Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методология определения теплофизических свойств и режимов почвенного профиля 9
1.1. Современное состояние вопроса 9
1.2. Теплопроводность почвенных фаз 15
1.3. Характеристика методов определения теплофизических свойств почвы 19
1.4. Использование зондовых методов для исследования теплофизического состояния почвенного профиля 35
Глава 2. Инструментальная база теплофизических исследований почвы 40
2.1. Автоматизированная установка для определения теплофизических коэффициентов почвы в лабораторных условиях 40
2.2. Прибор для измерения теплофизических свойств почвы в поле 47
2.3. Почвенный электротермометр 52
2.4. О погрешностях измерения теплофизических характеристик материалов 55
Глава 3. Апробация приборной базы на примере выщелоченных черноземов алтайского приобья 57
Глава 4. Теплофизические свойства и режимы дерново-подзолистых почв ленточных боров юго-запада алтайского края 65
4.1. Природные условия образования дерново-подзолистых почв в ложбинах древнего стока Алтайского края 65
4.2. Общие физические свойства и теплофизическая характеристика дерново-подзолистых почв сухой степи 68
4.3. Динамика теплофизических характеристик в профиле дерново-подзолистых почв под сосновым лесом в течение вегетации 78
4.4. Режимы тепла в дерново-подзолистых почвах под сосновым лесом в зависимости от элементов рельефа 87
Выводы 101
Литература 105
Приложения 123
- Теплопроводность почвенных фаз
- Прибор для измерения теплофизических свойств почвы в поле
- Апробация приборной базы на примере выщелоченных черноземов алтайского приобья
- Общие физические свойства и теплофизическая характеристика дерново-подзолистых почв сухой степи
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Теплофизическое состояние почв определяется комплексом
термических коэффициентов (объемной теплоемкостью,
температуропроводностью, теплопроводностью и теплоусвояемостью), а также температурным режимом, складывающимся в почвенном профиле.
В свою очередь теплофизические показатели являются функцией целого ряда почвенно- физических факторов, таких как гранулометрический состав, влажность, плотность и другие. Это обусловливает неоднородность почв по теплофизическим свойствам.
Однако термические характеристики почв большинства регионов России почти не изучены. Это относится и к ряду районов Алтайского края и, прежде всего, к дерново-подзолистым почвам сухостепной зоны, на которых произрастают реликтовые сосновые боры. С 1997 года они подвергаются интенсивному пирогенному воздействию, что в условиях сухих степей вызывает проявление процессов опустынивания (Парамонов, Ишутин, 1999). Поэтому восстановление сосновых лесов в настоящее время весьма актуально. Но естественный процесс лесовосстановления идет неодинаково на различных элементах мезорельефа. Чтобы ответить на вопрос почему, нужно знать особенности теплофизического состояния и режимов влажности, формирующихся в почве на том или ином участке сгоревшего леса.
Температуру и теплофизические коэффициенты почвы чаще всего определяют экспериментально, используя соответствующую приборную базу. Сегодня она практически отсутствует. В России, за редким исключением, не ведутся исследования теплофизических характеристик почвенного покрова.
Поэтому совершенствование и создание приборов с использованием новейших достижений электроники, которые позволили бы проводить мониторинг теплофизических и гидротермических режимов в почвенном профиле, на сегодняшний день остаются актуальными.
5 Цель работы: Изучение теплофизического состояния почв разного
генезиса. Разработка и создание устройств и приборов для теплофизических
исследований с использованием современной инструментальной базы, их
апробация.
Задачи исследований:
Изучение теплофизических свойств, гидротермических режимов и потоков тепла в дерново-подзолистых почвах сухих степей (Волчихинский леспромхоз) в зависимости от элементов мезорельефа.
Анализ состояния приборной базы для теплофизических исследований почв.
Разработка и создание автоматизированной установки с использованием ЭВМ для измерения теплофизических коэффициентов почвенных образцов в лабораторных условиях.
Совершенствование прибора на основе цилиндрического зонда для измерения теплопроводности почв в полевых условиях.
Разработка и изготовление электротермометра для оперативной регистрации температуры почвы в естественных условиях.
Апробация лабораторной установки для измерения теплофизических коэффициентов на примере выщелоченного среднесуглинистого чернозема Алтайского Приобья.
Объект и методика исследований:
Объектом исследований были черноземы выщелоченные и дерново-подзолистые почвы под сосновым лесом в ленточных борах.
Созданная приборная база была использована при изучении теплофизических свойств выщелоченных черноземов Алтайского Приобья (НИИ садоводства им. М.А. Лисавенко) и дерново-подзолистых почв сухих степей (Волчихинский леспромхоз), а также их гидротермических режимов. При этом применялся импульсный метод плоского источника тепла в лабораторных условиях и метод цилиндрического зонда в полевых. В
качестве датчиков температуры были использованы полупроводниковые диоды.
Химические анализы почв, изучение их физических свойств, полевые опыты проводились в соответствии с принятыми в почвоведении и агрохимии методиками. Результаты исследований подвергались статистической обработке на ЭВМ.
Научная новизна:
Впервые изучены теплофизические свойства дерново-подзолистых почв сухих степей Алтайского края под сосновым лесом (в ленточных борах Волчихинского района). Исследованы режимы тепла и влаги в почвенном профиле в зависимости от различных элементов рельефа и экспозиции склонов в течение вегетационного периода.
Созданы не имеющие аналогов в России, приборы и устройства для измерения коэффициентов теплопередачи и теплоаккумуляции почв разного гранулометрического состава в лабораторных и полевых условиях, а также мобильные электротермометры для оперативного измерения температуры почвенного профиля в независимости от времени года.
Защищаемые положения:
Абсолютные значения влажности, температуры и теплофизических показателей в профиле дерново-подзолистой почвы под сосновым лесом, а также их динамика в течение вегетации определяются элементами мезорельефа и экспозиции склонов.
Исследование теплофизического состояния почв требует совершенствования приборной базы, создания приборов и устройств на основе последних достижений электроники.
Созданная приборная база позволяет оперативно получать объективные значения коэффициентов переноса и аккумуляции тепла в генетических горизонтах почв разного генезиса.
7 Практическая значимость:
Разработана и изготовлена автоматизированная установка для измерения теплофизических коэффициентов почв в лабораторных условиях, в которой использованы достижения современной электроники. В результате получился единый компьютерный комплекс, позволяющий вести измерения в автоматическом режиме.
Усовершенствован прибор на основе цилиндрического зонда для полевых исследований теплофизического состояния почв.
Разработан и изготовлен мобильный электротермометр, позволяющий вести измерения температуры почв на любой глубине.
Созданная приборная база позволила измерить комплекс теплофизических коэффициентов выщелоченного чернозема Алтайского Приобья, дерново-подзолистых почв сухих степей на территории Волчихинского леспромхоза.
Изготовленный электротермометр дал возможность выявить особенности температурного режима в почве под сосновым лесом на различных элементах мезорельефа, что важно при изучении пирогенных сукцессии.
Термометр был выставлен в качестве экспоната на 2 выставке «Алтайагротех-2002».
Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции Алтайского аграрного университета (г. Барнаул, 2002), II международной конференции «Антропогенное воздействие на лесные экосистемы» (г. Барнаул, 2002), всероссийской научно-практической конференции «Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование» (Москва, МГУ, 2002), региональной молодежной научной конференции «Южная Сибирь: проблемы взаимодействия природы и общества» (г. Барнаул, 2003).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных работах. Общий объем публикации автора составляет 1,5 п.л.
8 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы
изложено на 148 страницах печатного текста, включая 16 таблиц, 43 рисунка,
9 приложений. Список использованной литературы включает 198
источников, в том числе 21 на иностранном языке.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю
профессору СВ. Макарычеву за постоянное внимание, поддержку и помощь
при подготовке рукописи. Автор благодарен также аспирантам А.А. Левину
и Ю.В. Беховых за помощь при выполнении исследований.
Теплопроводность почвенных фаз
Почвы относятся к коллоидным капиллярно-пористым телам и представляют собой двух двухфазную (сухая) или трехфазную (влажная) систему, состоящую из остова-скелета, представляющего собой совокупность огромного количества твердых частиц разнообразной формы и величины, разделенных между собой промежутками, заполненными газом, влагой или тем и другим одновременно.
Теплообмен в капиллярно-пористых телах осуществляется следующими механизмами (Чудновский, 1976): теплопроводностью вдоль отдельной частицы — элемента твердого скелета материала, передачей тепла благодаря теплопроводности от одной частицы к соседней в местах их непосредственного контакта, молекулярной теплопроводностью в среде, заполняющей промежутки между частицами, теплопередачей на границе твердых частиц со средой, излучением от частицы к частице, конвекцией газа и влаги, содержащихся между частицами.
В ограниченном объеме коэффициент теплообмена а зависит от перепада температур At и физических свойств внутрипорозного воздуха; он определяется произведением критерия Грасгофа (Gr) на критерий Прандтля (Рг).
По опытным данным ряда исследователей известно, что при (Gr#Pr) 10 отношение XJh=l, т. е. эквивалентный коэффициент теплопроводности равен истинному. Так как характерный размер входит в критерий Gr (диаметр или ширина поры) в третьей степени, то при диаметре поры меньше 5 мм (5 10" Зм) и Аг=10С конвективный теплообмен практически равен нулю. Несколько большее значение имеет лучистый теплообмен. Коэффициент лучистой теплопроводности Ал, прямо пропорционален первой степени диаметра поры (см. формулу (3)). Поэтому для поры диаметром 0,5 см отношение Ал/А составляет около 0,75 при перепаде температуры 10С и степени черноты стенок поры 0,85. Если диаметр поры уменьшить в 100 раз (l z 0,05 мм), то Кл будет составлять 7,5% от X, т. е. лучистым теплообменом можно пренебречь.
Таким образом, в капиллярно-пористом теле при малых перепадах температуры передача тепла конвекцией и излучением в порах тела ничтожно мала по сравнению с передачей тепла теплопроводностью. Пользуясь методом Максвелла (Лыков, 1954), можно подсчитать коэффициент теплопроводности влажного пористого тела, рассматривая его как дисперсную систему, состоящую из трех компонент (частицы твердого тела, вода и воздух между ними). Результаты таких расчетов приведены на рис.1 в виде кривых: коэффициент теплопроводности — объемная влажность тела в % для двух систем с пористостью 30 и 70%. Из рис.1 видно, что зависимость между коэффициентом теплопроводности и влажностью для кривых I и Г близка к линейной. Кривые // и IT обращены выпуклостью к оси абсцисс, говорящей о резком возрастании теплопроводности при больших влажностях. Влияние пористости сказывается не только на абсолютном значении X, но и на характере изменения коэффициента X от влажности. Экспериментальные кривые III и /// обращены выпуклостью к оси ординат. При малых влажностях они близки к кривым II, а при больших — к кривым /. Такому расхождению может быть дано следующее объяснение. В абсолютно сухом состоянии теплообмен не осложнен массообменом и коэффициенты теплопроводности, рассчитанные по аналитическим соотношениям, близки к действительным.
Во влажных телах теплообмен всегда сопровождается массообменом. Градиент температуры порождает градиент потенциала вещества, ибо последний зависит от температуры, и поэтому опытные значения коэффициентов Л, соответствуют не истинным значениям коэффициентов теплопроводности, а их эквивалентным величинам.
Для некоторых капиллярно-пористых тел (почва, песок и т. д.) температурный коэффициент потенциала вещества при больших влажностях равен нулю, иначе говоря, потенциал переноса вещества не зависит от температуры. В этом случае теплообмен не осложняется массообменом, и опытные данные коэффициента теплопроводности близки к расчетным.
К этому же результату приводит анализ характера изменения коэффициента теплопроводности от температуры. Коэффициент теплопроводности двухкомпонентной дисперсной системы твердые частицы — воздух или твердые частицы — вода почти не изменяется от температуры вследствие того, что теплопроводность воды и воздуха с повышением температуры увеличивается незначительно. Экспериментальные же кривые влажных тел в гигроскопической области дают значительное увеличение коэффициента теплопроводности с повышением температуры, что объясняется интенсификацией массообмена по мере роста температуры. В этом случае перенос вещества в основном происходит в виде пара.
Прибор для измерения теплофизических свойств почвы в поле
Нагреватель из константановой проволоки, и термометр сопротивления из медной проволоки диаметром соответственно 0,1 ми 0,05 мм наматываются бифилярно на внешней поверхности металлического стержня-зонда. Питание мостовой схемы и нагревателя осуществляется от стабилизатора напряжения постоянного тока СНПТ (тип ШЭ6). Выход мостовой схемы (RT, Rb R2 и R3) подключается к входу усилителя постоянного тока УПТ (тип Ф115/В1). Выход УПТ параллельно с сопротивлением R подключается к одноточечному электронному автоматическому потенциометру типа ЭПП-09МЗ. Благодаря наличию промежуточного усилителя постоянного тока УПТ предел шкалы ЭПП-09 может быть выбран сколь угодно малым и зависит от коэффициента усиления УПТ.
Подводимая к нагревателю мощность подбирается таким образом, что бы перегрев зонда относительно общего начального уровня температуры системы зонд-исследуемая среда составлял 3-5С. Используя расчетную формулу (61,64,67) и полученную из опыта термограмму, можно найти коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого вещества. Данное устройство можно использовать только в лабораторных условиях, что существенно ограничивает область его применения. Применение современных электроизмерительных приборов позволило создать более простое и оперативное устройство (Макарычев, Мазиров, 1996) для измерения термических коэффициентов в полевых условиях. Однако в этом устройстве в качестве источника напряжения используется свинцовый аккумулятор на 12 вольт, емкостью 55 ампер/часов, что создает определенные неудобства в условиях полевой экспедиции. Известно также устройство (АС 1352331, кл. G 01 N 25/18, 1987) для определения ТФХ почв в полевых условиях, содержащее датчик температуры, цифровой омметр, нагреватель постоянной мощности, последовательно соединненые с ним тумблер, аккумулятор и амперметр, и параллельно - вольтметр.
Недостатками указанного устройства является громоздкость вследствие применения стандартных (промышленных) приборов и значительное энергопотребление. Для решения вышеуказанных проблем нами был разработан и изготовлен портативный прибор для измерения ТФХ почв в их естественном сложении.
Основой предлагаемого устройства служит аналого-цифровой преобразователь 3 на микросхеме КР572ПВ5 (Федорков, Телец, 1990) с жидкокристаллическим индикатором 4 (ЖКИ). Применение ЖКИ обусловлено малым потребляемым током. В качестве параметрического датчика использован кремниевый диод, для которого температурный коэффициент напряжения (ТКН) примерно равен -2 мВ/С. Известно, что падение напряжения на р-п переходе при фиксированном токе через него практически линейно зависит от температуры, что позволяет использовать диоды и транзисторы в качестве термо датчиков. Ввиду довольно высокой линейности такого датчика в широком интервале температур (от -40 до +150 С) его можно применить без введения специальных линеаризующих устройств, которые снижают чувствительность датчика. Падение напряжения на прямосмещенном диоде при токе от 0,1 до 1,0 мА имеет величину в пределах 550 650 мВ и линейно уменьшается с ростом температуры. Датчик температуры размещен в центре металлического стержня-зонда 1.
Преобразователь напряжения датчика в код представляет собой полупроводниковую БИС интегрирующего типа, выполняющую функцию АЦП двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля и определением полярности входного сигнала. Для питания датчика использован имеющийся в микросхеме АЦП источник опорного напряжения.
Цифровая информация на выходе микросхемы представляется в специальном коде, предназначенном для непосредственного управления 3,5-декадным цифровым табло с 7-сегментными жидкокристаллическими индикаторами. Диапазон входного сигнала определяется значением внешнего опорного напряжения из соотношения U[RN = ± 1,999UREF Текущие показания цифрового табло соответствуют величине соответствующей 1000 (Uim I UREF)- В разработанном приборе величина UREF подстраивается в процессе калибровки датчика, что позволяет выводить на табло непосредственно измеряемую температуру. Для определения теплофизических характеристик зонд 1 (рис.12) вводится в почву и выдерживается около одной минуты, чтобы принять температуру почвы, затем включается нагреватель и измеряется температура в два момента времени Х\ и т2 после нагрева. Где Ті -начало стационарного температурного хода; т2 - окончание стационарного температурного хода; Т\ и х2 находятся экспериментально. Для построения термограммы температура записывается через каждые 3 с (рис.13). Рис.13. Термограммы избыточной температуры нагрева зонда во времени для чернозема и кварцевого песка. Данный прибор дает возможность оперативно измерять теплопроводность, температуропроводность и теплоемкость почвы в данный момент времени и вести длительные сезонные наблюдения на больших площадях или в почвенной толще, а также для экспрессного определения ТФХ, с целью модельных расчетов температурных полей в почве.
Апробация приборной базы на примере выщелоченных черноземов алтайского приобья
Разработанные приборы и устройства были апробированы при изучении теплофизических свойств в профиле выщелоченного чернозема Алтайского Приобья. Образцы для лабораторных исследований были взяты из разреза, расположенного на склоне с уклоном 3 южной экспозиции под облепиховыми насаждениями, принадлежащими Институту садоводства им. М.А. Лисавенко.
В 1975-1980 гг. выщелоченные черноземы Приобья, входящие в сферу научной и хозяйственной деятельности Алтайского НИИЗиС были изучены С.В.Макарычевым (1976, 1980). Но, учитывая сильную изменчивость различных почвенных показателей в пространстве, мы сочли необходимым исследовать черноземы, несколько отличные по своим свойствам от рассмотренных ранее.
Профиль выщелоченного чернозема распространяется на глубину 150 см и расчленяется на ряд генетических горизонтов: Ап + АВ + В + ВСк + Ск. Г. В. Журавлева (1977) относит эти черноземы к среднеэродированным.
По данным Н.В. Михайловой (1994) гранулометрический состав верхнего 20-ти см слоя среднесуглинистый, а нижележащих легкосуглинистый (табл.1.). Наиболее значительны фракции крупной пыли и мелкого песка. В слое 0-60 см количество ила колеблется в пределах 12-15%.
Плотность пахотного слоя составляет 1220 кг/м . На глубине 10-40 см она почти не меняется и равна 1300 кг/м . Ниже 60 см плотность возрастает до 1450 кг/м и затем незначительно увеличивается до 1510 кг/м (табл.2). Общая порозность в слое 0-100 см достаточно велика и изменяется от 52% в гумусовом горизонте до 42% в подстилающей породе. Слой 0-10 см гумусирован до 3,8%. С глубиной количество гумуса постепенно убывает, хотя и на 60 см оказывается равным 1,0%.
Таким образом, водно-физические показатели чернозема достаточно высоки: максимальная гигроскопичность в слое 0-60 см снижается от 6,4 до 5,3 %, влажность разрыва капилляров составляет 19,2 - 16,5 %, наименьшая влагоемкость 26,4-22,1 %.
Дифференцированность почвенного профиля по физико-механическим и водно-физическим свойствам нашла отражение и в распределении теплофизических характеристик по почвенным горизонтам чернозема (рис. 15-18)
На этих рисунках представлены изменения температуро- и теплопроводности, объемной теплоемкости и теплоусвояемости почвы в зависимости от влажности на различных глубинах. Из рис.15 видно, что температуропроводность чернозема на различных глубинах имеет максимум, который наблюдается при влажностях, близких к ВРК. Аналогичные результаты были получены ранее СВ. Макарычевым (1980) для суглинистых горизонтов черноземов левобережья р.Оби.
Теплопроводность генетических горизонтов чернозема выщелоченного в зависимости от влажности. Изменение теплопроводности при увлажнении почвы имеет характер "насыщения" и подтверждает полученные ранее результаты. Но коэффициент теплопередачи нижележащих горизонтов оказывается выше, чем верхних менее плотных (рис.16). В целом увлажнение меняет теплопроводность пахотного слоя в 4,2 раза, а подстилающей породы в 4,5 раза.
Объемная теплоемкость и теплоусвояемость различных слоев чернозема при повышении влагосодержания линейно возрастают (рис. 17-18) Менее сильно растет теплоемкость и теплоусвояемость верхнего слабо уплотненного горизонта, а наиболее сильные изменения этих показателей отмечаются в подстилающей породе (более 300%). Закономерность здесь такая: чем плотнее почвенный горизонт, тем сильнее меняются коэффициенты теплоаккумуляции при
Сравнивая полученные результаты с данными по теплофизическим свойствам выщелоченных черноземов Приобъя (Макарычев, 1980), можно отметить, что они близки как по значениям, так и по характеру зависимостей. В то же время отражают объективные почвенно-физические факторы, такие как плотность сложения профиля, порозность, гумусированность, водно-физические свойства, и поэтому, естественно, имеют свои особенности.
Таким образом, лабораторная установка для определения теплофизических характеристик позволяет определить вполне объективные коэффициенты теплопереноса и теплоаккумуляции и может быть рекомендована для дальнейших исследований.
Общие физические свойства и теплофизическая характеристика дерново-подзолистых почв сухой степи
Все разнообразие почвенного покрова ленточных боров можно разделить на характерные разности боровых почв дерново-подзолистого типа (Иванова, 1935; Гаель, 1962): дерново-подзолистые песчано-супесчаные, формирующиеся на возвышенных холмистых участках бора, и дерново-подзолистые оглеенные, развитые по понижениям мезорельефа в условиях постоянной связи с грунтовыми водами
Горизонт С: ниже 180 см. Влажный желтоватый песок. В межгривном понижении, в лишайниковом бору также дерново-подзолистые почвы близкой морфологии, с наличием погребенного (около 90 лет назад) слоя после низового пожара. Здесь ярче выражен подзолистый процесс. Горизонты А и В более влажные, имеются оксиды железа. В гор. ВС отмечены признаки оглеености, сырой. Почвообразующая горная порода мокрая, оглеена.
Исследованные почвы имеют легкий гранулометрический состав (данные И.Т. Трофимова), анализ которого представлен в табл.5
Только самый верхний горизонт со слабой задернованностью относится к супеси. Из особенностей гранулометрии можно отметить некоторое увеличение илистой фракции и физической глины в гумусовом горизонте и более окрашенных слоях иллювиальной толщи. Преобладает песчаная фракция 0,25-0,05 мм.
Плотность верхних горизонтов, а также погребенного, реликтового слоя не высока (табл.6)
Плотность верхнего 10-ти см слоя составляет 1220 кг/ м . Резкий ее рост начинается ниже 60 см и повышается в гор. ВС в 1,3 раза.
Плотность твердой фазы колеблется в почвенном профиле в пределах 2600-2700 кг/м3. Соответственно общая порозность в почвенном профиле варьирует незначительно (от 52,6 % в гумусовом горизонте до 42,6 % на глубине 125 см).
Содержание валового азота в этих почвах очень невелико - менее 0,1 % (запасы азота в слое 0-20 см составляют около 1,5-2 т/га). Отношение C:N очень широкое: (14-21):1. Содержание подвижных форм Р2О5 ничтожно -2,54 мг на 100 г в верхних горизонтах, что составляет не более 50-60 кг/га в слое 0-20 см. Подвижного калия также немного около 20 мг на 100 г, или 350-370 кг/га.
Реакция дерново-подзолистых боровых почв слабокислая или близка к нейтральной. Емкость обмена этих почв ничтожна. В дерновых горизонтах она составляет 6-7 мг-экв, снижаясь с глубиной до 3 мг-экв в оподзоленных и в иллювиальных горизонтах. В составе обменных оснований преобладает кальций (до 90%) емкости обмена). В небольших количествах обнаружен водород (0,1 мг-экв). Как показывает табл.8 максимальная гигроскопичность песчаных почв очень низка. Только в гумусовом слое она достигает 1,1 % от массы сухой почвы. Также малы значения влажности завядания. Наименьшая влагоемкость варьирует в профиле от 8,6 % (в верхней части) до 6,0 % (в подстилающих горизонтах).
Дифференциация почвенного профиля дерново-подзолистых почв нашла отражение в распределении теплофизических характеристик по генетическим горизонтам (приложение 1, рис.20-21). При абсолютно- сухом состоянии, объемная теплоемкость оказывается наименьшей в верхнем гумусовом горизонте и составляет 0,705x10 Дж/(м К).
Увеличение плотности с глубиной приводит к росту коэффициента теплоаккумуляции, который в подстилающей породе достигает 1,946x10 Дж/(м3К), возрастая, на 176 %. Аналогичные изменения претерпевает и коэффициент теплоусвояемости (от 0,377 до 0,746x10 Дж/(м -с -К)).
В то же время температуропроводность, вследствие уплотнения почвенного профиля и снижения порозности с глубиной падает почти в два раза при переходе от гумусового слоя к почвообразующей породе. Теплопроводность имеет тенденцию к росту, который оказывается равным 43%. 80 р,г/см3;НВ,% ;гумус,%; сод-е фр. 0,01,%.
Аналогичные изменения испытывает и коэффициент теплоусвояемости, поскольку он характеризует скорость изменения объемной теплоемкости. Теплопроводность генетических горизонтов дерново-подзолистой почвы закономерно увеличивается при увлажнении. Причем во всех горизонтах характер этой зависимости одинаков: до определенной влажности почва быстро увеличивает свою теплопроводность практически в линейной зависимости. Дальнейшее увлажнение вызывает прекращение роста теплопроводности, которая стремится к "насыщению".
Качественный характер изменения температуропроводности почвы в зависимости от влажности также одинаков (рис.25). Она интенсивно растет при увлажнении и достигает максимума при влажности, соответствующей точки резкого перегиба кривой теплопроводности.
Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что динамика теплофизических коэффициентов горизонтов дерново-подзолистой почвы в основном подчинена сезонной динамике их влажности. Вместе с тем в течение вегетационного периода на различных вариантах имелись свои особенности в распределении и динамике коэффициентов теплоаккумуляции и теплопередачи.
Весной (6.05.01) -почвенный профиль достаточно хорошо увлажнен, поскольку в зимнее время в лесу было накоплено значительное количество снега (табл. 10) Количество влаги в самом верхнем слое почвы достигало значений капиллярной влагоемкости. Менее всего оказалась увлажнена почвенная толща на глубине 100-110 см, где влагосодержание колебалось в пределах 3,7-4,3 % от массы сухой почвы на различных элементах рельефа. Исключение составил только слой почвы на вершине. На глубине 10-15 см меньшее количество влаги содержала почва на склоне южной экспозиции, тогда как на северном влажность была максимальна. В целом же увлажнение почвенного профиля снижалось при переходе от верхних к нижележащим слоям.
