Температура и аэрация почвы

Температура и аэрация почвы являются тепловым и газовым компонентами почвенной среды, регулирующими скорость биологических и химических процессов, а также поступление кислорода к корням и микробам.

Definition

Температура почвы — это тепловое состояние почвы, являющееся результатом обмена энергией на поверхности и теплопроводности через профиль; аэрация почвы — это обмен кислородом, углекислым газом и другими газами между поровым пространством почвы и атмосферой.

Scope

Эта тема охватывает тепловой баланс и тепловые свойства, которые определяют температурный режим почвы, состав и обмен почвенного воздуха, а также связь между аэрацией, содержанием воды и окислительно-восстановительным состоянием почвы. Она рассматривает газовую и тепловую фазы, которые дополняют физическую картину почвы наряду с водой.

Core questions

• Что контролирует температурный режим почвы в течение дня и года?
• Каков состав почвенного воздуха и как он обменивается с атмосферой?
• Как содержание воды регулирует аэрацию и подачу кислорода?
• Как температура и аэрация влияют на биологические и химические процессы?

Key concepts

• Энергетический баланс поверхности почвы
• Теплопроводность и теплоемкость
• Температурный режим почвы
• Состав почвенного воздуха
• Диффузия газов и воздухонаполненная пористость
• Аэрация, переувлажнение и окислительно-восстановительный потенциал

Key theories

Тепловой баланс и теплопроводность почвы

Температура почвы определяется энергетическим балансом поверхности и проведением тепла в профиль, при этом теплопроводность и теплоемкость сильно зависят от содержания воды, поэтому влажные почвы медленнее нагреваются и остывают.

Аэрация и диффузия газов

Кислород достигает корней и микробов главным образом за счет диффузии через заполненные воздухом поры, поэтому аэрация зависит от пористости и содержания воды; когда поры заполняются водой, диффузия прекращается, и почва становится анаэробной, изменяя свое окислительно-восстановительное состояние.

Mechanisms

Излучение, теплопроводность, конвекция и скрытый теплообмен на поверхности определяют поступление тепла в почву, которое проводится вниз, затухает и задерживается с глубиной, вызывая суточные и сезонные температурные волны. Почвенный воздух богаче углекислым газом и беднее кислородом, чем атмосфера, из-за дыхания корней и микробов; кислород пополняется главным образом за счет диффузии через заполненные воздухом поры. Когда вода заполняет поры, диффузия газов резко падает, кислород истощается, и почва становится анаэробной, изменяя свой химический состав и биологию.

Clinical relevance

Температура почвы контролирует прорастание семян, рост корней и скорость круговорота питательных веществ, в то время как аэрация определяет, достаточно ли кислорода у корней и аэробных микробов; управление дренажем, пожнивными остатками и уплотнением для поддержания адекватной температуры и аэрации почвы важно для продуктивности сельскохозяйственных культур и для ограничения потерь, таких как денитрификация.

History

Изучение теплового режима почвы опиралось на классическую теорию теплопроводности, примененную к энергетическому балансу поверхности почвы, в то время как исследования аэрации почвы связывали диффузию газов, содержание воды и окислительно-восстановительную химию, устанавливая роль газовой и тепловой фаз в функционировании почвы.

Key figures

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

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

Почему в переувлажненных почвах снижается содержание кислорода?

Кислород поступает в почву главным образом путем диффузии через заполненные воздухом поры, что в тысячи раз быстрее, чем диффузия через воду; когда поры заполняются водой, поступление кислорода прекращается, в то время как дыхание продолжается, поэтому почва быстро становится анаэробной.

Почему влажные почвы медленнее прогреваются весной?

Вода обладает высокой теплоемкостью, и большая часть поступающей энергии расходуется на ее испарение, а не на повышение температуры, поэтому влажные почвы требуют больше энергии для прогрева и отстают от более сухих почв весной.