Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Chương 3: Chế độ nhiệt của đất (Mới nhất)

7/18/15

CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT

CÂN BẰNG NHIỆT MẶT ĐẤT

• Định nghĩa: Hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và mất đi của

mặt đất. Phương trình cân bằng nhiệt mặt đất:

B’ = B + LE + V + Q

• Cân bằng nhiệt mặt đất • Các đặc tính nhiệt lực của đất • Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ đất • Biến thiên nhiệt độ đất • Quy luật lan truyền nhiệt độ theo độ sâu • Ảnh hưởng của nhiệt độ đất tới cây trồng • Biện pháp cải thiện nhiệt độ đất

– Trong đó: – B: bức xạ thuần (net radiation) – L: tiềm nhiệt bốc hơi (latent heat) – E: lượng nước bốc hơi (evaporation) – V: lượng nhiệt trao đổi với khí quyển (sensible heat) – Q: lượng nhiệt trao đổi với lớp đất sâu • Ban ngày: B>0; LE, V, Q <0; B’>0 mặt đất nóng lên • Ban đêm: B<0; LE, V, Q >0; B’<0 mặt đất lạnh đi

ĐẶC TÍNH NHIỆT LỰC CỦA ĐẤT

1. Nhiệt dung: Là đại lượng dùng để đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm

của đất.

• Nhiệt dung thể tích (Cv): là lượng nhiệt cần thiết làm cho một cm3

đất nóng lên 10C (cal.cm-3.độ-1)

• Nhiệt dung trọng lượng (Cp): là lượng nhiệt cần thiết làm nóng cho

1 gam đất nóng lên 1oC (cal.g-1.độ-1)

Cv = d.Cp

Ban ngày Ban đêm

Quan hệ giữa Cv và Cp: d: tỷ trọng (g.cm-3)

Cân bằng nhiệt mặt đất khi bức xạ thuần âm và dương Physics of Environment and Climate

NHIỆT DUNG CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT



HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA ĐẤT () Là đại lượng dùng để đánh giá khả năng truyền nhiệt của các loại đất • Định nghĩa:

là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích là 1cm2 trong một giấy ứng với gradient nhiệt độ thẳng đứng là 1độ.cm-1. Đơn vị cal.cm-1.giây-1.độ-1

• Hệ số dẫn nhiệt của các loại đất khác nhau rất khác nhau

0.0044

phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của các chất cấu tạo nên đất, các loại khoáng trong đất, độ ẩm và độ xốp của đất.

Loại đất Đất cát Đất sét Than bùn Không khí trong đất Nước Cp 0.18 0.23 0.48 0.24 1.00 Cv 0.49 0.59 0.60 0.0003 1.00

Loại chất Đất cát khô 0.00026 Đất cát ẩm(20%) 0.00252 Đất sét Nước Không khí

0.0013 0.00005

GRADIENT NHIỆT ĐỘ ĐẤT

•

là đại lượng dùng để chỉ mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp đất.

Độ ẩm đất (%) a = -dt/dz= -(t2-t1)/(z2-z1)

a: gradient nhiệt độ đất dt: hiệu số nhiệt độ giữa 2 lớp đất (oC) dz: khoảng cách giữa hai lớp đất (cm) z1: độ sâu lớp đất trên (cm); z2: độ sâu lớp đất dưới t1: nhiệt độ ở lớp đất z1 (oC) t2: nhiệt độ ở lớp đất z2 (oC)

Loại đất Đất cát Đất sét Đất mùn Th. bùn 0 0.35 0.26 0.15 0.20 Độ ẩm đất (%) 20 0.40 0.36 0.30 0.32 50 0.48 0.53 0.52 0.56 80 0.58 0.72 0.75 0.79 100 0.63 0.90 0.90 0.94

1 7/18/15

LƯU LƯỢNG NHIỆT VÀ HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA ĐẤT

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI NHIỆT ĐỘ ĐẤT

• Lưu lượng nhiệt của đất:

• Địa hình và địa thế của đất

– Ở BBC, đất dốc hướng nam luôn có nhiệt độ cao hơn hướng Bắc

Q = - . a. t.s

và ngược lại ở NBC. – Đất dốc hướng Nam có nhiệt độ cao hơn so với đất bằng phẳng • Biện pháp làm đất: đất trồng trọt có biên độ nhiệt độ lớp đất

mặt cao hơn so với đất không trồng trọt.

Q: lưu lượng nhiệt của đất (cal.cm-2)  : hệ số dẫn nhiệt của đất t: đơn vị thời gian a: gradient nhiệt độ của đất S: Diện tích dấu (-) chỉ chiều hướng truyền nhiệt

• Thành phần cơ giới của đất • Lượng mùn trong đất

– Mùn làm giảm nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của đất, tăng khả

là đại lượng dùng để chỉ lượng nhiệt được truyền từ lớp đất này đến lớp đất khác trong một khoảng thời gian xác định. Ban ngày a<0 nên Q>0, như vậy nhiệt độ truyền từ lớp đất mặt xuống lớp đất sâu. Ban đêm a>0 nên Q<0, nhiệt độ truyền từ lớp đất sâu lên lớp đất mặt.

k = /Cv

• Nước và không khí trong đất • Lớp phủ thực vật

năng giữ nước và hấp thụ bức xạ mặt trời (màu đậm). – Ở vùng nhiệt đới ẩm, chế độ nhiệt của đất mùn tương đối ôn hòa do có độ ẩm cao, tuy nhiên, nếu là đất mùn thiếu ẩm sẽ có biên độ nhiệt độ cao.

– Giảm khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời của mặt đất nhưng lại tăng khả năng giữ lại bức xạ sóng dài mặt đất

• Hệ số truyền nhiệt độ của đất (k): • •

là đại lượng đánh giá tốc độ truyền nhiệt độ trong các lớp đất. k: hệ số truyền nhiệt độ (cm2/giây)  : hệ số dẫn nhiệt (cal/cm.giây.0C-1) Cv: nhiệt dung của đất (cal.cm-3.0C-1) Tỷ trọng của đất càng tăng thì k càng lớn K lớn nhất khi độ ẩm đất vào khoảng 10-20%

– Do vậy có chế độ nhiệt ôn hòa hơn so với đất trống

QUY LUẬT BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO ĐỘ SÂU

SỰ BIÉN THIÊN NHIỆT ĐỘ ĐẤT

• Chu kỳ dao động của nhiệt độ đất không đổi ở tất cả các độ sâu. • Biên độ dao động của nhiệt độ đất giảm dần theo cấp số nhân khi độ sâu tăng

Biến thiên hàng ngày • Thời gian xuất hiện các cực trị của nhiệt

độ đất - Tmax: 13 – 14h - Tmin: 4 – 5h

t = Tmax - Tmin

tz: biên độ nhiệt độ ở độ sâu z (0C) to: biên độ nhiệt độ ở mặt đất (0C) : chu kỳ dao động của nhiệt độ đất (ngày hoặc năm) k: hệ số truyền nhiệt độ của đất (0,003 - 0,008 cm2/giây tuỳ theo độ ẩm đất)

• Biên độ dao động của nhiệt độ đất: • Các yếu tố ảnh hưởng tới t: mùa khí

theo cấp số cộng

 = Δz.2-1.√/k • Thời gian xuất hiện các cực trị muộn dần theo độ sâu •  là độ muộn (ngày hoặc giờ); z là độ sâu;  là chu kỳ dao động của nhiệt độ; k là hệ số truyền nhiệt độ của đất (0,003 - 0,008 cm2/giây tuỳ theo độ ẩm đất) • Những độ sâu có độ giảm biên độ nhiệt độ như nhau tỷ lệ với nhau theo căn

hậu, vĩ độ địa lý, địa hình, lớp phủ thực vật, tính chất đất, hàm lượng nước và không khí trong đất, màu sắc đất, và trạng thái thời tiết. Biến thiên hàng năm • Thời gian xuất hiện cực trị: T7 – T8;

T1 – T2

số bậc hai của chu kỳ dao động. zd/zy = √ 1/√365 = 1/19 Trong đó: z1; z2 là độ sâu của tầng đất mà biên độ nhiệt độ ngày bằng biên độ

• Biên độ dao động nhiệt độ đất: t = Tmax - Tmin • Các yếu tố ảnh hưởng tới t: vĩ độ địa lý, lớp phủ thực vật và tính chất đất

nhiệt độ năm.

Độ sâu cm

Nhiệt độ oC

a 

b 5 c 

Quy luật lan truyền nhiệt độ đât theo chiều sâu a. Quy luật hàng ngày; b. Quy luật hàng năm

d 1 e 

Quy luật lan truyền nhiệt độ đât theo chiều sâu a. Quy luật hàng ngày; b. Quy luật hàng năm

h 4h30 6h0

2 7/18/15

VAI TRÒ CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẤT ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG

• Quá trình nảy mầm của hạt giống

– Sự nảy mầm chỉ xẩy ra trong khoảng nhiệt độ thích hợp, nhiệt độ càng cao càng thuận lợi cho quá trình nảy mầm VD: lúa chỉ nảy mầm khi nhiệt độ đất cao hơn 11oC; Toptimum của sắn

• Hoạt động của bộ rễ

MAus10 là 14.8oC – 36.6oC và MAus7 là 12.5oC – 39.8oC; Hạt hướng dương, ngô, đậu tương nảy mầm rất kém khi nhiệt độ ngày/đêm là 21/12oC ở tuần đầu sau khi gieo.

• Hoạt động của vi sinh vật đất • Phong hoá đất • Sâu bệnh sống trong đất

– Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều có hại cho bộ rễ – Rễ cây nhạy cảm với nhiệt độ hơn so với bộ phận thân lá. – Nhiệt độ thấp làm ngưng trệ quá trình hút nước và dinh dưỡng của cây (≤ tbio-min) – Nhiệt độ cao hơn 35oC làm giảm sự phát triển của rễ cọc.

Nhiệt độ đất và tỷ lệ phát triển của hai giống sắn

BIỆN PHÁP ĐIỀU TIẾT CHẾ ĐỘ NHIỆT CUA ĐẤT

• Thay đổi nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của đất:

– Làm đất kỹ, bón phân hữu cơ và xới xáo thường xuyên để làm

giảm nhiệt dung giúp đất hấp thu tốt bức xạ mặt trời.

– Tưới nước đủ ẩm, làm tăng hàm lượng sét (cày sâu dần, tưới

phù sa, bón Kaolinit…để làm tăng nhiệt dung của đất, giảm khả năng hấp thu nhiệt vào mùa hè.

• Che phủ đất để chống bức xạ trực tiếp, làm giảm khả

năng bức xạ sóng dài từ mặt đất – Mùa đông

– Mùa hè

• Xác định thời vụ cây trồng thích hợp

Che phủ mặt đất bằng các vật có màu sẫm, kết hợp tưới nước đủ ẩm Trồng cây theo hàng, luống để bức xạ mặt trời dễ dàng chiếu xuống mặt đất • Che phủ mặt đất bằng rơm rạ, làm giàn che nắng cho cây con, hoặc trồng cây che phủ (keo dậu, muồng, cốt khí…)