Температура Ґрунту: Як Вона Впливає На Розвиток Рослин

Чому Температура Ґрунту Так Важлива

Під температурою ґрунту розуміють рівень його тепла. Даний показник впливає на хімічний та біологічний склад землі, а також якість його аерації. Зустрічається й термін «температура поверхні ґрунту». Під ним мається на увазі вимірювання тепла/холоду у верхньому шарі землі (до 10 см). Сезонні та добові коливання тепла можуть залежати від кількості отриманої променистої енергії.

Температура ґрунту вкрай важлива для багатьох видів сільськогосподарських робіт, наприклад соляризації ґрунту, внесення добрив та боротьби з бур’янами. Більше того, даний показник безпосередньо впливає на такі процеси життєдіяльності рослин, як зростання коренів та поглинання поживних речовин та води. Також доведено, що відповідно до температури ґрунту варіюється й поглинання азоту ^{Chatterjee, A., de Jesus, A. F., Goyal, D., Sigdel, S., Cihacek, L. J., Farmaha, B. S., Jagadamma, S., Sharma, L., Long, D. S. (2020). Temperature Sensitivity of Nitrogen Dynamics of Agricultural Soils of the United States. Open Journal of Soil Science, 10(7), 298-305. https://doi.org/10.4236/ojss.2020.107016.}. Таким чином, для розвитку культур цей фактор навіть важливіший, ніж рівень нагрітості повітря.

Які Фактори Впливають На Температуру Ґрунту?

Температура в ґрунті не є універсальною величиною та залежить від різних умов, у тому числі крутості схилу, кількості рослинного покриву, кольору та типу землі, вологості ґрунту, щільності та інтенсивності сонячного світла. Розуміння фізичних та хімічних процесів дозволяє ефективніше прогнозувати врожайність. Розглянемо їх детальніше:

Інтенсивність сонячної радіації. Сонячне світло — головне джерело нагрівання землі. Саме з цієї причини його температура залежить від глибини: верхні шари зазвичай тепліші за нижні.

• Пора року та атмосферні умови. Розподіл променистої енергії залежить від пори року, а також відсутності чи наявності сонячного світла, хмар та температури повітря. Чим тепліший день, тим краще прогрівається земля.
• Колір землі. За законами фізики темні предмети поглинають більше сонячного світла, і земля не є винятком. Чим вона темніше, тим швидше нагрівається.
• Ґрунтовий покрив. Гола земля нагрівається швидко, проте будь-який додатковий шар, який перешкоджає випаровуванню, знижує температуру. Такі шари формують покривні культури, мульча, пожнивні залишки, листя рослин тощо ^{Mark Longstroth. Bare ground is warmer (2008) Michigan State University Extension.}.
• Органічна речовина. Землі з високим вмістом органічної речовини темніші за кольором і краще утримують вологу. Отже органічна речовина також підвищує температуру ґрунту.
• Крутизна схилу. Сонячна радіація краще проникає у землю під прямим кутом, на схилах вона значною мірою розсіюється. Цю проблему допомагає вирішити терасове рільництво, яке є оптимальною сільськогосподарською практикою для горбистих полів.
• Компост та гній. Перегнивання органічних залишків — хімічний процес, що супроводжується виділенням певної кількості тепла. Тому, внесення компосту та гною підвищує температуру ґрунтового профілю.
• Вологість ґрунту. У вологій землі більш висока теплопровідність углиб профілю ^{Daniel E. Haskell, David J. Flaspohler, Christopher R. Webster, and Michael W. Meyer. Variation in Soil Temperature, Moisture, and Plant Growth with the Addition of Downed Woody Material on Lakeshore Restoration Sites. 2012. Restoration Ecology Vol. 20, No. 1, pp. 113–121.}. Це означає, що суха земля швидше нагрівається вдень та швидше остигає вночі. Залежно від щільності ґрунту, вода може випаровуватися з поверхні, або поширюватися вглиб профілю. Холодні опади знижують температуру ґрунту.
• Склад та текстура ґрунту. Зазвичай при однаковому рівні вологи та щільності, глинисті землі теплоємніші, ніж піщані ^{Abu-Hamdeh, Nidal. (2003). Thermal Properties of Soils as affected by Density and Water Content. Biosystems Engineering. 86. 97-102. 10.1016/S1537-5110(03)00112-0.}. Однак через меншу пористість пісок нагрівається швидше. Якщо частинки землі дрібні, теплопровідність збільшується.

Таким чином, температура ґрунтового профілю залежить від великої кількості факторів та того, як вони взаємодіють. Наприклад, вода надає зворотний вплив на теплопровідність.

Вплив Температури Ґрунту На Зростання Рослин

Ступінь прогрівання землі має найважливіше значення для розвитку рослин. Тепло стимулює зростання культур, покращуючи поглинання ними води та поживних речовин, а також позитивно впливає на загальний розвиток рослин. При низькій температурі ґрунту в’язкість води знижується, тому рослини поглинають її повільніше, тому процес фотосинтезу також уповільнюється.

Нестача тепла негативно позначається на діяльності ґрунтових мікроорганізмів, оскільки внаслідок уповільнення метаболізму погіршується виділення ними поживних речовин, а також подальше розчинення. Таким чином, чим нижче температура землі, тим менше поживних речовин та води отримують рослини. Також холодне повітря та непрогріта земля перешкоджають редуплікації клітин і тим самим уповільнюють загальний розвиток сільськогосподарських культур.

Незважаючи на те, що тепла земля корисна для розвитку коренів, занадто висока температура знижує якість ґрунту. Наприклад, швидше розкладаються органічні речовини та випаровується волога. Тому, для здорового росту рослин дуже важливо підтримувати оптимальний рівень тепла в землі.

Вплив Температури Ґрунту На Його Властивості

Температура впливає на біологічні, хімічні та фізичні властивості землі. Для ефективного контролю стану поля необхідно розуміти, як саме це відбувається.

Біологічні Властивості

Середня температура ґрунту, необхідна для нормальної біологічної активності, становить близько 10-24°C. Такі умови є сприятливими для ґрунтової біоти, яка відповідає за розкладання органічних речовин, високу мінералізацію азоту, поглинання розчинних речовин та метаболізм рослин. У землі з вкрай низькою температурою активність мікроорганізмів знижується, а макроорганізми навіть гинуть. В результаті уповільнюються процеси розкладання органічної речовини, що призводить до її надмірного накопичення.

Хімічні Властивості

Висока температура ґрунту збільшує об’єми катіонного обміну, оскільки процеси перегнивання органічної речовини в таких умовах протікають інтенсивніше. Чим тепліша земля, тим більше в неї водорозчинного фосфору для рослин. Також нагрівання збільшує кислотність ґрунту внаслідок денатурації органічних кислот.

Фізичні Властивості

Висока температура призводить до висихання глини та розтріскування піщаних поверхонь, що знижує кількість ґрунтових частинок та призводить до накопичення мулу. Чим тепліша земля, тим більше виділяється вуглекислого газу. Це призводить до розтріскування ґрунту та дефіциту вологи в його профілі.

Оптимальна Температура Ґрунту Для Посадки Рослин

Рослини не можуть нормально розвиватися в недостатньо прогрітій землі, оскільки біологічні та хімічні процеси протікають надто повільно, а при замерзанні зовсім припиняються. Це пояснює важливість визначення температури ґрунту для посадки рослин.

Розуміння оптимального рівня тепла для вирощування конкретної агрокультури дозволить створити сприятливі умови її розвитку. У цьому контексті ключовими факторами є аналіз історичних даних про теплові коливання в регіоні, моніторинг поточної ситуації на полі, прогнозування температури ґрунту та погодних умов.

Хоча температурний режим ґрунту впливає на прогнозування врожаю, його обсяг багато в чому залежить від вдалого підбору культур, часу посіву та погодних умов, які необхідні для високої продуктивності ^{Eric Anderson, Bruce MacKellar. Soil temperatures and planting timing – Part 1 of 3: Optimal soil temperature for planting. 2019. Michigan State University Extension.}.

Оптимальна температура ґрунту відрізняється для кожної стадії росту рослин. Наприклад, досходові гербіциди найефективніші при температурі 10-13°C. Для проростання насіння земля має прогріватися до 20-30°C. Крім того, для різних видів рослин потрібні особливі температурні умови як при посадці, так і протягом усього періоду розвитку. Ось мінімальні показники температури для посадки найпоширеніших культур:

• яра пшениця — 3°C;
• соєві боби — 15°C;
• яра канола і цукрові буряки — 10°C;
• соняшник та просо — 16°C;
• сухі боби — 21°C.

Оптимальна температура ґрунту для вирощування овочів варіюється від 18 до 24°C. Наприклад, для огірків вона становить близько 16°C; для цукрової кукурудзи — 18 ° C; для кавунів, перців та окри – 21°C.

Помідори найкраще садити, коли земля прогрілася до 20-22°C. Загалом, визначаючи при якій температурі висаджувати томати в ґрунт, слід враховувати, що мінімальні значення при посадці розсади мають бути не нижче за 16°C, а насіння — 18°C.

Глибина закладення картопляних бульб залежить від типу землі та коливається від 5-6 см (глиниста) до 10 см (торф’яна, супісок). Вимірювати рівень тепла в землі треба саме на обраній глибині. Рекомендована температура ґрунту при посадці картоплі становить 10-15°С. Вона може зростати в холодніших умовах (до 3°С), проте врожайність у цьому випадку знижується.

Крім оптимального часу та температури ґрунту, необхідних для проростання насіння, також важливо закладати його не дуже глибоко, оскільки в цьому випадку сходи з’являються раніше. Більш того, вони швидше дозрівають та успішно конкурують із бур’янами.

Як Виміряти Температуру Ґрунту

Після виявлення взаємозв’язку між температурою землі під час посадки та врожайністю було вироблено певні правила посіву. Наприклад, необхідно дочекатися, поки земля достатньо прогріється.

Спочатку аналіз проводився досить примітивним способом — вручну. Пізніше з’явилися спеціальні польові датчики та термометри для вимірювання температури ґрунту.

Найновішим та найзручнішим методом є супутниковий моніторинг. Ця практика полягає в оцінці відбивних властивостей поверхні нашої планети за допомогою активного та пасивного дистанційного зондування.

На розвиток супутникового моніторингу посівів вплинула поява онлайн-платформ. Вони дозволяють управляти полями дистанційно, а також обмінюватися важливою інформацією з іншими учасниками агробізнесу на кшталт страхових агентів і торгових компаній.

Можливості EOSDA Crop Monitoring Для Вимірювання Температури Ґрунту

Оскільки більшість рослин не можуть ефективно розвиватися у прохолодній землі, моніторинг температури є вкрай важливим для сільськогосподарського бізнесу. Інформацію стосовно температури ґрунту дозволяють отримати вегетаційні індекси, доступні на аналітичних онлайн-платформах, зокрема EOSDA Crop Monitoring.

Земля з рослинним покривом прохолодніше, тож за його наявності або відсутністю можна судити про температуру в ґрунтовому профілі. У цьому контексті корисні чотири вегетаційні індекси EOSDA Crop Monitoring — NDVI, MSAVI, NDRE та ReCI. Кожен з них оптимальний для використання на певних стадіях розвитку культур. Отримані дані можуть суттєво допомогти у прийнятті рішень.

Ще одним важливим індексом для вимірювання температури ґрунту є NDMI, який заснований на кореляції вологості в землі та кількості води в рослині (у листі, бруньках, стеблах). Він також доступний на платформі EOSDA Crop Monitoring та показує, чи достатньо ґрунтової вологи для нормального розвитку культур. Процес водопоглинання у рослин протікає коректно лише за певної температури (при низьких значеннях він уповільнюється). У зв’язку з цим кількість вологи у сільськогосподарських культурах дозволяє судити і про температуру ґрунту.

Якщо рослини страждають від водного стресу навіть за достатнього поливу, це може вказувати на те, що земля все ще критично холодна. Однак найкраща температура ґрунту для розвитку рослин залежить не тільки від виду культури, але й від конкретної стадії зростання, яку можна також аналізувати за допомогою відповідних вегетаційних індексів.

Значною мірою на температуру ґрунту впливають також погодні умови (температура повітря, наявність хмар чи опадів). EOSDA Crop Monitoring надає прогнози погоди на 14 днів та історичні дані, що дозволяють фермерам планувати польові роботи та створювати найбільш комфортні умови для зростання культур. Таким чином, за допомогою супутникової аналітики EOSDA Crop Monitoring можна створити комфортний тепловий режим для рослин та значно підвищити врожайність.