Водний і тепловий режими грунту
Водний режим грунту - це сукупність всіх явищ, що визначають надходження, пересування, витрата і використання рослинами ґрунтової вологи. Водний режим грунту - найважливіший фактор грунтоутворення і ґрунтової родючості.
Основним джерелами грунтової води є атмосферні опади. Деяка кількість води надходить в грунт в результаті конденсації пари з повітря, іноді значну роль відіграють близько розташовані грунтові води. У районах зрошуваного землеробства велике значення мають поливи.
Витрата води відбувається наступним чином. Частина води, що надходить на поверхню грунту, стікає у вигляді поверхневого стоку. Найбільша кількість надійшла в грунт вологи поглинається рослинами, які потім частково її випаровують. Деяка кількість води витрачається на випаровування, причому частина цієї вологи затримується рослинним покривом і з його поверхні випаровується в атмосферу, а частина випаровується безпосередньо з поверхні грунту. Ґрунтова вода може витрачатися і в вигляді внутрипочвенного стоку - тимчасово існуючого явища, яке виникає в періоди сезонного зволоження грунту. В цей час по найбільш водопроникний грунтовому горизонту починає переміщатися гравітаційна вода, водоупором для якої є менш водопроникний горизонт. Такі сезонно існуючі води отримали назву верховодок. Нарешті, значна частина грунтової води може досягати поверхні ґрунтових вод, відтік яких відбувається по водонепроникному ложу-водоупором, і йти в складі грунтового стоку.
Атмосферні опади, талі і поливні води проникають в грунт внаслідок її водопроникності (здатності пропускати воду). Чим більше в грунті великих (некапілярних) проміжків, тим вище її водопроникність. Особливе значення має водопроникність для вбирання талих вод. Якщо восени грунт замерзла в сильно зволоженому стані, то зазвичай її водопроникність вкрай незначна. Під лісовою рослинністю, що оберігає грунт від сильного промерзання, або на полях з рано проведеним снігозатриманням тала вода всмоктується добре.
Від вмісту води в грунті залежать технологічні процеси при обробці грунту, постачання рослин водою, фізико-хімічні та мікробіологічні процеси, що зумовлюють перетворення поживних речовин в грунті і надходження їх з водою в рослину. Тому одним з основних завдань землеробства є створення в грунті водного режиму, сприятливого для культурних рослин, що досягається накопиченням, збереженням, раціональним витрачанням грунтової вологи, а в необхідних випадках зрошенням або осушенням земель.
Водний режим грунту залежить від властивостей самого грунту, умов клімату і погоди, характеру природних рослинних формацій, на оброблюваних грунтах - від особливостей вирощуваних культурних рослин і техніки їх обробітку.
Виділяють такі основні типи водного режиму грунту: промивний, непромивний, випітної, застійний і мерзлотний (вакуумний).
При промивної типі водного режиму відбувається щорічне промочування всієї грунтової товщі до ґрунтових вод, при цьому грунт повертає в атмосферу менше вологи, ніж її отримує (надлишок вологи просочується в грунтові води). Грунтово-грунтова товща в умовах цього режиму щорічно як би промивається гравітаційної водою. Промивної тип водного режиму типовий для вологого помірного і тропічного клімату, де сума опадів більше випаровування.
Для непромивного типу водного режиму характерна відсутність суцільного промачивания грунтової товщі. Атмосферна волога проникає в грунт на глибину від декількох дециметрів до декількох метрів (зазвичай не більше 4 м), причому між змоченим шаром грунту і верхньою межею капілярної облямівки грунтових вод виникає горизонт з постійною низькою вологістю (близькою до вологості в'янення), званий мертвим горизонтом висушення . Цей режим відрізняється тим, що кількість повертається в атмосферу вологи приблизно дорівнює надходженню її з опадами. Цей тип водного режиму типовий для сухого клімату, де сума опадів завжди істотно менше випаровуваності (умовної величини, що характеризує максимально можливе випаровування в даній місцевості при необмеженій запасі води). Наприклад він властивий для степів і напівпустель.
Випотной тип водного режиму спостерігається в умовах сухого клімату з різким переважанням випаровування над опадами, в грунтах, які харчуються не тільки атмосферними опадами, а й вологою неглибоко розташованих ґрунтових вод. При випотном типі водного режиму грунтових вод досягають поверхні грунту і випаровуються, що часто призводить до засолення земель.
Застійний тип водного режиму формується під впливом близького залягання грунтових вод в умовах вологого клімату, при якому кількість атмосферних опадів перевищує суму випаровування і поглинання води рослинами. Через надмірного зволоження утворюється верховодка, в результаті чого відбувається заболочування грунту. Цей тип водного режиму типовий для знижень в рельєфі.
Мерзлотний (вакуумний) тип водного режиму формується на території суцільного поширення багаторічної мерзлоти. Особливість його - наявність на невеликій глибині постійно мерзлого водотривкому горизонту. Внаслідок цього, незважаючи на невелику кількість опадів, в теплу пору року грунт пересичені водою.
Тепловим режимом ґрунту називається сума явищ теплообміну в системі приземний шар повітря - грунт - грунтоутворюючих порід, в його характеристику включаються також процеси переносу і акумуляції теплоти в грунті.
Основне джерело тепла, що надходить в грунт - сонячна радіація. Тепловий режим грунту визначається переважно співвідношенням між поглиненої сонячної радіацією і тепловим випромінюванням грунту. Особливості цього співвідношення визначають відмінності режиму різних грунтів. Тепловий режим грунту формується, головним чином, під впливом кліматичних умов, однак вплив на нього чинять і теплофізичні властивості грунту і підстилаючих її порід (так, інтенсивність поглинання сонячної енергії залежить від забарвлення грунту, ніж грунт темніше, тим більша кількість сонячної радіації вона поглинає) . Особливе вплив на тепловий режим грунту надають многолетнемерзлие породи.
Теплова енергія грунту бере участь в фазових переходах грунтової вологи, виділяючись при льодоутворенні і конденсації грунтової вологи і витрачаючись при таненні льоду і випаровуванні.
Тепловий режим грунту має вікової, багаторічної, річний та добової циклічністю, пов'язаної з циклічністю надходження на земну поверхню радіаційної енергії Сонця. В середньому багаторічному вираженні річний баланс тепла даної грунту дорівнює нулю.
Добові коливання температури грунту охоплюють товщу грунту потужністю від 20 см до 1 м. Річні - до 10-20 м. Промерзання грунту залежить від кліматичних особливостей даної ділянки, температури замерзання ґрунтового розчину, потужності снігового покриву і часу його випадання (оскільки сніговий покрив зменшує охолодження грунту). Глибина промерзання грунту рідко перевищує 1-2 м.
Істотний вплив на тепловий режим грунту надає рослинність. Вона затримує сонячну радіацію, в результаті чого температура грунту влітку може бути нижче, ніж температура повітря. Особливо помітний вплив на тепловий режим ґрунтів надає лісова рослинність.
Тепловий режим грунту в значній мірі визначає інтенсивність механічних, геохімічних і біологічних процесів, що протікають в грунті. Наприклад, інтенсивність біохімічної діяльності бактерій збільшується з підвищенням температури грунту до 40-50 ° С; вище цієї температури життєдіяльність мікроорганізмів пригнічується. При температурі нижче 0 ° С біологічні явища різко загальмовуються і припиняються. Тепловий режим грунту безпосередньо впливає на ріст і розвиток рослин. Важливим показником забезпеченості рослин грунтовим теплом є сума активних температур грунту (тобто температур вище 10 ° С, при цих температурах йде активна вегетація рослин) на глибині орного шару (20 см).