Роль почв в природе

Физические свойства грунтов (плотность, проницаемость, теплоемкость, электрические и магнитные свойства).

К физическим свойствам относят плотность, плотность скелета, плотность минеральной части грунта, влажность, коэффициент пористости, степень влажности. Существование грунта как трѐхфазной системы обуславливает необходимость  определения плотности грунта с учѐтом трѐх фаз.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта к его объѐму при естественном сложении и  естественной  влажности.

Плотностью скелета грунта называется отношение  массы  грунта к его объѐму при естественном сложении в сухом состоянии.

Плотностью минеральной части грунта называется отношение массы твѐрдых частиц грунта к их совокупному объѐму.

Влажностью грунта называют отношение веса воды в грунте к весу высушенного грунта, выражается в %.

Коэффициентом пористости грунта называется отношение объѐма пор грунта к объѐму его скелета.

Степенью влажности называется отношение природной влажности грунта к его полной влагоѐмкости.

Пористость — это наличие в породе пор или капиллярных трещин шириною не более 0,25 мм.

Для определения пористости породы используют два показателя: пористость породы и коэффициент пористости.

Водопроницаемостью называют способность породы быстро поглощать воду и пропускать ее через себя. Скорость фильтрации воды зависит от размеров пор: чем крупнее поры в породе, тем больше скорость фильтрации.

Влагоемкость — это способность грунта вмещать и удерживать определенное количество воды при обеспеченном стекании. К влагоемким породам относятся торф, глина, суглинок и другие, к слабовлагоемким — глинистые породы, лесс, мергель и другие, к невлагоемким — песок, гравий, изверженные и скальные осадочные породы.

Водоотдача — это способность грунта отдавать часть воды путем стекания. В крупнозернистых породах водоотдача больше, чем в мелкозернистых, в глинах она практически равна 0.

Под капиллярностью понимают способность грунта по капиллярам подтягивать воду из основного горизонта и увлажнять лежащие над ним слои. Чем тоньше капиллярные поры, тем выше подъем воды в грунте. При снижении или подъеме основного горизонта подземных вод соответственно изменяется и уровень капиллярного подъема.

Теплопроводность грунта - теплофизическая характеристика грунта, определяющая его способность проводить тепло и численно равная плотности теплового потока в нем при градиенте температур равном единице. Единица измерения - Вт/(м·°С), [ккал/(м·ч·°С)].

Тепловые свойства и тепловой режим почв

 

Источники тепла в почве и тепловые свойства.

Тепло – это необходимый фактор жизни и роста растений. 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 энергии.

Главным источником тепла, поступающего в почву, является лучистая энергия Солнца (солнечная энергия). Небольшое количество тепла почва получает из глубинных слоев Земли и за счет биологических, химических и радиоактивных процессов, протекающих в верхних слоях литосферы. Часть поступающей к поверхности почвы солнечной энергии поглощается почвой и преобразуясь в тепло нагревает почву; часть отражается поверхностью почвы. Почва отдает тепло в атмосферу, если температура ее поверхности выше, чем температура приземного слоя воздуха.

К основным тепловым свойствам почв относят теплопоглотительную способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность – это свойство почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Показатель теплопоглотительной способности связан с величиной альбедо.

Альбедо – это отношение отраженной радиации к суммарной, поступающей на Землю, выраженное в процентах. Чем меньше альбедо, тем больше почва поглощает солнечной радиации. Этот показатель зависит от цвета почвы, влажности, структуры, содержания гумуса и гранулометрического состава. Высокогумусированные  почвы имеют темную окраску, поэтому они поглощают лучистой энергии на 10 – 15 % больше, чем малогумусированные. Глинистые почвы характеризуются высокой теплопоглотительной способностью по сравнению с песчаными. Сухие почвы отражают лучистую энергии. На 5 – 11 % больше, чем влажные.

Теплоемкость – это способность почвы удерживать тепло. Различают объемную и удельную теплоемкость почвы.

Объемная теплоемкость – это количество тепла, затрачиваемое для нагревания 1 см3 сухой почвы на 10 С (Дж\см3 на 10).

Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 г сухой почвы на 10 С (Дж\г на 10).

Теплопроводность – это способность почвы проводить тепло. Она измеряется количеством тепла в джоулях, которое проходит в 1 с через 1 см3. Она сильно зависит от влажности и содержания в порах почвы воздуха. Чем влажнее почва, тем выше ее теплопроводность, а чем рыхлее, те ниже.

Тепловой режим почв и его регулирование.

Тепловой режим почвы – это совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла.

Основным показателем теплового режима почвы, который характеризует ее тепловое состояние, является температура. Температура почвы определяется притоком солнечной радиации и тепловыми свойствами самой почвы. Помимо климата она зависит от рельефа, свойств почвы, растительности и снежного покрова.

Типы теплового (температурного) режима почв.

Различают:

1) Мерзлотный тип теплового  режима – распространен в Евро-Азиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной областях. В зоне вечной мерзлоты среднегодовая температура профиля почвы отрицательная. Замерзание доходит до многолетнемерзлых пород.

2) Длительно сезоннопрмерзающий тип – характерен для областей с преобладанием положительной среднегодовой температуры почвенного профиля. Промерзание почвы происходит на глубину не менее 1 м, но до многолетнемерзлых пород почва не промерзает. Длительность промерзания не менее 5 месяцев.

3) Сезоннопромерзающий тип  отличается положительной годовой  температурой; вечная мерзлота отсутствует, промерзание почвы продолжается  не более 5 месяцев.

4) Непромерзающий тип  выражен в южных районах, где  не наблюдается промерзание почв.

Регулирование теплового режима почв:

1) агротехнические мероприятия – это прикатывание, гребневание, оставление стерни, мульчирование (применение светлоокрашенной мульчи – соломы, опилок, увеличивает альбедо и ослабевает нагревание и наоборот, темные материалы – черная мульчбумага, темная торфяная крошка, способствует большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, расход влаги и тепла);

2) агромелиоративные мероприятия – это орошение, осушение, устройство лесополос, борьба с засухой;

3) агрометеорологические – это борьба с заморозками, меры по снижению излучения тепла из почвы и др.

Виды мелиорации

 

Мелиорация земель — коренное улучшение земель в результате осуществления комплекса мер. Среди различных видов мелиорации наиболее масштабными являются орошение и осушение.

Большую роль играют культуртехнические работы (борьба с кустарниками, кочками и др.), химические мелиорации (известкование и гипсование почв), агролесомелиорации, укрепление сыпучих песков, борьба с водной и ветровой эрозией и др.

Мелиорация земель способствует сохранению и повышению плодородия почвы, росту урожайности, устойчивости земледелия, смягчению воздействия колебаний погодно-климатических условий на результаты производства.

Так как мелиорация — это потребительская деятельность, то человек мелиорирует определенные территории, т. е. земли. Земля — это территория с угодьями (пригодная для какого-то использования), находящаяся в чьем-то пользовании, владении или собственности.

Различают три основные задачи мелиорации:

• улучшение земель, находящихся в неблагоприятных условиях водного режима, выражающихся либо в избытке влаги, либо в ее недостатке по сравнению с тем количеством, которое считается необходимым для эффективного хозяйственного использования территории;  
• улучшение земель, обладающих неблагоприятными физическими и химическими свойствами почв (тяжелых глинистых и иловатых почв, засоленных, с повышенной кислотностью и пр.);  
• улучшение земель, подверженных вредному механическому воздействию, т. е. водной и ветровой эрозии, выражающейся в образовании оврагов, оползней, развеивании почвы и пр.

В зависимости от конкретной задачи применяются и различные виды мелиорации.

Типы и виды мелиорации земель  
 
В зависимости от характера мелиоративных мероприятий различают следующие типы мелиорации земель: гидромелиорация; агролесомелиорация; культуртехническая мелиорация; химическая мелиорация. Гидромелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение заболоченных, излишне увлажненных, засушливых, эродированных, смытых и других земель, состояние которых зависит от воздействия воды. Гидромелиорация земель направлена на регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорируемых землях посредством осуществления мер по подъему, подаче, распределению и отводу вод с помощью мелиоративных систем, а также отдельно расположенных гидротехнических сооружений.  
 
К этому типу мелиорации земель относятся оросительная, осушительная, противопаводковая, противоселевая, противооползневая и другие виды гидромелиорации земель.  
 
Агролесомелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий, обеспечивающих коренное улучшение земель посредством использования почвозащитных, водорегулирующих и иных свойств защитных лесных насаждений. К этому типу мелиорации земель относятся следующие виды мелиорации земель: противоэрозионная - защита земель от эрозии путем создания лесных насаждений на оврагах, балках, песках, берегах рек и других территориях; полезащитная - защита земель от воздействия неблагоприятных явлений природного, антропогенного и техногенного происхождения путем создания защитных лесных насаждений по границам земель сельскохозяйственного назначения; пастбищезащитная - предотвращение деградации земель пастбищ путем создания защитных лесных насаждений.  
 
Культуртехническая мелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по коренному улучшению земель. Этот тип мелиорации земель подразделяется на следующие виды мелиорации земель: расчистка мелиорируемых земель от древесной и травянистой растительности, кочек, пней и мха; расчистка мелиорируемых земель от камней и иных предметов; мелиоративная обработка солонцов; рыхление, пескование, глинование, землевание, плантаж и первичная обработка почвы; проведение иных культуртехнических работ.  
 
Химическая мелиорация земель состоит в проведении комплекса мелиоративных мероприятий по улучшению химических и физических свойств почв. Химическая мелиорация земель включает в себя известкование почв, фосфоритование почв и гипсование почв.