Приплив променевої сонячної енергії до поверхні грунту залежить від широти і рельєфу місцевості, стану поверхні грунту (покриття рослинністю), а також пори року і доби і стану атмосфери (ясно, хмарно і ін.). У Північній півкулі сумарний приплив сонячної радіації збільшується при русі з півночі на південь. Найбільший приплив сонячної радіації отримують південні схили, найменший - північні.
Поряд з умовами, що визначають приплив сонячної енергії, важливе значення у формуванні теплового режиму грунту (поглинання тепла, нагрівання та охолодження) мають теплові властивості грунту. До теплових властивостях ґрунту відносяться тепло-поглинальна здатність, теплоємність і теплопровідність.
Теплопоглотітельная здатність - здатність ґрунту поглинати променисту енергію Сонця. Вона характеризується величиною альбедо (А). Альбедо - кількість короткохвильової сонячної радіації, відбитої поверхнею грунту і виражене в% загальної величини сонячної радіації, що досягає поверхні грунту. Чим менше альбедо, тим більше поглинає грунт сонячної радіації. Воно залежить від кольору, вологості, структурного стану, виравненності поверхні грунту і рослинного покриву.
Наведемо альбедо (%) різних грунтів, порід і рослинних покривів (Чудновський, 1959): чорнозем сухий - 14, чорнозем вологий - 8, серози сухий - 25-30, серози вологий - 10-12, глина суха -23, глина волога - 16, пісок білий і жовтий - 30-40, пшениця яра - 10-25, пшениця озима - 16-23, трави зелені - 26, трави висохлі - 19, бавовник - 20-22, рис - 12, картопля - 19.
Темно-каштанова грунт (чорноземи і ін.) Поглинає більше сонячної радіації, ніж світло-каштанові (підзолисті, сіроземи і ін.); волога - більше, ніж суха.
Теплоємність - властивість грунту поглинати тепло. Характеризується кількістю тепла в джоулях (калоріях), необхідного для нагрівання одиниці маси (1 г) на 1 ° С - вагова (або питома) теплоємність або об'ємна - в 1 см 3 на 1 ° С; залежить від мінералогічного, гранулометричного складів, вмісту органічної речовини, вологості, пористості грунту і вмісту кисню. Теплоємність води дорівнює 1,000 кал, торфу - 0,477, глини - 0,233 і піску - 0,196 кал.
З цих даних видно, що вода - найбільш тепломісткий компонент грунту в порівнянні з мінеральними і органічними її частинами. Тому для підвищення температури вологого грунту потрібно більше тепла, ніж для сухої. Вологі грунти повільніше нагріваються і повільніше охолоджуються, ніж сухі. Глинисті грунти як більш теплоємні у вологому стані нагріваються навесні повільніше в порівнянні з піщаними. Восени при більшому зволоженні вони повільніше охолоджуються і стають теплішими піщаних. У зв'язку з цим, змінюючи вологість і пористість грунту поливами і обробкою, можна в певних межах регулювати температуру ґрунту.
Отже, теплоємність грунту в значній мірі залежить від вологості: чим вологіше грунт, тим більше тепла потрібно для її нагрівання. Тому піщані ґрунти тепліше глинистих, а через погану випаровує здатності вони слабкіше охолоджуються. Навесні такі грунту стають придатними для обробки на 2-3 тижні раніше, ніж грунту суглинні.
Теплопровідність - здатність грунту проводити тепло. Від неї залежить швидкість передачі тепла від одного шару до іншого, а отже, і здатність грунту швидше або повільніше нагріватися або охолоджуватися в певній товщі її профілю. Вона вимірюється кількістю тепла в джоулях (калоріях), яке проходить за 1 с через 1 см 2 шари грунту товщиною в 1 см. Окремі складові частини грунту мають різну теплопровідність. Мінімальною теплопровідністю володіє повітря (0,00006 кал), потім торф (0,00027 кал) і вода (0,00136 кал). Теплопровідність мінеральної частини грунту в середньому в 100 разів вище, ніж повітря, і в 28 разів, ніж води.
Оскільки в грунті поряд з її твердою (органічної і мінеральної) фазою в порах присутні повітря і вода, то теплопровідність сильно залежить від вологості грунту і змісту в її порах повітря. Тому чим вологіше грунт, тим вище її теплопровідність, а ніж пухкі, тим нижче.
Грунти, багаті гумусом, випромінюють менше тепла та більш теплі, ніж грунту, бідні ім. Суттєво послаблює втрату грунтом тепла рослинний покрив, а взимку - і сніговий.
Теплопровідність пухкого снігу дуже невелика, тому при наявності його на полях сильно зменшується тепловипромінювання грунту. У степових районах, де сніг здувається вітрами, заходи по його затриманню на полях набувають великого значення.
Повітряно-сухий грунт має більше низьку теплопровідність, ніж волога. Це пояснюється великим тепловим контактом між окремими частинками грунту, об'єднаними водними оболонками.
Поряд з теплопровідністю розрізняють температурпровод-
ність - хід зміни температури в грунті. температуропроводності
характеризує зміною температури на одиниці площі в одиницю часу.
Вона дорівнює теплопровідності, поділеній на об'ємну теплоємність грунту.
При кристалізації льоду в порах грунту проявляється кристаллизационная сила, внаслідок чого закупорюються і розклинюються грунтові пори і виникає так зване морозне здимання. Зростання кристалів льоду в великих порах викликає підтікання води з дрібних капілярів, де відповідно до зменшуються їх розмірами замерзання води запізнюється.
Залежність температури замерзання води від діаметра капілярів
| Діаметр капіляра (мм) | 1,57 | 0,24 | 0,15 | 0,06 |
| Температура | -6,4 | -13,3 | -14,5 | -18,5 |
У зв'язку з тим, що багато джерел припливу тепла і витрачання його
обчислюються ще недостатньо точно, теплової баланс визначається
наближено за спрощеною формулою:
Е = А (приплив) - Б (витрата),
Rб = B + L або R б - V = B + L
де Rб - радіаційний баланс (надходження та витрачання променевої енергії);
В - теплообмін в діяльному шарі (грунт + рослини);
L - теплообмін в повітрі;
V - обмін тепла, пов'язаний з влагооборота - випаровуванням і
Джерела надходить в грунт тепла і витрачання його - неоднакові для різних зон, тому тепловий баланс грунтів може бути і позитивним і негативним. У першому випадку грунт отримує тепла більше, ніж віддає, а в другому - навпаки. Але тепловий баланс грунтів будь-якій зоні з плином часу помітно змінюється.
Тепловий баланс грунту піддається регулюванню в добовому, сезонному, річному і багаторічному інтервалі, що дозволяє створити більш сприятливий термічний режим ґрунтів.
Тепловим балансом грунтів природних зон можна управляти не тільки через гідромеліорації, а й відповідними агромеліорацію і лісомеліоративних, а також деякими прийомами агротехніки. Рослинний покрив усредняет температуру ґрунту, зменшуючи її річний теплооборот, сприяючи охолодженню приземного шару повітря внаслідок транспірації і випромінювання тепла.
Великі водойми і водосховища зменшують температуру повітря.
Вельми прості заходи, наприклад культура рослин на гребенях і
грядках, дають можливість створити сприятливі умови теплового,
світлового, водно-повітряного режиму грунту на Крайній Півночі.
У сонячні дні середньодобова температура в кореневмісному шарі грунту на гребенях на кілька градусів вище, ніж на вирівняною поверхні. Перспективно застосування електричного, водяного і парового опалення, використовуючи промислові відходи енергії і неорганічні природні ресурси.
Регулювання теплового режиму і теплового балансу грунту разом з
водно-повітряним має вельми велике практичне і наукове значення.
Завдання полягає в тому, щоб керувати тепловим режимом ґрунту, особливо зменшенням промерзання і прискоренням відтавання її.