Нормальное питание растений, рост, развитие и урожай неразрывно связаны с теплом и тепловым режимом. Понятие «тепловой режим почвы» включает совокупность явлений поступления и отдачи тепла почвой и его передвижение в ней из всех источников температуры.

Источниками тепла в почве служат: лучистая энергия (прямая и рассеянная радиация солнца, а также атмосферная радиация); тепло воздуха; тепло, образующееся при разложении органических остатков; внутреннее тепло земного шара; тепло от радиоактивных процессов, происходящих в почве. Наиболее важна лучистая энергия солнца.

Теплоемкость почвы — это количество тепла, которое надо затратить для нагревания 1 г или 1 см³ почвы на ГС. Теплоемкость тем выше, чем почва влажнее и чем больше в ней органического вещества.

Теплопроводность почвы зависит от ее состава. При большем содержании минеральных веществ и высокой влажности почвы ее теплопроводность выше.

Лучепоглотительная и лучеотражательная способности почвы изменяются в зависимости от цвета и формы ее поверхности. Почвы светлые значительно меньше поглощают лучей солнца, чем темные. Шероховатые почвы меньше отражают лучей, чем почвы с гладкой поверхностью. Отношение количества отраженных почвой лучей к количеству падающих на ее поверхность называют альбедо. Альбедо почв изменяется в среднем от 15 (темные почвы) до 40—45% (белый песок).

Лучеиспускание, или способность почвы выделять тепловые лучи, в значительной степени зависит от ее влажности, теплопроводности и характера поверхности. Почвы влажные, с неровной поверхностью более теплопроводны и обладают большей лучеиспускательной способностью.

В течение вегетационного периода растений на территории европейской части нашей страны 1 см² поверхности почвы получает в среднем за сутки 1 ккал. В этом случае почва поглощает около 43% и излучает обратно 24% тепла. Таким образом, только одна пятая часть солнечной энергии остается в почве, но и это количество в основном расходуется на испарение воды с ее поверхности.

Комплекс тепловых свойств почвы влияет на характер микробиологических, биохимических и химических процессов, происходящих в ней, и в результате сказывается на ходе развития сельскохозяйственных культур. Нормальная жизнедеятельность растений происходит только в определенных пределах температуры. Оптимальные температуры для прорастания семян отдельных культур следующие: ячмень — 20°С, озимая пшеница — 25, озимая рожь — 25, кукуруза — 30—35, огурцы — 30—35, конопля — 35°С. Для большинства сельскохозяйственных культур, возделываемых в нашей стране, благоприятна температура воздуха в пределах 15— 30°С.

Температура листа растений пропорциональна интенсивности падающего на листья света и обратно пропорциональна содержанию в них воды и силе испарения.

Снижение температуры почвы за пределы оптимальной влияет на поглощение корневой системой питательных веществ. Более сильно это сказывается на азоте, затем на фосфоре и кальции, менее — на калии.

Снижение температуры почвы ниже +10°C отрицательно действует на поступление всех минеральных элементов в корни.

В пределах от 0 до +35°C скорость роста растений при наличии всех оптимальных условий удваивается при повышении температуры на каждые 10°С (правило Вант-Гоффа).

Свет солнечных лучей неоднороден и значение их спектров различно. Большая часть тепла солнечных лучей (до 80%) создается за счет невидимого инфракрасного излучения с длиной волны 0,76 — 600 мк.

Зеленые растения в основном поглощают солнечный спектр, представленный лучами с длиной волны от 380 до 760 мкм. В этой области зеленые листья разных растений имеют примерно одинаковые кривые поглощения солнечного спектра с двумя максимумами (400—480 и 620—680 мкм) и двумя минимумами (520—580 и 720—800 мкм).

Первый максимум поглощения соответствует сине-фиолетовым, а второй — оранжево-красным лучам. Первый минимум совпадает с желто-зелеными лучами, поглощение которых составляет 60—75%, а второй — с дальними красными, с ближними инфракрасными лучами, поглощение их равно 5—15%. Поглощение лучистой энергии солнца листьями растений возрастает в другой, невидимой области спектра с длиной волны 1100—1200 мкм и достигает 80—90% в зоне лучей с длиной волны 2—3 мкм.

Нужно помнить, что инфракрасные лучи имеют главным образом тепловое значение. Основные фотохимические процессы в зеленых листьях совершаются поглощением лучей с длиной волны от 400 до 700 мкм, которое зависит от наличия пигментов в растении. Оранжево-красные лучи поглощаются хлорофиллом. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 300 мкм, которые губительно действуют на живые организмы, почти полностью задерживаются озоном (Оз) атмосферы. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны более 300 мкм, достигающие земной поверхности, составляют всего 3—5% солнечной радиации и практически полностью поглощаются растениями (на 90—99%). В среднем растения поглощают 40—60% радиации солнечной энергии, которая доходит до поверхности почвы.

Состав солнечной радиации, достигающей растения, зависит от положения солнца над горизонтом. Интенсивность освещения значительно изменяется с высотой местности над уровнем моря.