Патрушев В.Ю.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД НАСАЖДЕНИЯМИ ЗЕМЛЯНИКИ В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ *
Аннотация:
теплофизическое состояние почвы характеризуется совокупностью комплекса теплофизических свойств, термического режима, формирующегося в ее профиле, и тепловых потоков, проходящих через верхний слой почвы при поступлении солнечной инсоляции. При этом имеется возможность посредством орошения создавать в корнеобитаемом горизонте почвенного профиля благоприятные агрофизические свойства и регулировать оптимальное поступление тепла и влаги, которое обеспечивает интенсивность биологических процессов и тем самым жизнедеятельность земляники садовой.
Ключевые слова:
дерново-подзолистая почва, теплоемкость, температура, теплопроводность, температуропроводность, теплопоток, влажность, орошение
Введение. Урожайность земляники садовой главным образом определяется теплофизическим состоянием почвы, которое является совокупностью комплекса теплофизических свойств, термического режима, формирующегося в ее профиле и тепловых потоков, проходящих через верхний слой почвы при поступлении солнечной инсоляции. В результате в дерново-подзолистой почве возможно создание благоприятных агрофизических свойств и оптимального количества тепла и влаги, которые обеспечивают в почвенном профиле интенсивность биологических процессов, пищевой режим и тем самым жизнедеятельность растений [1-2]. При этом теплопотоки в почве напрямую зависят от температурного профиля и теплопроводности ее гумусового горизонта. На данный момент знания о теплофизическом состоянии почвенного покрова при возделывании земляники в садах Алтайского Приобья практически отсутствуют [3]. Поэтому исследования состояния тепла и влаги в почве под различными агрокультурами весьма актуальны. В этой связи нами были проведены исследования таких показателей дерново-подзолистой почвы, как теплоемкость, тепло- и температуропроводность, а также теплоусвояемость, температура и теплопоток в период вегетации ягодной культуры летом 2023 года.Объекты и методы. Объектом исследований выбран чернозем обыкновенный среднесуглинистого гранулометрического состава под насаждениями рябины Алой. Температурный режим был изучен полевым зондом, датчики которого DSI8D20 созданы по технологии I-Wire фирмой «Dallas Semiconductor–Maxim», США [4]. Этот тип датчиков зарегистрирован в Госреестре средств измерений под №23169-02 и допущен к использованию в России. Использованы также расчетные методы [5-7]. Влажность почвы определена термостатно-весовым методом [8]. Измерения показателей проводились в течение вегетации до глубины один метр через каждые 10 см. Затем рассчитывались суммы температур и полезные запасы влаги (ПЗВ) по генетическим горизонтам. Кроме того, был изучен суточный ход температуры в начале и конце теплого времени года.Результаты исследований. Агротехника ухода за земляникой, как правило, сводятся к прополке сорняков, рыхлению, к периодическим поливам, внесению органики и удалению ненужных побегов [9-10]. При этом влажность необходимо поддерживать на уровне 75-80% НВ при поливной норме до 20 л/м2, чтобы на поверхности почвы не было луж. Сохранения ягодной культуры в зимнее время проводят задержание снега или используют укрывной материал. Наблюдения за температурным режимом в корнеобитаемом слое дерново-подзолистой почвы проводились в течение вегетации земляники сорта «Первоклассница» летом 2023 года на глубинах от нуля до 30 см через каждые 3 часа (табл. 1). Таблица 1. Динамика влажности и теплофизических коэффициентов в гумусовом горизонте дерново-подзолистой почвы под насаждениями земляники летом 2023 года U, %,ТФКСрок наблюдений04.0518.0531.0502.0620.0630.06U21,651,717,616,049,217,5C?2,413,322,232,163,242,20?1,101,381,091,081,280,91?1,642,151,561,552,051,46Продолжение:03.0717.0731.0702.0822.0831.0805.0920.09U47,827,022,252,120,712,610,38,9C?3,102,252,343,382,341,861,781,67?1,231,081,181,401,130,950,900,84?1,931,681,442,151,371,261,201,13Примечание: здесь U – относительная влажность почвы (%), C? – объемная теплоемкость, 106 Дж/(м3 к), ? – теплопроводность, Вт/(м К), теплоусвояемость, 10-3 Кг/(К-1 с-3/2).В течение вегетационного периода были проведены четыре полива большим объемом воды, который обеспечил влагосодержание в почве, равное ее полной влагоемкости. Первый пришелся на 18 мая, когда почвенное увлажнение в конце весны резко снизилось из-за отсутствия атмосферных осадков до критического уровня близкого к ВЗ. Последующие оросительные мероприятия реализованы 20 июня, 3 июля и 2 августа. Проведенные согласно методике С. В. Макарычева [3] расчеты показали, что сразу после орошения объемная теплоемкость достигала наибольшего значения, превышающего 3,0х106 Дж/(м3 К). Аналогичные изменения претерпели также коэффициенты теплопроводности и теплоусвояемости, максимум которых составил 2 августа 1,40 Вт(м К) и 2,15х103 Кг/(К-1 с-3/2). В сроки наблюдений, когда орошение не проводилось, увлажнение снижалось до уровня, близкого к НВ, который обеспечивал благоприятные условия для земляники. Тем не менее, были проведены еще 3 полива, поэтому только в конце августа после полного прекращения искусственногоорошения влажность чернозема стала снижаться и уже 31.08 составила в корнеобитаемом слое 12,6%, что составило 0,75 НВ, а 20 сентября до 8,9% от массы почвы. Следует отметить, что рассмотренный период вегетации, особенно в фазы цветения и плодоношения характеризовался периодическими атмосферными осадками и, как правило, не требовал оросительных мелиораций. Исследования теплового режима дерново-подзолистой почвы под насаждениями земляники были продолжены летом 2023 года, результаты которых содержатся в табл. 2.Таблица 2. Особенности температурного режима в гумусово-аккумулятивном горизонте (0-40 см) дерново-подзолистой почвы летом 2023 года. Т, 0ССрок наблюдений20.0630.0603.0717.0731.0702.0822.0831.0805.0920.09Поверхность почвыТ13.0028,517,019,019,022,524,016,019,522,521,0Т01.0022,018,522,022,524,025,520,520,022,521,5?т142,0108,0116,5143,0159,0169,5126,0139,5152,5149,0Глубина 10 смТ13.0028,517,018,519,021,523,015,519,022,520,5Т01.0017,018,521,521,523,524,519,520,022,521,5?т167,5123,5137,0140,5153,5164,0121,5137,5151,0148,0Глубина 20 смТ13.0028,517,018,519,521,022,515,519,022,521,0Т01.0017,018,521,021,023,024,019,020,022,521,5?т168,0123,0136,5140,5154,0161,5120,0136,5153,0150,0Глубина 30 смТ13.0028,016,518,019,020,522,015,518,522,020,5Т01.0017,517,520,020,522,021,518,019,022,021,0?т165,5120,0131,5138,0148,0154,0115,5132,5150,0146,5Как показывают данные табл. 2 летние месяцы были не жаркими. Так, поверхность почвы на глубине 0,5 см прогрелась до 28,50 только 20 июня, а в последующие месяцы ее температура не поднималась выше 240. Кроме того, во второй половине вегетации (конец июня) имело место выпадение атмосферных осадков. На глубинах 10 и 20 см температуры почвы слабо отличались от поверхности, поскольку их изменения не превышали одного градуса. Менее прогретой на 1-2 градуса оказалась почва на глубине 30 см. Таким образом, корнеобитаемый слой почвы под насаждениями земляники в течение лета сохранял стабильное температурное поле, о чем свидетельствуют суточные суммы температур. Нужно отметить, что прогревание в час ночи было выше, чем в час дня. Очевидно, в течение суток накопление тепла наблюдалось в послеобеденное время и сохранялось достаточно долго, вплоть до рассвета, на что указывают результаты температурных измерений. В табл. 3 показана динамика температуры на поверхности почвы и на глубине 20 см и тепловые потоки в течение определенных часов суток согласно «Руководству по градиентным измерениям…» (1964).Таблица 3. Теплопотоки (Р) в гумусовом горизонте (0-20 см) в течение суток. 2023 год. Срок700100013001600190010070030.06.23, ? = 0,91 Вт/(м К)Т0, 0С17,017,518,019,020,518,516,5Т20, 0С17,016,517,018,018,018,017,0?Т0-20, 0С01,01,01,01,50,5-0,5Р, Вт/м204,64,64,66,82,3-2,330.07.23, ? = 1,18 Вт/(м К)Т0, 0С20,520,522,024,024,523,020,5Т20, 0С21,020,021,522,023,522,520,5?Т0-20, 0С-0,50,50,52,01,00,50Р, Вт/м2-3,03,03,011,05,93,0030.08.23, ? = 0,95 Вт/(м К)Т0, 0С18,017,518,522,022,521,518,5Т20, 0С18,518,018,519,520,520,519,0?Т0-20, 0С-0,5-0,502,52,01,0-0,5Р, Вт/м2-2,4-2,4011,99,54,8-2,4Суточная сумма потоков тепла в отмеченные сроки наблюдений составила 22,7, 25,9, 19,6 Вт/м2 соответственно. При этом проведен анализ тепловых потоков, имевших место в течение суток тридцатого числа каждого летнего месяца согласно проведенной нами выборке. Здесь представлены температуры на поверхности почвы и на глубине 20 см, а также их разность. Используя закон Фурье в виде уравнения [Р] = ? ?X/?Т, рассчитаем величину теплопотоков в данный момент времени за одну секунду, которые содержатся в табл. 3. Рассматривая значения теплопотоков, соответствующих семи часам утра, можно отметить, что 30 июня он оказался равен нулю. А в июле и августе был отрицательным, это значит, что на глубине 20 см температура в эти месяцы превышала температуру поверхности, и тепло выходило из почвы в атмосферу. Такое же явление наблюдалось и 30 августа. В течение летних месяцев максимальное количество теплоты поступало в почву с 16 до 19 часов дневного времени. Так, в июле суточный теплопоток, соответствующий данному моменту времени, наблюдался в июле и равнялся 25,9 Вт/м2. Выводы. 1. Под влиянием орошения объемная теплоемкость возрастает до 3,0х106 Дж/(м3 К). Увеличились также коэффициенты теплопроводности и теплоусвояемости, максимум которых был отмечен 2 августа и составил 1,40 Вт (м К) и 2,15х103 Кг/(К-1 с-3/2). В отсутствии поливов за счет атмосферных осадков влажность почвы в фазы цветения и плодоношения оставалась в пределах 0,8-0,9 НВ, что обеспечивало благоприятные условия для земляники. В конце сентября имело место падение увлажнения до 8-9% от массы почвы. 2. Летние месяцы 2023 года были прохладными. Во второй половине вегетации (конец июня) имело место выпадение атмосферных осадков. На глубинах 10 и 20 см температуры почвы были сопоставимы с поверхностью, а на 30 см оказались ниже на 20С. В результате корнеобитаемый слой почвы в течение лета сохранял стабильное температурное поле, о чем свидетельствуют суточные суммы температур. 3. Рассматривая значения теплопотока, соответствующего семи часам утра, можно отметить, что 30 июня он оказался равен нулю. А в июле и августе был отрицательным, это значит, что тепло выходило из почвы в атмосферу. Такое же явление наблюдалось и 30 августа. В течение летних месяцев максимальное количество теплоты поступало в почву с 16 до 19 часов дневного времени. Так, в июле суточный теплопоток наблюдался в июле и равнялся 25,9 Вт/м2.
Номер журнала Вестник науки №12 (69) том 1
Ссылка для цитирования:
Патрушев В.Ю. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД НАСАЖДЕНИЯМИ ЗЕМЛЯНИКИ В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ // Вестник науки №12 (69) том 1. С. 1075 - 1083. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/11346 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+