دما و تهویه خاک

دما و تهویه خاک، اجزای حرارتی و گازی محیط خاک هستند که نرخ فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی و تامین اکسیژن برای ریشه‌ها و میکروب‌ها را کنترل می‌کنند.

Definition

دمای خاک وضعیت حرارتی خاک است که ناشی از تبادل انرژی در سطح و هدایت گرما از طریق پروفیل خاک است؛ تهویه خاک تبادل اکسیژن، دی‌اکسید کربن و سایر گازها بین فضای منافذ خاک و اتمسفر است.

Scope

این موضوع شامل تعادل حرارتی و خواص حرارتی است که رژیم دمایی خاک را تعیین می‌کنند، ترکیب و تبادل هوای خاک، و ارتباط بین تهویه، محتوای آب، و وضعیت ردوکس خاک. این مبحث به فازهای گاز و حرارت می‌پردازد که تصویر فیزیکی خاک را در کنار آب کامل می‌کنند.

Core questions

• چه عواملی رژیم دمایی خاک را در طول روز و سال کنترل می‌کنند؟
• ترکیب هوای خاک چیست و چگونه با اتمسفر تبادل می‌شود؟
• محتوای آب چگونه تهویه و تامین اکسیژن را کنترل می‌کند؟
• دما و تهویه چگونه بر فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی تأثیر می‌گذارند؟

Key concepts

• تعادل انرژی سطح خاک
• رسانایی حرارتی و ظرفیت گرمایی
• رژیم دمایی خاک
• ترکیب هوای خاک
• انتشار گاز و تخلخل پر از هوا
• تهویه، غرقابی شدن و ردوکس

Key theories

تعادل حرارتی و هدایت خاک

دمای خاک توسط تعادل انرژی سطح و هدایت گرما به داخل پروفیل تعیین می‌شود، با رسانایی حرارتی و ظرفیت گرمایی که به شدت به محتوای آب بستگی دارد، بنابراین خاک‌های مرطوب کندتر گرم و سرد می‌شوند.

تهویه و انتشار گاز

اکسیژن عمدتاً از طریق انتشار در منافذ پر از هوا به ریشه‌ها و میکروب‌ها می‌رسد، بنابراین تهویه به تخلخل و محتوای آب بستگی دارد؛ هنگامی که منافذ با آب پر می‌شوند، انتشار به شدت کاهش می‌یابد و خاک بی‌هوازی می‌شود و وضعیت ردوکس آن تغییر می‌کند.

Mechanisms

تابش، هدایت، همرفت و تبادل گرمای نهان در سطح، ورودی حرارتی خاک را تعیین می‌کنند که به سمت پایین هدایت شده و با افزایش عمق میرا و به تاخیر می‌افتد و امواج دمایی روزانه و فصلی را تولید می‌کند. هوای خاک به دلیل تنفس ریشه و میکروب‌ها غنی‌تر از دی‌اکسید کربن و فقیرتر از اکسیژن نسبت به اتمسفر است؛ اکسیژن عمدتاً از طریق انتشار در منافذ پر از هوا تامین می‌شود. هنگامی که آب منافذ را پر می‌کند، انتشار گاز به شدت کاهش می‌یابد، اکسیژن تخلیه می‌شود و خاک بی‌هوازی می‌شود و شیمی و بیولوژی آن را تغییر می‌دهد.

Clinical relevance

دمای خاک جوانه‌زنی بذر، رشد ریشه و نرخ چرخه‌های غذایی را کنترل می‌کند، در حالی که تهویه تعیین می‌کند که آیا ریشه‌ها و میکروب‌های هوازی اکسیژن کافی دارند یا خیر؛ مدیریت زهکشی، پوشش بقایا و فشردگی برای حفظ دمای کافی و تهویه مناسب خاک برای بهره‌وری محصول و محدود کردن تلفاتی مانند نیترات‌زدایی مهم است.

History

مطالعه رژیم حرارتی خاک بر اساس نظریه کلاسیک هدایت گرما که برای تعادل انرژی سطح خاک به کار می‌رفت، انجام شد، در حالی که تحقیقات در مورد تهویه خاک، انتشار گاز، محتوای آب و شیمی ردوکس را به هم مرتبط کرد و نقش فازهای گاز و حرارت را در عملکرد خاک تثبیت نمود.

Key figures

• Daniel Hillel
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

چرا خاک‌های غرقابی دچار کمبود اکسیژن می‌شوند؟

اکسیژن عمدتاً با انتشار از طریق منافذ پر از هوا به خاک می‌رسد که هزاران برابر سریع‌تر از انتشار از طریق آب است؛ هنگامی که منافذ با آب پر می‌شوند، تامین اکسیژن به شدت کاهش می‌یابد در حالی که تنفس ادامه دارد، بنابراین خاک به سرعت بی‌هوازی می‌شود.

چرا خاک‌های مرطوب در بهار کندتر گرم می‌شوند؟

آب ظرفیت گرمایی بالایی دارد و بخش زیادی از انرژی ورودی صرف تبخیر آن می‌شود تا افزایش دما، بنابراین خاک‌های مرطوب برای گرم شدن به انرژی بیشتری نیاز دارند و در بهار از خاک‌های خشک‌تر عقب می‌مانند.