Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

Коэффициент температуропроводности представляет собой изменение температуры 1 см3 почвы, вызванное поступлением в него некоторого количества теплоты, протекающего за 1 с через поперечное сечение 1 см2 при градиенте температур 1°/1 см, и выражается в см2/с.

Температуропроводность зависит от структуры и сложения почв и определяет глубину суточных и годовых колебаний темпе­ ратуры в них.

Степень аккумуляции теплоты почвой характеризуется тепло-

13.4.Тепловой баланс почвы

Впочве постоянно существуют градиенты температур, поэто­ му всегда идет теплообмен как с атмосферой, так и с нижеле­ жащими слоями. Летом и днем температурный поток направлен

вглубь почвенного профиля, осуществляется нагревание почв; зимой и ночью — к поверхности — охлаждение. Совокупность всех видов поступления и расхода теплоты в почвах в их коли­ чественном выражении за определенный промежуток времени записывается в форме уравнения теплового баланса. В общем виде это уравнение выглядит так:

где А — теплообмен почвы с деятельной поверхностью по верти­ кали; F — теплообмен с окружающим пространством по горизон­ тали; В — алгебраическая сумма изменения теплосодержания за данный период времени и затрат теплоты на фазовые переходы.

Так как для среднего многолетнего периода приход и расход теплоты в почве равны между собой, a F можно пренебречь, то

А = В.

Тепловой баланс собственно почв можно рассчитывать лишь на полях, не занятых растительностью. На естественных ценозах и полях, занятых сельскохозяйственными культурами, определя­ ют тепловой баланс деятельной поверхности, под которой пони­ мается поверхность, где происходит трансформация лучистой энергии солнца.

Уравнение теплового баланса деятельной поверхности имеет

вид

где R — радиационный баланс, т. е. сумма поступающей к по­ верхности почв солнечной энергии — прямая, рассеянная и длинноволновая радиация — и оттекающей — отраженная и из-

214

этом все остальные величины характеризуют расход теплоты. Радиационный баланс имеет суточный и годовой ход. Наиболь­ шая часть поступающей в экосистему энергии расходуется на транспирацию и испарение воды из почвы (рис. 43). Кроме постоянно действующих статей теплового баланса существуют статьи, эпизодически действующие. Например, температура осад­ ков или поливных вод отличается от температуры поверхности почв и вносит коррективы в балансовые расчеты. Так же изме­ няют характер распределения элементов теплового баланса фазовые переходы (испарение, замерзание воды, растворение, дегазация и сорбция газов).

В вегетационном цикле изменения элементов теплового ба­ ланса максимальная доля энергии приходится на поток теплоты в почву (А) и на затраты на эвапотранспирацию (LE).

Глава четырнадцатая

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Ряд процессов, протекающих в почвах, определяется их фи­ зико-механическими свойствами, которые проявляются при воздействии внешних нагрузок и подразделяются на деформа­ ционные, прочностные и реологические.

Деформационные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, не приводящих к их механическому разрушению. К ним относятся сжимаемость, просадочность, консолидация (уплотнение).

Прочностные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, вызывающих их разрушение - сдвиг, разрыв.

Реологические свойства характеризуют поведение почвы под давлением во времени. К ним относятся вязкость, пластичность, тиксотропность.

Понятие «физико-механические свойства» в почвоведении имеет более широкий диапазон применения, чем в механике,

235

геологии, грунтоведении Соответственно к физико-механическим свойствам в почвоведении относят также набухание, усадку, липкость, т. е. свойства высокодисперсных систем, проявляющие­ ся без механических воздействий со стороны

Изучение физико механических свойств почв важно не только с позиций понимания механизмов физических процессов, протека ющих в них, но имеет большое прикладное значение для сельского хозяйства Физико-механические свойства определяют условия об работки почв, дают возможность получить количественные оцен­ ки энергетических затрат на их обработку и выбрать оптималь­ ные сроки полевых работ, при которых в наименьшей степени деформируются почвы и обработка производится с наименьшими затратами горючего

14.1. Деформационные свойства почв

Сжимаемость почв под нагрузкой происходит при их меха­ нической обработке Особенно остро необходимость изучения этого вопроса стоит в настоящее время, когда на полях использу­ ется тяжелая сельскохозяйственная техника и происходит актив­ ное уплотнение поверхностных горизонтов почв Сжимаемость почв определяется их минералогическим и гранулометрическим составом, характером порозности и трещиноватости, оструктуренностью почв и прочностью структуры, сложением и ориента­ цией глинистых частиц, их размером и формой, влажностью почв и гидрофильностью коллоидной фракции Присутствие в почвах минералов монтмориллонитовой группы и высокое содержание органических веществ обусловливают возможность их значительного уплотнения при внешних нагрузках Высокая исходная пористость почв служит показателем возможности достаточно большого уплотнения почв при обработке ее тяжелой техникой

Сжимаемость почв приводит к уменьшению общей пороз­ ности, изменениям размеров и форм пор, размеров и форм струк­ турных отдельностей Опытами установлено, что сжимаемость вызывает переориентацию тонкодисперсных минеральных частиц, в результате чего они приобретают более совершенную ориента цию В И Муравьевым в 1962 г был предложен показатель ориентированности, который определяется по уравнению (в %)

где Imin — световой поток при угасании кристаллов, Imax — свето вой поток при их просветлении С = 1 0 0 % для совершенной ориентации частиц, С = 0 для хаотической Наиболее совершен­ ную ориентацию, даже при малых давлениях, приобретает каоли­ нит

Сжимаемость характеризуется коэффициентом уплотнения

236

где Р — коэффициент пористости, %; Рg — давление нагрузки, кг/см2.

Сжимаемость почвы — не полностью обратимая деформация. При многократных нагрузках компрессионная кривая имеет вид петли, что обусловлено разрушением структурных связей и на­ коплением остаточной деформации. Максимальная остаточная деформация будет соответствовать особенностям физических и химических свойств конкретных почв и дает возможность про­ гнозировать минимальную порозность при различных обработках в реальных условиях, т. е. максимально возможное уплотне­ ние их.

Частным случаем проявления сжимаемости почв и грунтов является просадочность. Просадкой называется понижение по­ верхности почв в результате уменьшения их пористости и раст­ ворения содержащихся в них солей при замачивании. С этим явлением связывают такие формы рельефа, как степные блюдца, поды. Особенно существенны просадки на лёссовых почвогрунтах при введении их в орошаемое земледелие, что объясняется высокой пористостью пород, малой гидрофильностью, выносом легкорастворимых солей, являющихся «клеющими» веществами для их структуры. Просадочность почв и грунтов может в не­ которых случаях создавать значительную ирригационную пестро­ ту микрорельефа на орошаемых массивах (рис. 45), что вызы­ вает перераспределение поливных вод на поверхности поля, создает мозаику увлажнения и может привести к формированию комплексности почвенного покрова. Все это усложняет обработку почв и сельскохозяйственную эксплуатацию орошаемых площа­ дей, создает пестроту посевов, снижает эффективность оро­ шения.

237