Chương III. CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT VÀ KHÔNG KHÍ
1. CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT
1.1. Các đặc tính nhiệt lực của đất
a) Nhiệt dung của đất
Nhiệt dung của đất là đại lượng dùng để đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm
của đất. Nhiệt dung được chia ra làm hai loại:
• Nhiệt dung trọng lượng (C
p
): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 gam đất nóng lên 1
o
C.
Đơn vị tính nhiệt dung trọng lượng là calo/g/độ.
• Nhiệt dung thể tích (C
v
): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1cm
3
đất nóng lên 1
o
C .
Đơn vị tính nhiệt dung thể tích là calo/cm
3
/độ.
Nhiệt dung trọng lượng và nhiệt dung thể tích có quan hệ mật thiết với nhau được biểu thị bằng
biểu thức sau đây:
(1)
Trong đó: C
v
: Nhiệt dung thể tích
C
p
: Nhiệt dung trọng lượng

Sét 0,23 0,5900
Than bùn 0,48 0,6000
Không khí trong đất 0,24 0,0003
Nước trong đất 1,00 1,0000
C
v
= d . C
p

Nhiệt độ đất có vai trò đặc biệt đối với các quá trình vật lý xẩy ra trong đất và khí
quyển, là những yếu tố môi trường quan trọng tác động tới các hoạt động sống của sinh
vật. Không khí là một chất trong suốt rất ít được đốt nóng trực tiếp bởi bức xạ mặt trời vì
khả năng hấp thu năng lượng bức xạ mặt trời của chúng rất kém. Tính trung bình khí
quyển của trái đất chỉ hấp thu được 14% tổng năng lượng bức xạ mặt trời đi qua, còn lại
trên 80% năng lượng nhận được chủ yếu nhờ mặt đất cung cấp cho nó. Đặc tính hấp thu,
truyền nhiệt của đất và không khí đều mang những sắc thái riêng. Nghiên cứu các tính chất
nhiệt cũng như chế độ nhiệt của đất và không khí giúp chúng ta hiểu rõ bản chất tác động
của chúng đối với khí hậu và đời sống sinh vật.
+ Các loại đất sét hoặc pha sét có nhiệt dung lớn, chúng nóng lên chậm và lạnh đi chậm hơn
so với đất cát hoặc pha cát.
+ Đất khô có nhiệt dung nhỏ hơn so với đất ẩm. Vì vậy các loại đất khô thiếu ẩm thường có
chế độ nhiệt không ổn định, chúng nóng lên về ban ngày nhanh chóng và lạnh đi rất nhanh vào
ban đêm. Sự biến động nhiều của nhiệt độ sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng và
phát triển của cây trồng, đặc biệt là ở các vùng đất cát. Đất ẩm, các loại đất thịt, thịt pha có chế
độ nhiệt ôn hoà, ít dao động hơn so với các loại đất trên. Do vậy làm ẩm đất bằng cách
Bảng 3.2. Nhiệt dung thể tích của một số loại đất có độ ẩm khác nhau
(Đơn vị: Cal/cm
3
/độ)
Loại đất Độ ẩm đất (%)

1. Bột phenspat 0,00580 5. Đá vôi 0,00190
2. Cát khô 0,00026 6. Cát ẩm (20%) 0,00252
3. Hạt sét 0,00440 7. Thạch cao 0,00220
4. Nước 0,00130 8. Không khí 0,00005
Hệ số dẫn nhiệt của cát rất thấp, do vậy đất cát hoặc đất pha nhiều cát cũng có hệ số dẫn
nhiệt nhỏ. Vì thế, sự truyền nhiệt xuống các lớp đất sâu chậm, lớp đất mặt nóng lên nhanh hơn
so với các lớp phía dưới vào ban ngày nhưng lạnh đi rất nhanh vào ban đêm. Ngược lại đất sét
hoặc đất sét pha có hệ số dẫn nhiệt lớn, khả năng truyền nhiệt nhanh giữa các lớp đất nên nóng
lên và lạnh đi chậm, chế độ nhiệt ít biến động hơn.
Nước có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn không khí, do vậy sự có mặt nhiều hay ít của nước và
không khí sẽ ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt của đất. Khi độ ẩm của đất tăng lên sẽ làm tăng hệ
số dẫn nhiệt, nhờ vậy mà nhiệt độ mặt đất cao vào ban ngày được truyền nhanh xuống các lớp
đất sâu hơn, ít bị đốt nóng hơn so với đất thiếu ẩm. Vào ban đêm lớp đất mặt bức xạ bị mất
nhiệt thì đồng thời sẽ được bổ sung bằng lượng nhiệt truyền từ dưới sâu lên. Ở đất khô thiếu
42
ẩm, chứa nhiều không khí, hệ số dẫn nhiệt kém nên diễn biến của nhiệt độ ngược lại với đất
ẩm. Bởi vậy các loại đất có độ ẩm cao thường có chế độ nhiệt ôn hoà hơn các loại đất khô, biên
độ nhiệt độ ngày đêm cũng nhỏ hơn.
c) Hệ số truyền nhiệt độ của đất
Hệ số truyền nhiệt độ của đất là tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung thể tích của đất
và được biểu thị bằng công thức:
)
(2)
Như vậy sự tăng nhiệt độ của một lớp đất nào đó tỷ lệ thuận với lượng nhiệt (
λ
) đi qua và
tỷ lệ nghịch với nhiệt dung thể tích (C
v
) của đất. Trong đất, các thành phần rắn có nhiệt dung
thể tích hầu như không thay đổi, độ ẩm và độ xốp trong đất tác động nhiều đến hệ số truyền

43
(t
2
- t
1
)
Q = - λ ---------- . τ
(z
2
-

z
1
)
K =
v
C
λ
(cm
2
/giây)
Trong đó:
Q: lưu lượng nhiệt ; λ: Hệ số dẫn nhiệt ; τ: Thời gian truyền nhiệt; (t
2
- t
1
)/(z
2
-


2
-

z
1
)
V y l ng nhi t truy n xu ng l p đ t 30 cmậ ượ ệ ề ố ớ ấ
2
trong 1 phut là 504 (Cal/m
2
).
1.2. Cân bằng nhiệt của mặt đất
Cân bằng nhiệt của mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và phần năng lượng
mất đi của mặt đất. Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương, thì mặt đất nóng lên, còn nếu có giá trị
âm thì mặt đất sẽ bị lạnh đi. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng nhận nhiệt và mất nhiệt
của mặt đất vào ban ngày và ban đêm.
Vào ban ngày, mặt đất nhận được nguồn nhiệt từ mặt trời gồm có: bức xạ trực tiếp (S’), bức
xạ khuyếch tán (D), bức xạ nghịch khí quyển (E
ng
), đồng thời tự nó cũng mất đi nguồn nhiệt do
phản xạ sóng ngắn (R
n
), phát xạ sóng dài của mặt đất (Eđ), truyền nhiệt phân tử vào khí quyển
(V), mất nhiệt do sự bốc hơi nước (LE), truyền nhiệt vào lòng đất (P). Do vậy phương trình cân
bằng nhiệt của mặt đất vào ban ngày có dạng:
B
1
= S’ + D + E
ng
- Eđ – R

có giá trị âm do ban đêm mặt đất nhận được năng lượng rất ít không bù được phần năng
lượng mất đi do bức xạ sóng dài.
1.3. Sự biến đổi của nhiệt độ đất
a) Diễn biến hàng ngày của nhiệt độ đất
Sự nóng lên ban ngày và lạnh đi ban đêm của mặt đất gây ra sự biến thiên nhiệt độ liên tục
trong suốt thời gian một ngày đêm gọi là diễn biến hàng ngày của nhiệt độ đất.
Diễn biến hàng ngày của nhiệt độ mặt đất là những dao động tuần hoàn của nhiệt độ với
một cực đại và một cực tiểu trong thời gian một ngày đêm. Từ khi mặt trời mọc, nhiệt độ mặt
đất bắt đầu tăng và sau khoảng 1,0 – 1,5 giờ, lượng nhiệt mặt đất nhận được đã lớn hơn lượng
nhiệt bị mất đi, lúc này mặt đất nóng lên và sẽ truyền nhiệt vào trong lòng đất và cho tầng khí
quyển bên trên. Nhiệt độ đất tiếp tục tăng dần và đạt cực đại vào lúc 13 giờ. Sau 13 giờ, nhiệt
44
độ của đất bắt đầu giảm. Sự giảm nhiệt độ tiếp diễn suốt ban đêm và trị số cực tiểu quan sát
được vào trước khi mặt trời mọc 1- 2 giờ. Thời gian mặt trời mọc trong năm có thay đổi, nên
cực tiểu của nhiệt độ đất vào mùa hè thường sớm hơn mùa đông.
Trong một ngày đêm, hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất quan sát được gọi là biên
độ nhiệt hàng ngày của mặt đất và được tính theo công thức:
(6)
Trong đó: ∆t: biên độ nhiệt độ (
o
C); t
max
: nhiệt độ cao nhất (
o
C); t
min
: nhiệt độ thấp nhất
(
o
C).

b) Diễn biến hàng năm của nhiệt độ đất
Diễn biến hàng năm của nhiệt độ đất có liên quan với biến thiên hàng năm của năng lượng
bức xạ mặt trời. Tại Bắc bán cầu, thời điểm cực đại của nhiệt độ mặt đất xuất hiện vào tháng
bảy, tháng tám, còn thời điểm cực tiểu thường vào tháng giêng, tháng hai.
Biên độ hàng năm của nhiệt độ đất là hiệu số giữa nhiệt độ trung bình tháng có giá trị lớn
nhất và nhiệt độ trung bình tháng có giá trị nhỏ nhất.
Vĩ độ địa lý càng tăng thì biên độ nhiệt độ đất hàng năm càng lớn do sự chênh lệch nhiều
về nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông. Biên độ nhiệt độ mặt đất năm ở vùng xích đạo chỉ vào
khoảng 3
o
C, còn ở vùng cực đới có thể lên tới 70
o
C.
45
∆t = (t
max
- t
min
)
Trị số biên độ nhiệt độ hàng năm của đất còn phụ thuộc vào lớp phủ thực vật. Đất trơ trụi
có biên độ nhiệt độ hàng năm lớn hơn đất có che phủ bởi thực vật.
Biên độ biến thiên hàng năm cũng như hàng ngày của nhiệt độ đất giảm theo độ sâu, đến
một độ sâu nào đó thì nhiệt độ không đổi. Tuỳ theo đặc điểm của đất mà độ sâu có biên độ
nhiệt độ không đổi khác nhau. Tại những vùng nhiệt đới, lớp đất có nhiệt độ hàng năm không
đổi ở độ sâu 5 - 10 mét, còn ở những vùng vĩ độ trung bình, lớp đất có nhiệt độ hàng năm
không đổi ở độ sâu 15 - 20 m.
Trên các vùng hồ, biển hay đại dương, bề mặt hoạt động rộng nên lượng nhiệt trao đổi rất
lớn giữa các lớp nước, do vậy biến thiên nhiệt độ của mặt nước nhỏ hơn nhiều so với mặt đất.
Hình 3.1. Bi n thiên nhi t t feralit tr ng cà phê theo chi u sâuế ệ độ đấ ồ ề
t i Tây Hi u, Ngh An (Theo Fritland - 1968)ạ ế ệ

∆t
z
= ∆t
o
.e
T.K
z
π
−
khảo sát thực tế cho thấy với chu kỳ ngày đêm thì từ độ sâu 100 cm trở đi nhiệt độ đất không
thay đổi và ở chu kỳ một năm ứng với độ sâu 15 – 20 m nhiệt độ đất cũng không thay đổi.
Kết quả nghiên cứu ở Phú Hộ cho thấy, đất trồng chè Việt nam có độ sâu nhiệt độ không thay
đổi là 80 cm.
3) Thời gian xuất hiện các cực trị của nhiệt độ đất muộn dần theo độ sâu.
Các giá trị cực trị (cực đại, cực tiểu) của nhiệt độ ở các độ sâu thay đổi nhưng thời điểm
xảy ra nó thì tuân theo quy luật này. Độ muộn - τ (tính theo thời gian) ứng với các lớp đất sâu
được tính bằng công thức:
z
2
Τ
τ=
πΚ
(8)
Trong đó: độ muộn τ là thời gian chậm trễ (giờ hoặc ngày). Đối với những đất có độ dẫn
nhiệt khác nhau, thời gian chậm trễ cũng khác nhau. Trung bình các điểm cực đại và cực tiểu
hàng ngày, độ sâu lớp đất cứ tăng thêm 10 cm thì chậm đi 2,5 - 3,5 giờ, và các điểm cực đại,
cực tiểu hàng năm, độ sâu lớp đất cứ tăng thêm 1m thì chậm đi 20 -30 ngày.
Bảng 3.6. Biên độ nhiệt độ ngày đêm của đất trồng chè Phú Hộ - Phú Thọ (
o
C)

T
1
, T
2
là những chu kỳ biến thiên.
Ví dụ: Nếu ta coi T
1
là chu kỳ biến thiên ngày, T
2
là chu kỳ biến thiên năm (365 ngày), đưa
vào công thức tính ta sẽ có:
47
z
1
√ 1 1
----- = ----------- = -------
z
2
√365 19
Như vậy giả sử biên độ biến thiên hàng ngày giảm đi 2 lần ở độ sâu z
1
= 10 cm, thì ở biến
thiên hàng năm sự giảm biên độ 2 lần xảy ra tại độ sâu z
2
= 190 cm.
1.4. Những biện pháp kỹ thuật điều chỉnh chế độ nhiệt của đất
a) Những biện pháp kỹ thuật giữ và tăng nhiệt độ đất trong mùa đông
Trong mùa đông, ở vùng duyên hải miền Trung và miền Bắc thường bị ảnh hưởng của gió
mùa Đông Bắc, đồng thời năng lượng bức xạ mặt trời nhận được thấp nên nhiệt độ đất thường
bị giảm xuống. Để giữ nhiệt hoặc làm tăng nhiệt độ đất cần ứng dụng một số biện pháp kỹ

cát như vùng đất bạc màu, vùng đất cát ven biển... vào những ngày thời tiết khô nóng (gió Lào)
nhiệt độ đất lên rất cao. Nếu cải tạo đất bằng cách cày sâu dần, tưới nước phù sa để tăng hàm
lượng sét thì nhiệt độ đất sẽ không tăng quá cao.
- Che tủ đất: Có thể dùng rơm rạ, cỏ khô, cành cây, lá cây... phủ trên mặt đất hoặc quanh
các gốc cây để giảm bớt năng lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất. Làm giàn che ở các
48