Основные теплофизические характеристики почвы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Физика почв – это область почвоведения, изучающая физические свойства почв и протекающие в них физические процессы.

В общем случае, почва представляет собой многофазную дисперсную систему, в которой составляющие вещества находятся в твердом, жидком и газообразном состоянии. Почвенные частицы различны по величине и имеют разный минералогический и химический состав. Между слагающими почву частицами образуются пустоты, или поры, в которых находится почвенный раствор или почвенный воздух.

Почва, как природное физическое тело связана с факторами почвообразования, которые определяют особенности почвенного профиля, состоящего из генетических горизонтов, и с условиями внешней среды (климатом, рельефом, растительностью). Факторы внешней среды определяют радиационный, тепловой, водный и воздушный режим почв. На характер и скорость распространения воды, воздуха, тепла в почвах существенное влияние оказывает строение почвенного профиля, степень выраженности вертикальной анизотропии.

Почвообразовательный процесс оказывает сильное влияние на организацию, упорядочение и дифференциацию твердой части почвы, определяет состав почвенного раствора и обусловливает особенности почвы, как природного физического тела, которое подчиняется законам физики. При ее исследовании, используют не только физические методы, но и современные физические теории, опирающиеся на математический аппарат.

Непрерывность процессов почвообразования обеспечивается, прежде всего, атмосферным климатом. Поступающая в почву лучистая энергия Солнца частично трансформируется в химическую, но, в большей степени, во внутреннюю, поддерживая жизненно важные для почвообразования явления теплообмена и гумусонакопления в почвенном профиле.

Определенные сочетания условий увлажнения и температуры в атмосфере, а также гидротермического и воздушного режимов в почве обусловливают тип растительности, темпы гумификации, скорость и характер процессов выветривания минеральной части почвы и миграции продуктов почвообразования.

Многолетний режим температуры и влажности почвы, почвенного воздуха и других элементов, зависящий от комплекса природных условий и производственной деятельности человека определяют климат почвы. Первыми составляющими климата почвы являются тепловой, водный и воздушный режимы.

Содержание в почве тепла и его распределение по профилю зависит от теплофизических свойств почвы, которые в свою очередь являются функциями целого ряда почвенно-физических параметров (гранулометрического и минералогического составов, плотности, пористости, влажности, содержания органического вещества и солей). Эти зависимости выявляют неоднородность почв по теплофизическим свойствам и предоставляют возможность направленного воздействия на температурный режим почвы.

Исследование теплофизических свойств почвы необходимо для прогнозирования гидротермических явлений и создания оптимальных условий в почве с целью повышения урожайности возделываемых культур.

ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЧВЫ

Формирование гидротермического режима в почвенном профиле определяется ее теплофизическими показателями: объемной теплоемкостью (С_ρ), теплопроводностью (λ) и температуропроводностью (a).

Объемная теплоемкость (С_ρ) характеризует почву с точки зрения способности ее к нагреву или охлаждению, под воздействием сообщаемой ей теплоты, являясь величиной, равной количеству тепла, необходимого для изменения температуры 1м³ почвы на один градус. Единицей измерения объёмной теплоемкости в СИ является 1(Дж/м³∙К).

Коэффициент теплопроводности (λ) характеризует почву с точки зрения способности ее проводить тепло, представляя собой величину, равную количеству тепла, переносимому почвой в единицу времени через единицу площади при градиенте температуры, равном единице. Единицей измерения коэффициента теплопроводности в СИ является 1ватт на кельвин-метр 1 (Вт/К∙м)

Коэффициент температуропроводности (a) численно равен коэффициенту теплопроводности образца почвы с объемной теплоемкостью, равной единице. Единицей измерения коэффициента температуропроводности в СИ является 1метр в квадрате на секунду 1 (м²/с).