Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 3: Chế độ nhiệt của đất - Nguyễn Thị Bích Yên

Nội dung text: Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 3: Chế độ nhiệt của đất - Nguyễn Thị Bích Yên

1. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Chế độ nhiệt của đất B LE 1. Cân bằng nhiệt mặt đất V 2. Các đặc tính nhiệt lực của đất 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của đất P 4. Biến thiên nhiệt độ đất 5. Quy luật lan truyền nhiệt độ theo độ sâu của đất B LE 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đất tới cây trồng V 7. Biện pháp cải thiện nhiệt độ đất P 1. Cân bằng nhiệt mặt đất 2. Các đặc tính nhiệt lực của đất • Định nghĩa: là tổng đại số giữa các phần năng lượng thu và chi của mặt đất 2.1. Nhiệt dung của đất 2.2. Hệ số dẫn nhiệt của đất B’ = B + LE + V + P 2.3. Hệ số truyền nhiệt của đất 2.4. – B: bức xạ thuần (net radiation) Lưu lượng nhiệt – L: ẩn nhiệt (latent heat) – E: lượng nước bốc hơi/ngưng tụ – V: thông lượng nhiệt trao đổi với khí quyển (sensible heat) – P: thông lượng nhiệt trao đổi với lớp đất sâu Nhiệt dung của các thành phần cấu tạo nên đất và một số 2.1. Nhiệt dung của đất (c) loại đất Thành phần cấu tạo nên Nhiệt dung trọng lượng Nhiệt dung thể tích (cal • Nhiệt dung thể tích (Cv): lượng nhiệt cần thiết làm đất (cal g-1 độ-1) cm-3 độ-1) 3 o -3 -1 cho một cm đất nóng lên 1 C (cal cm độ ) Cát 0,18 0,4900 • Nhiệt dung trọng lượng (Cp): lượng nhiệt cần Sét 0,23 0,5900 o Than bùn 0,48 0,6000 thiết làm nóng cho một gam đất nóng lên 1 C (cal Không khí 0,24 0,0003 -1 -1 g độ ) Nước 1,00 1,0000 Cv = Cp x ρ Đất cát (ĐĐR) 0,26 0,42 -3) ρ : tỷ trọng của đất – bulk density (g cm Đất cát pha (ĐĐR) 0,36 0,51 nhiệt dung cho biết khả năng nóng lên nhanh hay Đất than bùn (ĐĐR) 0,67 0,60 chậm của đất Đất cát (khô) 0,20 0,32 Đất cát pha (khô) 0,20 0,26 Đất than bùn (khô) 0,45 0,23 1
2. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Tỷ trọng của đất Ảnh hưởng của độ ẩm đất tới nhiệt dung đất ở các tỷ Cát (sand) Sét (clay) trọng đất (DB) khác nhau Than bùn (peat) software/SoilTemperature/docu ment.pdf Quan hệ giữa nhiệt dung thể tích và độ ẩm đất Khả năng giữ ẩm của các loại đất của một số loại đất 35 1.00 ) 1 - 0.90 30 ộ t (%) t đ 0.80 ấ 3 - 25 0.70 Đất cát 0.60 20 Đất sét c trong đ trong c Nước rễcây có thể 0.50 Đất nhiều mùn ướ hấp thụ 15 0.40 Đất than bùn t dung (cal cm tdung(cal ng n ng 0.30 10 ệ ượ 0.20 Nhi ml 5 0.10 Hà 0.00 0 Cát Cát pha thịt Thịt pha Thịt Sét pha thịt Sét 0 20 50 80 100 cát Độ mẩ đất (%) 2.2. Hệ số dẫn nhiệt của đất () Cách tính nhiệt dung của đất • Đánh giá khả năng truyền nhiệt của đất • Định nghĩa: là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích có tiết diện 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 • Gradient nhiệt độ đất (thẳng đứng, a): là đại lượng dùng để chỉ mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp đất. Vm, Vo và θ là tỷ lệ thành phần các chất khoáng, chất hữu cơ và nước a = dt/dz=(t2-t1)/(z2-z1) a: gradient nhiệt độ đất dt: hiệu số nhiệt độ giữa 2 lớp đất(độ) dz: khoảng cách giữa hai lớp đất (cm) z1: độ sâu lớp đất trên (cm) z2: độ sâu lớp đất dưới (cm) ρb là tỷ trọng của một khối đất o t1: nhiệt độ ở lớp đất z1 ( C) o θ là hàm lượng nước trong đất t2: nhiệt độ ở lớp đất z2 ( C) 2
3. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Biến thiên nhiệt độ theo độ sâu Hệ số dẫn nhiệt của đất (tiếp ) t t Nhiệt độ 1 2 • Hệ số dẫn nhiệt của các loại đất khác nhau rất khác nhau phụ thuộc vào hệ số z1 dẫn nhiệt của các chất cấu tạo nên đất: z2 – các loại khoáng, hàm lượng mùn trong đất; – độ ẩm; và đất Ban đêm Ban ngày – độ xốp của đất (tỷ trọng của đất) của sâu Độ Hệ số dẫn nhiệt của các loại đất và thành phần cấu tạo nên đất 2.3. Hệ số truyền nhiệt của đất (k) Thành phần cấu Hệ sốd ẫn nhiệt tạo nên đất (cal cm-1 giây-1 độ-1) • Hệ số truyền nhiệt của đất (k): là đại lượng Cát 0,016-0.26 đánh giá tốc độ truyền nhiệt giữa các lớp đất Than bùn 0,006 Không khí 0,00006 (cho biết thời gian cần thiết để thay đổi nhiệt độ Nước 0,0014 giữa các lớp đất) k = /C Đất cát (ĐĐR) 0,004 v 2 -1 Đất cát pha (ĐĐR) 0,003 k: hệ số truyền nhiệt (cm giây ) Đất than bùn (ĐĐR) 0,001 : hệ số dẫn nhiệt (cal cm-1giây-1 độ-1) -3 -1 Đất cát (khô) 0,00040 Cv: nhiệt dung của đất (cal cm độ ) Hàm lượng nước trong đất (%) Đất cát pha (khô) 0,00025 • Tỷ trọng của đất càng tăng thì k càng lớn Đất than bùn (khô) 0,00015 • K lớn nhất khi độ ẩm đất vào khoảng 20% Hệ số truyền nhiệt của các loại đất và thành phần cấu tạo nên đất 2.4. Lưu lượng nhiệt của đất Thành phần cấu Hệ sốtruy ền tạo nên đất nhiệt (cm-2 giây- • Lưu lượng nhiệt của đất: là đại lượng dùng để chỉ 1 ) lượng nhiệt được truyền từ lớp đất này đến lớp đất khác Cát 0,032-0.052 trong một khoảng thời gian xác định Than bùn - Q = - . a. n -2 Không khí 0,20 Q: lưu lượng nhiệt của đất (cal cm ) Nước 0,0014  : hệ số dẫn nhiệt của đất n: đơn vị thời gian Đất cát (ĐĐR) 0,010 a: gradient nhiệt độ của đất Đất cát pha (ĐĐR) 0,006 dấu (-) chỉ chiều hướng truyền nhiệt Đất than bùn (ĐĐR) 0,002 • Ban ngày a 0, như vậy nhiệt độ truyền từ lớp Hà lượng nước trong đất (%) đất mặt xuống lớp đất sâu. Đất cát (khô) 0,0013 • Ban đêm a>0 nên Q<0, nhiệt độ truyền từ lớp đất sâu Đất cát pha (khô) 0,0010 lên lớp đất mặt. Đấ than bùn (khô) 0,0007 322/handouts/Pg-42-51.pdf 3
4. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Ứng dụng lưu lượng nhiệt • Dự báo sương muối • Xác định tỷ lệ dự trữ/giải phóng nhiệt mặt đất • Nghiên cứu vùng rễ thực vật Temperature sensors • Khảo sát môi trường xây dựng cơ sở hạ -0.04 m tầng -0.12 m • Xác định độ sâu của sương muối -0.20 m 2 Đĩa đo lưu lượng • Đánh giá sự biến đổi khí hậu nhiệt ở -0.08 m GEOG 622.02 measurements at OSU Airport, Nov, 2005 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ đất 4.1. Biến thiên hàng ngày nhiệt độ đất • Địa hình và địa thế của đất – Ở BBC, đất dốc hướng nam luôn có nhiệt độ cao hơn hướng bắc và Độ muộn • Thời gian xuất hiện ngược lại ở NBC. Tại sao? – Đất dốc hướng nam có nhiệt độ cao hơn so với đất bằng phẳng các cực trị của • Làm đất: đất trồng trọt có biên độ nhiệt độ lớp đất mặt cao hơn so nhiệt độ đất: với đất không trồng trọt. • Thành phần cơ giới của đất – Tmax: 14 – 15h • Lượng mùn trong đất – T : 5 – 6h – Mùn làm giảm nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của đất, tăng khả năng giữ min nước và hấp thụ bức xạ mặt trời (màu đậm). • Biên độ dao động – 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 của nhiệt độ đất: cao. • Hàm lượng nước và không khí trong đất – tngày = Tmax - Tmin • Lớp phủ thực vật – 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 – Do vậy có chế độ nhiệt ôn hòa hơn so với đất trống Các yếu tố ảnh hưởng tới tngày: mùa khí 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 5. Quy luật lan truyền nhiệt 4.2. Biến thiên hàng năm nhiệt độ đất xuống tầng đất sâu Thời gian xuất hiện cực trị: Tmax=T7 – T8 Tmin =T1 – T2 Biên độ dao động nhiệt độ đất: tnăm = Tmax - Tmin GEOG 622.02 measurements at OSU Airport, Nov, 2005 Các yếu tố ảnh hưởng tới t năm: vĩ độ địa lý, lớp phủ thực vật và tính chất đất 4
5. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 5.1. Biên độ dao 24 23 22 C) động của mặt đất 0 △t 21 ( 0 Z = 190mm ộ ộ 20 giảm dần theo độ △t Nhiệt độ đất z 19 t đ t ệ 18 sâu Nhiệt độ (oC) ở các độ 17 Nhi 0 cm 16 20 cm sâu khác 40 cm 15 z / k 14 nhau tại t z toe 0 4 8 12 16 20 24 Thời gian (giờ) trạm khí 32 tượng tại t : biên độ nhiệt độ ở độ sâu z (cm) 0 cm z △t0 C) Z = 490cm 28 20 cm o 0 HUA (2001) 40 cm t : biên độ nhiệt độ ở mặt đất ( C) ( o △tz : chu kỳ dao động của nhiệt độ cho ộ 24 một ngày hoặc một năm (giây) đ t ệ k: hệ số truyền nhiệt độ của đất Nhiệt độ (oC) (0,003 - 0,008 cm-2 giây-1 tuỳ theo độ Nhi 20 ẩm đất) 16 Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Biến thiên nhiệt độ ngày theo độ sâu của đất Biến thiên nhiệt độ hàng ngày của các lớp trên đồng cỏ Vaira đất rừng ôn đới 5.2. Thời gian xuất C) 0 △Z = 190mm ( • Mùa hèT hiện các cực trị muộn ộ t đ t đất mặt > T ệ dần theo độ sâu △t Nhi đất sâu • Mùa đông T t t 1 2 đất mặt < T đất sau z2 – z1 1/2 t2 - t1= x (/ k) Di chuyển 2 C) 0 ( ộ ộ nơi ở của t đ t ệ sinh vật đất △ Nhi t △Z = 490mm t1 t2 5
6. Nguyễn Thị Bích Yên ĐHNN Hà Nội (HUA) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Vai trò của nhiệt độ đất đối với sinh vật 5.3. Những độ sâu có nhiệt độ hàng ngày và • Quá trình nảy mầm của hạt giống hàng năm không đổi tỷ – Sự nảy mầm chỉ xẩy ra trong khoảng nhiệt độ thích hợp – Trong khoảng nhiệt độ thích hợp, nhiệt độ càng cao càng thuận lợi cho lệ với nhau theo căn Z1= quá trình nảy mầm – VD: một số giống lúa chỉ nảy mầm khi nhiệt độ đất cao hơn 11oC; số bậc hai của chu kỳ o o o Toptimum của sắn giống MAus 10 và MAus 7 là 14.8 C – 36.6 C và 12.5 C dao động – 39.8oC • Hoạt động của rễ – Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều có hại cho rễ – Rễ cây nhạy cảm với nhiệt độ hơn so với bộ phận thân lá o 1/2 – Nhiệt độ thấp làm ngưng trệ quá trình hút dinh dưỡng của cây (≤1 C) z1/z2 = 1/365 – Nhiệt độ cao hơn 35oC làm giảm sự phát triển của rễ cọc và rễ ngừng phát triên ở nhiệt độ nhỏ hơn 2oC • Hoạt động của vi sinh vật đất Z2= ? • Phong hoá đất • Sâu bệnh sống trong đất Biện pháp cải thiện chế độ nhiệt của đất • Tăng nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của đất – Làm đất và tưới nước đầy đủ – Tăng hàm lượng sét, giảm hàm lượng cát trong đất?? – Bón phân hữu cơ??? • Thay đổi khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời và giữ bức xạ sóng dài của mặt đất – Mùa đông • Che phủ mặt đất: các vật có màu sẫm, kết hợp tưới nước • Trồng cây theo hàng, theo luống thích hợp làm tăng khả năng nhận bức xạ của mặt đất – Mùa hè • Che phủ mặt đất bằng rơm rạ, làm giàn che nắng cho cây con, hoặc dùng thực vật che phủ (cây sinh trưởng nhanh: keo dậu, muồng, cốt khí) • San phẳng ruộng làm giảm diện tích tiếp xúc của mặt đất với BXMT • Xác định thời vụ cây trồng sao cho thích hợp 6