Теплообеспеченность земель

При оценке температурного режима больших территорий применяют характеристики, дающие представление об общем количестве тепла за год или за отдельные периоды, а также о годовом и суточном ходе температуры воздуха. К их числу относятся средние суточные, средние месячные и средние годовые температуры, максимальные и минимальные температуры, амплитуда суточного хода температуры, сумма температур.
По условиям теплообеспеченности, отображаемым суммами активных температур (выше 10°С), в природно-сельскохозяйственном районировании земельного фонда России выделяют три пояса: холодный (менее 1600°С), умеренный (1600-4000°С) и теплый субтропический (более 4000°С).
В зависимости от характера промерзания почвы и среднегодовой температуры В.Н. Димо выделено четыре типа температурного режима почв.
1. Мерзлотный, характерный для районов с вечной мерзлотой, среднегодовая температура почвы отрицательная.
2. Длительно сезонно промерзающий с длительностью промерзания не менее 5 мес, среднегодовая температура почвы положительная. Температура на глубине 0,2 м самого холодного месяца отрицательная.
3. Сезонно промерзающий с длительностью сезонного промерзания от нескольких дней до 5 мес; глубина проникновения отрицательных температур не более 2 м.
4. Непромерзающий, при котором отрицательные температуры почвы отсутствуют или держатся от одного до нескольких дней.
Термические характеристики фациальных подтипов почв представлены в таблице 36.

Сумма активных температур имеет экологическое значение, выражая связь растения со средой обитания. Характеризуя ею тепловые ресурсы той или иной территории, необходимо знать обеспеченность сумм активных температур, т.е. повторяемость всех значений выше или ниже определенного предела, которая определяется по кривой Ф.Ф. Давитая.
Для удобства расчетов можно пользоваться таблицей 37, составленной на основе этой кривой. Данные таблицы 37 следует понимать так: при средней сумме температур, например, 3600 °С она изменяется в отдельные годы от 3000 до 4200 °С, т.е. в этом районе не бывает лет с суммой температур менее 3000 °С и более 4200°С. На 70% обеспечена сумма более 3500 °С, т.е. в 7 лет из 10 в этом районе имеют место суммы температур не ниже указанной величины.

Принято считать обеспеченность культуры теплом порядка 80-90% хорошей, так как производственный риск в данном случае невелик (10-20%).
При обеспеченности культуры теплом на 50-70% необходимо применять меры по улучшению термических условий. Если же культура в данных условиях обеспечена теплом менее чем на 50%, ее возделывание не имеет смысла.
С установления суммы активных температур для той или иной местности за период вегетации начинается агроэкологическая оценка земель. Но для решения ряда вопросов необходимо знать, как быстро происходит накопление тепла весной и летом, чему равны суммы температур за отдельные отрезки вегетационного периода (см. табл. 37).
Особое значение имеет оценка вероятности повреждения сельскохозяйственных культур заморозками. Сведения о заморозках необходимы для расчетов сроков сева, решения вопроса о рациональном размещении по территории наиболее теплолюбивых растений, определения вероятности гибели всходов полевых культур, цветков и завязей плодовых культур и т.д.
В зависимости от процессов образования выделяют три типа заморозков: адвективные, возникающие в результате наступления волны холода с температурой ниже 0 °С, радиационные, образующиеся в тихие ясные ночи в результате интенсивного ночного излучения подстилающей поверхности, и адвективно-радиационные. Последние наиболее опасны, они образуются в результате вторжения холодного воздуха с севера и его последующего охлаждения за счет ночного излучения.
Для заморозков радиационного и адвективно-радиационного происхождения весьма существенны микроклиматические условия, обусловленные рельефом.
В условиях сложного рельефа охлажденный воздух как более тяжелый стекает по склонам и скапливается в пониженных частях рельефа в виде так называемых "озер холода". При этом наименее заморозкоопасны вершины и верхние части склонов, с которых охлажденный воздух интенсивно стекает и заменяется более теплым. Средние части склонов занимают промежуточное положение, поскольку приток и сток воздуха по склону уравновешивается. Самые холодные слои воздуха располагаются над дном понижения.
Для удобства расчетов в таблице 38 дана балльная оценка заморозкоопасности различных форм холмистого рельефа, полученная в результате обобщения многочисленных исследований.


Длительность безморозного периода в воздухе и теплобеспеченность различных местоположений европейской части Нечерноземной зоны России рассчитывают по данным климатического справочника для ровных мест с поправками на формы рельефа в соответствии с данными таблицы 39.


При значительном увеличении длительности безморозного периода на выпуклых формах рельефа сумма температур воздуха за этот же период относительно меньше отличается от величины ее на ровном месте, чем сама длительность периода. Это объясняется более низкими средними суточными температурами в периоды прекращения и начала заморозков на вершинах по сравнению с ровным открытым местом. В понижениях рельефа, наоборот, сумма температур значительно уменьшается, так как начало и конец заморозков здесь проходят на фоне повышенных средних суточных температур воздуха.
Разность в суммах температур воздуха за безморозный период между вершинами и прилегающими долинами на европейской территории страны обычно бывает в пределах 200-300 °С, она несколько увеличивается в условиях континентального климата. Это соответствует изменению теплообеспеченности сельскохозяйственных культур, которое наблюдается на ровных местах на расстоянии 150-200 км по широте.
При оценке теплообеспеченности почвы используют показатели ее температурного режима: даты устойчивого прогревания почвы до температуры 5-10 °С, сумму средних суточных температур выше 10 °С и др. Основным источником такого рода информации служат средние многолетние данные климатических справочников.
Для дифференцированной оценки температурного режима почв с учетом их гранулометрического состава и других свойств могут быть использованы данные, представленные в таблице 40. Необходимость такой оценки определяется значительными различиями температурного режима почв разного гранулометрического состава, а также почв с разным содержанием органического вещества. Например, различия в средней месячной температуре песчаной и глинистой почв достигают 3-4 °С, осушенной и неосушенной торфяных почв - свыше 5 °С.

В холмистой местности распределение температуры почвы на отдельных участках определяется различиями во влажности почвы, солнечном нагреве, а также особенностями воздушного обмена в разных формах рельефа и на склонах различной экспозиции и крутизны.
В средних широтах при относительных разностях высот 10- 100 м средние суточные температуры почвы на глубине 5-10 см в весенний период на пологих южных склонах выше по сравнению с ровным полем в среднем на 0,5-1,0 °С, по сравнению с северными склонами на 2 °С. Такое повышение температур дает возможность высевать на южных склонах ранние яровые раньше, чем на ровных полях, в среднем на 2-5 дней, а по сравнению с северными склонами - на 4-7 дней.
Летом в дневные часы в малооблачную погоду температура почвы на пологих южных склонах в слое 5-10 см выше, чем на северных, на 3-4 °С, на глубине 20 см - на 1-2 °С.
Оценка условий перезимовки растений. Перезимовка растений зависит от состояния их осенью, температурных условий и высоты снежного покрова зимой. В малоснежные зимы при сильных морозах они могут вымерзать. Неблагоприятно сказываются на состоянии зимующих культур, особенно озимых зерновых, резкие колебания температуры, частые и продолжительные оттепели, гололед.
Комплексным показателем агроклиматических условий зимнего периода может служить предложенный А.М.Шульгиным показатель суровости зимы, вычисляемый по формуле

где Тm - средняя из абсолютных минимумов температура воздуха за месяц и в среднем за зимние месяцы; С - средняя высота снежного покрова.
Малосуровые условия зимы характеризуются величинами показателя до 1, суровые - от 1 до 3 и весьма суровые - выше 3.
Особенностью климата почвы зимой является ее промерзание. Оно зависит от ряда факторов: температуры поверхности почвы и глубоких слоев, снежного и растительного покровов, состава почвы, ее влажности, рельефа, производственной деятельности человека.
Влиянию низких температур противостоит снежный покров, который оказывает решающее влияние на глубину промерзания почвы. В многоснежные и малосуровые зимы глубина промерзания почвы меньше, чем в малоснежные и суровые. Даже в суровые и многоснежные зимы почва промерзает на меньшую глубину, чем в малосуровые, но малоснежные зимы. При этом к малоснежным относят зимы со средней высотой снежного покрова до 20 см, к среднеснежным - 20-30 см и к многоснежным - более 30 см.
Решающее значение имеет установление снежного покрова достаточной высоты в первой половине зимы, так как интенсивность промерзания почвы с начала зимы наибольшая. Поэтому правильное и возможно раннее снегонакопление позволяет в условиях резко континентального климата уменьшить глубину промерзания почвы.
Уменьшению промерзания почвы способствует растительный покров, поскольку он задерживает снег и сохраняет его в рыхлом состоянии.
На глубину промерзания сильно влияет влажность почвы. Чем она выше, тем меньше глубина промерзания, поскольку влажная почва при замерзании теряет значительное количество тепла за счет скрытой теплоты льдообразования.
Поскольку влажность почвы связана с ее гранулометрическим составом, то с повышением содержания глинистых частиц глубина промерзания почв уменьшается. В суровые зимы она различается между песчаными и суглинистыми почвами в среднем на 50 см, между суглинистыми и глинистыми - на 80 см.
Существенное влияние на промерзание почвы оказывает рельеф. На повышенных его формах почвы промерзают, как правило, глубже, чем на пониженных. Это объясняется большей поверхностью положительных форм рельефа и меньшей мощностью снежного покрова. Глубина промерзания почвы в зависимости от характера рельефа изменяется примерно в следующих градациях по отношению к ровной поверхности (принятой за 1): возвышенные места и северные склоны - 1,2-1,5; восточные и западные склоны - 1,00-1,35; южные склоны - 0,7-0,9; пониженные места (западины) - 0,5-0,7.
При оценке условий перезимовки озимых зерновых культур основным показателем является минимальная температура почвы на глубине узла кущения, принятой равной 3 см. С этой глубины резко уменьшаются колебания температуры почвы. В первой половине зимы при небольшой высоте снежного покрова и неглубоком промерзании почвы кратковременные (1-2 сут) резкие похолодания приводят к тому, что температура почвы до опасных для озимых посевов пределов может понизиться только до глубины 1-2 см и повредить посевы, у которых узел кущения залегает неглубоко (1-2 см). Растения с узлом кущения, залегающим глубже (4-5 см), при резких кратковременных похолоданиях целиком сохраняются. В связи с этим крайне важно обеспечение оптимальной глубины заделки семян при посеве.
Температурный режим на глубине узла кущения зависит от абсолютных минимумов температуры воздуха и их повторяемости, высоты снежного покрова, времени выпадения снега, его плотности, степени охлаждения нижележащих слоев почвы.
Снежный покров играет особую роль. Различия минимальной температуры почвы на глубине 3 см на бесснежных участках и на участках со снежным покровом мощностью 20-30 см достигают 10-20 °С, при сильных морозах и кратковременных понижениях температур воздуха до -20...-25°С разность между абролютными минимумами температур воздуха и почвы под снежным покровом высотой 60 см может достигать 37°С.
Разность температур воздуха и почвы определяется не только величинами низких температур, но и их продолжительностью. При сильных, но кратковременных морозах разность между температурами воздуха и почвы больше, чем при более слабых, но продолжительных.
Большое значение имеет плотность снежного покрова. Уплотнение снега увеличивает его теплопроводность и ведет к ухудшению термоизолирующих свойств.
Сопоставление фактических температур почвы зимой с критическими для растений температурами позволяет диагностировать состояние озимых культур.
Оценка влагообеспеченности территории. Нередко в качестве показателя обеспеченности влагой все еще используют среднее многолетнее количество осадков. Такая оценка совершенно недостаточна, ибо она не учитывает испаряемость, в зависимости от которой будет складываться различная влагообеспеченность при одной и той же годовой сумме осадков.
Существуют разные методы расчета влагообеспеченности. Для общей характеристики влагообеспеченности территории предложены условные показатели увлажнения, часто называемые индексами, или коэффициентами. В основе их лежит положение, согласно которому степень увлажнения территории находится в прямой зависимости от количества осадков и в обратной - от испаряемости. Испаряемость рассчитывают по температуре, дефициту влажности воздуха или другим параметрам. Приведем наиболее употребительные из этих показателей.
Коэффициент увлажнения, предложенный Г.Н. Высоцким и разработанный Н.Н. Ивановым,

где Р - осадки за год, мм, f - испаряемость за год, определенная по испарению с поверхности водоемов, мм.
Гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова

где Р - сумма осадков за период с температурами более 10 °С, мм; t - сумма температур за то же время, °С.
Сравнительно недавно М.И. Будыко предложил радиационный коэффициент сухости

где R - радиационный баланс; L - скрытая теплота испарения; r - годовое количество осадков.

---