Значение температурного режима среды для жизнедеятельности сельскохозяйственных растений

В растительных организмах фотосинтез, дыхание, транспирация, усвоение питательных веществ почвы и другие физиологические процессы осуществляются лишь в определенном диапазоне температур. Существуют температурные пределы жизнедеятельности растений — биологический минимум и биологический максимум. Между ними находится зона оптимальных температур, при которых развитие растений и формирование урожая протекают наиболее интенсивно. Эти температурные характеристики у различных растений неодинаковы. Например, биологический минимум температуры прорастания семян у ранних яровых зерновых культур составляет 3—5°С, а у теплолюбивых культур (рис, хлопчатник) он возрастает до 12—15° С.

Температура почвы оказывает большое влияние на развитие корневой системы, на активность почвенных микроорганизмов и усвоение фосфатов и нитратов растениями из почвы.

Снижение температуры почвы на глубине узла кущения озимых ниже критических значений (—16...— — 18°С для большинства сортов озимой пшеницы, —22... —25°С для ржи) вызывает их вымерзание. Наоборот, длительное пребывание озимых под снегом при температуре на глубине узла кущения, близкой к 0°С, вызывает гибель растений от выпревания. У многих теплолюбивых культур интенсивность фотосинтеза резко снижается уже при температуре 10—12°С, а у овса, картофеля, редиса и других растений, менее требова­тельных к теплу, при этой температуре происходит зна­чительный прирост растительной массы. Высокая тем­пература почвы и воздуха (>20°С) в период формиро­вания цветков в колосе яровой пшеницы при недостатке почвенной влаги снижает урожай на 30—40%.

С повышением температуры скорость развития растений увеличивается пропорционально возрастанию температуры, но только до определенных ее значений. При дальнейшем ее повышении скорость развития растений замедляется, а затем наступает их угнетение и гибель. При жаркой сухой погоде в фазе налива наблюдаются так называемые запал растений и захват зерна. Зерно получается щуплое, что резко снижает урожай и качество семян. При высокой температуре почвы происходит вырождение клубней картофеля, что приводит к получению недоброкачественных семян. Тесно связаны с температурным режимом также распространение и вредоносность болезней и вредителей сельскохозяйственных растений.

Тепловые свойства почвы

Температурный режим почвы в основном зависит от ее теплоемкости и теплопроводности.

Теплоемкость почвы. Различают объемную и весовую теплоемкости почвы. Объемной теплоемкостью называется количество тепла (Дж), необходимое для нагревания 1 м² почвы на ГС. Удельной теплоемкостью Суд называется количество тепла (Дж), требующееся для нагревания 1 кг почвы на ГС. Между объемной и весовой теплоемкостями существует зависимость

где d — плотность почвы.

У большинства почв объемная теплоемкость находится в пределах 2,05—2,51 Дж/(м3-°С).

Теплопроводность почвы. Способность почвы передавать тепло от слоя к слою называется теплопроводностью. Мерой теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, численно равный количеству тепла (Дж), проходящему за 1 с через сечение в 1 м² слоя толщиной 1 м при разности температур на границах слоя ГС. Теплопроводность зависит от минерального состава почвы, ее влажности и содержания воздуха в порах почвы. Теплоемкость почвы, у которой поры заполнены водой, значительно больше теплоемкости сухой почвы, так как теплоемкость воды во много раз выше, чем подвижного воздуха. На нагревание почвы влияет также ее цвет. Светлые почвы имеют большее альбедо, чем темные, и поэтому при одинаковом приходе радиации меньше нагреваются. Почва под растительным покровом прогревается медленнее, чем оголенная.

Средняя температура верхних слоев почвы (0—5 см) летом в дневные часы выше, чем температура воздуха на высоте 2 м. На глубине 20 см под растительным покровом температура легких супесчаных почв в середине лета тоже несколько выше температуры воздуха, а тяжелые суглинистые почвы на этой глубине в течение всего лета на 1—2°С холоднее воздуха. Полив и осадки, увеличивая теплоемкость почвы, обусловливают ее меньший нагрев. Сухой торф, имеющий наименьшую теплоемкость по сравнению с другими почвами, при полном насыщении водой обладает наибольшей теплоемкостью.

Суточный и годовой ход температуры почвы. Законы Фурье

Изменение температуры почвы в течение суток называется суточным ходом. Суточный ход температуры обычно имеет один максимум и один минимум. На поверхности почвы минимум температуры в ясные дни наблюдается перед восходом Солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а обмен теплом между воздухом и почвой незначителен. Максимум температуры в такие дни наблюдается около 13 ч, затем начинается ее понижение, продолжающееся до утреннего минимума. Разность между максимумом и минимумом называется амплитудой суточного хода температуры.

На амплитуду суточного хода температуры почвы влияет ряд факторов:

1. время года; летом амплитуды наибольшие, зимой— наименьшие;

2. географическая широта; амплитуда связана с полуденной высотой Солнца, которая в один и тот же день возрастает в направлении от полюса к экватору, поэтому в полярных районах амплитуда незначительна, а в тропических пустынях, где к тому же велико эффективное излучение, она достигает 50°С;

3. рельеф местности; по сравнению с равниной южные склоны нагреваются сильнее, северные слабее, а западные несколько сильнее восточных; соответственно изменяется и амплитуда;

4.растительный покров уменьшает амплитуду;

5. теплоемкость и теплопроводность почвы; амплитуда находится в обратной зависимости от теплоемкости и теплопроводности;

6. цвет почвы; амплитуда суточного хода температуры поверхности темных почв больше, чем светлых, так как поглощение радиации и ее излучение у темных поверхностей больше, чем у светлых;

7. облачность; в пасмурную погоду амплитуда значительно меньше, чем в ясную.

Годовой ход температуры поверхности почвы характеризуется средними месячными температурами и зависит в основном от различного прихода солнечной радиации в течение года. Максимальные средние месячные температуры поверхности почвы наблюдаются в июле, когда приток тепла к почве наибольший, а минимальные — в январе — феврале. На амплитуду годового хода температуры поверхности почвы влияют те же факторы, что и на амплитуду суточного хода, за исключением времени года. Амплитуда годового хода возрастает с увеличением широты. В экваториальной зоне она в среднем составляет около 3°С, а в полярных районах материков превышает 70°С (Якутия).

Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы вследствие ее теплопроводности передаются в более глубокие слои. Слой почвы, температура которого имеет суточный и годовой ход, называется активным слоем. Распространение температурных колебаний вглубь почвы (при однородном составе) происходит в соответствии со следующими законами Фурье.

Период колебаний с глубиной не изменяется, т. е. как на поверхности почвы, так и на всех глубинах интервал между двумя последовательными минимумами и максимумами температуры составляет в суточном ходе 24 ч, а в годовом 12 мес.

Если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда уменьшается в геометрической прогрессии, т. е. с увеличением глубины амплитуда быстро уменьшается. Слой почвы, температура которого в течение суток не изменяется, называется слоем постоянной суточной температуры. В средних широтах этот слой находится глубже 70—100 см. Слой постоянной годовой температуры в средних широтах залегает глубже 15—20 м.

Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы (табл. 9). Это запаздывание прямо пропорционально глубине. Суточные максимумы и минимумы запаздывают на каждые 10 см глубины в среднем на 2,5—3,5 ч, а годовые на каждый метр глубины запаздывают на 20—30 сут.

Данные об изменениях температуры почвы на глубинах в течение года имеют большое практическое значение. Они используются в сельском и коммунальном хозяйстве, промышленном и дорожном строительстве. Например, для прокладки водопроводных труб, дренажа надо знать, до какой глубины в данной местности промерзает почва. При закладке труб на расстояние менее глубины промерзания вода в трубах замерзает. При закладке труб на глубину, значительно большую чем это необходимо, увеличатся непроизводительные затраты на земляные работы.

Замерзание и оттаивание почвы и водоемов

Замерзание почвы происходит при отрицательной температуре. Почвенная влага содержит различные соли, поэтому почва замерзает не при 0°С, а при —0,5... —1,5°С. Промерзание начинается с верхних слоев и в течение зимы распространяется в более глубокие горизонты.

Глубину промерзания почвы обусловливают:

1) суровость и продолжительность зимы;

2) высота снежного покрова (например, в Восточном Казахстане, где зимы суровые и продолжительные, а высота снежного покрова мала, глубина промерзания почвы составляет 2,5 м, тогда как в Подмосковье почва обычно промерзает лишь на 1 м);

3) растительный покров: на оголенных участках почва промерзает глубже, чем, например, в лесу;

4) тепловые свойства почвы;

5) влажность почвы: сухие почвы промерзают глубже, чем влажные, так как последние имеют большую теплоемкость, кроме того, при замерзании воды выделяется теплота.

Весной промерзший слой почвы оттаивает сверху под влиянием прогрева поверхности, а также и снизу за счет прихода тепла от нижележащих слоев. Глубина промерзания и оттаивания почвы на метеостанциях определяется мерзлотомером Данилина (МД-50). Его приемной частью является резиновая трубка, наполненная дистиллированной водой. На трубке нанесены сантиметровые деления. Трубка опускается в защитную трубу, которая установлена в почве до глубины, превышающей наибольшую глубину промерзания почвы в данной местности. Глубина промерзания определяется по нижнему концу столбика замерзшей воды в трубке, а глубина оттаивания — по его верхнему концу.

Нагревание и охлаждение водоемов происходит иначе, чем нагревание почвы. Теплоемкость воды в 3—4 раза больше теплоемкости почвы. Кроме того, вода пропускает в глубину большое количество солнечной радиации и поэтому прогревается на несколько метров (в зависимости от прозрачности воды). Но главной причиной различия является неодинаковый механизм передачи тепла. Если в почве теплопроводность в основном молекулярная, то в перемешивающейся воде — турбулентная. Поэтому перенос тепла в водоемах в тысячи раз интенсивнее по сравнению с почвой.

Амплитуда суточного и годового хода температуры поверхности водоемов при одинаковых условиях (широта, время года, облачность и др.) значительно меньше, чем поверхности почвы. Суточные колебания температуры поверхности больших озер не превышают 5° С, а поверхности океанов составляют лишь 0,1—0,5°С. Годовые колебания температуры поверхности озер в средних широтах составляют 15—25°С, а поверхности океанов 5—8°С.

Большие водные бассейны (моря, крупные озера, водохранилища) способствуют смягчению климата прибрежных районов. 3.7. Влияние рельефа, растительного и снежного покрова на температуру почвы.

Рельеф оказывает значительное влияние на температурный режим почвы. Приход солнечной радиации на поверхность почвы зависит от крутизны и экспозиции склона. В северном полушарии южные склоны получают больше тепла, а северные — меньше, чем поля, расположенные горизонтально.

Оголенная почва на склонах прогревается сильнее, чем покрытая растительностью. Например, наблюдения на южном и северном склонах крутизной 20—22° на оголенной и покрытой растительностью почве под Ленинградом показали, что разность температур на глубине 10 см между северным и южным склонами достигает 16°С на оголенном участке и только 7°С на неоголенном. Растительный покров затеняет поверхность почвы, поглощая значительную часть или даже всю приходящую солнечную радиацию. Но, в то же время он уменьшает охлаждение почвы, вызываемое ее эффективным излучением. Все же в целом под растительным покровом почва летом холоднее, чем оголенная, а зимой теплее. Под паром летом пахотный слой почвы на 5—6°С теплее, чем такой же слой под полевыми культурами. Особенно влияет на температуру почвы лес. Среднегодовая температура почвы в лесу на глубине 1 м на ГС ниже, чем в поле. Летом почва в лесу на глубине 20 см на 5—6°С холоднее, чем на безлесном участке.

Снег защищает почву от охлаждения, так как теплопроводность снега очень мала. Глубина промерзания почвы уменьшается с увеличением высоты снежного покрова. По данным А. М. Шульгина, в Барнауле (Алтайский край) между этими величинами имеется тесная связь (табл. 11).

Таблица

Влияние снежного покрова на глубину промерзания почвы (Барнаул, январь)

Высота снежного покрова, см 8 12 34 52

Глубина промерзания почвы, см 150 120 91 75

Защитное действие снега особенно важно для озимых культур и плодовых деревьев. При снежном покрове высотой более 30 см посевы озимых не вымерзают даже при сильных морозах. Температура почвы на глубине 3 см в зависимости от высоты снежного покрова при прочих равных условиях изменяется в больших пределах. Разность температур воздуха и почвы на этой глубине увеличивается примерно на ГС на каждый сантиметр высоты снежного покрова (до высоты 10 см). При большой высоте снега эта разность уменьшается.

Методы воздействия на температурный режим почвы для целей сельского хозяйства

Температурный режим почвы в разных климатических зонах регулируется для различных целей. На севере целесообразно повышать температуру почвы, особенно весной, чтобы раньше произвести посев и посадку и создать наиболее благоприятные условия для прорастания, укоренения и развития растений. На юге, наоборот, избыточное количество тепла может угнетать растения. Поэтому здесь целесообразно применять приемы, направленные на понижение температуры поверхности и пахотного слоя почвы.

В районах вечной мерзлоты, по исследованиям П. И. Колоскова, снятие дернины и распашка приводят к повышению температуры почвы и снижению уровня мерзлоты. В Заполярье (в районе Воркуты) снятие торфяного покрова увеличивает температуру почвы в среднем за теплый период на 0,5—1,0°С. Зимой снегозадержание способствует уменьшению охлаждения почвы.

Различные виды обработки почвы по-разному влияют на ее температурный режим. Рыхление почвы на глубину 2—4 см снижает температуру верхнего слоя на 1—3°С (летом больше, чем весной), а прикатывание повышает температуру на 1—2°С. Температуру почвы можно регулировать также путем мульчирования, т. е. покрытия ее поверхности тор фом, соломой, битумной эмульсией и др. Мульчирование уменьшает колебания температуры почвы. В зависимости от цвета мульчи температура почвы уменьшается или увеличивается. Например, средняя месячная максимальная температура почвы на глубине 3 см в июле на контрольном немульчированном участке (Северный Кавказ) составила 32°С, на участке, посыпанном каменноугольной пылью, 36,2°С, а на посыпанном известью — только 25,б°С. В Горьком, к примеру, в засушливые жаркие годы под мульчей из соломы влажность почвы была на 6—7% выше, а температура в дневные часы на 6—7°С ниже, чем на немульчированном участке.

Для повышения температуры почвы светлые почвы зачерняют торфяной мульчей, битумной эмульсией. Зачернение почвы снижает альбедо в ясные дни примерно на 5% и увеличивает поглощение радиации на 15%. Опыты в Кольском филиале АН РФ показали, что в темноокрашенных почвах увеличивается содержание нитратов, подвижного фосфора и калия, что способствует лучшему развитию растений.

Полиэтиленовые прозрачные пленки, используемые как мульча, способствуют повышению температуры и влажности верхнего слоя почвы. В высокогорных районах Грузии под пленкой температура на глубине 10 см днем на 8—10°С выше, чем на контрольном участке. В холодных парниках (без навоза), закрытых стеклянными рамами, температура почвы повышается на 5-6°С.

Одним из способов повышения температуры почвы является создание гребней и гряд, что увеличивает площадь деятельного слоя на 20—25% и соответственно повышает поглощение солнечной радиации. По данным опытов в Хибинах, температура почвы в гребнях в среднем за период вегетации на 2—3°С выше, чем на ровном поле.

Большое влияние на температуру почвы оказывает орошение. Опыты в Херсоне и Тирасполе показали, что на орошаемых участках после полива температура почвы ниже, чем на богарных. На поверхности почвы температура понизилась на 16—19°С, на глубине 10 см — на 5—7°С, а на глубине 20 см — на 2—3°С.

Дренирование заболоченных участков в летние месяцы повышает температуру пахотного слоя почвы, особенно ее поверхности.

Некоторое понижение температуры почвы наблюдается и под влиянием лесных полос, за счет более мощного травостоя в межполосных пространствах.

В настоящее время перечисленные методы регулирования температурного режима почвы все шире применяются в сельскохозяйственном производстве.

Процессы нагревания и охлаждения приземного слоя атмосферы

Основным источником нагревания нижних слоев атмосферы является тепло деятельного слоя Земли. В дневные часы, когда радиационный баланс деятельного слоя положителен, часть тепла передается воздуху. Ночью вследствие эффективного излучения деятельный слой становится холоднее воздуха и охлаждает прилегающий слой атмосферы.

Основные процессы теплообмена между деятельным слоем Земли и приземным слоем атмосферы:

1) тепловая конвекция — перенос объемов воздуха по вертикали, возникающий при неравномерном нагревании различных участков поверхности. Над более прогретыми участками воздух становится теплее, а потому он легче окружающего и поднимается. Пространство, которое занимал поднимающийся объем теплого воздуха, занимает окружающий воздух, который в свою очередь тоже прогревается и поднимается. Так образуется восходящий поток воздуха, и часть тепла переносится от деятельного слоя Земли в верхние слои тропосферы; 2) турбулентное перемешивание — вихревое хаотическое движение небольших объемов воздуха; теплообмен между земной поверхностью и атмосферой при турбулентном перемешивании в тысячи раз интенсивнее молекулярного переноса тепла.

Тепло, поступающее в атмосферу за счет конденсации влаги (при конденсации 1 кг водяного пара выделяется около 2520• 103 Дж), также имеет большое значение для нагревания приземного слоя, а особенно более высоких слоев атмосферы, в которых образуются облака.

Нагревание и охлаждение воздуха в значительной мере зависит от свойств деятельного слоя Земли. Над поверхностью суши воздух днем теплее, а ночью холоднее, чем над морем. На суше заметные различия в температуре воздуха создаются над разными видами деятельного слоя (поле, луг, болото, лес и др.). Влияние подстилающей поверхности на температуру воздуха убывает с высотой.

Изменение температуры воздуха по вертикали. Температурная инверсия.

В тропосфере температура воздуха с высотой в среднем уменьшается. Изменение температуры на 100 м высоты называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ). ВГТ меняется в зависимости от времени года, времени суток (в приземном слое атмосферы) и от высоты. В среднем ВГТ в тропосфере составляет 0,5—0,6° С/100 м. ВГТ положителен, если температура убывает с высотой, и отрицателен, если температура с высотой повышается.

Повышение температуры с высотой называется инверсией. Если температура с высотой не .изменяется (изотермия), то ВГТ равен 0°С/100 м.

В приземном слое атмосферы ВГТ зависит от времени суток, от облачности и от характера подстилающей поверхности. Днем ВГТ почти всегда положителен, особенно летом над сушей, но при ясной погоде он в де­сятки раз больше, чем при пасмурной. В ясный полдень летом температура воздуха у почвы (высота 2 см) мо­жет достигать 40—45° С, а на высоте 2 м 28—30° С. Раз­ности температур в пределах 2 м составляют соответственно 12—15°С. Влажная почва резко снижает ВГТ в приземном слое атмосферы.

Ночью в результате большого эффективного излучения, особенно при ясном небе, поверхность почвы сильно охлаждается и охлаждает прилегающий к ней воздух. Создается радиационная инверсия, иногда достигающая высоты нескольких десятков метров. Инверсия может наблюдаться также при перемещении теплой воздушной массы на холодную (фронтальная инверсия).

Данные о ВГТ в различных слоях атмосферы используют при составлении прогнозов погоды, метеорологическом обслуживании реактивных самолетов и при выводе спутников на орбиту, а также для определения условий выброса промышленных отходов. Отрицательная величина ВГТ при инверсии указывает на возможность заморозка.

Суточный и годовой ход температуры воздуха

Суточный ход температуры воздуха обусловлен суточным ходом температуры деятельного слоя. Минимальная температура воздуха на высоте 2 м наблюдается перед восходом Солнца. Максимальная температура отмечается через 2—3 ч после полудня. Суточный ход температуры воздуха нередко нарушается вторжениями теплых и холодных воздушных масс. Например, если вторжение холодного воздуха произошло днем, то температура воздуха в дневные часы может стать ниже, чем в прошлую ночь. поверхности. Амплитудой годового хода называется разность между средними месячными температурами самого теплого и самого холодного месяцев. Абсолютной годовой амплитудой температуры называется разность между абсолютным максимумом и абсолютным минимумом температуры воздуха за год, т. е. между самой высокой и самой низкой температурой, наблюдавшейся в течение года. Амплитуда годового хода температуры воздуха в данном месте зависит от географической широты, расстояния от моря, высоты места и от годового хода облачности.

Амплитуда суточного хода температуры воздуха меньше амплитуды суточного хода температуры поверхности почвы. Наибольшие амплитуды наблюдаются в тропических и субтропических пустынях, где они в течение всего года превышают 20°С. В среднем за год суточная амплитуда в тропиках составляет около 12°С, в умеренных широтах наименьшие амплитуды наблюдаются зимой, наибольшие — летом. В ясные дни амплитуда значительно больше, чем в пасмурные.

Над океанами амплитуда суточного хода температуры воздуха в среднем равна 2—3°С, в глубине континентов 20—22°С. На суше амплитуда зависит от рельефа: она больше в замкнутых долинах и котловинах и меньше над вершинами холмов, где интенсивнее перемешивание воздуха. С увеличением высоты над уровнем моря амплитуда суточного хода температуры уменьшается.

Годовой ход температуры воздуха в основном определяется годовым ходом температуры подстилающей поверхности. Амплитудой годового хода называется разность между средними месячными температурами самого теплого и самого холодного месяцев. Абсолютной годовой амплитудой температуры называется разность между абсолютным максимумом и абсолютным минимумом температуры воздуха за год, т. е. между самой высокой и самой низкой температурой, наблюдавшейся в течение года. Амплитуда годового хода температуры воздуха в данном месте зависит от географической широты, расстояния от моря, высоты места и от годового хода облачности.

Характеристики температурного режима территории

При оценке температурного режима территории или отдельного места для целей сельского хозяйства, медицины, промышленного и гражданского строительства применяют характеристики, дающие наиболее полное представление об общем количестве тепла за год или за отдельные периоды (вегетационный период, сезон, месяц и т. д.), а также о годовом и суточном ходе температуры воздуха. Основные из этих характеристик следующие.

Средние температуры

Средняя суточная температура есть арифметическое среднее из температур во все сроки наблюдений. В настоящее время на метеорологических станциях температуру воздуха измеряют 8 раз в сутки. Суммируя результаты этих измерений и деля сумму на 8, получают среднюю суточную температуру воздуха.

Средняя месячная температура — среднее арифметическое из средних суточных температур за все дни месяца.

Средняя годовая температура — среднее арифметическое из средних суточных (или средних месячных) температур за весь год.

Средняя годовая температура воздуха дает лишь грубое представление об общем количестве тепла, но не характеризует годовой ход температуры. Так, например, средняя годовая температура на юге Ирландии (Валенсия) и в степях Калмыцкой АССР одинакова и равна 10°С. Но в Ирландии средняя температура января 7,1°С и всю зиму зеленеют луга, а в степях Калмыкии средняя температура января — 6,0°С, а минимальная температура в 50% всех лет ниже — 27°С. Летом в Ирландии прохладно — средняя температура июля 15°С, а в Калмыцкой АССР жарко — средняя температура июля 24°С. Максимальная температура воздуха в отдельные дни здесь превышает 40°С. Поэтому для характеристики годового хода температуры в данном месте используют данные о средней температуре самого холодного и самого теплого месяцев.

Средние месячные и средние декадные температуры используют для характеристики температурных условий отдельных периодов. Однако все осредненные характеристики не дают полного представления о суточном и годовом ходе температуры, т. е. как раз об условиях, особенно важных для сельскохозяйственного производства.

Экстремумы температуры, амплитуда

Эти характеристики существенно дополняют сведения о средних температурах. Например, зная минимальную температуру в отдельные месяцы, можно судить об условиях перезимовки озимых культур и плодовых деревьев, о сроках окончания заморозков весной и начала их осенью. Данные о максимальной температуре зимой показывают частоту оттепелей, их интенсивность, а летом характеризуют число дней, когда растения и животные угнетены жарой, дают представление о возможности повреждения зерна в период налива и т. д.

Амплитуда суточного и годового хода температуры характеризует степень континентальности климата. Например, в морском климате Валенсии (Ирландия) амплитуда годового хода температуры составляет всего 7,9°С, а в континентальных районах (Якутия) достигает 67,0°С. Амплитуда суточного хода температуры приземного слоя атмосферы является важным показателем термического режима сельскохозяйственных полей.

Суммы температур

В агрометеорологии суммы температур получили широкое применение как показатель, характеризующий в условных единицах количество тепла в данной местности за определенный период. Суммы температур как показатель суммарной потребности растений в тепле были введены еще Реомюром (1734 г.). Для сельскохозяйственной оценки термических ресурсов климата Г. Т. Селяниновым были впервые использованы суммы температур выше 10°С — активные температуры. Они служат показателем обеспеченности теплом периода активной вегетации сельскохозяйственных культур. Способ расчета их повторяемости и обеспеченности в различных климатических зонах разработан Ф. Ф. Давитая. Суммы активных температур составляются из средних суточных температур выше 10° С.

М. И. Будыко установил, что имеется тесная связь между суммой температур выше 10°С и годовой суммой радиационного баланса. Изучение распределения сумм активных температур выше 10°С по земному шару позволило уточнить термические ресурсы различных "климатических зон для целей сельского хозяйства.

Для выражения потребности растений в тепле применяются также суммы эффективных температур. Это суммы средних суточных температур, отсчитанных от биологического минимума, при котором развиваются растения данной культуры (сорта, гибрида). Например, при подсчете сумм эффективных температур выше 10°С (2?>10) от средней суточной температуры за каждый день отнимается 10°С и остатки суммируются. Эффективные температуры для различных растений неодинаковы. Так, за биологический минимум для ряда зерновых культур принято 5°С (А. А. Шиголев), для кукурузы 10°С (Ю. И. Чирков), для хлопчатника 13°С (Л. Н. Бабушкин), для южных сортов хлопчатника 15°С. В настоящее время суммы эффективных температур установлены для многих сортов и гибридов основных сельскохозяйственных культур, как для отдельных периодов их развития, так и для всего периода вегетации. Они характеризуют суммарную потребность в тепле различных сортов и гибридов, отличающихся по скороспелости. В табл. приведен пример расчета сумм активных и эффективных температур воздуха.

Хар-ка	10.05	11.05	12.05	13.05	14.05	15.05	16.05	17.05	18.05	С.
Средняя суточная тем-ра	12,0	10,5	8,6	4,9	7,6	12,0	15,1	18,2	16,0	106,9
Активная тем-ра	12,0	10,5	0,0	0,0	0,0	12,0	15,1	18,2	16,0	83,8
Эффективная тем-ра 5°С	7,0	5,5	3,6	0,0	2,6	7,0	10,1	13,2	11,0	60,0
Эффективная тем-ра 10°С	2,0	0,5	0,0	0,0	0,0	2,0	5,1	8,2	6,0	23,8

Перечисленные характеристики температурного режима используются для оценки термических условий территории, для чего составляются карты средней годовой температуры, температуры самого теплого и самого холодного месяцев, распределения максимальной и минимальной температуры, сумм температур и др. На картах проводятся изотермы — линии, соединяющие пункты с одинаковой температурой или суммой температур.

Температурный режим в растительном покрове

В растительных сообществах температурный режим может быть существенно иным, чем над растениями или на поле, свободном от растений. Различия между температурным режимом над оголенным участком и в посеве тем больше, чем плотнее и выше посев, чем более сомкнутый покров образует верхний ярус листьев. Примерами могут служить посев кукурузы на силос в период от конца листообразования до молочной спелости, посевы сахарного тростника, риса и некоторых других тропических культур.

В загущенных посевах наблюдается полное затенение почвы. Деятельным слоем является верхний ярус листьев. Поэтому максимальная температура днем наблюдается в верхнем ярусе листьев, а внутри посева создается инверсия. В ясные ночи верхний ярус листьев является излучающим слоем. Он охлаждается сильнее листьев, расположенных ниже, и при осенних заморозках повреждается в первую очередь.

Если степень затенения почвы растительным покровом составляет менее 50%, то распределение температуры по вертикали в посеве мало отличается от ее распределения над полем без растительного покрова. Деятельным слоем в этом случае является самый верхний слой почвы. Поэтому максимум и минимум в суточном ходе температуры отмечаются на поверхности почвы. Такой растительный покров свойствен начальным фазам развития растений или развитым посевам с почти вертикально ориентированными узкими листьями, хорошо пропускающими солнечные лучи в полуденные часы и тепловое излучение Земли ночью.

Существует много типов посевов, различающихся по структуре, облиственности, площади листьев, их пространственной ориентации, высоте расположения и т. д. Все эти особенности влияют на температурный режим посева.

Измерения температуры воздуха в посевах и насаждениях должны проводиться без нарушения травостоя. Поэтому необходимы дистанционные приборы с малогабаритной приемной частью. Однако в посевах крупностебельчатых растений (подсолнечник, кукуруза, конопля и др.) можно использовать и обычные термометры, устанавливаемые на разной высоте в специальных защитах (защита Кудряшова, защита Виткевича), экранирующих резервуары от солнечных лучей. Температура среди растений измеряется также аспирационными психрометрами.

Температура листьев растений, находящихся в тени, обычно близка к температуре воздуха. У незатененных листьев при ясном небе температура обычно на 1—2°С выше, чем у окружающего воздуха. В высокогорных районах температура листьев, освещенных солнцем, на 3—5°С выше температуры воздуха.