درجة حرارة التربة وتهويتها
تُعد درجة حرارة التربة وتهويتها المكونين الحراري والغازي لبيئة التربة، وهما يتحكمان في معدلات العمليات البيولوجية والكيميائية وإمداد الجذور والميكروبات بالأكسجين.
Definition
درجة حرارة التربة هي الحالة الحرارية للتربة الناتجة عن تبادل الطاقة على السطح وتوصيل الحرارة عبر القطاع؛ تهوية التربة هي تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى بين الفراغات المسامية للتربة والغلاف الجوي.
Scope
يغطي هذا الموضوع التوازن الحراري والخصائص الحرارية التي تحدد نظام درجة حرارة التربة، وتكوين هواء التربة وتبادله، والصلة بين التهوية ومحتوى الماء وحالة الأكسدة والاختزال في التربة. ويتناول الأطوار الغازية والحرارية التي تكمل الصورة الفيزيائية للتربة إلى جانب الماء.
Core questions
- ما الذي يتحكم في نظام درجة حرارة التربة على مدار اليوم والسنة؟
- ما هو تكوين هواء التربة وكيف يتبادل مع الغلاف الجوي؟
- كيف يتحكم محتوى الماء في التهوية وإمداد الأكسجين؟
- كيف تؤثر درجة الحرارة والتهوية على العمليات البيولوجية والكيميائية؟
Key concepts
- توازن الطاقة السطحية للتربة
- الموصلية الحرارية والسعة الحرارية
- نظام درجة حرارة التربة
- تكوين هواء التربة
- انتشار الغاز والمسامية المملوءة بالهواء
- التهوية، التشبع بالمياه، والأكسدة والاختزال
Key theories
- توازن حرارة التربة والتوصيل
- تتحدد درجة حرارة التربة بتوازن الطاقة السطحية وبتوصيل الحرارة إلى القطاع، حيث تعتمد الموصلية الحرارية والسعة الحرارية بشكل كبير على محتوى الماء، لذا فإن التربة الرطبة تسخن وتبرد بشكل أبطأ.
- التهوية وانتشار الغاز
- يصل الأكسجين إلى الجذور والميكروبات بشكل رئيسي عن طريق الانتشار عبر المسام المملوءة بالهواء، لذا تعتمد التهوية على المسامية ومحتوى الماء؛ عندما تمتلئ المسام بالماء، ينهار الانتشار وتصبح التربة لا هوائية، مما يغير حالة الأكسدة والاختزال فيها.
Mechanisms
يحدد الإشعاع والتوصيل والحمل والتبادل الحراري الكامن على السطح مدخلات الحرارة للتربة، والتي تنتقل إلى الأسفل وتخمد وتتأخر مع العمق، مما ينتج عنه موجات حرارية يومية وموسمية. يكون هواء التربة أغنى بثاني أكسيد الكربون وأفقر بالأكسجين من الغلاف الجوي بسبب تنفس الجذور والميكروبات؛ ويُجدد الأكسجين بشكل رئيسي عن طريق الانتشار عبر المسام المملوءة بالهواء. عندما يملأ الماء المسام، ينخفض انتشار الغاز بشكل حاد، ويستنفد الأكسجين، وتصبح التربة لا هوائية، مما يغير كيمياءها وبيولوجيتها.
Clinical relevance
تتحكم درجة حرارة التربة في إنبات البذور ونمو الجذور ومعدلات دورة المغذيات، بينما تحدد التهوية ما إذا كانت الجذور والميكروبات الهوائية لديها ما يكفي من الأكسجين؛ وتُعد إدارة الصرف وتغطية المخلفات والضغط للحفاظ على التربة دافئة ومهواة بشكل كافٍ أمرًا مهمًا لإنتاجية المحاصيل وللحد من الخسائر مثل إزالة النتروجين.
History
اعتمدت دراسة النظام الحراري للتربة على نظرية التوصيل الحراري الكلاسيكية المطبقة على توازن الطاقة السطحية للتربة، بينما ربطت الأبحاث حول تهوية التربة انتشار الغاز ومحتوى الماء وكيمياء الأكسدة والاختزال، مما أرسى دور الأطوار الغازية والحرارية في وظيفة التربة.
Key figures
- Daniel Hillel
- Nyle C. Brady
- Ray R. Weil
Related topics
Seminal works
- hillel1998
- brady2016
Frequently asked questions
- لماذا تصبح التربة المشبعة بالمياه منخفضة الأكسجين؟
- يصل الأكسجين إلى التربة بشكل رئيسي عن طريق الانتشار عبر المسام المملوءة بالهواء، وهو أسرع بآلاف المرات من الانتشار عبر الماء؛ عندما تمتلئ المسام بالماء، ينهار إمداد الأكسجين بينما يستمر التنفس، لذا تصبح التربة لا هوائية بسرعة.
- لماذا تسخن التربة الرطبة بشكل أبطأ في الربيع؟
- يحتوي الماء على سعة حرارية عالية ويذهب جزء كبير من الطاقة الواردة إلى تبخيره بدلاً من رفع درجة الحرارة، لذا تتطلب التربة الرطبة المزيد من الطاقة لتسخن وتتأخر عن التربة الأكثر جفافًا في الربيع.