Kas vyksta su žemės ūkio dirvožemiais žiemą?

Dirvožemio būklė žiemos metu, įskaitant užšalimo-atšilimo ciklus ir temperatūrų pokyčius skirtinguose gyliuose, vaidina svarbų vaidmenį žiemkenčių peržiemojime, mechaniniuose šaknų pažeidimuose, kenkėjų ir ligų išlikime, maistinių medžiagų išsaugojime bei išplovime ir dirvožemio erozijos procesuose.

Veiksniai, turintys įtakos dirvožemio užšalimui

Keletas veiksnių daro įtaką dirvožemio ir paviršiaus užšalimo procesams, visų pirma:

• Oro temperatūra
• Sniego dangos buvimas arba nebuvimas
• Dirvožemio tekstūra
• Dirvožemio drėgmė prieš užšalimą

Fizikiniai procesai dirvožemio užšalimo metu

Vandens užšalimo procesas yra gerai aprašytas fizikoje. Užšalimo metu vandens molekulių kinetinė energija mažėja iki tokio lygio, kai molekulinės jėgos nusveria judėjimą, susidaro tvirta kristalinė struktūra. Užšalimo metu vidutinis atstumas tarp molekulių didėja, todėl ledo tankis yra mažesnis nei skysto vandens, o ledas kyla į paviršių. Šis procesas vyksta esant tiksliai 0 °C ir yra staigus fazinis perėjimas iš skystos būsenos į kietą. Užšalimas ir atšilimas yra labai energijai imlūs procesai – užšalimo/atšilimo šiluma yra 330 000 kJ/kg, palyginti su vandens savitąja šiluma, kuri yra 4180 J/kg°C. Ledo temperatūra pradeda kristi žemiau 0 °C tik tada, kai visas vanduo yra užšalęs.

Dirvožemyje užšalimo procesas yra sudėtingesnis, nes ne visas vanduo dirvožemyje yra laisvas. Didesnio molio kiekio dirvožemiuose yra daugiau susijusio vandens, o jo užšalimas skiriasi nuo laisvo vandens užšalimo. Praktiškai tai reiškia, kad sunkesni dirvožemiai užšąla lėčiau, o tam tikra vandens dalis visuose dirvožemiuose išlieka neužšalusi net žiemą.

Paul-Tech matavimai ir pastebėjimai

Paul-Tech surinkti duomenys apie dirvožemio elgseną žiemą leidžia pateikti svarbias įžvalgas apie dirvožemio būklę visą žiemą. Ilgalaikiai mūsų matavimai atskleidžia nuoseklius modelius įvairiuose dirvožemiuose. Paprastai rudenį, prieš šalčiams prasidedant, dirvožemis būna drėgmės prisotintas, o didelio kiekio dirvožemio vandens užšalimas yra energijai imlus procesas. Dėl didelės užšalimo šilumos dirvožemio vanduo veikia kaip temperatūros buferis aplink 0 °C. Žiemą, kai vyrauja minusinės temperatūros, nustatėme keletą universalių dėsningumų:

• Temperatūra 8 cm ir 20 cm gylyje visą žiemą išlieka apie 0 °C, nes dėl vandens užšalimo šilumos atsiranda temperatūros buferio efektas. Tai kelia klausimų dėl kenkėjų sunaikinimo galimybės žiemą.
• Žiemos metu įvyksta daugybė užšalimo-atšilimo ciklų, ypač 8 cm gylio sensoriaus srityje. Šie ciklai reikšmingai nepakeičia dirvožemio temperatūros, tačiau gali sukelti dirvožemio kėlimą ir pažeisti augalų šaknis. Ciklų metu vanduo pereina iš skystos būsenos į kietą ir atvirkščiai.
• Dirvožemio temperatūra nukrenta žemiau 0 °C tik tada, kai dirvožemis masiškai užšąla. Net tokiu atveju, esant sniego dangos nebuvimui, 8 cm gylyje minimali temperatūra buvo apie -4 °C.
• Esant sniego dangai, dirvožemis išlieka neužšalęs, o dirvožemio temperatūra yra 0–1 °C.

Tikslus dirvožemio būklės vertinimas

Geriausi rodikliai, ar dirvožemis yra užšalęs, ar atšilęs, yra prieinamumo (j) rodmenys (elektrinis laidumas, tiesiogiai matuojamas iš dirvožemio) ir dirvožemio vandens kiekis, parodyti grafikuose. Pagal šiuos rodmenis galima įvertinti ir neužšalusio vandens kiekį dirvožemyje. Vien tik dirvožemio temperatūros matavimas negali tiksliai parodyti dirvožemio būklės. Elektrinio laidumo ir dirvožemio vandens grafikuose žiemą pastebimi svyravimai yra susiję su daliniu dirvožemio vandens užšalimu, o ne su dideliais dirvožemio drėgmės ar laidumo pokyčiais. Didesnė dirvožemio kėlimo rizika (šaknų pažeidimas) yra sunkesniuose dirvožemiuose, kuriuose drėgmės buvo daugiau prieš užšalimo procesą, ir tose vietose, kur užšalimo-atšilimo ciklų buvo daugiau.

Esant sniego dangos nebuvimui, dirvožemio temperatūros gradientas nuo paviršiaus iki 8 cm gylio yra linijinis. Pavyzdžiui, kai oro temperatūra yra -10 °C, o 8 cm gylyje temperatūra yra 0 °C, o dirvožemis daugiausia užšalęs, 4 cm gylyje dirvožemio temperatūra būtų apie -4 °C.

Naudodami Paul-Tech matavimus, ūkininkai gali geriau suprasti dirvožemio elgseną žiemą ir priimti pagrįstus sprendimus dėl augalų valdymo ir dirvožemio būklės gerinimo.