Температурный режим обрабатываемого слоя почвы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Тепловой режим почвы играет важную роль при вегетации растений, так как он влияет на интенсивность происходящих в ней биологических, химических, физических и биохимических процессов, на рост и развитие растений [1].

В связи с этим можно отметить такой важный физический процесс, происходящий в почвы, как атмосферная ирригация, то есть оседание росы в почве, который происходит только при условии, когда температура почвы ниже, чем температура воздуха. При этом, чем ниже температура почвы, тем больше росы в ней будет осаждаться, что очень важно особенно в условиях недостаточного увлажнения [2].

Но задача усложняется тем, что другой важный процесс в почве - нитрификация не может проходить при низкой температуре. Нитрификация возможна при температурах почвы в пределах от 10 до 45С, а оптимум составляет 25С. Следовательно, в почве должен быть такой температурный режим, чтобы одновременно могли происходить и нитрификация, и атмосферная ирригация [3].

Регулирование теплового режима почв можно осуществлять с помощью агротехнических, агромелиоративных и агрометеорологических приемов [4, 5].

Исследования выполнены в 2014-2017 годах на опытных полях ФГБНУ «АНЦ «Донской» (СКНИИМЭСХ) (г. Зерноград, Ростовская область). Почвенный покров представлен черноземом обыкновенным с содержанием гумуса 3,2%. Среднегодовые значения по количеству осадков - 562-600 мм, температура воздуха - 9,60С, влажность воздуха - 56% [6].

Для определения температуры почвы используется регистратор (метеостанция) Watch Dog серии 1400 Micro. Регистратор предназначен для автоматической регистрации и записи экологических данных почвы на протяжении заданного времени. Для измерения температуры почвы использовался внешний датчик температуры с диапазоном измерения от -400С до +850С при точности измерений ±0,60С.

При проведении экспериментальных исследований датчики измерения температуры почвы были установлены на различных фонах при возделывании сои по традиционной и нулевой технологиям. Обработка почвы по традиционной технологии была проведена комбинированным агрегатом УНС-3 с плоскорежущими рабочими органами [7, 8]. На этом фоне датчики температуры были установлены на глубине 30 см. На фоне нулевой технологии датчики были установлены на глубине 30 и 60 см.

Таким образом, размещение датчиков метеостанции позволило сравнить динамику температуры почвы по глубине и по технологии обработки почвы.

Результаты исследований

На рисунке 1 приведена динамика температурного режима почвы за период вегетации сои.

Необходимо отметить, что при проведении экспериментальных исследований проводились наблюдения и за температурой окружающего воздуха, изменения которой так же приведены на рисунке 1. При этом на рисунке введены следующие обозначения: Б30-температура почвы на глубине 30 см на фоне, обработанном по традиционной технологии, Н30, Н60-температура почвы на глубине 30 и 60 см на фоне, обработанном по нулевой технологии при возделывании сои.

Рисунок 1 - Динамика температуры почвы и окружающего воздуха при проведении исследований

почвенный тепловой ирригация

Представленные на рисунке ряды изменения температуры схожи в том, что эта температура изменяется в каждом из них и имеет периодическую составляющую. Кроме того кривые протекают как бы параллельно друг другу, что указывает на их корреляционную зависимость и во всех случаях температура почвы ниже, чем температура окружающего воздуха, что должно способствовать протеканию атмосферной ирригации. Наибольшая разность между температурой воздуха и температурой почвы наблюдается для кривой Н60, на втором месте по величине разности стоит кривая Н30 и последнее место занимает кривая Б30. При этом температура окружающего воздуха изменяется более динамично, чем температура почвы.

Для получения количественных оценок для отмеченных выше наблюдений был проведен корреляционный анализ, результаты которого приведены на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 - Корреляционные функции температуры окружающего воздуха и температуры почвы

Рисунок 3 - Статистические характеристики температуры окружающего воздуха и температуры почвы

На рисунке 2 приведены корреляционные функции температуры окружающего воздуха и температуры почвы. Они позволяют оценить внутреннюю структуру рассматриваемых процессов и скорость (динамичность) их изменения.

Из рисунка видно, что наименьшее время корреляции равное семи дням имеет процесс изменения температуры окружающего воздуха. На втором месте по величине времени корреляции (11 дней) стоят процессы изменения температуры слоя почвы на глубине 30 см, на фонах по традиционной и по нулевой технологиям. При этом на обоих фонах время корреляции практически одинаково.

Наибольшее время корреляции (21 день) имеет процесс изменения температуры почвы на глубине 60 см.

Все процессы имеют периодический характер изменения, так как корреляционные функции колеблются около оси времени.

Таким образом, важнейшее свойство почвы состоит в том, что она стабилизирует изменение температуры, и чем больше глубина, тем выше эта стабилизация, что важно для проходящих в почве различных сложных биофизических процессов.

На рисунке 3 приведены основные статистические характеристики изучаемых процессов изменения температуры.

Среднее значение температуры окружающего воздуха составляет 23,8С, а стандартное отклонение - 3,1С. Эти показатели выше, чем температура почвы и на фоне, обработанном по традиционной технологии, и на фоне, обработанном по нулевой технологии. Наиболее низкая средняя температура почвы на глубине 30 см, равная 21,2С наблюдается на фоне, обработанном по нулевой технологии, очевидно за счёт наличия на поверхности почвы не заделанных растительных остатков, которые защищают почву от солнечной радиации.

С увеличением глубины температура почвы снижается. Так про нулевой обработки почвы средняя температура на глубине 30 см составляет 21,2С, а на глубине 60 см - 19,4С.

Следовательно, если считать входной случайной функцией температуру окружающего воздуха, а выходной случайной функцией - температуру почвы, то, как динамическая система почва, представляет собой усилительное звено с коэффициентом усиления меньше единицы, так как на выходе температура меньше, чем на входе.

На этом же рисунке приведены коэффициенты корреляции между температурой окружающего воздуха и температурой почвы при разных способах обработки и на разной глубине. Наибольшая корреляция наблюдается на фоне, обработанном по традиционной технологии (r = 0,597). С увеличением глубины коэффициент корреляции снижается. Так на фоне при нулевой обработке на глубине 30 см коэффициент корреляции составляет 0,583, а на глубине 60 см - 0,213.

Наибольшую динамичность имеет температура окружающего воздуха (стандарт отклонения равен 3,1), температура почвы изменяется менее динамично, так как стандарт отклонения не превышает 1,1, что подтверждает показатели корреляционных функций, приведенных на рисунке 2.

Таким образом, почва как динамическая система преобразует входной сигнал (температура окружающего воздуха) так, что он уменьшается по величине и по скорости изменения (динамичности). Эти особенности почвы определяются как способами обработки, так и её составом, так как различная структура почвы и составляющие, определяющие эту структуру, имеют различную теплопроводность и теплоёмкость.

При этом с увеличением глубины коэффициент корреляции между температурой окружающего воздуха и температурой почвы снижается.

Литература

1. Микайылов, Ф.Д. Теоретические основы экспериментальных методов определения температуропроводности почв / Микайылов Ф.Д., Шеин Е.В. // Почвоведение. - 2010. - №5. - С. 597-605.

2. Герайзаде, А.П. Термо- и влагоперенос в почвенных системах. Баку. - 1982. Элм. 159 с.

3. Умаров, М.М. Микробиологическая трансформация азота в почве / Умаров М.М., Кураков А.В. Степанов А.П. - М.: ГЕОС, 2007.

4. Камбулов, И.А. Статистическая динамика природно-климатических факторов и урожайность зерновых колосовых культур / И.А. Камбулов, С.И. Камбулов, В.Б.Рыков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - №6 - С. 22-24.

5. Рыков, В.Б. Особенности возделывания озимой пшеницы в условиях недостаточного увлажнения Ростовской области / Рыков В.Б., Камбулов С.И., Камбулов И.А., Вялков В.И., Таранин В.И., Шевченко Н.В., Янковский Н.Г. // Зерноград, ВНИПТИМЭСХ. - 2010. - 172 с.

6. Рыков, В.Б. Тепловлагоперенос в почве в зависимости от используемой технологии ее обработки / Рыков В.Б., Камбулов С.И., Камбулов И.А. // В сб. «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК». - «Агроуниверсал-2013» - 2013. - С. 271-279.

7. Пахомов, В.И. Опыт возделывания озимой пшеницы в условиях недостаточного увлажнения / Пахомов В.И., Рыков В.Б., Камбулов С.И., Шевченко Н.В., Ревякин Е.Л. - Москва. - 2015. - 160 c.

8. Рыков, В.Б. Организационно-технологический проект производства сильных и твердых (ценных) пшениц в условиях недостаточного увлажнения с использованием комплексов машин с адаптивными рабочими органами / Рыков В.Б., Камбулов С.И., Камбулов И.А., Вялков В.И., Шевченко Н.В., Таранин В.И. // Зерноград, ВНИПТИМЭСХ. - 2010. - 147 с.

Размещено на Allbest.ru