Прямая солнечная радиация. Ветровая эрозия почв и пыльные бури

Размещено на http://www.allbest.ru

Прямая солнечная радиация

Радиацию, поступающую на верхнюю границу атмосферы и затем на земную поверхность непосредственно от Солнца (от солнечного диска) в виде пучка параллельных лучей, называют прямой солнечной радиацией. Прямая солнечная радиация, поступающая на верхнюю границу атмосферы, изменяется во времени в небольших пределах, поэтому ееназывают солнечной постоянной (Sq). При среднем расстоянии от Земли до Солнца 149,5 * 106 км Sq составляет около 1400 Вт/м2.

При прохождении потока прямой солнечной радиации через атмосферу происходит его ослабление, вызванное поглощением (около 15 %) и рассеянием (около 25 %) энергии газами, аэрозолями, облаками.

Согласно закону ослабления Буге прямая солнечная радиация, поступающая на поверхность Земли при отвесном (перпендикулярном) падении лучей,

S = SoPm,

где р -- коэффициент прозрачности атмосферы; т - число оптических масс атмосферы.

Ослабление солнечного потока в атмосфере зависит от высоты Солнца над горизонтом Земли и прозрачности атмосферы. Чем меньше высота его над горизонтом, тем большее число оптических масс атмосферы проходит солнечный луч. За одну оптическую массу атмосферы принимают массу, которую проходят лучи при положении Солнца в зените (рис. 2.1). Когда Солнце находится у горизонта, луч проходит в атмосфере путь, почти в 35 раз больший, чем при падении лучей под углом 90° к поверхности Земли. Число оптических масс атмосферы (т) при различных высотах Солнца (Лф) приведено далее.

т 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,6 2,0 2,9 5,6 10,4 26,0 34,4 Л0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 0

Чем больший путь в атмосфере проходят солнечные лучи, тем сильнее их поглощение и рассеяние и тем больше изменяется их интенсивность.

Коэффициент прозрачности зависит от содержания в атмосфере водяного пара и аэрозолей: чем их больше, тем меньше коэффициент прозрачности при одинаковом числе проходимых оптических масс. В среднем для всего потока радиации в идеально чистой атмосфере р на уровне моря составляет около 0,9, в действительных атмосферных условиях - 0,70...0,85, зимой он несколько больше, чем летом. Приход прямой радиации на земную поверхность зависит от угла падения солнечных лучей. Поток прямой солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, называют инсоляцией'.

S' = Ssin А. Если земная поверхность не горизонтальна, как это большей частью и бывает в природе, то приход радиации на нее зависит уже не только от высоты Солнца, но и от наклона поверхности, и от ее ориентировки по отношению к странам света (от экспозиции).

На метеорологических станциях термометры устанавливают в особой будке, называемой психрометрической будкой , стенки которой жалюзийные. В такую будку не проникают лучи Солнца, но в то же время воздух имеет свободный доступ в нее.

Термометры устанавливают на штативе так, чтобы резервуары располагались на высоте 2 м от деятельной поверхности.

Срочную температуру воздуха измеряют ртутным психрометрическим термометром ТМ-4, который устанавливают вертикально. При температуре ниже --35 °С используют низкоградусный спиртовой термометр ТМ-9.

Экстремальные температуры измеряют по максимальному ТМ-1 и минимальному ТМ-2 термометрам, которые укладывают горизонтально.

Для непрерывной записи температуры воздуха служит термограф М-16А , который помещают в жалюзийной будке для самописцев. Колебания температуры воспринимаются изогнутой биметаллической пластинкой. В зависимости от скорости вращения барабана термографы бывают суточные и недельные.

В посевах и насаждениях температуру воздуха измеряют, не нарушая растительный покров. Для этого используют дистанционные электрические термометры сопротивления с малогабаритной приемной частью.

Внутренний вид психрометрической будки:

1 - гигрометр; 2 - сухой и смоченный термометры; 3 - максимальный и минимальный термометры

Термограф М-16А:

1 - барабан с лентой; 2-- стрелка с пером; 3 - биметаллическая пластинка

Ветровая эрозия почв и пыльные бури

К числу неблагоприятных гидрометеорологических явлений относится и ветровая эрозия, или дефляция почвы, -- процесс разрушения и перемещения частиц почвы ветром. Она возникает под влиянием как природных, так и антропогенных факторов и нередко связана с формами земледелия, не соответствующими данной климатической зоне. Интенсивность дефляции зависит от скорости ветра, размера частиц и их связности.

Ветер является основным фактором развития дефляции. в приземном слое движение воздуха всегда имеет турбулентный (вихревой) характер. Это приводит к пульсации скорости: за секунды она может меняться в пределах 20...25 % среднего значения, что существенно влияет на развитие эрозии. Критическими скоростями ветра на высоте 15 см считают: для песчаных и супесчаных почв - 3...4, суглинистых - 4...7, торфяных - 4...5 м/с.

Наиболее сильному выдуванию подвержены легкие по гранулометрическому составу, менее связанные почвы: песчаные, супесчаные, легкосуглинистые.

На степень эрозионных процессов оказывает влияние рельеф территории. Выдуванию больше подвержены верхние и наветренные части склонов, при этом чем круче склон, тем сильнее разрушение почвы.

Немаловажное значение имеет и микрорельеф местности: над выровненной поверхностью поля скорость ветра на 30...40 % выше, чем над невыровненной, грубо взрыхленной.

В степной, полупустынной и пустынной зонах дефляция почвы нередко принимает катастрофические размеры. Сильные ветры поднимают (иногда до 1,5...2 км) с поверхности огромное количество почвенных частиц и переносят эту массу на большие расстояния. Это явление называют пыльными бурями. Так, в 1960 г. из районов Северного Кавказа и Украины почвенная пыль была занесена в Румынию, Болгарию и Югославию, видимость ухудшалась в Белоруссии и Прибалтике.

При переносе пыли происходит ее сортировка, так как крупные частицы оседают быстрее. Они откладываются в понижениях рельефа или у различных препятствий -- строений, лесных полос или других насаждений . Например, в 1960 г. в Ростовской области во время пыльных бурь лесными полосами было задержано от 5 до 30 м3 мелкозема на 1 м полосы. Высота этих отложений варьировала от 0,5 до 3 м в зависимости от ажурности лесополосы. При этом с потерей каждого сантиметра слоя почвы с 1 га терялось около 30 кг азота, 20 кг фосфора, 300 кг калия и 2...3 т гумуса. По подсчетам специалистов, в 1969 г. на открытых полях зяби снос почвы в отдельные сутки составлял 100...400 т/га, т. е. в 20...40 раз превышал годовые потери почвы. Гибель озимых местами достигала 62 %.

Если вспомнить, что для восстановления 1 см почвы в естественных условиях требуется 250...300 лет, то следует признать, что ветровая эрозия наносит почвенному покрову невосполнимые потери.

Наряду с выдуванием в период ветровой эрозии происходит засекание растений. В результате на поле остаются остатки стеблей с поврежденными листьями или совсем без них, часть растений просто вырывается с корнем.

Зимой пыльные бури возникают реже, чем в теплое время года, но отличаются продолжительностью и охватывают значительные территории России. Среднее многолетнее число дней с пыльными бурями увеличивается в направлении с северо-запада на юго-восток.. Так, в южных областях сильные пыльные бури наблюдались зимой 1950--1951 гг., в январе 1963, 1964, 1965 гг., в январе-феврале 1969 г.

Противоэрозионной устойчивости почвы достигают, применяя рациональные приемы обработки, внося минеральные и главным образом органические удобрения, сея травы, опрыскивая поверхность почвы различными структурообразователями.

Одна из главных задач защиты почвы от ветровой эрозии - создание к периоду наступления пыльных бурь возможно более мощного растительного покрова. Поэтому посев озимых культур в оптимальные сроки обеспечивает хорошее развитие и укоренение растений к моменту возможного возникновения пыльных бурь, что обусловливает сохранение посевов и предохранение почвы от действия ветровой эрозии. В тех случаях, когда наносы небольшие, а растения хорошо развиты, они пробиваются наружу, образуя в наносах новые узлы кущения. Состояние пострадавших растений можно улучшить боронованием. Если же толщина земляного покрова превышает 5 см, то слаборазвитые растения гибнут и культуру пересевают.

В районах распространения пыльных бурь, а в засушливые годы повсеместно хороший эффект дает бороздковый посев, при котором семена заделывают в бороздки на глубину до 11...14 см. При таком посеве даже в засушливые годы семена попадают в более влажные слои почвы, что способствует более быстрому и дружному появлению всходов. Снег, задерживаемый в бороздках, предохраняет растения от выдувания и вымерзания, а главное -- благодаря мелковолнистой поверхности почвы снижается скорость ветра в приземном слое воздуха и уменьшается перекатывание комочков почвы. Урожайность зерновых культур при таком методе посева повышается в среднем на 15...20 %.

Широкое распространение получили кулисные пары, где высокостебельные растения (кукуруза, подсолнечник и др.) располагают перпендикулярно к эрозионно опасным ветрам.

Для защиты почвы от ветровой эрозии также высаживают полосами поперек господствующего направления ветра древесно- кустарниковые формы. Полезащитные лесные полосы уменьшают скорость ветра, способствуют накоплению снега в зимний период, значительно улучшая влагообеспеченность посевов. Даже стерня, оставленная на поле, уменьшает скорость ветра у поверхности почвы. На этом эффекте основана предложенная Т. С. Мальцевым система безотвальной обработки почвы, получившая широкое распространение в южных районах Сибири и позволившая сократить потери плодородного слоя от ветровой эрозии.

Все эти меры способствуют сохранению ценнейшего национального богатства - земельного фонда, предупреждают возможность проявления процессов эрозии и способствуют локализации уже протекающей эрозии.

Агроклиматическое районирование

Общее агроклиматическое районирование дает возможность оценить в целом агроклиматические ресурсы территории для сельского хозяйства с учетом интересов всех или большинства его отраслей.

Впервые карта общего агроклиматического районирования территории СССР была составлена в 1933 г. Г. Т. Селяниновым. Несколько позднее этим же стали заниматься П. И. Колосков, С. А. Сапожникова, Д. И. Шашко, В. П. Попов, Я. Н. Бабушкин, А. М. Шульгин и др.

Варианты районирования несколько различаются используемыми показателями, степенью детализации карт, определением границ поясов, районов и т. п.

При общем агроклиматическом районировании территорию разделяют по показателям обеспеченности теплом и влагой вегетационного периода, а также по условиям перезимовки.

В качестве основного показателя теплообеспеченности при районировании принята сумма температур выше 10 °С, характеризующая период активной вегетации большинства растений. На основании пространственного распределения этого показателя выделены границы термических поясов и подпоясов.

Для выделения районов с различной степенью благополучия перезимовки озимых, многолетних трав и древесной растительности использованы средние из абсолютных годовых минимумов температуры воздуха и почвы на глубине узла кущения для озимых и трав и на глубине 20...40 см для винограда и плодовых культур.

1. Арктический. Земледелие ведут лишь в защищенном грунте. Средняя температура воздуха самого теплого месяца ниже 10 "С. Развиты оленеводство и охота.

Полярный (зона тундры). Развито очаговое земледелие. Средняя температура воздуха самого теплого месяца ниже 15 °С, сумма активных температур более 10 °С на южной границе пояса 1000... 1200 °С. Вегетационный период менее 100 сут. Круглосуточный день в июне способствует ускоренному развитию растений. В открытом грунте произрастают нетребовательные к теплу и скороспелые культурные растения: листовые овощи, корнеплоды, капуста, ранний картофель. Повсеместно развиты оленеводство и охота.

Умеренный. Занимает большую часть территории страны: лесную, лесостепную, степную, полупустынную зоны. Суммы активных температур от северной границы пояса до южной изменяются от 1000... 1200 до 4000 °С. В июне на северной границе день длится 20 ч, на южной -- 15 ч. В этом поясе хорошо выражены четыре времени года. Сельское хозяйство представлено большим ассортиментом яровых и озимых культур, корнеплодов, овощей. В южной половине территории культивируют бахчевые, рис, плодовые и виноград. Развито животноводство мясо-молочного направления, требующее значительной заготовки кормов на зиму.

В этом поясе выделены подпояса (через 600 °С), в которых ресурсы тепла обеспечивают созревание различных по скороспелости сортов культурных растений: от очень раннеспелых до очень позднеспелых.

Субтропический (субтропическая природная зона на Черноморском побережье Кавказа). Характеризуется лишь двумя временами года -- теплым и холодным. Продолжительность дня в июне менее 15 ч, в декабре -- около 9 ч. Сумма активных температур 3500...4000 "С. Вегетация растений продолжается весь год (среднесуточная температура января около 5 °С). Обычно собирают два урожая: в начале лета и осенью. В холодный период произрастают озимые злаковые, овощи, в теплый -- субтропические однолетние и многолетние культуры (рис, табак, чай, цитрусовые, южные плодовые и др.).

Изменение увлажнения в целом тоже широтное. На территории России выделяется шесть зон.

Избыточно-влажная, ГТК > 1,33. Это территория тундры и тайги, преимущественно на глеево-подзолистых и подзолистых почвах.

Влажная, ГТК= 1,33... 1,00, соответствует зоне южной тайги и лиственных лесов на подзолистых почвах.

В этих зонах осадки превышают испаряемость. Возможно снижение урожая из-за избытка влаги, особенно на немелиори- рованных землях.

Слабо засушливая, ГТК= 1,00...0,77, соответствует лесостепи, на серых лесных, местами черноземных почвах.

Засушливая, ГТК = 0,77.,.0,55. Это типичная степь на обыкновенных черноземах.

Очень засушливая, ГТК = 0,55...0,33. Сюда относится часть степной зоны на черноземах и темно-каштановых почвах.

В этих районах осадки меньше испаряемости. Урожай по годам в основном изменяется в зависимости от увлажнения, поэтому необходимы агропрйемы на пополнение, сбережение и экономное расходование влаги.

Сухая, ГТК = 0,33...0,22 --полупустынные районы на светло-каштановых почвах. Здесь испаряемость значительно превышает осадки. Земледелие возможно только при искусственном орошении и за счет стока местных вод (лиманное орошение, па- динное земледелие и др.).

Кроме того, вся территория страны разделена на районы, отличающиеся по годовому ходу осадков, показателем которого служит отношение осадков теплого полугодия (март--октябрь) к осадкам холодного (ноябрь--апрель). Так, на европейской части России и на юге Западной Сибири сумма осадков теплого периода в 1,5...2 раза больше, чем холодного. На большей же части Сибири в теплое полугодие осадков выпадает в 2...3 раза больше, чем в холодное, а в Забайкалье и на Дальнем Востоке -- более чем в 4 раза. В результате при одинаковой годовой сумме осадков влагообеспеченность растений будет различной. Например, малое количество осадков в холодный период обусловливает невысокий снежный покров, а следовательно, и небольшие влаго- запасы в почве весной.

Степень суровости зимы на территории России увеличивается с юго-запада на северо-восток. В зависимости от значения среднего из абсолютных годовых минимумов температуры воздуха условия зимы подразделяют от «очень мягкая зима» Сср.из абс. min > --10 "С) до «очень суровая» (?ср. из абс. mitv < --45 -С) на 8 типов. В соответствии с этим и с учетом критических температур растений определяют возможность перезимовки отдельных культур. В районах с очень мягкой зимой произрастают субтропические культуры, в областях с очень суровой зимой -- самые холодостойкие сорта семечковых и косточковых с применением специальной агротехники.

Для перезимовки озимых культур и многолетних трав с учетом их критической температуры на глубине узла кущения --16...--20 "С условия на большей части земледельческих районов благоприятные и удовлетворительные. Лишь в областях, где средний из абсолютных минимумов температуры воздуха <-30°С, температура на глубине узла кущения опускается ниже --16°С (это восточные территории лесостепной и степной зон), и поэтому здесь достаточно велика вероятность вымерзания озимых и трав.

Влияние продуктивной влаги на состояние сельскохозяйственных культур

Состояние посевов сельскохозяйственных культур и их урожайность в значительной степени зависят от количества продуктивной влаги в почве. Степень соответствия потребности растений в почвенной влаге для формирования высоких урожаев имеющимся запасам продуктивной влаги в почве называют вдаго- обеспеченностъю растений. Методы количественной оценки влагообеспеченности сельскохозяйственных культур начали разрабатывать в начале 40-х годов, для чего использовали сопряженные наблюдения за влажностью почвы и состоянием различных сельскохозяйственных культур.

Результаты исследований С. А, Вериго показали, что при средних за декаду запасах продуктивной влаги в пахотном (0...20см) слое почвы меньше 5 мм всходы зерновых культур, как правило, не появляются. Удовлетворительное состояние всходов соответствует запасам влаги 12... 15 мм, а отличное состояние всходов наблюдают при влажности, близкой к наименьшей влагоемкости. В. период от кущения до выхода в трубку запасы продуктивной влаги меньше 10 мм в слое 0...20 см вызывают резкое ухудшение состояния посевов. В таких условиях слабо развиваются узловые корни, уменьшается количество стеблей и число колосков в колосе. Хорошее состояние растений отмечается при запасах продуктивной влаги в пахотном слое почвы 30...40 мм. В фазу выход в трубку -- цветение запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы меньше 80 мм ухудшают состояние посевов и снижают урожай. Хорошее состояние посевов зерновых культур и высокие урожаи бывают при запасах продуктивной влаги 100...200 мм.

На основании исследований влияния запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы на урожайность озимой пшеницы Е. С. Уланова (1975) установила различные градации запасов влаги и дала их оценку в основные периоды весенне-летней вегетации.

По данным Ю. И. Чиркова, наиболее высокие урожаи зерна кукурузы обеспечиваются запасами продуктивной влаги 70...80 мм в слое почвы 0...50 см в фазе выметывания метелки. Высокие урожаи зеленой массы кукурузы получают, если в слое почвы 0...50 см запасы влаги в течение всего периода вегетации не опускались ниже 60 мм.

Оценка запасов продуктивной влага в метровом слое почвы в основные периоды весенне-летней вегетации озимой пшеницы

Возобновление вегетации 150 . 200 120...150 100...120 <100

Выход в трубку 140...180 100...140 80...100 < 80

Колошение 80...140 60...80 40...60 <40

Налив зерна 80... 100 40...80 30...40 < 25

Для картофеля после цветения оптимальные запасы продуктивной влаги в слое почвы 50 см составляют 60...70 мм. Снижение запасов влаги до 30...35 мм в этот период вегетации резко снижает формирование и рост клубней.

Наблюдения, проведенные А. П. Лосевым, показали, что снижение продуктивной влаги в слое 0...120 см до 60...80 мм в летний период вызвало ослабление интенсивности роста плодов яблони и частичное засыхание листьев на деревьях.

Литература

1.Лосев А.П., Журина Л.Л. Агрометеорология/ А.П. Лосев, Л.Л. Журина Санкт-Петербург: ООО «КВАДРО» 2011.-368 ст.

2.Лосев А.П., Журина Л.Л. Агрометеорология/ А.П. Лосев, Л.Л. Журина

М : Колос, 2001.-297 ст.

3. Сельскохозяйственный справочник http://dic.academic.ru/dic.nsf/agriculture

Размещено на Allbest.ru