r9y8fj5ej8.2.0.0.1.0.0″>Произошла ошибка, попробуйте позже. Если ошибка повторяется — обратитесь в службу поддержки по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или через форму обратной связи
Источник

Зимние циклы замораживания-оттаивания почвы приводят к снижению микробной биомассы почвы и активности, не компенсируемой потеплением почвы

Основные моменты

•

Зимние и летние температуры во многих экосистемах повышаются из-за сезонного снежного покрова.

•

Эффекты потепления почвы в сочетании с зимними циклами замерзания-оттаивания почвы неизвестны.

•

Само по себе потепление почвы не стимулировало микробную биомассу или активность почвы.

•

Зимнее замораживание-оттаивание почвы снижало активность экзоферментов, что не компенсировалось потеплением.

•

Зимнее промерзание-оттаивание почв может частично смягчить последствия повышения температуры воздуха.

Abstract

Температура воздуха повышается, а зимний снежный покров становится все тоньше во многих высокоширотных и высокогорных экосистемах по всему миру. Предыдущие исследования показывают, что потепление почвы ускоряет метаболизм микробов и стимулирует круговорот углерода (C) и азота (N) в почве.И наоборот, уборка снега зимой для имитации потери снежного покрова приводит к усилению промерзания почвы и снижению микробной биомассы почвы, активности экзоферментов и круговорота азота. Эксперимент по изменению климата в разные сезоны (CCASE), расположенный в экспериментальном лесу Хаббард-Брук, штат Нью-Хэмпшир (США), предназначен для оценки комбинированного воздействия потепления почвы в период вегетации и увеличения частоты зимних циклов замораживания-оттаивания почвы на северную лесную экосистему. Почвы собирали из CCASE в течение двух лет (2014 и 2015) и измеряли размеры извлекаемых пулов C и N, а также микробную биомассу, экзоферменты и потенциальную чистую минерализацию азота и микробное дыхание. Само по себе потепление почвы не стимулировало микробную активность ни в какое время отбора проб. Экстрагируемые аминокислоты N и органический C, активность протеолитической и кислой фосфатазы и микробное дыхание были снижены за счет сочетания потепления в период вегетации и циклов зимнего замораживания-оттаивания почвы в период после таяния снега через листья деревьев весной. Снижение микробной активности также совпало с сокращением азота микробной биомассы на 85% в то время. Циклы потепления в период вегетации и зимнего замораживания-оттаивания почвы также привели к двукратному снижению активности фенолоксидазы и снижению активности пероксидазы на 20%, и это снижение продолжалось в бесснежное время года.Результаты этого исследования показывают, что положительная обратная связь между потеплением и скоростью круговорота углерода и азота в почве в течение следующих 100 лет будет частично смягчена увеличением частоты зимних циклов замораживания-оттаивания почвы, которые снижают микробную биомассу и уровень микробной активности почвы. .

Ключевые слова

Цикл замораживания-оттаивания почвы

Экзоферменты

Опытный лес ручья Хаббарда

Потепление почвы

Микробная биомасса

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2017 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Циклы потепления в период вегетации и зимнего замораживания-оттаивания снижают способность поглощения азота корнями и увеличивают азот почвенного раствора в северной лесной экосистеме

Изменение климата и динамика промерзания почвы: исторические тенденции и прогнозируемые изменения

Циклы потепления во время вегетационного периода и зимнего замораживания / оттаивания почвы увеличивают транспирацию в северных лиственных лесах

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Департамент биологии Бостонского университета, 5 Cummington Mall, Бостон, Массачусетс, 02215, США.
• ² Департамент Земли и окружающей среды, Бостонский университет, 685 Содружество Авеню, Бостон, Массачусетс, 02215, США.

Элемент в буфере обмена

Джейми Л. Харрисон и др. Экология. 2020 ноя.

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Принадлежности

• ¹ Департамент биологии Бостонского университета, 5 Cummington Mall, Бостон, Массачусетс, 02215, США.
• ² Департамент Земли и окружающей среды, Бостонский университет, 685 Содружество Авеню, Бостон, Массачусетс, 02215, США.

Элемент в буфере обмена

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Климатические модели прогнозируют более высокие температуры вегетационного периода и уменьшение глубины и продолжительности зимнего снежного покрова во многих северных умеренных экосистемах в течение следующего столетия. По прогнозам, меньший размер снежного покрова вызовет более частые циклы замерзания / оттаивания почвы зимой в северных лиственных лесах северо-востока Соединенных Штатов. Мы измерили комбинированное влияние более теплых температур почвы в период вегетации и увеличения зимних циклов замораживания / оттаивания на скорость фотосинтеза на уровне листьев и транспирацию (сокодвижение) деревьев красного клена (Acer rubrum) в северном лиственном лесу в точке изменения климата. Эксперимент «Сезоны» в экспериментальном лесу Хаббард-Брук в Нью-Гэмпшире.Температура почвы была на 5 ° C выше температуры окружающей среды в течение вегетационного периода, а зимой были вызваны циклы замораживания / оттаивания почвы, имитирующие прогнозируемые изменения температуры почвы в течение следующего столетия. По сравнению с контрольными участками, потепление почвы в период вегетации увеличило скорость фотосинтеза на уровне листьев на 85,32 ± 4,33%, но этот рост полностью компенсировался циклами замораживания / оттаивания почвы зимой, что свидетельствует о том, что увеличение количества циклов замораживания / оттаивания зимой превышает следующие 100 лет уменьшат влияние потепления на прирост углерода на уровне листьев. Потепление почвы в период вегетации увеличивало скорость транспирации на килопаскаль дефицита давления пара (ДПД) до 727,39 ± 0,28%, даже когда деревья подвергались повышенной частоте циклов замораживания / оттаивания почвы предыдущей зимой, что могло повлиять на региональные гидрология в будущем. Используя климатические прогнозы, уменьшенные в масштабе Проекта взаимного сравнения связанных моделей, мы прогнозируем повышение уровня транспирации в течение всего сезона в этих лесах в течение следующего столетия на 42-61%. Мы также прогнозируем 52-77 дополнительных дней, когда суточная температура воздуха будет выше долгосрочного среднесуточного максимума в течение вегетационного периода у ручья Хаббард.Вместе эти результаты показывают, что прогнозируемые изменения климата как в течение вегетационного периода, так и зимой, вероятно, вызовут более высокие скорости поглощения воды и не повлияют на скорость поглощения углерода на уровне листьев деревьями с потенциальными последствиями для экосистемы для гидрологии и круговорота углерода. в северных лиственных лесах.

Ключевые слова: гидрология; снег; промерзание почвы; утепление почвы; вода; зимний климат.

© 2020 Экологическое общество Америки.

Похожие статьи

• Эксперимент по изменению климата в разные сезоны (CCASE): новый метод моделирования будущего климата в сезонно заснеженных экосистемах.

  Templer PH, Reinmann AB, Sanders-DeMott R, Sorensen PO, Juice SM, Bowles F, Sofen LE, Harrison JL, Halm I, Rustad L, Martin ME, Grant N.Templer PH, et al. PLoS One. 2017 16 февраля; 12 (2): e0171928. DOI: 10.1371 / journal.pone.0171928. Электронная коллекция 2017. PLoS One. 2017 г. PMID: 28207766 Бесплатная статья PMC.

• Снижается рост деревьев северных лесов после уменьшения снежного покрова и промерзания почвы.

  Райнманн А.Б., Сассер-младший, Демария EMC, Темплер PH. Рейнманн А.Б. и др. Glob Chang Biol. 2019 Февраль; 25 (2): 420-430.DOI: 10.1111 / gcb.14420. Epub 2018 30 ноя. Glob Chang Biol. 2019. PMID: 30506555

• Почвенные микробы — компромисс между биогеохимическим циклом и признаками стрессоустойчивости в ответ на круглогодичное изменение климата.

  Гарсиа М.О., Темплер П.Х., Соренсен П.О., Сандерс-ДеМотт Р., Гроффман П.М., Бхатнагар Дж.М. Гарсия МО и др. Front Microbiol. 2020 13 мая; 11: 616. DOI: 10.3389 / fmicb.2020.00616. Электронная коллекция 2020. Front Microbiol. 2020. PMID: 32477275 Бесплатная статья PMC.

• Влияние на функцию арктических экосистем в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

  Callaghan TV, Björn LO, Chernov Y, Chapin T, Christensen TR, Huntley B, Ims RA, Johansson M, Jolly D, Jonasson S, Matveyeva N, Panikov N, Oechel W., Shaver G. Каллаган ТВ и др.Ambio. 2004 ноя; 33 (7): 448-58. DOI: 10.1579 / 0044-7447-33.7.448. Ambio. 2004 г. PMID: 15573572 Обзор.

• Зимуют насекомые в условиях меняющегося климата.

  Бэйл Дж.С., Хейворд С.А. Бэйл Дж. С. и др. J Exp Biol. 15 марта 2010 г .; 213 (6): 980-94. DOI: 10.1242 / jeb.037911. J Exp Biol. 2010 г. PMID: 201

  Обзор.

использованная литература

Цитированная литература

1. 1. Абер, Дж. Д., С. В. Оллингер, К. А. Федерер, П. Б. Райх, М. Л. Гоулден, Д. В. Киклайтер, Дж. М. Мелилло и Р. Г. Латроп. 1995. Прогнозирование воздействия изменения климата на объем воды и производство лесов на северо-востоке США. Климатические исследования 5: 207-222.
2. 1. Аллен, К. Д. и др. 2010. Глобальный обзор засухи и гибели деревьев, вызванной жарой, выявляет новые риски изменения климата для лесов.Экология и управление лесами 259: 660-684.
3. 1. Аллен, К., Д. Бреширс и Н. Макдауэлл. 2015. О недооценке глобальной уязвимости к гибели деревьев и вымиранию лесов в результате более жаркой засухи в антропоцене. Экосфера 6: 1-55.
4. 1. Аткин, О. К., И. Шеруотер, Т. Pons. 2006. Высокий потенциал термической акклиматизации фотосинтеза и дыхания у двух низинных видов подорожника в отличие от альпийского аналога. Биология глобальных изменений 12: 500-515.
5. 1. Бейли А.С., Дж. У. Хорнбек, Дж. Л. Кэмпбелл и К. Игар. 2003. Гидрометеорологическая база данных по экспериментальному лесу у ручья Хаббард: 1955-2000. Страница 305 в общих технических отчетах NE-305. U.S. Министерство сельского хозяйства, Лесная служба, Северо-Восточная исследовательская станция, Ньютаун-сквер, Пенсильвания, США.

Показать все 70 ссылок

Типы публикаций

• Поддержка исследований, Правительство США, Non-P.H.S.

цитировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Защита от замерзания: основы, практика и экономика

Введение

В этой главе представлена ​​информация о важных аспектах методы защиты от замерзания без сложных уравнений и концепций. Более подробная информация представлена ​​в следующих главах. Ссылки не включены в этой главе, чтобы уменьшить ее размер и упростить чтение.

Чувствительность культур и критическая температурах

Заморозки посевов вызваны не низкими температурами, а в основном из-за внеклеточного (т.е. не внутри клеток) образования льда внутри растений ткань, которая вытягивает воду и обезвоживает клетки и вызывает повреждение клетки. После холодных периодов растения, как правило, укрепляются от обморожения и они теряют твердость после оттепели.Комбинация этих и других факторы определяют температуру, при которой лед образуется внутри растительной ткани и при возникновении повреждений. Количество повреждений от мороза увеличивается с повышением температуры. падает, и температура, соответствующая определенному уровню повреждения, называется «критическая температура» или «критическая температура повреждения», и ей дается условное обозначение T _c . Как правило, наиболее критические температуры определяется в исследованиях камеры роста путем охлаждения с фиксированной скоростью до заданная температура, которая поддерживается в течение 30 минут. Тогда процент повреждение зафиксировано.

Категории по морозостойкости овощей и др. садовые растения приведены в таблицах 4.1 и 4.2. Для агрономических и других полевые культуры, диапазоны критических температур повреждения приведены в таблице 4.5. Критические значения температуры приведены для миндаля (таблица 4.6), других лиственных пород. древесные культуры и виноградная лоза (Таблица 4.7 и 4.8), мелкоплодные лозы, киви и клубника (таблица 4.9) и цитрусовые (таблица 4.10). В большинстве этих таблиц T ₁₀ и T ₉₀ значения представлены, где T ₁₀ и T ₉₀ — температуры, при которых 10 процентов и 90 процентов товарной продукции растениеводства, вероятно, будет поврежден. Как правило, T ₁₀ и T ₉₀ температура повышается со временем после начала развития почек до стадия мелких орехов или плодов, когда посевы наиболее чувствительны к замораживанию. Значение T ₉₀ довольно низкое в начале роста, но оно увеличивается быстрее, чем T ₁₀ и мало разница между T ₁₀ и T ₉₀ при посеве самый чувствительный. Значения T _c для лиственных садов и виноградники различаются в зависимости от фенологической стадии (Таблицы 4.6-4.8). Фотографии, показывающие общие фенологические стадии многих из этих культур можно найти на Интернет, в том числе такие сайты, как Fruit.prosser.wsu.edu/frsttables.htm или www.msue.msu.edu/vanburen/crittemp.htm. Хотя T _c значениями предоставить некоторую информацию о том, когда запускать и останавливать активную защиту от замерзания методы, их следует использовать с осторожностью. Как правило, T _c Значения представляют температуру бутонов, цветов или мелких плодов, если известно уровень повреждений не наблюдался. Однако измерить чувствительность сложно. ткани растений, и эти температуры могут отличаться от температуры воздуха, что обычно измеряют производители. За исключением крупных фруктов (например, апельсинов), температура бутонов, цветов и мелких плодов обычно ниже температуры воздуха, поэтому методы активной защиты следует запускать и останавливать при более высокой температуре. температуры, чем указано в таблицах в главе 4. Для крупных плодов, например цитрусовые, вечерняя температура воздуха часто опускается быстрее, чем у фруктов температура, поэтому обогреватели или ветряные машины могут быть запущены, когда температура воздуха находится на уровне или немного ниже температуры T _c .В T _c Значения в главе 4 содержат указания по времени активности методы защиты, но значения следует использовать с осторожностью из-за других такие факторы, как разница между температурой растений и воздухом; степень закаливание; и концентрация активных ледяных зародышей (INA) бактерии.

Пассивная защита

Пассивная защита включает в себя реализованные методы перед морозной ночью, чтобы избежать необходимости в активной защите. Главный пассивные методы:

• сайт выбор;

• управление холодным воздухом дренаж;

• выбор завода;

• кроны деревьев;

• питательные вещества для растений управление;

• правильная обрезка;

• растительных покровов;

• избегая почвы выращивание;

• орошение;

• снятие крышки посевы;

• почвенные покровы;

• покраска багажника и обертки

• для борьбы с бактериями; и

• дата посадки для однолетних посевы.

Пассивные методы обычно менее затратны, чем активные. и часто преимуществ достаточно, чтобы исключить необходимость в активных защита.

Выбор сайта и менеджмент

Производители обычно знают, что некоторые пятна более подвержены повреждение мороза, чем другие. Первый шаг в выборе участка для новой посадки — поговорить с местным населением о том, какие культуры и сорта подходят для площадь. Местные производители и консультанты по распространению растений часто хорошо разбираются в какие места могут быть проблематичными.Как правило, низкие места в местных топография имеет более низкие температуры и, следовательно, больший ущерб. Однако ущерб может иногда встречаются на одном участке посевной площади, а не на другом, без очевидные топографические различия. В некоторых случаях это может быть связано с различия в типе почвы, которые могут повлиять на теплопроводность и накопление тепла в почва.

Сухие песчаные почвы лучше переносят тепло, чем сухая тяжелая глина почвы, и обе передают и хранят тепло лучше, чем органические (торфяные) почвы.Когда влажность близка к полевой (то есть через день или два после тщательного увлажнение почвы), почвы имеют условия, наиболее благоприятные для жары передача и хранение. Однако органические почвы имеют плохую теплоотдачу и хранение. независимо от содержания воды. При выборе сайта в регионе, подверженном заморозки, избегать посадки на органических почвах.

Холодный воздух плотнее теплого, поэтому он течет вниз и накапливается в низинах, как вода во время наводнения (рис.6.4). Следовательно, один следует избегать посадки в низинных, холодных местах, за исключением случаев адекватной рентабельности методы активной защиты включены в долгосрочную стратегию управления. Это важно как в региональном, так и в фермерском масштабе. Например, на региональном дно долин у рек обычно холоднее, чем склоны выше. Эти места также можно определить по топографическим картам, собрав данные о температуре, а также путем определения мест, где в первую очередь формируются низкоуровневые наземные туманы.В низких местах ночи обычно более холодные, когда небо чистое и дует ветер. слабый, в течение всего года. Соответственно, измерения температуры для идентификации Холодные пятна можно делать в любое время года.

Посадка лиственных культур на склонах, обращенных к солнцу задерживает весеннее цветение и часто обеспечивает защиту. Субтропические деревья — это лучше всего высаживать на склонах, обращенных к солнцу, где почва и урожай могут получать и хранить больше прямой энергии от солнечного света.

Дренаж холодного воздуха

Деревья, кусты, насыпи земли, стога сена и заборы иногда используется для регулирования воздушного потока вокруг сельскохозяйственных угодий и надлежащего размещение может повлиять на вероятность повреждения от мороза. Тщательное изучение топографические карты часто могут предотвратить серьезные проблемы, связанные с заморозками. Также использование дымовых шашек или других дымообразующих устройств для изучения нисходящего потока холодный воздух ночью может быть информативным. Эти исследования нужно проводить по ночам. с радиационно-морозостойкими характеристиками, но не обязательно при температуре ниже нуля.После того, как станет известна схема отвода холодного воздуха, необходимо правильно размещение препятствий отвода может обеспечить высокую степень защита.

Если урожай уже существует в холодном месте, есть несколько методы управления, которые могут помочь снизить вероятность повреждения от мороза. Любой препятствия, препятствующие оттоку холодного воздуха от сельскохозяйственных культур по склону, должны быть удаленный. Этими препятствиями могут быть живые изгороди, заборы, тюки сена или плотный растительность, расположенная на склоне поля.Планировка земли может иногда улучшают отвод холодного воздуха через растение, чтобы поступающий холодный воздух продолжает проходить через урожай. Ряды в садах и виноградниках должны быть ориентированным на естественный отвод холодного воздуха из растений. Тем не менее преимущества ориентации рядков сельскохозяйственных культур для улучшения дренажа холодного воздуха должны быть уравновешивают недостатки из-за большей эрозии и других неудобств. Стерня травы и растений на участках, расположенных выше по склону, может сделать воздух холоднее и улучшит отвод холодного воздуха в урожай.Температура воздуха измеряется в пределах виноградники и цитрусовые сады с растительными остатками или травяным покровом, как правило колеблется от 0 ° C до 0,5 ° C холоднее, чем виноградники и цитрусовые сады с оголенной почвой, в зависимости от почвенных условий и погоды. Без присутствует урожай, различия, вероятно, будут больше. Следовательно, обнажив подъем почвы вверх от сельскохозяйственных культур обычно приводит к повышению температуры воздуха над Подъем почвы и меньшая вероятность попадания холодного воздуха в урожай.

Селекция растений

Важно выбирать растения, которые цветут поздно, чтобы уменьшить вероятность повреждения из-за замерзания, а также выбрать растения, которые больше устойчив к замерзанию. Например, лиственные фруктовые деревья и виноградные лозы обычно не повреждаются морозом ствол, ветви или спящие почки, но они получают повреждения по мере развития цветов и мелких плодов или орехов. Выбор лиственные растения, у которых позднее распускание почек и цветение обеспечивают хорошее защиты, потому что вероятность и риск повреждения от мороза быстро снижается в весна.Среди цитрусовых выбирайте более устойчивые сорта. Например, лимоны — это наименее устойчивы к морозам, за ними следуют лайм, грейпфрут, танжело и апельсины, которые наиболее терпимы. Также известно, что тройчатый подвой апельсина улучшить морозостойкость цитрусовых по сравнению с другими подвоями.

Для однолетних полевых и пропашных культур, определение даты посева что сводит к минимуму возможность отрицательной температуры. В некоторых Например, полевые и пропашные культуры не высаживаются непосредственно на открытом воздухе, а высаживают в защищенных условиях и пересаживают в поле после опасности замораживания прошло.Несколько прикладных программ Excel по вероятности и риски включены в эту книгу, и их использование обсуждается в и глава о рисках. Если невозможно избежать отрицательных температур, выберите культуры. сажать исходя из их переносимости отрицательных температур.

Навес

В Южной Калифорнии выращивают промежуточные посадки цитрусовых. и финиковые пальмы, отчасти потому, что финиковые пальмы защищают растения от мороза. цитрусовые деревья. Поскольку у фиников также есть товарный продукт, это эффективный метод защиты от замерзания без необходимости экономические потери.В Алабаме некоторые производители пересаживают сосны небольшими Посадки мандаринов Сацума и сосны усиливают длинноволновую нисходящую волну. радиации и обеспечивают защиту мандаринам. Теневые деревья используются для защитить кофейные растения от повреждений морозом в Бразилии.

Питание растений менеджмент

Нездоровые деревья более восприимчивы к морозам и удобрение улучшает здоровье растений. Кроме того, деревья, которые неправильно удобренные, как правило, теряют листья раньше осенью и зацветают раньше родник, повышающий восприимчивость к морозам.Тем не менее взаимосвязь между конкретными питательными веществами и повышенной сопротивляемостью неясна, и в литературе много противоречий и частичных толкований. В общие азотные и фосфорные удобрения перед морозами стимулируют рост и увеличивает восприимчивость к морозам. Для усиления закаливания растений, Избегайте внесения азотных удобрений в конце лета или в начале осени. Однако фосфор также важен для деления клеток и, следовательно, важен для восстановления тканей после замораживания.Калий обладает благоприятным влияет на регуляцию воды и фотосинтез у растений. Однако исследователи делятся о пользе калия для защиты от замерзания.

Борьба с вредителями

Применение пестицидных масел для цитрусовых увеличивают повреждение от мороза, и следует избегать нанесения незадолго до мороза время года.

Правильная обрезка

Для виноградных лоз рекомендуется поздняя обрезка для задержки роста и цветение.Двойная обрезка часто бывает полезной, потому что ресурсная древесина все еще остается доступны для производства после сильных морозов. Обрезка нижних ветвей сначала лозы, а затем возвращение к обрезке более высоких ветвей — хорошая практика потому что нижние ветви более подвержены повреждениям. Обрезка виноградной лозы, чтобы поднять фрукты, расположенные выше над землей, обеспечивают защиту, потому что температура во время морозные ночи обычно увеличиваются с высотой. Поздняя обрезка цитрусовых приводит к большей физиологической активности в период зимних морозов.Цитрусовые обрезку следует завершить задолго до наступления морозов. Например, серьезный повреждение было отмечено у цитрусовых, которые были выращены в октябре, когда заморозки произошло в декабре. Если лиственные деревья выращиваются в достаточно благоприятном климате холод, чтобы вызвать повреждение спящих почек, тогда деревья не следует обрезать. В противном случае обрезку лиственных деревьев можно проводить в период покоя с небольшими затратами. проблемы.

Растительные покровы

Растительные покровы теплее ясного неба и, следовательно, увеличивают нисходящее длинноволновое излучение ночью в дополнение к уменьшению конвекционные тепловые потери в воздух.Съемные соломенные покрытия и синтетические материалы обычно используются. Из-за затрат на рабочую силу этот метод в основном используется на небольших посадках невысоких растений, не требующих прочного каркаса. Иногда проблемы с заболеванием возникают из-за недостаточной вентиляции. Тканые и спанбонд полипропиленовые пластмассы иногда используются для защиты дорогостоящих посевы. Степень защиты варьируется от 1 ° C до 5 ° C, в зависимости от толщины пластика. Белый пластик иногда используют в детской. подвой, но не для плодовых и овощных культур.Частичное покрытие виноградных лоз черный полиэтилен увеличивает температуру воздуха рядом с листва на целых 1,5 ° C. Однако прозрачный пластик обычно больше эффективный.

Избегать почвы обработка

Обработка почвы создает воздушные пространства в почве, и это должно следует избегать в морозные периоды. Воздух — плохой проводник тепла и низкая удельная теплоемкость, почвы с большим количеством воздушных пространств будут склонны к переносят и хранят меньше тепла.Если почва обрабатывается, уплотнение и полив почва улучшит теплопередачу и хранение.

Орошение

Когда почвы сухие, появляется больше воздушных пространств, которые препятствуют теплопередача и хранение. Поэтому в засушливые годы улучшается защита от замерзания. за счет увлажнения сухих почв. Цель состоит в том, чтобы поддерживать влажность почвы вблизи поля. емкость, которая обычно представляет собой содержание воды от 1 до 3 дней после тщательного смачивание. Нет необходимости глубоко увлажнять почву, потому что большую часть ежедневного передача тепла и накопление происходит в верхних 30 см.Увлажнение почвы будет частым делает его темнее и увеличивает поглощение солнечного излучения. Однако когда поверхность мокрая, тогда испарение также увеличивается и потери энергии на испарение, как правило, уравновешивает преимущества лучшего излучения абсорбция. Лучше всего увлажнять сухую почву до наступления заморозков, поэтому что солнце может согреть почву.

Удаление покровных культур

Для пассивной защиты от замерзания лучше все удалить растительность (покровные культуры) из садов и виноградников.Удаление покровных культур увеличивает поглощение излучения почвой, что улучшает передачу энергии и хранение. Также известно, что покровные культуры содержат более высокие концентрации бактерии, обладающие активностью образования льда (INA), чем многие садовые и виноградные культуры, поэтому наличие растительности на полах фруктовых садов и виноградников увеличивает количество бактерий INA концентрация на урожае и, следовательно, возможность повреждения заморозками.

Как правило, скашивание, культивация и опрыскивание гербицидами методы удаления растительности на полу.По возможности покровную культуру следует скошен достаточно рано, чтобы остатки разложились или срезанная растительность следует удалить. Для травы выше примерно 5 см разница небольшая. температура поверхности пола в саду, но температура поверхности увеличивается по мере того, как купол становится короче, до максимальной минимальной температуры поверхности для голых почва. Минимальная разница температур поверхности пола в саду составляет 2 ° C. были зарегистрированы между голой почвой и травой высотой 5 см.Однако воздух разница температур может быть менее 2 ° C. Выращивание должно нужно сделать до наступления морозов, а почву следует утрамбовать и орошается после выращивания для улучшения теплопередачи и хранения. В наиболее эффективным методом является использование гербицидов для уничтожения напольной растительности или сохранения вниз по росту. Опять же, это нужно делать заблаговременно до морозов. период.

Почвенные чехлы

Пластиковые чехлы часто используются для утепления почвы и увеличения защита.Прозрачный пластик согревает почву больше, чем черный пластик, и намокает. почва перед нанесением пластика еще больше повышает эффективность. Иногда вегетативная мульча используется во время покоя древесных культур, чтобы предотвратить повреждение к корням из-за промерзания и пучения почвы; однако вегетативная мульча уменьшает передача тепла в почву и, следовательно, повышение морозостойкости садовых культур после распускания почек. В общем, вегетативная мульча рекомендуется только для в местах, где существует проблема промерзания и пучения почвы.Для нелистных сады, обрезка краев деревьев позволяет лучше переносить радиацию на почва под деревьями и может улучшить защиту.

Покраска ствола и обертывание

Кора лиственных деревьев иногда трескается, когда есть большие колебания температуры от теплого дня до морозной ночи. Картина стволы с внутренней латексной краской на водной основе белого цвета, разбавленной 50 процентов воды поздней осенью при температуре воздуха выше 10 ° C уменьшит эту проблему. Белая краска, изоляция и другие покрытия известны повысить морозостойкость персикового дерева. Краска или покрытия снизить высокие камбиальные температуры в конце зимы из-за дневной радиации, что повышает морозостойкость. Обертывание стволов деревьев изоляцией (т. Е. Материалами содержащие воздушные пространства, препятствующие теплопередаче) защитят молодые деревья от повреждение от мороза и возможная смерть. Решающим фактором является использование изоляции, которая не впитывает воду и стволы следует обернуть с поверхности земли. как можно выше.Изоляционные обертки из стекловолокна и полиуретана с более высокой сопротивление теплопередаче обеспечивает лучшую защиту коммерчески доступные упаковки. Обычно повязки на ствол снимают через 3-4 года. Сообщалось, что обертывание молодых стволов цитрусовых деревьев мешками с водой лучшая защита, чем стекловолокно или пенополиуретан. Главный недостаток Обертывание ствола увеличивает вероятность проблем с болезнями, поэтому союзы почек должно быть не менее 15 см над землей. Применение фунгицидных опрыскивателей до обертывание помогает уменьшить проблемы с болезнями.

Борьба с бактериями

Для того, чтобы произошло замерзание, в основном происходит образование льда. инициируется присутствием бактерий INA. Чем выше концентрация INA бактерий, тем больше вероятность образования льда. После формирования он затем размножается внутри растений через отверстия на поверхности в ткани растений. Обычно пестициды (соединения меди) используются для уничтожения бактерий или конкурентные бактерии, не связанные с ледяной нуклеацией (NINA), применяются для конкуренции с и снизить концентрацию бактерий INA.Однако эта защита от замерзания метод не получил широкого распространения; для получения дополнительной информации см. главу 6.

Активная защита

Методы активной защиты включают

• обогреватели;

• ветряные машины;

• вертолетов;

• оросители;

• поверхностное орошение;

• пеноизоляция; и

• комбинаций методы

Все методы и комбинации выполняются в морозную ночь, чтобы смягчают воздействие отрицательных температур. Стоимость каждого метода варьируется. в зависимости от наличия и цен в регионе, но некоторые образцы затрат основаны на цены в США приведены в таблице 7.1. В некоторых случаях предусмотрена защита от замерзания. метод имеет несколько применений (например, дождеватели также могут использоваться для орошения) и выгоды от других видов использования необходимо вычесть из общей стоимости на справедливо оцените преимущества с точки зрения защиты от замерзания.

Нагреватели

Нагреватели обеспечивают дополнительное тепло для замены энергии убытки.Как правило, обогреватели либо повышают температуру металлических предметов (например, дымовые обогреватели) или работать как открытый огонь. Если к урожаю добавлено достаточно тепла объем так, чтобы все потери энергии были восполнены, температура не будет падение до разрушительного уровня. Однако системы, как правило, неэффективны (т. Е. большая часть выходной энергии теряется в небе), поэтому правильный дизайн и управление необходимо. Разработав систему для использования большего количества обогревателей меньшего размера которые управляются должным образом, можно повысить эффективность до уровня, при котором урожай защищен от большинства радиационных морозов.Однако когда есть инверсия небольшая или отсутствует и дует ветер, обогреватели могут не обеспечивать адекватная защита.

Энергия, необходимая для компенсации потерь на радиационный мороз ночью находится в диапазоне от 10 до 50 Вт м ^-2 , тогда как выход энергии из подогреватели находится в пределах от 140 до 280 Вт м ^-2 , в зависимости от топлива, скорость горения и количество нагревателей. Сто стековых обогревателей на гектар сжигание 2,85 л / ч ^-1 топлива с энергоемкостью 37.9 МДж литр ^-1 будет производить приблизительно 360 Вт · м ^-2 . Сеть выгода зависит от погодных условий, но можно ожидать около 1 ° C повышение средней температуры воздуха от земли примерно до 3 м, с несколько более высокие температуры, измеренные на высоте 1,5 м. Однако прямое излучение от обогревателей приносит дополнительную пользу растениям в пределах видимости обогреватели. Поскольку выходная мощность намного больше, чем потери энергии от незащищенный урожай, большая часть энергии, вырабатываемой нагревателями, теряется и не способствуют согреванию воздуха или растений.Если бы система отопления была идеальной спроектирован и сумел восполнить потерю энергии из-за объема воздуха под инверсионный слой с небольшой потерей конвективного тепла в небо или без нее, тогда потребность в выходной энергии будет близка к потребности в энергии, необходимой для предотвратить повреждение мороза, и нагрев будет эффективным. Для достижения наилучшего эффективности, увеличьте количество нагревателей и уменьшите температуру обогреватели. Однако это часто бывает сложно сделать из-за оборудования. затраты, труд и т. д.Если инверсия температуры слабая или пожары слишком сильные. большой и горячий, нагретый воздух поднимается слишком высоко, и энергия теряется в воздухе выше урожай, тем самым снижая продуктивность. Современные обогреватели имеют больший контроль над температура выбрасываемых газов для снижения потерь плавучести и повышения эффективности. Наиболее эффективные системы имеют небольшое пламя над дымовой трубой и отсутствие дыма. Эксплуатация нагревателей при слишком высокой температуре также сокращает срок службы обогреватели. Подогреватели жидкого и газового топлива обычно вырабатывают энергию на близком расстоянии. в два раза больше, чем у твердотопливных подогревателей.Когда есть сильная инверсия (т.е. низкий потолок) отапливаемый объем меньше, а обогреватели эффективнее при повышении температуры, если огонь не слишком большой (т.е. температура газов, выходящих из дымового нагревателя, должна быть около 635 ° C), чтобы нагретый воздух поднимается медленно. Работа нагревателя менее эффективна при слабой инверсии (т. Е. высокие потолки), потому что есть больший объем для обогрева. Больше мороза происходит повреждение краев, и необходимо больше нагревателей по краям, чтобы избежать это повреждение. В прошлом было широко распространено мнение, что дым полезен для защита от замерзания. Однако дым не помогает и загрязняет окружающей среды, и этого следует избегать.

Распределение нагревателя должно быть относительно равномерным с большим количеством обогреватели на бордюрах, особенно с наветренной стороны и в низких холодных местах. Границы должны иметь минимум один обогреватель на два дерева на внешнем краю и внутри Первая строка.

На подветренной границе рекомендуется один обогреватель на два дерева. также внутри второго ряда.Обогреватели на бордюрах, особенно с наветренной стороны, должны сначала зажгите, а затем осветите каждый четвертый ряд в саду (или каждый второй ряд при необходимости). Затем следите за температурой и зажигайте еще ряды обогреватели по мере необходимости. Обогреватели дороги в эксплуатации, поэтому они обычно используется в сочетании с ветряными машинами или в качестве пограничного тепла в сочетании с оросителями. См. Главу 7 для получения дополнительной информации о нагревателе. управление.

Использование жидкотопливных подогревателей уменьшилось, так как цены на нефть и обеспокоенность по поводу загрязнения воздуха возросла.Жидкостные подогреватели требуют значительных трудозатраты на размещение, заправку и уборку в дополнение к капитальным затратам на обогреватели и топливо. Обратите внимание, что изолированные небольшие сады требуют большего количества обогревателей. чем большие сады или сады, окруженные другими охраняемыми садами.

Рекомендации по топливу для осветительных обогревателей различаются по соотношению 1: 1 масло к бензину [бензину] до 8: 5 масло к бензину [бензину]. Ведра или буксируемые трактором цистерны, позволяющие заправлять две линии горелок одновременно используются для доливки нагревателей после заморозков.Когда прямо используется подогрев, для минимизации расхода топлива защита срабатывает сразу до достижения критических температур повреждения. Температура должна быть измерена в экране Стивенсона, в морозильном укрытии для фруктов или в жаберном щите, предотвращающем выдержка термометра в ясное небо.

Трудозатраты на заправку жидкотопливных подогревателей высокие, поэтому централизованные системы распределения, использующие природный газ, жидкий пропан или жидкое топливо под давлением стало более популярным.В более сложных системах зажигание, скорость горения и закрытие также автоматизированы, в дополнение к распределение топлива. Капитальные затраты на установку централизованных систем высоки, но эксплуатационные расходы низкие. Пропановые нагреватели требуют меньше чистки и скорость горения легче контролировать, чем нагреватели, работающие на жидком топливе. Поскольку скорость горения меньше, требуется больше нагревателей (например, обычно около 100 на гектар дымовых обогревателей и около 153 гектаров пропановых обогревателей), но защита лучше, потому что чем больше нагревателей при меньшей скорости горения, тем больше эффективный.В тяжелых условиях бак подачи пропана может иногда замерзать. вверх, поэтому следует установить испаритель, чтобы предотвратить выход газопровода замораживание.

Отношение излучения к общей выделенной энергии составляет 40 процентов. для сжигания твердого топлива по сравнению с 25% для сжигания жидкого топлива, поэтому твердое топливо более эффективно нагревает растения, особенно в ветреную погоду. условия. Основным недостатком твердого топлива является выделение энергии. уменьшается по мере использования топлива, поэтому выделение энергии становится ограниченным, когда это нужно больше всего.Еще один недостаток — твердое топливо трудно воспламеняется. поэтому их нужно начинать рано. Их также трудно потушить, поэтому топливо часто тратится впустую.

Ветряные машины

Ветровые машины обычно используют только 5-10 процентов топлива, потребляемого системой защиты мазутного подогревателя. Тем не менее начальные инвестиции высоки (например, около 20 000 долларов на машину). Ветровые машины обычно имеют более низкие требования к рабочей силе и эксплуатационные расходы, чем другие методы; особенно электрические ветряные машины.

Большинство ветряных машин (или вентиляторов) выдувают воздух почти горизонтально, чтобы смешайте более теплый воздух наверху при инверсии температуры с более холодным воздухом рядом с поверхность. Они также разрушают микромасштабные пограничные слои на поверхности растений, который улучшает ощутимую теплопередачу от воздуха к растениям. Тем не мение, прежде чем вкладывать деньги в ветряные машины, обязательно выясните, есть ли инверсии между Высота 2,0 и 10 м — минимум 1,5 ° C или больше в самые морозы. ночи.

Когда установлены электрические ветряные машины, производитель обычно требуется для оплаты «резервных» сборов энергетической компании, которые покрывают стоимость установки и обслуживания линии.Плата за резервное копирование оплачивается независимо от того, используются ветряные машины или нет. Ветряные машины внутреннего сгорания больше экономически эффективны, но требуют больше труда. Шум от ветряных машин большой проблема для производителей, выращивающих урожай вблизи городов и поселков, и это должно быть учитывается при выборе метода защиты от замерзания. Обычно один большой ветер на каждые 4,0-4,5 га необходима машина с источником мощности от 65 до 75 кВт. В влияние на температуру уменьшается примерно как обратный квадрат расстояние от башни, поэтому некоторое перекрытие защитных зон усилит защита.

Ветряки обычно состоят из стальной башни с большим вращающийся двухлопастный вентилятор (диаметром от 3 до 6 м) в верхней части, установленный на оси наклонен примерно на 7 ° вниз от горизонтали в направлении башни. Обычно высота вентиляторов составляет около 10-11 м, и они вращаются примерно на 590-600 об. / Мин. Есть еще ветряки с четырехлопастными вентиляторами. Когда фанат работает, он всасывает воздух сверху и толкает его под небольшим углом вниз к башне и земле.Вентилятор также выдувает холодный воздух у поверхности вверх, и теплый воздух вверху и холодный воздух внизу смешиваются. В то же время что вентилятор работает, он вращается вокруг башни примерно с одним оборотом каждые три-пять минут. Уровень предоставляемой защиты зависит от незащищенная инверсионная сила. В целом повышение температуры на 2,0 м. высота, создаваемая вентиляторами, составляет около 30 процентов от силы инверсии от 2 м до 10 м в Q незащищенной культуре.Ветряные машины обычно запускается, когда температура воздуха достигает около 0 ° C. Ветер не рекомендуется использовать машины при ветре более 2,5 м. с ^-1 (8 км. ч ^-1 ) или при наличии переохлажденного тумана, который может привести к серьезному повреждению вентилятора, если лопасти обледенят.

Вентиляторы, которые вертикально сбрасывают теплый воздух сверху, имеют обычно были неэффективными, и они могут повредить растения возле башни. Ветер машины, которые дуют вертикально вверх, доступны в продаже, и есть Были некоторые испытания машин.Однако опубликованных исследований не было. отчеты, найденные при подготовке этой книги.

Вертолеты

Вертолеты перемещают теплый воздух с высоты при температуре инверсия к более холодной поверхности. Площадь, покрываемая одним вертолетом, зависит от от размеров и веса вертолета, а также от погодных условий. Оцененный Площадь покрытия одним вертолетом колеблется от 22 до 44 га. Рекомендации по частоте прохождения варьируются от 30 до 60 минут, в зависимости от погодные условия.Слишком долгое ожидание между проходами позволяет растениям переохлаждение и волнение проезжающего вертолета могут вызвать неоднородные образование льда и привести к серьезным повреждениям. Происходит гетерогенное зародышеобразование льда. при переохлаждении воды (т.е. при температуре ниже 0 ° C) и посторонних материя или волнение вызывают образование льда. В случае вертолетов волнение может вызвать образование льда, если проходы слишком редки и растение температура ткани становится слишком низкой.

Оптимальная высота полета обычно составляет от 20 до 30 м. скорость полета от 8 до 40 км ч ^-1 . Пилоты часто загружают вертолет опрыскивать баки с водой для увеличения веса и увеличения тяги. Под тяжелым заморозки с высокой инверсией, один вертолет может летать над другим для усиления нисходящая теплопередача. Подсветка термостата в верхней части Навес используются, чтобы помочь пилотам увидеть, где требуются пропуски. По бокам холмы, теплопередача распространяется вниз по склону после достижения поверхности, поэтому на верхней стороне растения обычно обеспечивает лучшую защиту.Рейсы остановился, когда температура воздуха с наветренной стороны от урожая поднялась выше критическая температура повреждения.

Спринклеры

Энергопотребление оросителей значительно меньше которые используются для защиты от замерзания с обогревателями, поэтому эксплуатационные расходы низкие по сравнению с обогревателями. Кроме того, потребность в рабочей силе меньше, чем для других методы, и это относительно не загрязняет окружающую среду. Основные недостатки использования спринклеры — это высокая стоимость установки и требуется большое количество воды.Во многих случаях ограниченная доступность воды ограничивает использование спринклеров. В других случаях чрезмерное использование может привести к переувлажнению почвы, что может вызвать корневые проблемы, а также препятствуют выращиванию и другому управлению. Питательный выщелачивание (в основном азота) является проблемой, когда использование спринклерных частый.

Секрет защиты от обычного перенапряжения разбрызгиватели должны часто повторно поливать воду в достаточном количестве, чтобы предотвратить слишком низкое падение температуры тканей растения между импульсами вода.Идея невращающихся оросителей, предназначенных для того, чтобы непрерывно поливайте воду с более низкой нормой расхода, но с целью достижения меньшего площадь поверхности. Идея обычных дождевателей, устанавливаемых под растение, состоит в том, чтобы применять поливайте с частотой и нормой внесения, которые сохраняют поверхность земли температура около 0 ° C. Это увеличивает длинноволновое излучение и ощутимое тепло. перенос на растения относительно незащищенного урожая. Для подкормки микропринклеры, которые применяют меньше воды, чем обычные спринклеры, цель держать только землю под растениями при температуре около 0 ° C, чтобы концентрировать и усиливать излучение и явную теплопередачу вверх в растения.

Обычное превышение завода дождеватели

Дождевание над растениями используется для защиты низкорослых растений. посевы и лиственные плодовые деревья с прочными ветвями лесов, которые не ломаются под тяжестью ледяной нагрузки. Он редко используется на субтропических деревьях (например, цитрусовые), за исключением молодых лимонов, которые более гибкие. Даже во время адвекции заморозки, опрыскивание растений обеспечивает отличную защиту от замерзания вплоть до -7 ° C, если нормы внесения достаточны и униформа.В ветреную погоду или когда температура воздуха падает настолько, что норма расхода недостаточна для подачи большего количества тепла, чем теряется испарение, метод может нанести больший ущерб, чем незащищенный обрезать. Недостатком этого метода является то, что спринклерный ороситель может серьезно повредить система выходит из строя, метод требует больших затрат воды, ледяная нагрузка может вызвать повреждение ветвей и заболевание корней могут быть проблемой в плохо дренированных почвы.

Требования к норме внесения для оросителей с надуванием различаются. для обычных вращающихся, регулируемых оросителей или спринклеров небольшого объема.В виде пока на растениях есть смесь жидкого льда, с которой капает вода. сосульки, покрытые оболочкой части растения будут защищены. Однако если неадекватный используется интенсивность осадков или если скорость вращения оросителей слишком велика. медленно, вся вода может замерзнуть, а температура покрытых льдом растений может опускаться до более низких температур, чем незащищенные растения.

Обычные спринклерные системы, устанавливаемые над заводом, используют стандартные ударные дождеватели для полного увлажнения растений и почвы сельскохозяйственных культур.Более крупные растения имеют большая площадь поверхности, поэтому для высоких растений требуется более высокая норма расхода, чем для для невысоких растений. Чтобы разбрызгиватели с избыточным количеством растений были эффективны, части растения необходимо покрыть водой и повторно смачивать каждые 30-60 секунд. Более длинное вращение ставки требуют более высоких норм внесения. Кроме того, более крупным растениям требуется больше воды. для покрытия растений. См. Таблицу 2.1 для руководящих указаний по нормам внесения для различные растения.

Важно избегать равномерности распределения дождевателей. недостаточное покрытие, которое может привести к повреждению.Если известно, что холодный воздух дрейфует в определенном направлении, увеличивая плотность оросителей на подветренной стороне урожай или даже в открытом поле с наветренной стороны от урожая могут улучшить защиту. В большинстве случаев оросительные головки следует устанавливать на высоте 30 см или выше. верхняя часть навеса, чтобы растения не блокировали распыление. На мороз защиты, часто используются специально разработанные пружины, которые защищены ограждение для предотвращения обледенения головок. Чистые фильтры необходимы, чтобы быть уверенным что система работает правильно, особенно когда вода в реке или лагуне использовал.

ТАБЛИЦА 2.1
Нормы внесения для верхнего дождевателя защита высокорослых (фруктовые и виноградные) и низкорослых (полевые и пропашные) посевов в зависимости от от минимальной температуры и скорости вращения, для скорости ветра от 0 до 2,5 м с ^-1

ПРИМЕЧАНИЕ: Норма внесения составляет около 0,5 мм. h ^-1 ниже для ветра и примерно на 0,5 мм h ^-1 выше для ветра скорости около 2,5 м с ^-1 . Нормы «короткого урожая» охватывают поля и рядки. посевы с навесами, размером с клубнику. Более высокие полевые и пропашные культуры (например, картофель и помидоры) требуют промежуточных норм внесения.

Запуск и остановка оросителей

Спринклеры с избыточным количеством растений следует запускать, когда температура выше критической ( T _c ) температуры. Запуск, когда температура по влажному термометру достигает 0 ° C, менее опасен и может быть благоразумным, если нет проблем с нехваткой воды, переувлажнением или обледенением загрузка. Даже если на растения светит солнце и температура воздуха выше 0 ° C, разбрызгиватели нельзя выключать, если не температура, измеренная с наветренной стороны от урожая, превышает критическое значение температура.Если переувлажнение почвы или нехватка воды не проблема, позволяя температуре смоченного термометра немного превышать 0 ° C перед включением отключение спринклеров добавляет дополнительную меру безопасности.

Температуру смоченного термометра можно измерить непосредственно с помощью психрометром (рис. 3.9) или по точке росы и по воздуху. температуры. Измерения температуры по влажному термометру описаны в главе 3. A простое и недорогое измерение точки росы выполняется с помощью термометра, блестящая банка, вода, соль и лед (рис.7.11). Сначала налейте немного подсоленной воды в блестящая банка. Затем начните добавлять в банку кубики льда, помешивая смесь. с термометром. Следите за внешней стороной банки, чтобы увидеть, когда конденсируется вода. или отложения льда на поверхности. Сразу считайте температуру термометра когда образуется вода или лед. Посветив фонариком (карманным фонариком) на банку поверхность поможет вам увидеть воду или лед и прочитать термометр. В очень холодных и сухих условиях может потребоваться больше соли и льда, чтобы добраться до температура льда или точка росы.Есть небольшая разница между ледяной точкой и температуры точки росы (объяснено в главе 3), но для оценки спринклера при запуске и остановке температуры воздуха есть незначительная ошибка, если предположить, что они равный.

ТАБЛИЦА 2.2
Диапазон минимального пускового и остановочного воздуха температуры (° C) для защиты от замерзания с помощью спринклеров в зависимости от температура по влажному термометру и точка росы (° C)

ПРИМЕЧАНИЕ. Выберите температуру по влажному термометру выше (выше, чем) критическая температура повреждения вашего урожая и найдите соответствующий столбец. Затем выберите строку с правильной температурой точки росы. и прочтите соответствующую температуру воздуха в таблице, чтобы включить спринклеры включены или выключены. Используйте более низкие температуры воздуха на низких высотах (0-500 м). и повышаются до более высоких температур на больших высотах (1500-2000 м).

После измерения температуры точки росы запуск и останов температуры воздуха находятся с использованием критической ( T _c ) температуры для вашей культуры, температуры точки росы и Таблицы 2.2. Для более точного информацию см. в таблицах 7.5 и 7.6 и в соответствующем обсуждении в главе 7.

Нормы внесения дождеванием

Требуемая норма расхода для полива растений с обычными оросителями зависит от скорости вращения, скорости ветра и незащищенная минимальная температура.В таблице 2.1 представлены наиболее часто используемые приложения. ставки для высоких и низкорослых культур. Как для высоких, так и для коротких культур приложение темпы увеличиваются со скоростью ветра, и они выше для более медленного вращения ставки.

Если есть прозрачная смесь жидкого льда, покрывающая растения и вода капает со льда, то нормы внесения достаточны, чтобы предотвратить повреждение. Если вся вода замерзла и приобрела молочно-белый цвет как изморозь, тогда норма расхода слишком мала для погодных условий.Если нормы внесения недостаточны для покрытия всей листвы, тогда это может привести к повреждению недостаточно увлажненных частей растения. Под ветрено, условия сильного испарения, несоответствующие нормы внесения могут привести к увеличению повреждения, чем если бы спринклеры не использовались.

Целевые оросители над посевами

Использование микропринклеров с направленным надуванием было изучено как метод снижения нормы внесения для спринклеров с чрезмерным количеством растений, но установка затраты высоки, и этот метод не получил широкого распространения среди производителей, за исключением тем, у кого проблемы с водным дефицитом.Целевые оросители распыляют воду непосредственно на растения, с минимальным попаданием воды между растениями ряды. Большим преимуществом использования спринклеров направленного действия является то, что обычные оросители часто имеют норму внесения от 3,8 до 4,6 мм h ^-1 , тогда как спринклеры целевого назначения обычно имеют норму внесения от 2,8 до 3,1 мм. h ^-1 . В ветреную погоду из-за неравномерного нанесения целевые нормы расхода дождевателя выше 3.1 мм h ^-1 может быть необходимо для защиты посевов. В одном исследовании по использованию целевых оросителей более виноградных лоз, экономия воды составила 80 процентов по сравнению с обычными оросители.

При испытаниях на сельскохозяйственных предприятиях система малого объема применялась приблизительно 140 литров мин. ^-1 га ^-1 , по сравнению с производителем обычная система применения от 515 до 560 литров мин ^-1 га ^-1 виноградной лозе во время двух радиационных морозов.Во-первых год, незащищенная минимальная температура составляла -3,9 ° C, но никакой разницы в нагрузка на посевы или вес обрезки наблюдались между целевым и обычные системы. На второй год за одну ночь наблюдалась -5,8 ° C. и некоторые из головок ударных оросителей замерзли и перестали вращаться. Мороз потери от повреждений были одинаковыми как в обычном, так и в спринклерном оросителе малого объема блоки. Гровер указал на важность ориентации невращающегося оросительные головки для равномерного покрытия виноградных рядов.Следовательно, потребность в рабочей силе высока. Также было важно запускать и останавливать спринклеры, когда температура по влажному термометру была выше 0 ° C.

Дождеватели над покрытыми посевами

Обрызгивание покрытых культур в теплицах и рамах обеспечивает значительную защиту. Уровни защиты от 2,4 ° C до 4,5 ° C при норме расхода 7,3 мм в час ^-1 над застекленными растениями. Посыпка 10 мм h ^-1 на пластик теплицы во время заморозков наблюдались, чтобы поддерживать температуру внутри к 7.На 1 ° C выше, чем снаружи. Энергопотребление составляло около 20 процентов от энергия, использованная в идентичной пластиковой теплице, нагретой до такой же разница температур.

Под дерево обыкновенное оросители

дождеватели под дерево обычно используются для защиты от замерзания лиственных древесных культур в регионах, где минимальные температуры не слишком низкая и требуется лишь несколько степеней защиты. Помимо нижнего стоимость монтажа и эксплуатации, также можно использовать систему для полива, с меньшим количеством проблем с болезнями и более низкой стоимостью, поэтому он имеет несколько преимуществ по сравнению с дождевателями с чрезмерным количеством растений.Поломка конечностей из-за ледовой нагрузки, кислорода почвы нехватка и отказ спринклерной системы — меньшая проблема из-за недостаточного роста растений. спринклерные системы, имеющие меньшую норму внесения (от 2,0 до 3,0 мм h ^-1 ) требования.

После запуска спринклеры должны работать непрерывно. без секвенирования. Если подача воды ограничена, поливайте наиболее морозостойкие районы или районы с наветренной стороны от незащищенных садов. Хорошая однородность нанесения улучшает защиту.Перемещаемые вручную спринклерные системы не должны останавливаться и переехал морозной ночью. Однако в условиях мягкого мороза ( T _n > -2,0 ° C), чтобы покрыть большую площадь спринклера строки могут быть размещены в каждой второй строке, а не в каждой строке. От умеренного до сильные морозы, возможно, потребуется более близкое расстояние между дождевальными линиями.

Несколько исследователей обнаружили, что покровные культуры полезны для защита при использовании дождевателей под деревом для защиты от замерзания.Этот Рекомендация частично основана на том, что наличие покровной культуры обеспечивает большую площадь поверхности для замерзания воды и, следовательно, больше тепла будет вышел. Рекомендация также частично основана на том, что высота смесь жидкого льда и, следовательно, высота, на которой температура поверхности поддерживается при 0 ° C, ближе к почкам, цветам, фруктам или орехи, которые охраняются. Сложность получения покровной культуры заключается в том, что хотя может быть дополнительная защита, если и когда система используется, также более вероятно, что активная защита потребуется, если покровная культура настоящее время.Там, где водные и энергетические ресурсы ограничены, а заморозки случаются нечасто, было бы разумнее удалить покровные культуры и уменьшить потребность в активных защита. В климате с обычными морозами и достаточными ресурсами для работы дождевателей под посевами, тогда поддержание покровных культур может улучшить защита. Однако потребление энергии и воды увеличится.

Подземные микропринклеры

В последние годы подрастительные микропринклеры стали становятся все более популярными среди производителей для орошения и проявляют интерес к их использованию для последовала защита от замерзания.Большую защиту обеспечивает покрытие большего размера. участок с полной спринклерной системой; однако при использовании микропринклеров вода размещается под растениями, где радиация и конвекция более полезны чем вода, помещенная между рядами культур. Однако, если вы распределите такое же количество воды на большей площади, лед, вероятно, остынет больше, чем если бы вода сосредоточены на меньшей площади. Опять же, лучшая практика — обеспечить достаточное количество воды, чтобы покрыть как можно большую площадь, и убедитесь, что есть смесь жидкого льда на поверхности в наиболее вероятных наихудших условиях происходить.

Капельное орошение

Иногда системы капельного орошения используется для защиты от замерзания с различными результатами. Любая польза от применения воды происходит в основном из-за замерзания воды на поверхности, которая выделяет скрытое тепло. Однако, если скорость испарения высока, возможно, что больше энергии может быть теряется на испарение воды, чем получается в процессе замораживания. Из-за большое разнообразие компонентов системы и норм внесения, трудно сделать обобщения об эффективности систем с малым объемом.Следует знать что эксплуатация маломощной системы в условиях мороза может привести к повреждению система орошения при сильных морозах. Нагрев воды уменьшит шансы на повреждение и обеспечивают большую защиту. Однако нагрев может не производиться. экономически эффективным.

Подземные оросители с подогревом вода

Некоторые исследователи предположили, что замерзание воды на поверхность для высвобождения скрытой теплоты плавления обеспечивает мало ощутимого тепла для воздуха.Из-за низкой траектории распыления под растения испарение снижается по сравнению с системами с избыточным количеством растений, а предварительный подогрев воды может обеспечить некоторую польза для дождевателей под растения. Применяя воду, нагретую до 70 ° C, с сообщалось, что под дождевателями в цитрусовом саду повышается температура в среднем на 1–2 ° C. Где доступна недорогая энергия или вода ограничена, или и то, и другое, используя экономичную систему отопления для подогрева воды до около 50 ° C рекомендуется для снижения требуемых норм расхода.Однако те же преимущества можно получить, увеличив норму внесения. от 2,0 мм h ^-1 до 2,6 мм h ^-1 , поэтому увеличение норма внесения может быть более рентабельной, если вода не ограничение.

Поверхностное орошение

Паводковое орошение

В этом методе вода подается на поле и нагревается от вода попадает в воздух при охлаждении. Однако эффективность снижается по мере того, как вода со временем остывает.Частичное или полное погружение толерантных растений допускается. возможный; однако болезнь и удушье корня иногда являются проблемой. В Метод лучше всего подходит для низкорослых деревьев и виноградных культур в условиях радиации. заморозки.

Из-за относительно низкой стоимости паводкового орошения, экономические выгоды от его использования высоки, и метод обычно используется во многих странах. Может быть достигнута степень защиты до 3-4 ° C этим методом, если орошение проводится до наступления заморозков.Глубина вода для применения зависит от баланса энергии в ночное время и воды температура. В таблице 2.3 приведена оценка глубины применения в зависимости от функции. максимальной температуры воды в день, предшествующий морозу.

ТАБЛИЦА 2.3
Глубина ( d ) в миллиметрах паводка поливная вода для защиты от замерзания, соответствующая максимальному температура воды (T wx ) в ° C накануне заморозков ночь

Полив по бороздам

Полив по бороздам обычно используется для защиты от замерзания и основные концепции аналогичны паводковому орошению.Борозды лучше всего работают, когда формируется вдоль капельной линии рядов цитрусовых деревьев, где воздух нагревается бороздами вода переходит вверх в листву, которая нуждается в защите, а не под деревьями, где воздух обычно теплее, или посередине между ряды, где воздух поднимается, не задевая деревья. Борозды должны быть порядка 0,5 м шириной, примерно половина ширины обращена к небу и половина под юбками под елку. Для лиственных деревьев вода должна течь под деревьями. где теплый воздух будет подниматься вверх к теплым бутонам, цветам, фруктам или орехам.Борозды должны быть под деревьями и шириной от 1,0 до 1,5 м, но не должны выходите за пределы капельной линии.

Полив по бороздам следует начинать достаточно рано, чтобы вода достигает конца поля до того, как температура воздуха упадет ниже критическая температура повреждения. Скорость потока зависит от нескольких факторов, но он должен быть достаточно высоким, чтобы минимизировать образование льда на бороздах. Холодно сточные воды не должны использоваться повторно. Нагревать воду полезно, но это может быть или не быть рентабельным, в зависимости от капитала, энергии и рабочей силы расходы.

Пенопласт

Было показано, что применение пенопласта увеличивает минимальная температура на листовой поверхности низкорослых культур на целых 10 ° C над незащищенными культурами. Однако широкого распространения метод не получил. производителями из-за стоимости материалов и рабочей силы, а также проблем с покрытие больших площадей в короткие сроки из-за неточности прогнозов заморозков. Когда нанесенный, пена предотвращает потери радиации от растений и улавливает энергию ведется вверх от почвы.Защита лучше всего в первую ночь, и это уменьшается со временем, потому что пена также блокирует энергию для обогрева растений и почва в течение дня, и со временем она разрушается. Смешивание воздуха и жидкости материалы в правильной пропорции для создания множества маленьких пузырей — вот секрет генерирующая пена с низкой теплопроводностью. Более подробная информация о использование пенопласта описано в главе, посвященной активной защите. методы.

Комбинированные методы

Подземные оросители и ветряные машины машины

Допускается использование подкормочных оросителей с малыми углами траектории в сочетании с ветряными машинами для защиты от замерзания.Добавление ветра машины могут потенциально повысить защиту до 2 ° C по сравнению с только дождеватели под растения, в зависимости от конструкции системы и погодных условий. Помимо тепла, выделяемого каплями воды, вылетающими из оросители опускаются на землю, замерзающая вода на земле выделяет скрытое тепло и согревает воздух у поверхности. В то время как этот нагретый воздух естественным образом переносит по всему урожаю использование ветряных машин с дождевателями улучшит передача тепла и водяного пара в перемешанном слое воздуху и растениям.Обычно производители сначала запускают более дешевые дождеватели, а затем включают ветряные машины, если требуется дополнительная защита. В отличие от использования обогревателей с ветром спринклерные головки возле ветряной машины можно оставить работающими. Поскольку использование ветряных машин искусственно увеличивает скорость ветра, скорость испарения выше, и нельзя использовать ветряные машины, если спринклеры намочите растения.

Поверхностное орошение и ветер машины

Комбинация ветряных машин и поверхностного орошения широко практикуется в Калифорнии и других регионах США, особенно в цитрусовые сады.Фермеры обычно начинают с поверхностной воды и включают позже ветряные машины для дополнительной защиты при необходимости. Как с подрастением оросители, ветряные машины облегчают перенос в воздух и деревья тепло и водяной пар выделяются из воды в смешанном слое.

Комбинация обогревателей и ветра машины

Комбинация ветряных машин и обогревателей улучшает морозостойкость защита одним из методов (например, ветряная машина с 50 нагревателями на гектар примерно равно 133 обогревателям на гектар).Типичный Комбинированная система включает ветряную машину мощностью 74,5 кВт с примерно 37 равномерно расположенными стеками обогревателей на гектар, без обогревателей в пределах 30 м от ветряной машины. Так как вентилятор и обогреватель втягивают холодный воздух у земли на внешний край защищаемой зоны, разместив больше обогревателей на внешнем крае согревает приток холодного воздуха. Один обогреватель на каждые два дерева по внешнему краю и внутри первого ряда рекомендуется. Нагреватели могут быть широко разнесены в пределах зоны воздействия каждой ветряной машины.Так же должен быть один обогреватель на каждые два дерева во втором ряду с наветренной стороны урожая. В сначала должны быть запущены ветряные машины, а обогреватели зажжены, если температура продолжает падать.

Спринклеры и обогреватели

Хотя исследовательской литературы по использованию спринклеры и обогреватели в сочетании, метод был использован. Это было сообщил, что фермер использовал круглые металлические снегоходы, установленные горизонтально на полюс около 1.5 м над каждым нагревателем, чтобы вода не погасила обогреватель. Вначале запускались обогреватели и запускались спринклеры, если температура воздуха упала слишком низко. Эта комбинация уменьшила скопление льда на растения, а в некоторые ночи и дождеватели не требовались.

Прогнозирование и мониторинг

Прогнозирование минимальной температуры и как температура может измениться в течение ночи, полезно для защиты от замерзания, потому что это помогает производителям решать, нужна ли защита и когда запускать свои системы.Первый проконсультируйтесь с местными метеорологическими службами, чтобы узнать, доступны ли прогнозы. Погода сервисы имеют доступ к значительно большему объему информации и используют синоптические и / или мезомасштабные модели для предоставления региональных прогнозов. Местный (микромасштаб) прогнозы обычно недоступны, если они не предоставлены частным прогнозом Сервисы. Следовательно, модель эмпирического прогноза «FFST.xls», которую легко откалиброван для местных условий, включен в эту книгу. Модель использует исторические записи температуры воздуха и точки росы за два часа после захода солнца и наблюдаемые минимальные температуры для разработки коэффициентов регрессии для конкретных участков необходимо для точного прогнозирования минимальной температуры в течение определенного периода года.Эта модель будет работать только во время морозов радиационного типа в участки с ограниченным отводом холодного воздуха. Процедура построения регрессии коэффициенты и как использовать программу FFST.xls описаны в главе 5.

Другая прикладная программа — FTrend.xls — включена в эта книга для оценки тенденции температуры, начиная с двух часов после захода солнца до достижения прогнозируемой минимальной температуры на восходе солнца на следующее утро. Если вводится температура точки росы через два часа после захода солнца, FTrend.xls также вычисляет тренд температуры по влажному термометру в ночное время. Мокрая лампочка Температурный тренд полезен, чтобы определить, когда запускать и останавливать оросители. FTrend.xls объясняется в главе 5.

Вероятность и риск

Вероятность и риск повреждения являются важным фактором принятие решений по защите от замерзания. Некоторые аспекты вероятности и риска и компьютерные приложения представлены в главе 1 тома II.

Экономическая оценка защиты методы

Глава 2 Тома II обсуждает экономику различных методы защиты от замерзания и представлена ​​прикладная программа, помогающая оценить экономичность всех основных методов защиты.

Соответствующие технологии

Хотя в этой книге представлена ​​информация о наиболее известных методы защиты от замерзания, подходит ли метод, зависит от много факторов. Глава 8 обсуждает, какие методы используются в настоящее время, и обсуждает какие технологии уместны в странах с ограниченными ресурсами.

Agronomy eUpdate 25 февраля 2021 г .: выпуск 841

доля Твитнуть Электронное письмо

Недавние холода в Канзасе и окружающих штатах вызвали некоторый интерес к взаимосвязи между температурой воздуха и температурой почвы.В некоторых районах Канзаса температура воздуха ниже нуля подряд наблюдалась более 240 часов подряд. Несмотря на низкие температуры воздуха до -30 ° F, минимальная недельная температура почвы на высоте 2 дюймов в Канзасе оставалась от 15 до 32 ° F (рис. 1). Эта разница между температурами почвы и воздуха сложна и обусловлена ​​взаимодействием множества факторов.

Рисунок 1 . Минимальные еженедельные температуры почвы на глубине 2 дюйма, зафиксированные Kansas Mesonet (mesonet.ksu.edu/agriculture/soiltemp).

Свойства почвы, контролирующие изменения температуры почвы

Существует множество взаимодействующих факторов, которые контролируют колебания температуры почвы. Электропроводность — это преобладающий способ передачи тепла в почвах. Проводимость — это то, как нагревается ручка сковороды на плите. Электропроводность во многом определяется двумя другими свойствами почвы: теплоемкостью и теплопроводностью . Проще говоря, теплоемкость — это количество энергии, необходимое для повышения температуры вещества (например,г. вода или частицы почвы) на 1 градус Цельсия. Частицы почвы обладают низкой теплоемкостью, а теплоемкость воды относительно высока. Это означает, что сухие почвы легче нагреваются или охлаждаются, чем более влажные. Сухие почвы также склонны к большим колебаниям температуры по сравнению с более влажными почвами. Почвы разной текстуры (песчаные или глинистые) имеют одинаковую теплоемкость в сухом состоянии, но из-за сильного влияния текстуры почвы на запасы воды в почве существует сильное косвенное влияние класса текстуры почвы на теплоемкость через его влияние на почву. статус влажности.Короче говоря, почвенная вода является основным фактором регулирования теплоемкости.

Возможно, менее очевидным фактором, способствующим относительно теплым температурам почвы по сравнению с низкими температурами воздуха, является тепловой поток из более глубоких слоев почвы. Во время этого длительного периода холода тепло из глубины профиля, вероятно, проводилось вверх, обратно к поверхностному слою. Это явление во многом обусловлено теплопроводностью почвы. Теплопроводность почвы представляет собой способность почвы проводить (или перемещать) тепло.Как и теплоемкость, теплопроводность сильно зависит от влажности почвы. Сухая почва менее проводящая, чем влажная.

Растительный покров, растительные остатки и снежный покров

Kansas Mesonet фокусируется на получении измерений температуры почвы с использованием стандартизированного подхода, включая выбор места, датчики, глубину зондирования и процедуры установки. В результате все датчики расположены под естественным травяным покровом и скашиваются дважды в год. За некоторыми исключениями, например, там, где практически невозможно создать травяной покров, все датчики температуры почвы расположены примерно в восьми футах к югу от главной метеостанции.

При аналогичных условиях влажности почвы датчики под обнаженной почвой обычно показывают более высокие температуры почвы в дневное время и более низкие температуры в ночное время, что приводит к большим колебаниям температуры по сравнению с датчиками под травяным покровом или растительным покровом. Кроме того, ровный слой снега может защитить землю от холода. Снег — один из лучших изоляционных материалов в природе, поскольку он содержит большую часть воздушного пространства, которое создает высокое сопротивление тепловому потоку.

Изучение пожнивных остатков было проведено недалеко от Москвы, штат Канзас, в 2009-2010 годах аспирантом Ником Айде, и оно кратко представлено на Рисунке 2. Остатки кукурузы либо оставались на поле (сохранялись), либо измельчались, сгребались и упаковывались в тюки (удалялись). Измерения температуры почвы производились на глубине 2 дюйма, тип почвы — мелкосуглинистый супесок Bigbow. Следует отметить, что значения влажности почвы между сохраненными и удаленными участками отличались друг от друга только 8 дней из 120. Другими словами, влажность почвы была примерно одинаковой (данные не показаны).Кроме того, состав почвы и содержание органического вещества почвы были одинаковыми на всех участках. Вывод из данных, показанных на Рисунке 2, заключается в том, что растительные остатки помогли изолировать почву от колебаний температуры воздуха. После удаления остатков почва зимой остывала и нагревалась.

Рисунок 2. Растительные остатки изолируют почву от колебаний температуры воздуха. Там, где есть растительные остатки, почва остывает и нагревается медленнее.Данные, собранные на глубине 5 см (2 дюйма) в мелкосуглинистой почве Bigbow под Москвой, штат Канзас, зимой 2009-2010 гг. Ником Айде, аспирантом кафедры агрономии.

Историческая перспектива резкого похолодания в феврале 2021 г.

Канзасу повезло, что у него есть база данных температуры почвы до 1987 года для двенадцати метеостанций. В контексте последних 30 с лишним лет недавнее похолодание установило новые рекордные минимумы за последние три дня (13, 14 и 15 февраля).И Колби (рис. 3), и Hutchinson 10SW (рис. 4) испытали аналогичные условия из-за широкомасштабного характера этого явления. Средняя температура почвы Колби во второй половине декабря и большей части января колеблется около отметки нуля. Это результат вышеупомянутых условий, делающих 32 ° F таким трудным порогом для преодоления. Средняя температура почвы по Хатчинсону чуть выше точки замерзания. Кроме того, все тридцать лет ни одна из станций не находилась под травой. Кое-где в начале 1990-х годов были либо голая почва, либо редкий травяной покров.Следовательно, многие из самых низких значений в этой климатологии могут иметь холодный уклон. Это подтверждает, насколько сильными были недавние низкие температуры почвы и насколько редкими были вспышки холода по сравнению с недавней историей.

Рис. 3. Климатические данные (дневные максимальные, минимальные и средние двухдюймовые температуры почвы) на мезонете Колби с 1987 года по сравнению с текущим, 2021 годом.

Рисунок 4.Климатические данные (дневные максимальные, минимальные и средние двухдюймовые температуры почвы) на мезонете Hutchinson 10SW с 1987 года по сравнению с текущим, 2021 годом.

И в Хатчинсоне, и в Колби повышение температуры и солнечной радиации в конце февраля и начале марта дает начало нормальной тенденции к более теплым условиям. К этому времени в следующем месяце условия начинают приближаться к отметке 50 ° F в южном Канзасе, и окно посадки начинает открываться. К счастью, прогнозы прогнозируют повышение температуры в марте, что должно помочь избежать еще одного катастрофического похолодания.

Обязательно следите за температурой почвы по мере приближения весны и мыслей о посеве яровых пропашных культур. Вы можете получить доступ к странице температуры почвы в Mesonet по адресу: https://mesonet.k-state.edu/agriculture/soiltemp/

Артикул:

Ihde, Николас. 2011. Влияние удаления остатков на качество почвы на юго-западе Канзаса. РС. Тезис. Канзасский государственный университет. http://hdl.handle.net/2097/8755

Кристофер «Чип» Редмонд — Канзасская Mesonet
christopherredmond @ ksu.edu

Мэри Кнапп — Библиотека метеорологических данных
[email protected]

ДеАнн Пресли, специалист по почвопользованию
[email protected]

Андрес Патриньяни — Процессы почвенных вод, Департамент агрономии
[email protected]

Теги: почва влажность почвы температура почвы растительные остатки температуры замерзания

Ответы микробных сообществ почвы на циклы замораживания-оттаивания в лесах умеренного пояса Китая | Экологические процессы