El régimen térmico de los suelos es un conjunto de procesos de entrada y salida de calor por parte del suelo, su distribución e influencia sobre las plantas.
Se refiere a los factores cósmicos de la vida vegetal. La principal fuente de calor en la Tierra es la energía radiante del Sol, que se convierte en calor. Las fuentes de energía térmica también incluyen: calor transferido por el aire atmosférico, descomposición de la materia orgánica del suelo, calor interno del planeta, procesos radiactivos en el suelo. Las dos últimas fuentes de calor son despreciables. La proporción de calor recibido del aire atmosférico también es insignificante, aunque a veces tiene algún efecto, por ejemplo, cuando se mueven masas de aire caliente.
Por regla general, la producción de calor microbiano no tiene un efecto notable en el régimen térmico de los suelos. Sin embargo, durante la descomposición de la materia orgánica «concentrada», como el estiércol, la temperatura puede aumentar hasta 40-60°C debido a la actividad microbiana. Las llamadas «camas calientes» se basan en este principio.
El papel del calor en la vida vegetal
La energía térmica es un factor en el flujo de procesos fisiológicos y bioquímicos en las plantas. A bajas temperaturas, algunos procesos se inhiben fuertemente, mientras que en otros casos no se inician.
La necesidad de calor de las plantas es diferente. Las diferencias se manifiestan no solo en diferentes especies, sino también en una misma cultura en diferentes fases de desarrollo.
Mesa. Necesidades de calor de los cultivos de campo[ref]Fundamentos de la tecnología de producción agrícola. Agricultura y producción de cultivos. Editado por V.S. Niklyaev. - Moscú: "Bylina", 2000. - 555 p.[/ref].
germinación de semilla | |||||
| Sinapis, colza | |||||
| Centeno, trigo, cebada, avena, guisantes | |||||
| Lino | |||||
| Girasol | |||||
| Papa | +16...+18 (tubérculos) |
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| Guisantes | |||||
| Maíz | |||||
| Remolacha azucarera | |||||
Dependiendo de la reacción fisiológica de las plantas, existen:
- temperatura mínima — la temperatura por debajo de la cual no ocurren procesos fisiológicos;
- temperatura óptima — la temperatura a la cual el crecimiento y desarrollo de la planta procede más rápidamente;
- la temperatura máxima es la temperatura por encima de la cual las plantas reducen bruscamente la productividad, hasta la muerte.
Cada fase de crecimiento y desarrollo se caracteriza por sus temperaturas mínimas, óptimas y máximas.
Un aumento en la temperatura del suelo afecta directamente la tasa de crecimiento de las plantas. Por ejemplo, las semillas de centeno germinan a una temperatura de 4-5 °C durante 4 días, a 16 °C por día. Esta propiedad debe tenerse en cuenta al elegir el momento de la siembra de tal manera que evite la siembra en suelo frío, en el que las semillas permanecerán durante mucho tiempo sin germinar, con la probabilidad de descomposición.
El sistema radicular también responde a la temperatura del suelo. Su crecimiento procede más vigorosamente a una temperatura relativamente baja. Así, el sistema radicular de la avena a una temperatura del suelo de 12-14 °C fue 1,5 veces menor que a 6-8 °C. La masa más grande de tubérculos de papa se forma a una temperatura de no más de 15-20 °C.
Para un buen crecimiento de las raíces, la temperatura del suelo debe ser ligeramente más baja que la temperatura del aire de la parte aérea de la planta. Para el cáñamo, cuando aparecen las plántulas, la temperatura mínima del suelo es de 2-3 °C, para los cereales de primavera y los guisantes , de 4-5 °C.
La formación de órganos reproductivos se produce a temperaturas mínimas: en cáñamo, cereales de primavera y guisantes — 10-12 °C, trigo sarraceno, girasol, maíz, mijo — 12-15 °C, arroz, algodón — 13-20 °C. Durante la fructificación, para la mayoría de los cultivos, una temperatura de 10-12 °C es suficiente, para arroz y algodón 15-20 °C.
Para la mayoría de los cultivos, la temperatura óptima es de 20-25 °C. A temperaturas superiores a 30 °C, se observa inhibición del desarrollo. Superar las temperaturas óptimas provoca un fuerte aumento de la intensidad de la respiración y del consumo de materia orgánica, lo que repercute en la reducción del crecimiento de la masa verde. Las temperaturas superiores a 50-52 °C conducen a la muerte de las plantas.
Mesa. Temperaturas mínimas y óptimas del suelo necesarias para la germinación de las semillas y la emergencia de las plántulas, °С.[ref]Farming. Libro de texto para la escuela superior / G.I. Bazdyrev, V.G. Loshakov, A.I. Puponin et al. - Moscú: Editorial "Kolos", 2000. - 551 p.[/ref].
| Trébol, alfalfa, cáñamo | ||||
| Centeno, trigo, cebada, avena, guisantes, vicia, lathyrus, phleum | ||||
| Remolachas, trigo sarraceno, frijoles, lino, lupinus, cicer | ||||
| Papa, girasol | ||||
| Maíz, mijo, hierba de Sudán, soja, cilantro | ||||
| Frijoles, sorgo, ricino | ||||
| Algodón, arroz, sésamo, maní | ||||
Las altas temperaturas en verano pueden causar grandes daños a la productividad, especialmente cuando el agua escasea. La muerte de las plantas por sequía se observa no solo en las regiones del sur, sino también en las del norte, por ejemplo, en cultivos de trébol o secado acelerado («captura») de trigo sarraceno debido a las altas temperaturas del aire.
Las temperaturas más bajas son mejor toleradas por las plantas en la fase de semillas eclosionadas. En el futuro, la resistencia al frío disminuye drásticamente. Las heladas primaverales pueden dañar gravemente las plántulas. Las heladas de otoño también son peligrosas y dañan las plantas de tomate , patata , pepino , mijo , trigo sarraceno que no maduran , en el este del país: trigo de primavera de siembra tardía. Por lo tanto, para la correcta selección de cultivos, se debe tener en cuenta la duración de la temporada de crecimiento, comparándola con el período libre de heladas, y la suma de las temperaturas activas para una zona en particular.
Cada planta durante el ciclo vegetativo requiere una determinada cantidad de calor, para valorar cual es costumbre en agricultura utilizar la suma de temperaturas activas.
Mesa. Necesidades de calor de las plantas agrícolas durante el período de vegetación[ref]Farming. Libro de texto para universidades / G.I. Bazdyrev, V.G. Loshakov, A.I. Puponin et al. - Moscú: Editorial "Kolos", 2000. - 551 p.[/ref] [ref]Fundamentos de la tecnología de producción agrícola. Agricultura y cultivo de plantas. Editado por V.S. Niklyaev. - Moscú: "Bylina", 2000. - 555 p.[/ref].
| Trigo de primavera | (según otras fuentes 1100-1900) |
| Trigo de invierno | |
| Cebada | (según otras fuentes 950-1700) |
| Avena | (según otras fuentes 1000-1800) |
| Mijo (Panicum) | |
| Maíz para grano | (según otras fuentes 2000-3000) |
| Maíz para ensilaje | (según otras fuentes 1800-2500) |
| Papa | (según otras fuentes 1200-2000) |
| Remolacha azucarera | |
| Lino | (según otras fuentes 1300-1700) |
| Guisantes | |
| Girasol | |
| Hierbas perennes |
La suma de las temperaturas activas es la suma de las temperaturas diarias superiores a 10 °C durante la temporada de crecimiento.
Para la mayoría de los cultivos, está en el rango de 1200-2000 ºС. La germinación de semillas también se activa cuando se alcanza un cierto valor de la suma de temperaturas activas.
El calor es necesario para el funcionamiento normal de los microorganismos del suelo y la biota . Además, en cuanto a las plantas, se ven afectadas negativamente por las bajas temperaturas, que provocan una ralentización de los procesos, y las elevadas. La temperatura óptima es de 15-20 °C con ligeras fluctuaciones, especialmente en suelos altamente estructurados en humus.
Las plantas se caracterizan por la resistencia al frío y las heladas, especialmente en la zona templada, mientras que en las regiones cálidas son resistentes al calor, por ejemplo, las plantas amantes del calor como el sorgo, el ricino, el arroz, el algodón.
Propiedades térmicas del suelo
Capacidad de absorción de calor
La capacidad de absorción de calor del suelo es la propiedad del suelo para absorber energía solar al convertir la energía luminosa en calor. Paralelamente a la absorción, se produce un reflejo parcial de la luz desde la superficie del suelo.
La proporción de la parte de energía absorbida y reflejada se caracteriza por el índice de albedo, determinado por la ley de Kirchhoff y varía según la negrura del suelo: cuanto más oscuro es el suelo, más luz se convierte en calor.
El albedo de las tierras de regadío es un 5-11% más bajo que el de las tierras de secano. El albedo para nieve seca pura es 88-91%, húmedo — 70-82%.
Los factores indirectos que afectan al albedo son: estructura, humedad y uniformidad de la superficie, características de la planta (color de hojas y tallos).
Los suelos con alto contenido de humus (chernozems) absorben entre un 10 y un 15 % más de energía luminosa que los suelos con bajo contenido de humus, así como los suelos arcillosos en relación con los arenosos.
Capacidad calorífica
Capacidad calorífica del suelo: la capacidad de los suelos para acumular energía térmica.
Distinguir entre capacidades caloríficas de peso y volumen.
La capacidad calorífica en peso del suelo es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 kg de suelo en 1 °C. Se expresa en J/(kg⋅ºС). A veces se usan gramos en lugar de kilogramos.
La capacidad calorífica volumétrica del suelo es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 m 3 de suelo en 1 °C. Expresado en J / (m3⋅°C). A veces, en lugar de m3, se utilizan cm3 o dm3 (litros).
El peso Cm y la capacidad calorífica volumétrica CV están relacionados por la relación:
ρCm = CV,
donde ρ es la densidad del suelo.
La capacidad calorífica del suelo depende de la composición mineralógica y granulométrica, la humedad y el contenido de materia orgánica. Por ejemplo, la arena de cuarzo tiene una capacidad calorífica específica en peso menor que la turba.
La capacidad calorífica en peso del agua es 4187 J/(kg⋅°C), la arena es 821 J/(kg⋅°C), la arcilla es 976 J/(kg⋅°C), la turba es 1997 J/(kg⋅° C), aire — 1,3 J/(kg⋅°C).
La humedad aumenta la capacidad calorífica del suelo, por lo que los suelos arcillosos, que se caracterizan por una alta capacidad de humedad, se calientan lentamente en primavera, pero también retienen más el calor durante la noche y durante las heladas. También se les llama fríos. Los suelos ligeros: arenosos y franco arenosos, por el contrario, se calientan más rápido y se denominan cálidos. El agua puede cambiar la capacidad calorífica del suelo de 10 a 15 veces.
El humus, al igual que los suelos sueltos, también tiene una mayor capacidad calorífica.
Conductividad térmica
Conductividad térmica del suelo: la capacidad del suelo para conducir calor, o la cantidad de calor que pasa por unidad de tiempo a través de una unidad de longitud (área, volumen) a una diferencia de temperatura de 1 °C. Expresado en W/(m⋅°C).
La conductividad térmica del suelo depende de la composición química y granulométrica, la humedad, el contenido de aire, la temperatura y la densidad del suelo.
Los suelos secos, así como los ricos en humus y muy aireados, conducen muy mal el calor.
La fase sólida del suelo conduce el calor unas 100 veces mejor que el aire. Por lo tanto, el suelo denso es más conductor térmico que el suelo suelto. Un aumento de la densidad de 1,1 a 1,6 g/cm3 conduce a un aumento de la conductividad térmica por un factor de 6.
La humedad del suelo también aumenta la conductividad térmica: un cambio en el contenido de humedad de 0,1 a 25-30% conduce a un aumento de la conductividad térmica de 5 veces.
La difusividad térmica se usa para estimar la tasa de igualación de temperatura entre los horizontes del suelo.
Difusividad térmica: un cambio de temperatura en 1 cm3 del suelo como resultado de la recepción de una cierta cantidad de calor en él, que se transfiere por unidad de tiempo a través de una unidad de área.
Disipación del calor
La disipación del calor es la capacidad del suelo para disipar el calor. La disipación del calor puede tener lugar por medio de la radiación térmica y la convección.
Capacidad de emisión de calor del suelo: la capacidad del suelo para emitir energía térmica a través de la radiación térmica.
Depende de la condición del suelo y la superficie, el grado de humedad, así como de la conductividad térmica. Los suelos minerales, debido a su mayor conductividad térmica, tienen una mayor capacidad de emisión de calor que los suelos turbosos.
Los suelos húmedos y los suelos con superficie lisa también tienen una mayor capacidad de disipación de calor que los suelos secos y rugosos.
La transferencia de calor por convección depende de la saturación de la atmósfera con vapor de agua, la temperatura del suelo y las condiciones de la superficie.
Patrones del régimen térmico
La cantidad de energía luminosa que ingresa a la superficie del suelo se caracteriza por una periodicidad diaria y anual. Dado que la energía de la luz se convierte en energía térmica, el cambio en la temperatura de la superficie tiene un patrón similar.
En el ciclo diurno, la temperatura de la superficie del suelo sube desde la salida del sol hasta las 14:00 horas, después de las 14:00 horas comienza a disminuir. En el ciclo anual, aumenta de marzo a julio y luego se enfría. Las fluctuaciones diarias de temperatura, por regla general, no se extienden a más de 1 m, las anuales, a más de 5 m.
Las fluctuaciones de temperatura juegan un papel importante para los cultivos de invierno, ya que la congelación profunda y rápida conduce a una disminución de la resistencia a las bajas temperaturas.
La capa de nieve tiene un impacto significativo en el régimen de temperatura del suelo. Dado que la nieve tiene una baja conductividad térmica, la transferencia de calor del suelo a la atmósfera en invierno se reduce notablemente. Por ejemplo, con un espesor de nieve de 24 cm, la temperatura en su superficie era de -26,8 °C, mientras que bajo la nieve en la superficie del suelo era de -13,8 °C.
La solución acuosa en el suelo, debido al contenido de una gran cantidad de minerales, tiene un punto de congelación mucho más bajo que el agua, hasta -10 °C.
La afluencia de energía de la luz solar depende de la latitud del área, las condiciones climáticas, la hora del día, la niebla, el polvo de la atmósfera, etc.
El régimen térmico de los suelos depende de la topografía del terreno. La inclinación y la exposición de las pendientes determinan la diferencia en la cantidad de calor suministrada por la energía solar. Los suelos de las laderas del sur, suroeste y sureste se calientan mejor que los del norte, noroeste y noreste y las zonas niveladas.
Tipos de condiciones térmicas
La congelación de los suelos cubiertos de vegetación (cultivos de invierno, pastos, bosques, etc.) es mucho menor que la de los suelos descubiertos (sin vegetación, mantillo, etc.). En diferentes zonas edafoclimáticas, se forman diferentes regímenes térmicos de suelos. Según el valor de la temperatura media anual y la naturaleza de la congelación, se distinguen 4 tipos de régimen térmico:
- permafrost;
- congelación estacional prolongada;
- congelación estacional;
- anticongelante.
Tipo de permafrost
El tipo de permafrost de régimen térmico es característico de las zonas de permafrost. Durante el período cálido, el suelo se descongela y durante el período frío se congela hasta el límite superior del suelo permafrost. La temperatura media anual del suelo y la temperatura a 0,2 m de profundidad en el mes más frío son negativas.
Tipo de congelación estacional prolongada
El tipo de régimen térmico de congelación estacional prolongada se caracteriza por el deshielo del suelo en el período cálido, seguido de una congelación profunda en el frío. La duración de la congelación es de al menos 5 meses a una profundidad de más de 1 metro. La temperatura media anual del suelo es positiva, pero la temperatura a una profundidad de 0,2 m en el mes más frío es negativa.
Tipo de congelación estacional
El tipo de régimen térmico de congelación estacional se caracteriza por el deshielo en el período cálido y la congelación superficial en el frío. Las temperaturas negativas penetran a una profundidad de no más de 2 m.La duración de la congelación varía de varios días a 5 meses. La temperatura media anual del suelo es positiva, la temperatura a una profundidad de 0,2 m en el mes más frío es negativa.
Tipo anticongelante
El tipo de régimen térmico sin heladas se caracteriza por la ausencia de heladas. Las temperaturas del suelo son positivas, las negativas pueden ser de varios días. La temperatura a una profundidad de 0,2 m siempre es positiva.
Gestión térmica
La temperatura óptima del suelo para la germinación de semillas de cebada es de 20 °C, avena, trigo , centeno — 25 °C, tabaco — 28 °C, maíz y sorgo — 32-35 °C, pepino y calabaza — 33-35 °C. Para la mayoría de los cultivos, con suficiente iluminación y suministro de agua, la temperatura óptima del aire es de 15 a 30 °C.
Debido a las grandes diferencias en las condiciones de la agricultura en nuestro país, los métodos de regulación del régimen térmico pueden diferir mucho y ser opuestos. Por ejemplo, en las regiones del sur se toman medidas para reducir el suministro de calor, mientras que en las regiones del norte se toman medidas para acumularlo y preservarlo.
En la práctica de la agricultura se pueden distinguir tres tipos de métodos para regular el régimen térmico de los suelos:
- agrotécnico;
- agro-recuperación;
- agrometeorológico.
Practicas de la agricultura
Los métodos agrotécnicos para regular el régimen térmico incluyen métodos de labranza: aflojamiento profundo, camellones, rodillos, dejar rastrojos, acolchado y aplicación de fertilizantes orgánicos.
Grandes dosis de fertilizantes orgánicos, debido a la liberación de calor de los procesos microbiológicos activos, crean una fuente adicional de calor en el suelo.
La superficie rugosa, debido al aumento de superficie, absorbe más energía térmica, acumula más calor y se calienta más rápido. La temperatura de las crestas es de 3 a 5 °C más alta en comparación con la superficie nivelada, lo que es especialmente importante en las regiones del norte.
El arado profundo crea una fuerte heterogeneidad del suelo a lo largo del perfil, cambiando la densidad, el contenido de humedad y la porosidad. Esto cambia las propiedades térmicas del suelo.
La compactación del suelo aumenta su conductividad térmica, por lo que se utiliza el rodillo para aumentar la temperatura diaria promedio en 3-5 °C en la capa cultivable hasta 10 cm de profundidad.
El mulching es una técnica que le permite tanto acumular calor como reducir sus ingresos. Para la acumulación, se utilizan materiales de color oscuro, por ejemplo, películas de polietileno negro, que reducen el albedo (reflejos de la energía de la luz) en un 10-15%. Las películas transparentes dan un efecto similar, casi sin cambiar el albedo, acumulan calor debido al efecto invernadero. Las películas de color claro, por el contrario, permiten reducir la acumulación de calor, aumentando el albedo.
El sombreado se puede utilizar para reducir la cantidad de energía luminosa que llega a la superficie del suelo.
Métodos agromejoradores
Los métodos de agro-recuperación para regular el régimen térmico del suelo incluyen el control de la sequía, la forestación, el riego y el drenaje.
Las franjas forestales, además de otros beneficios, permiten regular el régimen térmico del suelo mediante la acumulación de nieve y los cambios en el microclima de la zona, y reducen la velocidad del viento en un 20-40% en las zonas entre franjas en comparación con los espacios abiertos.
El riego se puede utilizar tanto para almacenar calor como para reducirlo. Los suelos después del riego reducen la proporción de radiación reflejada en un 20%, disminuye la capacidad de emisión de calor, lo que aumenta la acumulación de calor. La alta humedad del suelo contribuye a la transferencia de calor del suelo, lo que mejora su calentamiento y reduce las fluctuaciones de temperatura.
Al mismo tiempo, un aumento en la humedad del suelo conduce a una disminución de la temperatura como resultado de los altos costos de calefacción (a medida que aumenta la capacidad calorífica del suelo) y la evaporación del agua.
En las regiones del sur, la construcción de embalses, estanques y estuarios permite aumentar la humedad del suelo y del aire, lo que reduce la evaporación y el calentamiento del suelo.
Prácticas agrometeorológicas
Los métodos agrometeorológicos de regulación del régimen térmico de los suelos tienen como objetivo combatir las heladas, reducir la capacidad de emisión de calor del suelo, etc.
La lucha contra las heladas se lleva a cabo creando cortinas de humo, «cubriendo» los cultivos con humo.
Literatura
Agricultura. Libro de texto para universidades / G.I. Bazdyrev, V. G. Loshakov, A.I. Puponin y otros — M .: Kolos Publishing House, 2000. — 551 p.
Fundamentos de la tecnología de producción agrícola. Agricultura y producción de cultivos. ed. VS Niklyaev. — M .: «Épica», 2000. — 555 p.
Yagodin B.A., Zhukov U.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry / Editado por B.A. Yagodin. — Moscú: Kolos, 2002. — 584 p.: ill.
