеницу. Межкулисное пространство при этом составляет 14,4 м.

Посевной агрегат может быть также из двух-трех сеялок. При двух сеялках одна целиком высевает зерновую культуру, вторая наполовину зерно, наполовину подсолнечник. Межкулисное пространство будет составлять 10,8 м. При трех — подсолнечник высевает также половина одной сеялки; межкулисное пространство составляет 18 м. Сеялка, высевающая зерновую культуру и подсолнечник, в средине ящика разгораживается, и каждая половина устанавливается самостоятельно на норму высева. Для посева подсолнечника может быть также использована квадратно-гнездовая сеялка, без проволоки, но с приспособлением для гнездового высева. В этом случае отпадает потребность в прореживании подсолнечника в рядках.

При соединении сеялок в агрегате необходимо обеспечить расстояние между крайними рядками подсолнечника и межкулисной культуры не менее 45 см.

В хозяйстве, где посевы подсолнечника не производятся, в качестве кулисного растения с ранними и поздними зерновыми культурами могут быть использованы кукуруза, а в наиболее засушливых районах — сорго.

Посев кулис с поздними культурами (просо, гречиха) производится в общепринятые для этих культур сроки, с ранними культурами (пшеница, овес, ячмень) на четвертый-пятый день от начала их сева. Ширина междурядий, нормы высева, глубина заделки семян, уход за посевами межкулисных и кулисных культур — как и на обычных посевах их. Кукуруза высевается или гнездовым способом (без проволоки) или широкорядным (с пониженной нормой), но с последующим ручным прореживанием в рядках Сорго высевается широкорядным способом. Междурядия кулис обрабатываются тракторным культиватором по мере появления сорняков.

Уборка междукулисной культуры производится самоходным комбайном или навесными жатками. Подсолнечник и сорго убираются на возможно высоком срезе в период полной спелости.

У кукурузы убираются только початки при полной ее спелости или она скашивается на высоком срезе на силос.

После уборки зерновой и кулисной культур, если участок будет чистым от сорняков, межкулисные пространства только дискуются в один-два следа, а кулисы обрабатываются лаповым культиватором. Если же участок окажется засоренным, то его следует вспахать, оставив для снегозадержания необработанными два-три рядка в каждой кулисе.

При посеве в кормовых севооборотах многолетних трав зерновые сеялки, высевающие покровную культуру и семена трав, устанавливаются на глубину 4—5 см. Более глубокая заделка нежелательна, так как семена трав могут не дать всходов. Вследствие мелкой заделки семян посев нужно проводить только в первые дни весенних работ, пока в верхнем слое имеется еще достаточный запас влаги.

Для предохранения верхнего слоя почвы от высыхания и получения более дружных всходов желательно одновременно с высевом проводить укатывание почвы.

Чтобы обеспечить лучшую равномерность высева семян люцерны, перед смешиванием с семенами пшеницы их следует замочить. Если под покров высеваются злаки (костер, житняк) или смесь злаковых и бобовых трав, то предварительное намачивание семян не обязательно.

Сеялка, высевающая семена подсолнечника, высеваем и семена бобовой травы. Для более равномерного высева люцерны, а также в целях повышения урожайности к семенам примешивается гранулированный суперфосфат из расчета 0,5 ц/га. При отсутствии гранулированного суперфосфата он может быть заменен сухой просеянной золой.

После уборки покровной культуры и подсолнечника (на высоком срезе) на всем поле остаются травы — сплошного посева между кулис и широкорядного в кулисах. Кулисы накапливают много снега, что на следующий год повышает влажность почвы, урожай сена и семян (особенно на широкорядных посевах) трав.

В учебном хозяйстве Саратовского сельскохозяйственного института кулисы подсолнечника, посеянные с ячменем в 1957 г. на оставленные в зиму 1958 г., несмотря на часто повторяющиеся оттепели и отсутствие переноса снега ветром все же повысили урожай силосной массы кукурузы на 16,9 ц/га по сравнению с бескулисным посевом.

Следовательно, при нашем методе кулисы выполняют две функции — летом защищают посевы от суховеев, а зимой накапливают снег под последующую культуру. Этот метод необходимо широко проверить в производственных условиях различных районов.

Другие приемы снегозадержания (поделка снежных куч, расстановка щитов, хвороста и т. д.) вследствие большой трудоемкости не получили широкого применения, поэтому здесь на них мы не останавливаемся.

Источник: П.К. Иванов. Повышение плодородия черноземных и каштановых почв. Изд-во Академии наук СССР. Москва. 1959

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В принципе почва отражает падающий на нее световой поток очень слабо. С увеличением длины волны падающего потока энергии увеличивается доля (в процентах) мощности отраженного потока. Наиболее ярко выражена спектральная характеристика почв в красной части спектра, в ближнем, среднем и тепловом диапазонах инфракрасного излучения. Качественные и количественные различия спектральных характеристик разновидностей почв в этих диапазонах позволяют распознавать их и дешифрировать.

На спектральное отражение, поглощение и излучение почв влияют вещественно обусловленные и вещественно не обусловленные параметры, из которых прежде всего по значимости выделяются: минеральный состав, зернистость (или размер частиц), содержание соединений железа и органических соединений (гумуса), а также структура и выровненность поверхности почв.

Среди вещественно обусловленных параметров минеральный состав, определяющий спектральную характеристику почвы, занимает первое место. Именно свойствами отдельных минералов, влияющих на коэффициенты спектрального отражения и поглощения, определяются спектральная характеристика почвы и величина сигнала.

Но, в отличие от отражательной способности горных пород, на отражение и поглощение энергии падающего светового потока почвами существенно влияют не только их минеральный состав, но и соотношение песчаной и глинистой частей почвы, содержание окислов и гидроокислов железа, вид и количество органического вещества.

Важным параметром является размер частиц почвы (размер зерен минералов), а именно соотношение песчаной и глинистой фракций. Почвы, характеризующиеся пористой, ноздреватой или трещиноватой поверхностью, в значительно большей степени поглощают поток ЭМИ, и соответственно выделяются меньшими отражательными параметрами, чем почвы с плотной поверхностью.

Плотная упаковка тонкозернистых минералов в почве создает относительно ровные поверхности, которые отражают сильнее, чем грубые, шероховатые или неровные поверхности.

Более крупные минералы или частицы почвы неправильной формы, наоборот, создают относительно сложную, неровную шероховатую поверхность почвы. На этих неровностях – в порах и межпоровом пространстве – возникает многократное отражение, что приводит к увеличению поглощения энергии падающего потока излучения и соответственно к уменьшению регистрируемой доли отраженного потока излучения. Это характерно как для целинных (невозделываемых) почв, так и в большей мере для окультуренных почв сельскохозяйственных районов. Здесь структуры и свойства поверхности почв зависят от вида их ежегодного использования. В связи с этим поверхности глинистых или илистых, так же как тонкозернистых, почв будут неровными, если в этих почвах в засушливое время образовались провалы и структуры усыхания, которые соответствующе влияют на процессы отражения и поглощения энергии солнечной радиации.

Интенсивность отражения песков на местности выше, чем почв с высоким содержанием глинистой или илистой фракции. Это становится очевидным даже на аэрофотоснимках, так как пески кажутся всегда светлее, чем глины и богатые глиноземом почвы.

На местности поверхности песчаных почв в сравнении со структурой поверхности размытых и затем высохших глинистых и илистых почв выглядят более гладкими, выровненными. Поэтому пески отражают относительно сильнее, чем неровные поверхности глин и суглинков.

Светло- и темноцветные минералы, в разных количествах входящие в состав почв могут значительно менять их свойства.

Сильно влияют на соотношение отражения и поглощения и на цвет почв содержание в них и вид органического вещества и соединений железа. Свободные окислы железа и его гидроокислы в коротковолновой части видимого диапазона уменьшают, а в длинноволновой и ближней инфракрасной – увеличивают отражательную способность (спектральную яркость) почв. По наблюдениям Обухова и Орлова диапазон 0,5-0,64 мкм имеет особое значение для распознавания Fe-содержащих (прежде всего гётита) почв. Стонер и Баумгарднер установили сильное различие спектрального отражения в ближней и особенно в средних инфракрасных зонах, основанное на содержании железистых соединений в пробах почв, которые использовались для определения стандартной цветности (по Мунселлу) почв в видимом диапазоне. С увеличением содержания окислов железа (особенно гематита) уменьшается отражение.

Уменьшенное содержание гумуса (особенно в пределах от 0 до 8%) также снижает интенсивность спектрального отражения почв в зоне более 0,6 мкм [328]. Но такое влияние гумуса может уменьшаться высоким содержанием глинистых минералов или глинозема. Содержанием органики, кроме того, определяется способность почв удерживать, накапливать и сохранять влажность. Влажность сама по себе воздействует на характер спектрального отражения (и спектрального излучения) на разных участках почвы (разд. 3.2.2.). Вид и фракция, а также ионный состав органического вещества в почвах существенно влияют на ее структуру и тем самым на силу ионного обмена в ней. Определение гумусовой фракции в почвах имеет большое значение для оценки возможностей хозяйственного использования почв. Так как гумусовая составляющая почв влияет на их характеристики в некоторых спектральных каналах, то при компьютерной обработке данных мультиспектральных съемок почвенных участков с различным содержанием гумуса была сделана попытка выделить такие участки [18, 154]. Таким образом, была построена карта тестового района с пятью разновидностями (по содержанию гумуса от 1,5 до 7%) почв. Аналогичные исследования позднее провел Кордсен [55].

Сильное влияние на спектральные характеристики почвы в видимой и ближней инфракрасной частях оптического диапазона оказывает влажность, т. е. содержание в ней воды. С повышением влажности увеличивается спектральная яркость всех почв независимо от длины волны излучения (как это представлено на рис. 16-21) [34]. В сухих почвах пустоты между частицами почвы заполнены воздухом. Для отражения с поверхности сухих почв имеет значение коэффициент преломления на граничной поверхности воздух-частица. Увеличение влажности приводит к заполнению пор водой. Для отражательной способности поверхности влажной почвы важен показатель отражения на граничной поверхности вода-частица. Так как величина такого расчетного показателя на граничной поверхности вода-частица меньше, чем показателя поверхности воздух - частица, то доля отраженной энергии потока излучения с уменьшением содержания воды будет уменьшаться [112]. Влажные и мокрые почвы на многозональных изображениях всегда имеют более темные тона, чем аналогичные сухие почвы. Эта взаимосвязь между содержанием воды в почве и ее спектральной яркостью используется в дистанционном зондировании..

Рис. 16. Спектральная отражательная способность сухих и влажных суглинков в видимом, ближнем ИК и среднем ИК-диапазонах [186].

Рис. 17. Спектральная отражательная способность сухих и влажных песчаных почв [186].

Рис. 18. Спектральная отражательная способность чернозема в видимом и ближнем ИК-диапазонах [51]. (доступно только при скачивании полной версии)

Рис. 19. Спектральная отражательная способность илистых почв, шт. Арканзас, в видимом и ближнем ИК-диапазонах [51]. (доступно только при скачивании полной версии)

Рис. 20. . Спектральная отражательная способность (а) красных кварцевых песков и (б) латеритных почв.

К независимым от материала (или вещества) параметрам, которые определяют соотношения спектрального отражения и поглощения почвы, относятся: рельеф местности, топографическая позиция почвы, высота над уровнем моря, наклон поверхности почвы и ее ориентировка по отношению к Солнцу, вид и плотность растительности и всевозможные случайные факторы. Вариации этих параметров определяют, какое количество солнечной энергии получит поверхность почвы в течение дня или определенного промежутка дневного времени.

Направление и наклон солнечных лучей к поверхности Земли меняются в течение дня и в зависимости от времени года; соответственно изменяются интенсивность потока солнечной энергии к поверхности Земли и величина спектрального сигнала почвы в определенной ландшафтной зоне. Наконец, ориентировка поверхности по отношению к съемочной аппаратуре, к сенсорам на борту самолета или спутника, и рассеяние света в атмосфере и на окружающих объектах, так же как и взаимодействие отраженного от поверхности почвы импульса потока энергии с атмосферой, оказывают свое влияние на величину спектрального сигнала, регистрируемого съемочной аппаратурой, и соответственно на яркость изображения объекта на аэрокосмическом снимке.

Рассмотрим результаты специальных фотометрических исследований спектральных характеристик 285 проб почвы из разных районов США [51]. Измерения проводились в лаборатории. Каждый раз измерялись спектральные яркости сухой и влажной пробы. Широта диапазона измерений составляла от 0,32 до 1 мкм, диаметр площадки измерения - около 3 см. Обработка методами математической статистики 160 графиков измерений (кривых спектрального отражения) показала, что по своей форме кривые разделяются на три основные группы по типам почв. Внутри этих групп графики спектрального отражения некоторых типов почв имеют общие тенденции, хотя интенсивность спектрального отражения и уровень мощности отраженного потока могут изменяться от одного типа почв к другому.

К первому типу [51] отнесены черноземы (рис. 18). Для графиков этого типа характерно, что наклон кривой от начала и до конца остается примерно одинаковым, хотя интенсивность спектрального отражения возрастает с длиной волны излучения. Второй тип почв характеризуется довольно быстрым увеличением интенсивности отражения, особенно в интервале между 0,32 и 0,45 мкм, затем следует в характеризуемых частях спектра выполаживание при повышении положения кривой (рис. 19). Третий тип представлен двумя графиками интенсивности спектрального отражения красного известковистого кварцевого песчаника и латеритов (рис. 20). На обоих графиках кривые интенсивности отражательной способности плавно поднимаются от ультрафиолетовой зоны спектра до 0,53 мкм, затем следует четкий перегиб и возрастание до 0,58 мкм, а далее не менее четкое выполаживание кривых. В интервале 0,62-0,74 мкм имеется заметное возрастание отражающей способности, после 0,74 мкм – ее некоторое снижение и далее возрастание интенсивности отражения с длиной волны. На некоторых других семействах кривых этого типа имеется локальный минимум примерно между 0,76 и 0,88 мкм, после которого наклон кривой остается постоянным.

Тепловой режим почв — совокупность процессов поступления и отдачи тепла почвой, его распространения и влияния на растения.

Относится к космическим факторам жизни растений. Основным источником тепла на Земле является лучистая энергия Солнца, преобразующаяся в тепло. К источникам тепловой энергия также относятся: тепло, передаваемое атмосферным воздухом, разложение органического вещества почвы, внутреннее тепло планеты, радиоактивные процессы почвы. Последние два источника тепла пренебрежимо малы. Доля тепла, получаемая от атмосферного воздуха также незначительна, хотя иногда оказывает некоторое влияние, например, при перемещении теплых воздушных масс.

Роль тепла в жизни растений

Тепловая энергия является фактором протекания физиологических и биохимических процессов в растениях. При низких температурах некоторые процессы сильно затормаживаются, а в других случаях — не начинаются.

Потребность растений в тепле различна. Отличия проявляются не только у разных видов, но и у одной и той же культуры в разные фазы развития.

Таблица. Требования полевых культур к теплу 1 Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. - М.: "Былина", 2000. - 555 с.

В зависимости от физиологической реакции растений различают:

минимальную температуру — температура, ниже которой физиологические процессы не происходят;
оптимальную температуру — температура, при которой рост и развитие растения протекают наиболее быстро;
максимальную температуру — температура, выше которых растения резко снижают продуктивность, вплоть до гибели.

Каждая фаза роста и развития характеризуется своими минимальными, оптимальными и максимальными температурами.

Повышение температуры почвы прямо влияет на скорость роста растений. Например, семена ржи прорастают при температуре 4-5 °С в течение 4-х дней, при 16 °С — за сутки. Данное свойства должно учитываться при выборе сроков посева таким образом, чтобы не допустить посев в холодную почву, в которой семена будут долго лежать, не прорастая, с вероятностью загнивания.

Корневая система также реагирует на температуру почвы. Её рост протекает более энергично при относительно невысокой температуре. Так, корневая система овса при температуре почвы 12-14 °С была в 1,5 раза меньше, чем при 6-8 °С. Наибольшая масса клубней картофеля формируется при температуре не более 15-20 °С.

Для хорошего роста корней температура почвы должна быть немного ниже температуры воздуха надземной части растения. Для конопли при появлении всходов минимальная температура почвы равна 2-3 °С, для яровых зерновых и гороха — 4-5 °С.

Формирование репродуктивных органов происходит при минимальных температурах: у конопли, яровых зерновых и гороха — 10-12 °С, гречихи, подсолнечника, кукурузы, проса — 12-15 °С, риса, хлопчатника — 13-20 °С. Во время плодоношения для большинства культур достаточна температура 10-12 °С, для риса и хлопчатника 15-20 °С.

Для большинства культур оптимальная температура составляет 20-25 °С. При температуре выше 30 °С наблюдается торможение развития. Превышение оптимальных температур приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания и расходу органического вещества, что сказывается сокращении нарастания зеленой массы. Температуры выше 50-52 °С приводят к гибели растений.

Тепло — необходимый фактор жизни и роста растения. С ним связаны важнейшие биологические и абиотические процессы, протекающие в почве и определяющие развитие почвообразования и плодородия:

интенсивность химических реакций,
процессы физического выветривания,
деятельность микроорганизмов и почвенной фауны,
прорастание семян и рост растений,
процессы обмена веществом и энергией.

Знание закономерностей формирования теплового режима почв необходимо для его направленного регулирования с целью создания наиболее благоприятных условий для продуктивности возделываемых растений.

Источники тепла в почве

Главным источником тепла, поступающего в почву, является лучистая энергия Солнца (солнечная радиация). Небольшое количество тепла почва получает из глубинных слоев Земли и за счет химических, биологических и радиоактивных процессов, протекающих в верхних слоях литосферы.

Тепло, образующееся при разложении органических веществ (навоза, растительных остатков и др.), широко используют в овощеводстве закрытого грунта.

Часть поступающей к поверхности почвы лучистой солнечной энергии поглощается почвой и, преобразуясь в тепло, нагревает почву; часть отражается поверхностью почвы и напочвенным покровом.

Почва отдает тепло в атмосферу, если температура ее поверхности выше, чем температура приземного слоя воздуха.

В зависимости от соотношения количества поглощенной поверхностью почвы лучистой энергии и излучения почвой тепла в атмосферу почвенная поверхность будет или нагреваться, или охлаждаться.

Наряду с поглощением тепла почвенной поверхностью идут процессы перемещения тепла от слоев более нагретых к слоям с более низкой температурой.

Это сказывается на тепловом состоянии различных слоев почвы. Чем больше разность температур поверхности почвы и ее глубоких слоев, тем больше тепла уходит из почвы или поступает в нее.

Тепловые свойства почвы

Приток лучистой солнечной энергии к поверхности почвы зависит от широты и рельефа местности, состояния поверхности почвы (покрытие растительностью), а также времени года и суток и состояния атмосферы (ясно, пасмурно и пр.).

В Северном полушарии суммарный приток солнечной радиации увеличивается при движении с севера на юг. Наибольший приток солнечной радиации получают южные склоны, наименьший — северные.

Наряду с условиями, определяющими приток солнечной энергии, важное значение в формировании теплового режима почвы (поглощение тепла, нагревание и охлаждение) имеют тепловые свойства почвы.

К тепловым свойствам почвы относятся тепло-поглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность

Способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной альбедо (А). Альбедо — количество коротковолновой солнечной радиации, отраженной поверхностью почвы и выраженное в % общей величины солнечной радиации, достигающей поверхности почвы.

Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Оно зависит от цвета, влажности, структурного состояния, выравненности поверхности почвы и растительного покрова.

Приведем альбедо (%) различных почв, пород и растительных покровов (Чудновский, 1959):

чернозем сухой – 14,
чернозем влажный – 8,
серозем сухой – 25-30,
серозем влажный – 10-12,
глина сухая –23,
глина влажная – 16,
песок белый и желтый – 30-40,
пшеница яровая – 10-25,
пшеница озимая – 16-23,
травы зеленые – 26,
травы высохшие – 19,
хлопчатник – 20-22,
рис – 12, картофель – 19.

Темно-каштановая почва (черноземы и др.) поглощает больше солнечной радиации, чем светло-каштановые (подзолистые, сероземы и др.); влажная – больше, чем сухая.

Теплоемкость

Свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла в джоулях (калориях), необходимого для нагревания единицы массы (1 г) на 1 °С — весовая (или удельная) теплоемкость или объемная — в 1 см 3 на 1 °С.

Зависит от минералогического, гранулометрического составов, содержания органического вещества, влажности, пористости почвы и содержания воздуха. Теплоемкость воды равна 1,000 кал, торфа – 0,477, глины – 0,233 и песка – 0,196 кал.

Из этих данных видно, что вода – наиболее теплоемкий компонент почвы по сравнению с минеральными и органическими ее частями. Поэтому для повышения температуры влажной почвы требуется больше тепла, чем для сухой.

Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются, чем сухие. Глинистые почвы как более теплоемкие во влажном состоянии нагреваются весной медленнее по сравнению с песчаными.

Осенью при большем увлажнении они медленнее охлаждаются и становятся теплее песчаных. В связи с этим, изменяя влажность и пористость почвы поливами и обработкой, можно в определенных пределах регулировать температуру почвы.

Теплопроводность

Способность почвы проводить тепло. От нее зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому, а следовательно, и способность почвы быстрее или медленнее нагреваться или охлаждаться в определенной толще ее профиля.

Она измеряется количеством тепла в джоулях (калориях), которое проходит за 1 с через 1 см 2 слоя почвы толщиной в 1 см. Отдельные составные части почвы имеют разную теплопроводность. Минимальной теплопроводностью обладает воздух (0,00006 кал), затем торф (0,00027 кал) и вода (0,00136 кал).

Теплопроводность минеральной части почвы в среднем в 100 раз выше, чем воздуха, и в 28 раз, чем воды.

Поскольку в почве наряду с ее твердой (органической и минеральной) фазой в порах присутствуют воздух и вода, то теплопроводность сильно зависит от влажности почвы и содержания в ее порах воздуха. Поэтому чем влажнее почва, тем выше ее теплопроводность, а чем рыхлее, тем ниже.

Тепловой режим почвы

Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называют тепловым режимом почвы. Основным показателем теплового режима почвы, который характеризует ее тепловое состояние, является температура генетических горизонтов почвенного профиля.

Поскольку приток лучистой солнечной энергии связан с его суточными и годовыми ритмами, то и для температуры почвы характерны суточные и годичные закономерности ее изменения (рис. 6 и 7).

Суточный ход температуры. Днем поверхность почвы нагревается и максимальная ее температура наблюдается около 13 ч. Затем происходит постепенное охлаждение почвенной поверхности, и минимум ее температуры отмечается перед восходом солнца.

По мере нагревания поверхности почвы происходит передача тепла и в более глубокие слои. При этом наиболее быстро изменяется температура на поверхности почвы. С глубиной скорость этих изменений заметно уменьшается в связи со слабой теплопроводностью почвы.

Поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах профиля почвы наступают в разное время, в среднем отмечено запаздывание на 2-3 ч на каждые 10 см глубины профиля.

Наибольшие суточные колебания температуры происходят на поверхности почвы, а с глубины 3—5 см они уже резко уменьшаются. На глубине 30 ния температуры затухают.

На фоне общих закономерностей каждому типу почвы свойствен свой суточный ход температуры, поскольку ее профильная суточная динамика зависит от свойств почвы (гранулометрического состава, плотности, окраски, влажности и др.), состояния атмосферы, растительного и снежного покровов.

Годовой ход температуры. Годовой ход температуры имеет два периода: летний — период нагревания почвы с потоком тепла от верхних горизонтов к нижним и зимний — период охлаждения почвы с потоком тепла от нижних слоев профиля к верхним.

Амплитуды колебаний температуры почвы между этими периодами определяются условиями атмосферного климата и свойствами почв. В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры почвы наблюдается обычно в июле — августе, а минимум — в январе — феврале.

Летом самая высокая температура отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается. Зимой нижние слои профиля имеют более высокие температуры.

На годовые изменения температуры почвы большое влияние оказывает растительность, предохраняя поверхность почвы от резких колебаний температуры.

В регионах со снежными и холодными зимами сильное влияние на температурный режим оказывают промерзание, оттаивание почвы, мощность и продолжительность снежного покрова.

Почва начинает промерзать при температуре несколько ниже 0 °С, поскольку в почвенном растворе содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания.

На замерзание почвы влияют снежный и растительный покровы, рельеф местности, свойства почвы, ее влажность, а также хозяйственная деятельность человека.

Снежный покров предохраняет почву от промерзания: чем он меньше, рыхлее и длительнее сохраняется, тем больше утепляет почву и снижает глубину ее промерзания.

Сохранение и накопление снега имеет большое значение в предохранении от вымерзания посевов озимых, многолетних трав и посадок плодово-ягодных культур.

Растительный покров, задерживая и накапливая снег, ослабляет промерзание почвы.

Рельеф влияет на накопление снега и увлажнение почвы. Поэтому наибольшую глубину промерзания почвы наблюдают на выпуклых формах рельефа и наветренных склонах, где сдувается снег. Накопление снега в понижениях (лощинах, западинах) способствует меньшему промерзанию почвы.

Глубже промерзают склоны северной экспозиции, а на меньшую глубину — южной. Чем влажнее почва, тем меньше она промерзает. При промерзании почвы идет подток парообразной и жидкой влаги к фронту промерзания.

Замерзание почвы начинается до или после установления снежного покрова и продолжается до января — февраля. Затем она начинает постепенно оттаивать снизу за счет передачи тепла от нижних незамерзших слоев.

Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано с применением растительного покрова (вырубка или посадка древесно-кустарниковой растительности, сохранение травянистой растительности и т. д.), что сказывается на накоплении снега или существенном изменении увлажнения (орошение, осушение).

Оттаивание почв происходит двумя способами. В первом оттаивание идет снизу и заканчивается до схода снега. При этом мерзлая прослойка исчезнет у поверхности почвы; талая вода в этом случае лучше проникает в почву.

Во втором оттаивание начинается снизу, а затем одновременно и сверху, и снизу. В этот период мерзлая прослойка почвы сохраняется на некоторой глубине, что приводит к значительной потере воды и смыву почвы за счет поверхностного стока.

Для оценки теплообеспеченности почв как важной обобщающей характеристики их температурного режима используют сумму активных температур (>10 °С) в почве на глубине 20 см.

Здесь расположена главная масса корней многих растений. Рост корневых систем растений активно происходит при температуре почвы выше 10 °С.

Читайте также: