книги из ГПНТБ / Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве

крывая поверхность почвы от солнечных лучей, расте­ ния уменьшают ее нагревание, но одновременно ра­ стительность снижает потери тепла на излучение.

Тепловые свойства почвы характеризуются объем­ ной теплоемкостью,, теплопроводностью и температу­ ропроводностью. Объемная теплоемкость определяется количеством теплоты, затрачиваемой для нагрева­ ния единицы объема почвы на один градус. Теплоем­ кость значительно возрастает с увеличением плотно­ сти почвы и содержанием влаги, откуда и произошло распространенное деление на тяжелые влагоемкие — холодные почвы и маловлагоемкие — теплые.

Теплопроводность почвы — это способность про­ водить тепло от нагретых слоев к более холодным. Теплопроводность зависит от плотности и пористости почвы, ее механического состава и содержания поч­ венной влаги.

Температуропроводностью характеризуется быстро­ та выравнивания температуры в почве. Эта тепловая характеристика имеет важнейшее значение особенно тогда, когда речь идет о прогревании однородных почв.

Тепловые характеристики могут быть определены различными способами. Для почв природного сложе­ ния возможно применение физических приборов в по­ левых условиях. Сущность метода заключается в том, что в почву вводится нагреватель и изучается созда­ ваемое им температурное поле. Измеряя температуру почвы на определенных расстояниях от зонда, можно по формулам найти объемную теплоемкость, коэффи­ циенты теплопроводности и температуропроводности. Этот метод позволяет проследить за динамикой изме­ нения тепловых характеристик почвы.

60

В жизни растений температуре почвы принадле­ жит решающая роль, начиная от прорастания семян и до созревания урожая. Принято считать, что для со­ зревания урожая каждой культуре необходима опре­ деленная сумма среднесуточных температур за все дни вегетационного периода. Ею определяются такие почвенные процессы, как передвижение воды в жид­ ком и парообразном состоянии, скорость испарения и конденсация пара.

Основным способом измерения температуры почвы пока остается применение специальных ртутных тер­

мость создания более совершенных приборов. В по­ следние годы агрономы пользуются полупроводнико­ выми электротермометрами различных назначений. Они отличаются высокой точностью, быстротой изме­ рения и возможностью проведения дистанционных из­ мерений температуры почвы.

Особый интерес представляет прибор, определяю­ щий осредненное значение температуры на участке поверхности почвы. За свой необычный вид он назван термопауком. Прибор соприкасается с поверхностью почвы шестнадцатью гибкими ножками, на концах каждой из них надет прозрачный наконечник, в кото­ ром находится рабочий спай термопары. Нерабочие спаи всех ножек собраны в теле термопаука—алюми­ ниевом диске. Прибор подключен к гальванометру, показывающему осредненную температуру всего поля. Он позволяет дистанционно вести непрерывные на­ блюдения, надежен и безотказен в работе.

На смену почвенным термометрам Савинова агро-

61

физики создали полупроводниковый пахотный элект­ ротермометр. Он служит для измерения температуры на различной глубине и представляет собой терми­ стор, заключенный в металлическую трубку с деле­ ниями на поверхности. Конец термистора выведен на­ ружу и при соприкосновении с почвой быстро прини­ мает температуру пахотного слоя на глубине до по­ луметра. Измерения занимают не более 2—3 мин. Прибор облегчает работу агронома, особенно при определении сроков сева кукурузы, проса и других теплолюбивых культур.

С помощью самопишущих гальванометров можно вести непрерывные записи показаний полупроводнико­ вых электротермометров, что в земледелии представ­ ляет значительный интерес.

Сельское хозяйство в большей мере, чем любая другая область производства, зависит от метеороло­ гических условий и без достаточно надежных прогно­

62

менно учитывает и скорость движения ветра в призем­ ном слое атмосферы. Всю остальную информацию, необходимую прибору, он получает от полупроводни­ ковых датчиков-термисторов. Человек должен сооб­ щить прогнозатору только состояние влажности поч­ вы: сухая, влажная или очень влажная, а также время года и географическую широту местности. На основании собранной информации прибор математи­ чески решает задачу о возможности радиационного заморозка, времени его начала и окончания. Прогноз заморозка сообщается при помощи сигнала. Прибор точен и прост по устройству. Он дает прогноз забла­ говременно и может допустить ошибку в оценке ноч­ ных температур не более чем на один градус.

В практике земледелия давно применяются раз­ личные приемы воздействия на температуру почвы. Одним из них является новый способ мульчирования почвы с помощью синтетических пленок. Он позволя­ ет комплексно изменять условия жизни растений. Для мульчирования используют разнообразные материалы: пропитанную черным веществом мульчбумагу, угольную пыль, сажу, черные краски. Произ­ водство полимеров обогатило практику мульчирова­ ния тонкими пленками и синтетическими материала­ ми для покрытия почвы.

Черные покрытия резко увеличивают поглощение солнечной радиации и повышают температуру почвы. Наибольшее прогревание ее дает мульча в виде про­ зрачной пленки, под которой круглые сутки темпера­ тура сохраняется более высокой, чем под мульчей других видов. В последние годы практикуют выпуск черной синтетической мульчи.

64

Прозрачная пленка хорошо пропускает всю види­ мую радиацию и прилегающую к ней часть инфракра­ сного излучения солнца. В ночное время почва теряет тепло. Пленка плохо пропускает его и в основном за­ держивает у поверхности почвы, поэтому расход теп­ ла из мульчированной почвы резко снижается.

Пленка прекрасно регулирует влажность почвы. Через отверстия для выхода растений наружу она пропускает выпадающие осадки и в то же время резко замедляет испарение с поверхности почвы. Под плен­ кой не образуется почвенной корки и уплотнений. Она способствует борьбе с сорняками, рост которых прак­ тически прекращается, особенно под черной пленкой.

Как видно, синтетическая черная мульчпленка всесторонне воздействует на улучшение условий раз­ вития растений, а это способствует сокращению сро­ ков выращивания и получению значительно больших урожаев томатов, земляники, дынь и других культур.

В США созданы опытные образцы машин, пред­ ставляющих собой целый агрегат для мульчирования почвы и посадки растений. Перемещающийся на при­ цепе трактора агрегат опрыскивает поверхность поч­ вы синтетической жидкостью, которая быстро затвер­ девает и образует черную эластичную пленку. Почти одновременно вращающийся вал с шипами проделы­ вает в пленке отверстия, через которые в почву высе­ вают семена или высаживают рассаду.

Применение в качестве мульчи черных и прозрач­ ных синтетических пленок может привести к значи­ тельным изменениям и упрощениям агротехники вы­ ращивания многих сельскохозяйственных культур. При этом отпадает необходимость рыхления почвы,

65

изотопы

ВСЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Внашей стране создана целая сеть научных ин­ ститутов, опытных станций и экспериментальных уста­ новок, ведущих исследования по применению атомной энергии в земледелии, животноводстве и селекции. Метод меченых атомов стал новым способом позна­ ния сложнейших явлений жизни, а излучение радио­ активных изотопов — мощным средством активного воздействия на важнейшие жизненные процессы, в частности на наследственность.

Современной наукой установлено существование 104 химических элементов и свыше полутора тысяч их изотопов. Среди них преобладают неустойчивые ра­ диоактивные изотопы, которые самопроизвольно, без

67

внешнего воздействия распадаются, превращаясь при этом в изотопы других химических элементов. Радио­ активные изотопы в небольших количествах содер­ жатся во всех телах природы, во всех живых организ­ мах. Они существуют у всех химических элементов, из которых природа строит живые организмы. Хими­ ческие свойства радиоактивных и нерадиоактивных изотопов того же Элемента вполне одинаковы. Они с одной скоростью поступают в живой организм и оди­ наково участвуют во всех жизненно важных процессах обмена веществ.

Распад радиоактивных изотопов сопровождается излучением энергии, уносимой частицами материи. Раз­ личают несколько видов ядерного излучения. Альфа-

позитронов. Гамма-лучи — излучение, по своей приро­ де подобное фотонам рентгеновских лучей. При рас­ паде урана могут выделяться ядерные частицы, ней­ троны.

Все виды ядерного излучения имеют различную природу и обладают неодинаковыми физическими свойствами. Однако они характеризуются общим, очень важным для живого организма свойством. При взаимодействии с атомами и молекулами вещества частицы излучения превращают их в заряженные ионы. Поэтому потоки ядерного излучения и назы­ вают ионизирующим излучением. Ионизация происхо­ дит за счет высоких запасов энергии, с которой части­ цы освобождаются атомными ядрами. Гамма-лучи и нейтроны могут глубоко проникать в облучаемые те­ ла, их называют проникающим излучением.

68

В сельском хозяйстве наметились основные на­ правления в применении ядерного излучения. Оно используется для расширения основ научного ведения хозяйства с помощью так называемых меченых ато­ мов. В настоящее время они стали одним из основ­ ных экспериментальных методов физиологических, аг­ рохимических и почвенных исследований. Гамма-лучи становятся перспективным фактором повышения пло­ дородия полей. Ионизирующее излучение облегчает борьбу с вредителями сельскохозяйственных растений и зерна. Радиоактивные атомы способствуют длитель­ ному хранени-ю картофеля, овощей и продуктов животноводства. С применением излучения сформи­ ровалось новое направление в селекционной работе — радиоселекция.

Меченые атомы

Выдающийся русский биолог К. А. Тимирязев мечтал о том, чтобы от самих растений получать от­ веты на вопросы: в каких питательных веществах и в каких количествах они нуждаются, когда и в каком виде необходимо их вносить. Только современная на­

ука открыла перед работниками сельского хозяйства подобные возможности.

Меченые атомы позволили биологам глубоко про­ никнуть в познание сложных жизненных процессов, в познание самых сокровенных тайн живого организма, долгое время остававшихся почти недоступными для научных исследований. Первыми начали применять меченые атомы агрохимики. Вместе с питательными веществами в растение вводится как примесь незна-

69