الترب (نظم الحرارة والرطوبة في-)

ترب (نظم حراره ورطوبه في)

Soil temperature and moisture regimes -

الترب (نظم الحرارة والرطوبة في -)

تعد نظم حرارة التربة ورطوبتها soil temperature and moisture regimes من العوامل الرئيسية المؤثرة في أدائها، وإن معرفة هذه النظم والتحكم فيها تعد من مقومات الزراعة الناجحة.

درجة حرارة التربة

تؤدي درجة حرارة الوسط دوراً رئيسيّاً في التأثير في كثير من الخصائص الكيميائية والفيزيائية والحيوية مما يجعلها من العوامل عظيمة الأهمية في التربة. فالتغير في درجات الحرارة اليومية والموسمية يعمل على تمدد المعادن المكونة لحبيبات التربة الصلبة وانكماشها، مما يساعد في المدى الطويل على تكسرها وتفتتها ويشجع على تفكك التربة نتيجة تباين معامِلات التمدد للفلزات المختلفة المكونة لخليط التربة. كذلك توجد علاقة واضحة بين درجات الحرارة وسرعة حركة الماء بالخاصة الشعرية والرشح من ناحية، وقدرة الماء علي إذابة الأملاح والغازات من ناحية أخرى، وذلك لتأثيرها في لزوجة الماء وتوتره السطحي، أما الانخفاض الشديد في درجات الحرارة الذي يؤدي الى تجمد الماء وزيادة حجمه فيعمل على توليد ضغط في المسافات بين حبيبات التربة ويشجع على تفريق الحبيبات وتفتيت التجمعات.

يضاف إلى ذلك أن تغيرات درجات الحرارة في التربة توثر في حجم هواء التربة وضغطه وسرعة حركته، كما تؤثر في سرعة العمليات الكيميائية واتجاهها؛ لاسيما تلك المؤثرة في مغذيات التربة ونشاط الكائنات الدقيقة التي تعمل على تفكيك المادة العضوية وعمليات إنبات البذور ونمو الجذور. كما وجد أن الإنبات ونمو الجذور يتوقفان تماماً في النطاق الحراري الواقع بين الصفر وخمس درجات سلزية، كما أن كل نوع من النباتات يحتاج إلى نطاق حراري خاص ومحدد لكي يستطيع أن يحدد دورة نموه. تتعلق درجة حرارة التربة بالموقع الجغرافي والتضاريس وبخواص التربة الفيزيائية وتركيبها الفلزي.

تُعدُّ الشمس المصدر الرئيس لحرارة التربة، إذ تبلغ قيمة الاستطاعة الإشعاعية الواردة من الشمس إلى الأرض وبشكل عمودي قيمة تقدر بنحو 2 حريرة لكل 1سم2 في الدقيقة؛ ما يعادل 8.296 جول/سم2 في الساعة، أي مليون حريرة لكل متر مربع واحد في الساعة وهو ما يطلق عليه الثابت الشمسي.

لكن ما يصل إلى سطح الأرض من طاقة الشمس يقل عن المقدار الآنف الذكر نتيجة تشتت جزء منها في الغلاف الجوي٬ أو بسبب انعكاس جزء آخر عن سطح الأرض الخارجي. لقد وجد أن ما يصل إلى سطح التربة في المناطق المعتدلة في منتصف النهار يراوح بين 0.8 و1.5 حريرة/سم2 في الدقيقة. أما مصادر الطاقة الأخرى مثل تلك الناجمة عن التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تؤدي إلى تحلل بقايا المواد العضوية٬ أو الناجمة عن النشاط الإشعاعي فتعد ثانوية.

تُعبر درجة حرارة آفاق مقطع التربة عن واقعها الحراري، فالواقع الحراري لآفاق التربة المختلفة يساهم مباشرة في عمليات تشكل التربة٬ كما يؤثر بصورة فعالة في درجة نمو النباتات وتطورها، وكذلك في درجة نشاط كائنات التربة المختلفة وتكاثرها لاسيما الأحياء الدقيقة. تؤثر درجة حرارة التربة أيضاً في انحلال غازات التربة مثل "الأكسجين وثنائي أكسيد الكربون"، وفي درجة ذوبان الأملاح في الماء الأرضي وسرعة التفاعلات الكيميائية ودرجة امتصاص النباتات للماء وللعناصر الغذائية.

التدفق الحراري في التربة (التوصيل الحراري)

يطلق «التدفق الحراري» على مقدار الطاقة الحرارية التي تصل إلى سطح التربة "اكتساب"، والطاقة التي تخرج منها "فقد" -خلال فترة زمنية معينة أو بين أطوار التربة المختلفة-. ويقاس التدفق بعدد الحريرات التي تعبر مساحة من التربة في ثانية تقدر بـ1سم2 ولعمق 1سم عندما يكون الفرق الحراري مساوياً درجة سلزية واحدة٬ ويُعبَّر عنه بالتوصيل الحراري أو معامل التوصيل الحراري الذي يُقدر بعدد الحريرات أو الجولات/سم× ثانية× درجة سلزية، ويراوح معامل التوصيل الحراري للجزء الفلزي من التربة بين 0.004 و0.005، وللماء 0.0014، وللهواء 0.00005 حريرة/سم × ثانية × درجة سلزية.

يتعلق التوصيل الحراري للتربة بتركيبها الحبيبي الميكانيكي وتركيبها الفلزي وسعته ورطوبتها وهوائها ودرجة اندماجها وتراصها ومحتواها من المادة العضوية؛ وعليه فإن التوصيل الحراري لن يكون ثابتاً في جميع الترب نتيجة تباين محتواها من المكونات الحبيبية الصلبة، وكذلك تباين محتواها من الهواء والماء٬ كما أن اختلاف تركيب التربة في العمق يجعل توصيلها الحراري متغيراً.

آليات انتقال الحرارة في التربة mechanism of heat transfer

تنتقل الحرارة في التربة من أكثر الأجسام حرارة إلى أقل الأجسام حرارة بطرائق ثلاث هي:

1- انتقال الطاقة الحرارية بالتوصيل heat conduction: تنتقل الطاقة في عملية انتقال الحرارة بالتوصيل خلال المادة نتيجة لنشاط جزيئاتها من الجزء الأعلى حرارة إلى الجزء الأقل حرارة؛ لذلك يتوقف هذا المعدل على نوعية المادة الموصلة ومدى اختلاف درجة الحرارة بين النقطتين اللتين تتدفق بينهما الطاقة الحرارية.

2- انتقال الطاقة الحرارية بالحمل heat convection: تتمثل هذه الطريقة في انتقال جسم حامل للطاقة الحرارية من مكانه إلى مكان آخر، وهو ما تحققه في نظام التربة السوائل والغازات التي تتحرك فيها من خلال مسامها. فعندما تسقط الأمطار مثلاً على سطح التربة، ثم تتغلغل في مسامها فإنها تحمل جزءاً من الطاقة الحرارية من الجزء العلوي من التربة إلى جزئها السفلي.

3- انتقال الحرارة بالإشعاع heat radiation: بهذه الآلية تنتقل الطاقة من جسم أكثر درجة حرارة إلى جسم أقل درجة حرارة من دون أن يتماسّا أو يتحركا، إذ تتحول الطاقة الحرارية لجسم معين إلى طاقة كهرطيسية على السطح تنقلها الموجات الإشعاعية في الفراغ، وتتحول إلى طاقة حرارية عندما تصطدم بسطح جسم آخر.

السعة الحرارية للتربة heat capacity

تعرف سعة التربة الحرارية بأنها نسبة الطاقة الحرارية الممتصة إلى الفرق في درجة الحرارة الناتجة، ويرمز لها بـ C وتعطى بالمعادلة (1):

حيث:

C: السعة الحرارية للتربة (جول/غ.س°).

Q: كمية الحرارة في التربة (جول/غ).

T: درجة حرارة التربة (س°).

ويمكن تحديد ثلاثة أنواع من السعة الحرارية للتربة، هي:

1- السعة الحرارية النوعية "الوزنية" للتربة: هي عدد الحريرات أو (الجولات) اللازمة لتسخين واحد غرام من التربة الجافة تماماً ورفع درجة حرارته درجة سلزية واحدة في مجال من درجات الحرارة يراوح بين 14.5و15.5° س، ويرمز إليها بـ C.

2- السعة الحرارية الحجمية للتربة: وهي عدد الحريرات أو (الجولات) اللازمة لتسخين واحد سم3 من التربة الجافة تماماً ورفع درجة حرارته درجة سلزية واحدة في مجال من درجات الحرارة يراوح بين 14.5و15.5° س، ويرمز إليها بـ Cv.

3- السعة الحرارية الفعالة للتربة: هي كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة واحد غرام من التربة إضافة إلى حرارة تحولاتها الطورية (التبخر وتكثف وذوبان الجليد)، أي بمفهوم آخر كل العمليات التي تساهم أو ينجم عنها امتصاص الحرارة، حيث أنها تتم في درجة حرارة ثابتة.

نظـام التربة الحـراري regime temperature of soil

يُعبر عنه من خلال تحديد درجة حرارة التربة التي يتم قياسها على أعماق وأوقات متباينة على مدار السنة أو مجموعة من السنوات. إن درجة حرارة التربة ليست ثابتة بل تتغير باستمرار استجابة للتغيرات المستمرة في الأحوال الجوية، ويتسم التغير المستمر لدرجة حرارة التربة بالتعاقب الدوري المنتظم على المدى اليومي بين الليل والنهار، وعلى المدى السنوي بين الصيف والشتاء. وهذه الدورات اليومية والسنوية ليست على نمط ثابت تماماً، إنما يعتريها بعض التغير الناجم عن الظواهر العرضية غير المنتظمة مثل الموجات الباردة والموجات الدافئة والتغييم والعواصف الممطرة والعواصف الثلجية وفترات الجفاف، كما أن التغيرات في خواص التربة نفسها تؤثر في نمط الدورة اليومية والسنوية لدرجة حرارتها. ومن أهم خواص التربة ذات التغيرات المؤقتة: انعكاسية الأشعة من السطح، والسعة الحرارية، والتوصيل الحراري.

التغيرات اليومية والفصلية لحرارة التربة

يشتمل الانتشار الحراري على كامل مقطع التربة وبآفاقه كافة، ويمكن أن يتغير اتجاه التيار الحراري ضمن مقطع التربة الواحد، حيث يمكن أن يتجه من الأسفل نحو الأعلى في الليل وفصل الشتاء، أو من الأعلى "السطح" نحو الأسفل في النهار أو فصل الصيف.

1- التغيرات اليومية لحرارة التربة: ترتفع درجة حرارة سطح التربة نهاراً نتيجة امتصاصها لجزء من الطاقة الحرارية للإشعاع الشمسي، وتنتقل هذه الطاقة الحرارية ضمن مقطع التربة من السطح نحو الأعماق، وتتباين في سرعة انتشارها تبعاً لخصائص التربة الميكانيكية والكيميائية. تبلغ هذه الموجة الحرارية ذروتها قرابة الساعة الثالثة عشرة (الشكل1)، وبعد مغيب الشمس، يبدأ سطح التربة بفقد الحرارة بالإشعاع، فتنخفض درجة حرارة السطح الخارجي للتربة على نحو أسرع من آفاق التربة الأعمق، وبذلك ينعكس اتجاه حركة الموجة الحرارية ليتم من الأسفل نحو الأعلى.

الشكل (1) التغيرات اليومية في درجة حرارة التربة على أعماق مختلفة

بهذه الآلية تكمل الموجة الحرارية اليومية دورتها خلال أربع وعشرين ساعة في أثناء ساعات النهار والليل٬ ويطلق على الفرق بين هاتين النهايتين العظمى والصغرى لدرجة حرارة التربة اسم المدى الحراري اليومي أو سعة الموجة الحرارية اليومية.

2- التغيرات الفصلية لدرجة حرارة التربة: ترتفع الموجة الحرارية في ترب المناطق المعتدلة في فصل الصيف وتبلغ نهاياتها العظمى بين شهري تموز/يوليو وآب/أغسطس، وتسجل نهاياتها الصغرى بين شهري كانون الثاني/يناير وشباط/فبراير، وأحياناً بين شهري كانون الأول/ديسمبر وكانون الثاني/يناير.

عند دراسة درجات الحرارة اليومية لمقطع تربة على أعماق مختلفة وعلى مدار سنة كاملة يتضح من خلال مقارنة الموجة الحرارية تُغَيِّر اتجاه المدى الحراري بين فصول السنة الحارة والباردة، ففي فصلي الخريف والشتاء يكون متوسط درجة حرارة باطن الأرض أعلى من متوسط درجة حرارة سطحها، ويتم انتقال الموجة الحرارية من الأسفل نحو الأعلى. وفي فصلي الربيع والصيف يكون متوسط درجة حرارة باطن الأرض أخفض من درجة حرارة سطحها، ويتم انتقال الموجة الحرارية من الأعلى نحو الأسفل (الشكل 2).

الشكل (2) التغيرات الفصلية في درجة حرارة التربة على أعماق مختلفة

ماء التربة soil water

يسهم الماء في تجوية الصخور والفلزات الأولية، وبالتالي تكوين التربة، نتيجة مشاركته في عمليات تحلل المكونات الحبيبية الفلزية وتركيب المادة العضوية، ومن ثم مساهمته في تكوين المواد والمركبات المعدنية العضوية، كما يُعدُّ الماء أحد أهم العوامل المُحددة لخصائص التربة الفيزيائية والكيميائية، وأيضاً في تحديد خصوبة التربة.

يمثل ماء التربة الرطوبة داخل مسام التربة وحول حبيباتها، ويؤدي دوراً مهماً في نمو النباتات خلال مراحل نموها المختلفة، ويوجد الماء في أكثر من حالة هي السائلة والغازية والصلبة، والحالة السائلة هي أكثر حالات الماء مشاهدة في التربة، وهي ذات أهمية في عملية الري.

أشكال الماء في التربة forms of soil water

أ- التقسيم الفيزيائي: يميز من حيث الصفات الفيزيائية للماء:

1- ماء الجذب الأرضي gravitational water: وهو الماء الزائد على السعة الحقلية الذي لا تستطيع حبيبات التربة الاحتفاظ به ضد قوى الجاذبية، ويسمى أحياناً الماء الحر free water، بمعنى أنه غير ممسوك بحبيبات التربة. يتحرك هذا الماء إلى أسفل داخل قطاع التربة بتأثير الجاذبية الأرضية، ويملأ المسام الواسعة في التربة، وهو ممسوك بقوى شد تعادل 0.1 ضغط جوي.

2- الماء الشعري capillary water: هو مقدار الماء الموجود في التربة، ويملأ المسام الدقيقة ويغلف الحبيبات بعد نهاية التسرب في صورة أغشية رقيقة، حيث يمسك بقوة الشد السطحي لحبيبات التربة بقوة شد تعادل 0.1 و31 ضغطاً جوياً٬ ويزداد محتوى التربة من هذا الماء بزيادة الحبيبات الدقيقة ذات السطح النوعي العالي. ويعد جزء من هذا الماء ميسراً لاستهلاك النبات وهو ما يقع بين قوة شد 0.1 و15 ضغطاً جوياً.

3- الماء الهِغروسكوبي hygroscopic water: وهو الماء الموجود في صورة أغشية رقيقة حول حبيبات التربة وفي حالة اتزان مع الهواء الجوي. ترتبط جزيئات الماء الهِغروسكوبي بحبيبات التربة بقوة شد تعادل 31- 10000 ضغط جوي، وعلى هذا فإنه غير صالح أو غير ميسر لامتصاص النبات. وتزداد كمية الماء الهِغروسكوبي بزيادة نسبة الحبيبات الدقيقة في التربة٬ أي إنه في الترب الرملية أقل من الترب الطينية، وهذا النوع من الماء يتحرك ببطء في التربة وفي صورة بخار ماء.

4- بخار الماء water vapor: يوجد بخار الماء في مسام التربة، ويخضع في حركته لقوانين الانتشار تبعاً للتدرج في جهد الضغط البخاري. بوجه عام لا يستفيد النبات من هذا النوع من الماء٬ باستثناء بعض النباتات في ظروف خاصة إذ يمكنها الاستفادة جزئياً من هذا الماء.

ب- التقسيم البيولوجي: يميز في هذا المجال:

1- الماء الفائض excessive water: هو الماء الموجود في التربة والذي يزيد على السعة الحقلية٬ وهو يتحرك إلى باطن التربة تحت تأثير الجاذبية الأرضية٬ إن زيادة هذا النوع من الماء يقلل من تهوية التربة ولا يستفيد النبات منه.

2- الماء المتاح available water: وهو كمية الرطوبة الموجودة في التربة والمحصورة بين السعة الحقلية بوصفها حداً أعلى ونقطة الذبول الدائم بوصفها حداً أدنى (الجدول 1)، والماء المتاح هو الماء القابل للاستفادة منه في النبات، لذا يجب العمل على توفيره باستمرار في منطقة انتشار الجذور.

يتأثر هذا الماء بعوامل عديدة، منها خواص التربة ومعدل استهلاك النبات والعوامل النباتية والمناخية المختلفة، وعلى العموم فإن لقوام التربة ومحتواها من المادة العضوية تأثيراً واضحاً في كمية الماء المتاح في التربة.

3- الماء غير المتاح unavailable water: وهو كمية الرطوبة الموجودة في التربة عند نقطة الذبول الدائم، ويشمل الماء الهِغروسكوبي وجزءاً من الماء الشعري٬ ومثل هذا الماء لا تستفيد منه النباتات.

الثوابت المائية في التربة soil water constants

تبعاً لتزايد النسبة المئوية لكمية الماء في التربة
-التي يتم التعبير عنها في صورة نسبة مئوية وزنية أو حجمية من التربة الجافة تماماً- فقد تم تحديد ثلاثة ثوابت مائية رئيسة:

1- درجة التشبع saturation degree (capacity): وهي تعبر عن النسبة المئوية لماء التربة عندما تملأ مسام التربة تماماً بالماء وتصبح المسام خالية تماماً من الهواء.

2- السعة الحقلية field capacity: وهي النسبة المئوية لماء التربة التي تحتفظ بها بعد صرف الماء الحر الزائد (ماء الجذب الأرضي)، ويكون هذا عادة بعد 2-3 أيام من الري أو سقوط الأمطار على التربة. تختلف السعة الحقلية باختلاف قوام التربة وبنائها، ويراوح الشد الرطوبي للترب المختلفة عند السعة الحقلية من 0.1- 0.6 ضغط جوي ( القيمة المتوسطة هي 0.33 ضغط جوي). تمثل السعة الحقلية الحد الأعلى للماء المتاح للنبات.

3- نقطة الذبول الدائم permanent wilting point: وهي النسبة المئوية لماء التربة عندما تذبل النباتات النامية فيها ذبولاً دائماً، ويحدث هذا نتيجة عدم قدرة النباتات على استخلاص الماء من التربة عند هذا الحد. تمثل نقطة الذبول الدائم الحد الأدنى للماء المتاح في التربة، ويكون الشد الرطوبي عند هذه النقطة 15 ضغطاً جوياً.

حركة الماء في التربة (التوصيل الهدروليكي)

يطلق على مقدرة التربة على استيعاب الماء وتحركه خلالها نحو الأسفل تحت تأثير قوى الجاذبية الأرضية تعبير نفاذية التربة water permeability، وتقسم إلى مرحلتين: المرحلة الأولى هي مرحلة الرشح حيث تكون التربة غير مشبعة بالماء، والثانية مرحلة التسرب حيث تكون التربة مشبعة بالماء.

خلال حركة الماء في التربة هناك بعض الظواهر المائية المهمة:

1- الخاصة الشعرية: نتيجة الاتزان القائم بين قوة التوتر الـسطحي الصاعدة ووزن عمود الماء المحدد بالارتفاع h في حقل الجاذبية كقوة هابطة، ويتوقف مقدار صعود الماء h في الأنبوب الشعري على نصف قطره r.

2- ظاهرة التخلف (الهسترة) hysteresis أو "دارة التخلف المائي": تصادف هذه الظاهرة في بعض الترب الطينية والغروية الطينية عند دراسة العلاقة بين قيم التوتر الرطوبي أياً كانت وحدتها) ضغط جوي، بار أو سم ماء (وقيم المحتوى الرطوبي الوزني m أو الحجمي v للتربة، والتي ينجم عنها عدم انطباق منحنى التجفيف على منحنى الترطيب للتربة نفسها، وتعزى هذه الظاهرة إلى كثير من الأسباب، أهمها عدم تجانس أبعاد الفراغات في التربة واحتباس الهواء في بعضها عند الترطيب، وظاهرتا الانتفاخ والانكماش في الترب الطينية خاصة.

3- التوصيل الهدروليكي: معامل التوصيل الهدروليكي K وهو ثابت التناسب بين تدفق الماء J وتدرج الارتفاع الهدروليكي i كما في العلاقة (2):

والإشارة السالبة لجعل K عدداً موجباً، إذ إن تدرج الارتفاع الهدروليكي عكس اتجاه الجريان دائماً، وتسمى هذه العلاقة قانون دارسي Darcy&https://mail.arab-ency.com.sy/tech/details/1261/7#39;s law. ويعطي تدفق الماء كنسبة كمية الماء q التي تعبر مقطعاً مساحته A خلال زمن t أي العلاقة (3):

أما تدرج الارتفاع الهدروليكي فهو نسبة تغيرين أحدهما ناتج من تغير الارتفاع الثقالي Hg والثاني ناتج عن تغير الضغط Hp على طول مسافة 1، أي العلاقة (4):

يتأثر التوصيل الهدروليكي للتربة بقوامها وبنائها، وخصائصها الكيميائية الأخرى، ويختلف التوصيل الهدروليكي عن الرشح infiltration لكون الأول يعبر عن قياس تدفق الماء في الأوساط المشبعة saturated، أما الثاني فهو قياس حركة الماء في التربة التي لم تصل بعد إلى درجة التشبع، ولكليهما وحدة القياس نفسها سم/ثا.

حسن المجو

التصنيف : علوم البيئة والتنوع الحيوي

النوع : علوم البيئة والتنوع الحيوي

المجلد: المجلد السابع

رقم الصفحة ضمن المجلد :

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية