АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Тепло

Основным источником тепла в почве и околоземном воздухе является солнечная радиация. По сравнению с ней другие источники (экзотермические химические реакции, разложение или сжигание органического вещества, распад радиоактивных веществ и др.) дают ничтожную величину энергии. Большинство биологических систем существует в определенном очень узком диапазоне температур (температура как показатель теплового состояния окружающей среды). При слишком низких температурах биологические процессы в растениях замедляются, а слишком высокие температуры приводят к разрушению сложных белковых структур. Нижний предел биологической активности определяется температурой замерзания воды, а верхний — температурой денатурации белка. Таким образом, этот предел можно обозначить от 0 до 50 °С.

Для каждого вида растений характерны определенные отношения к температуре в различные фазы развития, при этом у всех растений прослеживается общая закономерность: более низкие температуры требуются при прорастании семян и более высокие — во время образования плодов.

В период покоя сухие семена растений могут переносить как низкие температуры (—50°С и ниже), так и высокие ( + 50°С и выше), но во время вегетации даже слабые заморозки губительны для многих культур (кукурузы, картофеля, огурцов, томатов, гречихи и Др.). Для различных культур минимальные и оптимальные температуры прорастания семян различны (табл. 5).

Для риса, хлопчатника, кунжута и арахиса минимальная температура прорастания семян составляет 12—14 °С, а оптимальная— 37—45 °С. Как видно, температура прорастания семян теплолюбивых культур (кукуруза, подсолнечник, рис, хлопчатник) более высокая, чем других. Вместе с тем для всех культур интервал между минимальными и оптимальными значениями температур прорастания семян значительно выше и достигает 25—30°, чем между оптимальными и максимальными значениями, интервал между которыми составляет всего 5—10°. Следовательно, сразу же после оптимума начинает сказываться отрицательное действие высоких температур. Зависимость скорости роста растений (под ростом понимается процесс новообразований элементов структуры организма — органов, клеток и других структур) от температуры, так же как и активность ферментов, подчиняется правилу Вант-Гоффа: при увеличении температуры на 10° в зоне оптимальных значений скорость роста увеличивается в 2—3 раза. Температурный оптимум для роста может не совпадать с температурным оптимумом для других физиологических процессов. Например, оптимальные температуры для роста растений более высоки, чем оптимальные температуры для протекания процессов фотосинтеза. При температурах 40—50 °С скорость фотосинтеза сильно снижается, а скорость дыхания еще значительна. В связи с тем что различные процессы имеют разные температурные оптимумы, например дыхание более высокий, чем фотосинтез, то температурный оптимум для роста растений обычно находится в диапазоне температур, где лучше всего скоординированы скорости метаболических процессов, принимающих участие в росте. Источником энергии для ростовых процессов являются фотосинтез и дыхание.

Для роста и развития растений имеют значение и колебания температур. Температура, колеблющаяся от 10 до 20 °С (при средней температуре 15°С), не обязательно действует на растения так же, как постоянная температура 15 °С. Нормальная жизнедеятельность растений, которые в природе обычно подвергаются воздействию переменных температур (что имеет место в большинстве районов с умеренным климатом), подавляется частично или полностью или замедляется при воздействии постоянной температуры. Оптимальные значения температуры для растений различны и в течение суток. Так, для растений томата оптимальная температура для роста и развития днем составляет 26 °С, а ночью—17—19 °С. Некоторое понижение ночных температур по сравнению с дневными приводит к ускорению процессов цветения и плодоношения у ряда культур, к повышению урожайности картофеля, содержания сахара в корнях сахарной свеклы. Все это объясняется тем, что в онтогенезе растений закреплена та смена температур, которая отмечается в природе.

Одним из главных условий, определяющих географию размещения культур, является теплообеспеченность данной территории, колебания температуры, соответствие продолжительности теплого, безморозного периода и длины вегетационного периода требованиям возделываемых культур. Крупнейший русский климатолог А. И. Воейков в результате длительных климатических исследований, проведенных во второй половине XIX столетия, пришел к заключению о возможности возделывания хлопчатника в Средней Азии и чая в Закавказье. В настоящее время эти культуры стали ведущими в данных регионах.

Теплообеспеченность данного места определяет потенциальные возможности накопления органического вещества и хозяйственно полезной его части. Теплообеспеченность выражается обычно как показатель суммы активных температур выше 10 °С. Этот показатель сочетает в себе продолжительность вегетационного периода и среднюю его температуру. Потребность различных сельскохозяйственных культур в теплообеспеченности различна (табл. 6).

Зависимость продуктивности растений от теплообеспеченности для большинства культур характеризуется прямой. Чем выше теплообеспеченность, тем больше и урожай растений. Так, для озимой пшеницы достаточна сумма активных температур за теплый период 1700°, а рост урожая происходит и в местах, где температура превышает необходимую почти вдвое — 3200°. Это объясняется тем, что суммы активных температур отражают в себе и продолжительность периода вегетации. Вместе с тем для ряда культур такой зависимости между ростом урожайности и теплообеспеченостью не отмечается. Для картофеля уменьшение урожайности связано с торможением клубнеобразования при повышении теплообеспеченности. Не отмечается существенной связи изменения урожайности с теплообеспеченностью для яровой пшеницы. Такая связь затушевывается при поражении яровой пшеницы грибными болезнями как в условиях увлажнения, так и засушливости климата в южных районах.

Теплообеспеченность растений лежит в основе природно-сельскохозяйственного районирования территории РФ. В структуре такого районирования выделены 3 пояса: холодный тундрово-таежный, умеренный и теплый субтропический. В пределах каждого пояса в свою очередь выделяются два подпояса. В холодном тундрово-таежном природно-сельскохозяйственном поясе это очень холодный тундровый подпояс, где сумма активных температур выше 10°С менее 400—500° и земледелие возможно лишь в защищенном и полузащищенном грунте, и холодный северо - и среднетаежный подпояс очагового и выборочного земледелия выше 10° составляет 500—1600°).

Умеренный природно-сельскохозяйственный пояс — пояс интенсивного земледелия культур с умеренным требованием к теплу. Охватывает территорию с суммой активных температур выше 10 °С от 1600 (1400° для районов, лежащих восточнее Енисея) до 4000°. В нем выделяются подпояса холодно-умеренный, преимущественно южнотаежный с возделыванием ранних и среднеранних культур умеренного пояса; и умеренный, преимущественно лесостепной, степной, полупустынный и пустынный.

Теплый (субтропический) природно-сельскохозяйственный пояс — это пояс орошаемого и богарного субтропического земледелия теплолюбивых культур с длинным вегетационным периодом. Он охватывает территорию с суммой активных температур более 4000° и территории с температурами выше 3400° с приморским климатом с теплой зимой. Здесь выделяются два подпояса. Умеренно теплый с мягкой зимой, преимущественно пустынный и полупустынный, с возделыванием однолетних теплолюбивых культур с длинным вегетационным периодом, где температура наиболее холодного месяца бывает ниже 0°С; и теплый, с очень мягкой и теплой зимой, преимущественно пустынный и частично влажно субтропический (Закавказье), с возделыванием субтропических культур и культур умеренного пояса в холодное полугодие, средняя температура наиболее холодного месяца выше 0°С. В пределах поясов и подпоясов также выделяются полосы теплообеспеченности культур, детализирующие возможности возделывания сельскохозяйственных растений в определенных интервалах сумм активных температур выше 10 °С.

В сходных условиях увлажнения с повышением теплообеспеченности повышается активность почвенных микроорганизмов, происходит ускоренное разложение органического вещества, образование доступных для растений форм питательных элементов, что также обусловливает рост урожайности культур. Тепловой режим почвы тесно взаимосвязан с водным и воздушным режимами и оказывает существенное влияние на питательный режим растений.

Величина и скорость поступления в почву тепла в значительной степени определяются свойствами самой почвы, ее лучеиспускательной и отражательной способностью, теплоемкостью, теплопроводностью, температуропроводностью. Расход тепла из почвы слагается из отражения коротких волн и земного лучеиспускания, передачи теплоты из верхнего слоя в нижележащие горизонты* расхода на испарение, на нагревание прилегающих слоев атмосферного воздуха, на турбулентное перемешивание и перенос теплоты. Тепловой режим почвы имеет суточную и годичную ритмичность изменчивости. Наибольшие колебания температуры почвы в течение суток и года происходят в верхнем слое. Суточные изменения температуры почвы могут распространяться на глубину 70 — 100 см, а годовые колебания достигать более глубоких слоев.

С учетом почвенно-климатических условий Н. Н. Розов разделил почвы на территории СНГ по теплообеспеченности на пять агромелиоративных групп.

1-я агромелиоративная группа. Почвы хорошо обеспечены теплом, субтропические и предсубтропические районы. Вегетационный период в районах распространения этих почв составляет более 210 дней, сумма среднесуточных температур выше 10 °С от 3600 до 4000°. Эта группа почв занимает около 3% от всей площади - СНГ (красноземы, желтоземы, сероземы, серо-бурые, горные желтоземы, горные сероземы, серо-коричневые и другие почвы). На таких почвах возделываются позднеспелые и субтропические культуры, на них можно получать два полных урожая в год.

2-я агромелиоративная группа. Почвы, среднеобеспеченные теплом, суббореальный пояс. Вегетационный период составляет от 120 до 210 дней, сумма активных температур выше 10 °С от 2000 до 3600°. Эти почвы охватывают около 29% площади СНГ. Сюда относятся черноземы, серые лесные, бурые лесные, каштановые, серо-бурые почвы, солонцы, солончаки и др. На них возделываются поздние и среднепоздние сельскохозяйственные культуры. Возможно получение неполных вторых урожаев.

3-я агромелиоративная группа. Почвы, недостаточно обеспеченные теплом, южная и средняя части бореального пояса. Вегетационный период в районах распространения данных почв составляет от 90 до 120 дней с суммой активных температур от 1200 до 2000°С. Почвы занимают немного более 20% площади СНГ. Это дерново-подзолистые, дерново-карбонатные, подзолистые, болотно-подзолистые, горные дерново-подзолистые и др. На них возделываются среднеспелые и среднеранние сельскохозяйственные культуры.

4-я агромелиоративная группа. Почвы, мало обеспеченные теплом, средняя часть бореального пояса. Вегетационный период здесь в пределах от 60 до 90 дней, сумма активных температур от 900 до 1200°. Почвы занимают 18% площади СНГ, на них возможно выращивание очень ограниченного набора раннеспелых сельскохозяйственных культур — ранние овощи, картофель, травы. В основном это подзолистые, иллювиально-гумусовые, глеево-подзолистые, болотно-подзолистые, мерзлотно-таежные, горные подзолистые почвы средней тайги.

5-я агромелиоративная группа. Почвы, не обеспеченные теплом для земледелия. Это полярный пояс и высокогорные районы. Вегетационный период в этих районах менее 60 дней, а сумма активных температур менее 800°. Почвы данной группы занимают более 30% площади СНГ. Сюда относятся арктические, тундрово-арктические, тундрово-глеевые, болотные, тундровые, горные пастбищные, горные лесные (малопродуктивные) почвы. Они пригодны лишь как пастбищные территории.

В северных районах нашей страны задача регулирования теплового режима почвы и приземного слоя воздуха сводится к увеличению притока теплоты в почву и сохранению ее, в южных — возникает необходимость ослабить перегрев почвы и растений, и почти во всех районах важной задачей является предупреждение повреждений растений от заморозков. Приемы регулирования теплового режима почв направлены на лучшее использование основных и дополнительных источников тепла, сохранение и уменьшение расхода тепла и устранение перегрева почвы. Их можно разделить на пассивные, не требующие материальных затрат, и активные, требующие определенных материальных затрат и человеческих усилий.

К пассивным методам относятся: посев сельскохозяйственных культур в оптимальные сроки, использование в хозяйствах агроклиматически районированных культур и отдельных их сортов, правильное использование элементов рельефа. Посев теплолюбивых культур в более поздние сроки при наступлении относительна устойчивых положительных температур и надлежащем прогревании почвы способствует более благоприятным условиям их роста. Районирование позволяет определить географические границы возделывания культур, соответствующие их потребностям в тепле. Размещение более теплолюбивых культур на плато и южных склонах как лучше прогреваемых, а холодостойких — в низинах и на северных склонах позволяет лучше использовать мезоклимат.

К активным методам регулирования теплового режима почв и приземного слоя воздуха относятся такие агротехнические приемы, как посев и посадка растений на грядах и гребнях, обработка почвы и удаление избыточной почвенной влаги, мульчирование почвы, создание дымовых завес над поверхностью почвы и растениями, дополнительный обогрев почвы, создание полезащитных лесных полос, снегозадержание на полях.

При создании в северных районах гряд и гребней почва в них лучше прогревается, легче избавляется от излишней воды. Разница температур почвы на гребнистой и ровной поверхности достигает 5°С на глубине 5 см и 2,5 °С на глубине 10 см. Хотя в ночное время с поверхности гребней и гряд отдается больше теплоты, чем с ровной поверхности, все же тепловой баланс складывается более благоприятный.

Поступление тепловой энергии солнца может быть увеличена обработкой почвы и регулированием водно-воздушного режима почв. Структурные почвы обладают наиболее благоприятными тепловыми свойствами, хорошо прогреваются и сохраняют тепло в глубоких слоях. Удаление излишней влаги из почвы также способствует более быстрому прогреванию почвы, так как твердая фаза (почва) характеризуется меньшей теплоемкостью, чем вода.

Мульчирование почвы темноцветными материалами — торфом, перегноем, бумагой и др. — способствует поглощению солнечной энергии и увеличению прихода тепла в почву. Вместе с тем такие мульчирующие материалы уменьшают потери тепла ночью и одновременно уменьшают испарение почвенной влаги. Наибольшее количество теплоты из почв, особенно не покрытых растительным покровом, расходуется именно на испарение воды и на теплообмен с воздухом. На полях, покрытых растениями, наибольший расход теплоты приходится на транспирацию растений. Общий расход тепла на транспирацию и испарение воды из почвы на полях достигает 80% и более от радиационного баланса.

Органические удобрения могут служить дополнительным средством обогрева почвы в районах с коротким теплым периодом и недостаточным поступлением солнечной радиации.

Снегозадержание позволяет выгодно использовать физические свойства снега для уменьшения потерь теплоты из почвы. Благодаря своей низкой теплопроводности снежный покров хорошо сохраняет в почве тепло и защищает ее от охлаждения. Снежный покров имеет особенно важное значение для перезимовки озимых культур, многолетних трав, ягодных и плодовых насаждений. Озимые культуры благополучно перезимовывают при неглубоком промерзании почвы и при температуре на ее поверхности не ниже — 10°С и не выше —5°С. Такие условия создаются при высоте снежного покрова на юге европейской части СНГ не менее 20 см, на севере —более 70, а в разных районах Сибири — от 40 до 100 см.

Ранней весной в ясную ночную погоду отмечается сильное лучеиспускание с поверхности почвы, и она вследствие большой потери теплоты переохлаждается, на ее поверхности могут быть заморозки, в результате чего могут пострадать посевы. Специальными мерами по предупреждению заморозков служат дымовые завесы. В качестве дымообразующих средств используют дымовые шашки и костры. Дым и водяные пары в приземном слое воздуха предохраняют почвы от лучеиспускания и соответственно от переохлаждения. Для предохранения растений от заморозков и для сохранения тепла в овощеводстве широко используют пленочные покрытия.

В хозяйствах, расположенных вблизи природных источников термальных вод или крупных промышленных предприятий, может использоваться в качестве источника тепла горячая вода для обогрева почвы через систему труб, а вода с пониженной температурой— для орошения. В Средней Азии при влагозарядковых поливах в холодное время года или при осенних поливах поливная вода выступает также как дополнительный источник тепла, поскольку имеет более высокую температуру, чем поверхностный слой почвы. Такой прием резко уменьшает амплитуду колебания температуры почвы в течение суток. При возделывании растений в защищенном грунте для дополнительного обогрева применяют пар', различные виды топлива, электроэнергию.

Важное воздействие на тепловой режим почв и приземный слой воздуха оказывают полезащитные лесонасаждения, создавая благоприятный микроклимат, уменьшая годовую и суточную амплитуду колебания температуры.

В южных районах для предупреждения перегрева почвы применяют различные приемы затенения почвы и посевов, а также мульчирование почвы белыми материалами, усиливающими отражение солнечной радиации. В качестве мульчи может использоваться при уборке зерновых колосовых солома, которая мелко измельчается и равномерно распределяется на поверхности почвы. Орошение посевов, особенно дождеванием, способствует охлаждению почвы и увеличивает расход тепла на испарение воды.

You are here