Soil temperature

Soil temperature (मृदा तापमान):-

Soil Temperature (मृदा तापमान):- Soil temperature is an important plant growth factor like air, water and nutrients. Soil temperature affects plant growth directly and also indirectly by influencing moisture, aeration, structure, microbial and enzyme activities, rate of organic matter decomposition, nutrient availability and other soil chemical reactions. Specific crops are adapted to specific soil temperatures. Apple grows well when the soil temperature is about 18°C, maize 25°C, potato 16 to 21°C, and so on.

(मृदा तापमान वायु, जल और पोषक तत्वों की तरह पौधों की वृद्धि का एक महत्वपूर्ण कारक है। मृदा तापमान नमी, वातायन, संरचना, माइक्रोबियल और एंजाइम गतिविधियों, जैविक पदार्थों के अपघटन की दर, पोषक तत्वों की उपलब्धता और अन्य मृदा रासायनिक अभिक्रियाओं को प्रभावित करके पौधों की वृद्धि को प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करता है। विशिष्ट फसलें विशिष्ट मृदा तापमान के अनुसार अनुकूलित होती हैं। उपयुक्त मृदा तापमान सेब के लिए 18°C, मक्का के लिए 25°C, आलू के लिए 16 से 21°C होता है।)

Sources of soil heat (मृदा ऊष्मा के स्रोत):- There are various sources of soil heat namely, solar radiation, biochemical reactions, conduction, precipitation, exposure and vegetation etc.

(मृदा ऊष्मा के विभिन्न स्रोत हैं, जैसे सौर विकिरण, जैव रासायनिक अभिक्रियाएं, चालन, वर्षा, उजागर और वनस्पति आदि।)

1. Solar radiation (सौर विकिरण):- Radiant energy from the sun is the power source that determines the thermal regime of the soil and the growth of plants. Agriculture is the exploitation of solar energy in the presence of an adequate water supply and sufficient plant nutrients to maintain plant growth. Much of the radiation from the sun is dissipated and distributed by components of the earth’s atmosphere as it passes downward toward the earth. The heat absorbed by the surface of the earth from the solar radiation is affected by several parameters like latitude, distribution of land and water, slope of the land etc.

(सूर्य से आने वाली विकिरण ऊर्जा वह शक्ति स्रोत है जो मृदा की तापीय व्यवस्था और पौधों की वृद्धि को निर्धारित करती है। पौधों की वृद्धि को बनाए रखने के लिए पर्याप्त जल आपूर्ति और पर्याप्त पोषक तत्वों की उपस्थिति में सौर ऊर्जा का दोहन कृषि है। सूर्य से निकलने वाला अधिकांश विकिरण पृथ्वी की ओर नीचे की ओर गुजरते समय पृथ्वी के वायुमंडल के घटकों द्वारा नष्ट और वितरित हो जाता है। सौर विकिरण से पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित ऊष्मा कई मापदंडों से प्रभावित होती है जैसे अक्षांश, भूमि और जल का वितरण, भूमि का ढलान आदि।)

2. Bio-chemical reactions (जैव-रासायनिक अभिक्रियाएँ):- In the soil atmosphere a variety of chemical reactions are going on and during such reactions liberation of large amount of heat in the soil environment results. Besides decomposition of organic matter and other crop residues in the soil and other microbial processes liberate large amounts of heat in the soil and thus contributes soil heat.

(मृदा के वातावरण में विभिन्न प्रकार की रासायनिक अभिक्रियाएँ चल रही होती हैं और ऐसी अभिक्रियाओं के दौरान मृदा के वातावरण में बड़ी मात्रा में ऊष्मा मुक्त होती है। मृदा में जैविक पदार्थों और अन्य फसल अवशेषों के अपघटन के अलावा और अन्य सूक्ष्मजीवी प्रक्रियाएं मृदा में बड़ी मात्रा में ऊष्मा मुक्त करती हैं और इस प्रकार मृदा ऊष्मा में योगदान देती हैं।)

3. Conduction (चालन):- The inner atmosphere of the earth is very hot, the conduction of the heat to the soil environment is very slow. Generally, during night, the upper most surface soil becomes cooler than sub-surface soil. Thus heat flows from the regions of sub-soil to the region of surface soil (cooler soil layer).

[पृथ्वी का आंतरिक वातावरण बहुत गर्म होता है, मृदा वातावरण में ऊष्मा का प्रवाह बहुत धीमा होता है। आम तौर पर, रात के दौरान, सबसे ऊपरी सतह की मृदा उप-सतह की मृदा की तुलना में ठंडी हो जाती है। इस प्रकार ऊष्मा उप-मृदा के क्षेत्रों से सतही मृदा (ठंडी मृदा की परत) के क्षेत्र में प्रवाहित होती है।]

Fourier's Law of Heat Conduction (फोरियर का ऊष्मा चालन नियम):- It states that the rate of heat transfer through a material is directly proportional to the negative gradient of temperature and the area through which heat flows. 

(यह बताता है कि किसी पदार्थ में ऊष्मा स्थानांतरण की दर तापमान के ऋणात्मक प्रवणता और उस क्षेत्रफल के सीधे समानुपाती होती है जिससे ऊष्मा प्रवाहित होती है।)

where (जहाँ):

Q = Heat transfer rate

(ऊष्मा स्थानांतरण दर)

k = Thermal conductivity

(तापीय चालकता)

A = Area 

(क्षेत्रफल)

dT/dx = Temperature gradient

(तापमान प्रवणता)

4. Precipitation (वर्षा):- During the winter season precipitation increases soil heat because of its (precipitation) higher specific heat.

(सर्दी के मौसम में वर्षा से मृदा ऊष्मा बढ़ जाती है क्योंकि वर्षा की उच्च विशिष्ट ऊष्मा होती है।)

5. Exposure (उजागर):- Exposure is of little importance in the tropics because of the high elevation of the sun. It is of significance in the middle latitude where the elevation is lower. The greater the percentage of diffuse sky radiation in the global radiation, the smaller is the difference in the incoming solar energy per unit area for slopes of different exposures.

(सूर्य की ऊँचाई अधिक होने के कारण उष्ण कटिबंध में उजागर का बहुत कम महत्व होता है। मध्य अक्षांश में जहां ऊंचाई कम होती है, इसका महत्व अधिक होता है। वैश्विक विकिरण में फैला हुआ आकाश विकिरण का प्रतिशत जितना अधिक होगा, विभिन्न उजागरों के ढलानों के लिए प्रति इकाई क्षेत्र में आने वाली सौर ऊर्जा में अंतर उतना ही कम होगा।)

6. Vegetation (वनस्पति):- Vegetation plays a significant role of soil heat because of the insulating properties of plant cover. Bare soil is unprotected from the direct rays of the sun and becomes highly warm during the hottest part of the day.

(पादप आवरण के कुचालक गुणों के कारण वनस्पति मृदा ऊष्मा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। नंगी मृदा सूर्य की सीधी किरणों से असुरक्षित होती है और दिन के सबसे गर्म हिस्से में अत्यधिक गर्म हो जाती है।)

Amount and flow of heat in soil (मृदा में ऊष्मा की मात्रा और प्रवाह):- 

1. Thermal (Heat) capacity of soil (मृदा की तापीय क्षमता):- The amount of energy required to raise the temperature by 1°C is called heat capacity. When it is expressed per unit mass (Calories per gram), then it is called as specific heat. The specific heat of water is 1.00 cal g-1 where the specific heat of a dry soil is 0.2 cal g-1. Increasing water content in soil increases the specific heat of the soil and hence a dry soil heats up quickly than a moist soil.

[तापमान को 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को ताप क्षमता कहा जाता है। जब इसे प्रति इकाई द्रव्यमान (कैलोरी प्रति ग्राम) अभिव्यक्त किया जाता है, तो इसे विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है। जल की विशिष्ट ऊष्मा 1.00 cal g-1 होती है जहाँ शुष्क मृदा की विशिष्ट ऊष्मा 0.2 cal g-1 होती है। मृदा में जल की मात्रा बढ़ने से मृदा की विशिष्ट ऊष्मा बढ़ जाती है और इसलिए शुष्क मृदा नम मृदा की तुलना में जल्दी गर्म हो जाती है।]

2. Heat of vaporization (वाष्पीकरण की ऊष्मा):- The evaporation of water from soil requires a large amount of energy, 540 kilocalories kg-1 soil. Soil water utilizes the energy from solar radiation to evaporate and thereby rendering it unavailable for heating up of soil. Also the thermal energy from soil is utilized for the evaporation of water, thereby reducing the soil temperature. This is the reason that surface soil temperatures will be sometimes 1 to 6°C lower than the sub-surface soil temperature. That is why the specific heat of a wet soil is higher than dry soil.

(मृदा से जल के वाष्पीकरण के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा, 540 किलोकैलोरी प्रति किग्रा मृदा की आवश्यकता होती है। मृदा का जल वाष्पित होने के लिए सौर विकिरण से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करता है और इस तरह मृदा को गर्म करने के लिए अनुपलब्ध हो जाता है। इसके अलावा मृदा से निकलने वाली तापीय ऊर्जा का उपयोग जल के वाष्पीकरण के लिए किया जाता है, जिससे मृदा का तापमान कम हो जाता है। यही कारण है कि सतह की मृदा का तापमान कभी-कभी उप-सतह मृदा के तापमान से 1 से 6 डिग्री सेल्सियस कम होता है। इसीलिए गीली मृदा की विशिष्ट ऊष्मा शुष्क मृदा की तुलना में अधिक होती है।)

3. Thermal conductivity and diffusivity (तापीय चालकता और विसरणशीलता):- This refers to the movement of heat in soils. In soil, heat is transmitted through conduction. Heat passes from soil to water about 150 times faster than soil to air. So the movement of heat will be more in wet soil than in dry soil where the pores will be occupied with air. Thermal conductivity of soil forming materials is 0.005 units, and that of air is 0.00005 units, water 0.001 units. A dry and loosely packed soil will conduct heat slower than a compact soil and wet soil.

(यह मृदा में ऊष्मा की गति को संदर्भित करता है। मृदा में ऊष्मा चालन के माध्यम से संचारित होती है। ऊष्मा मृदा से जल में, मृदा से हवा में जाने की तुलना में लगभग 150 गुना तेजी से गुजरती है। इसलिए ऊष्मा की गति शुष्क मृदा की तुलना में गीली मृदा में अधिक होती है जहां छिद्र हवा से भरे होते हैं। मृदा बनाने वाली सामग्रियों की तापीय चालकता 0.005 इकाई होती है, और हवा की 0.00005 इकाई, जल की 0.001 इकाई होती है। शुष्क और ढीली-ढाली मृदा सघन मृदा व गीली मृदा की तुलना में धीमी गति से ऊष्मा का चालन करती है।)

4. Biological activity (जैविक गतिविधि):- Respiration by soil animals, microbes and plant roots evolve heat. More the biological activity more will be the soil temperature.

(मृदा के जंतुओं, सूक्ष्म जीवों और पौधों की जड़ों द्वारा श्वसन से ऊष्मा विकसित होती है। जितनी अधिक जैविक गतिविधि होती है, मृदा का तापमान उतना अधिक होता है।)

5. Radiation from soil (मृदा से विकिरण):- Radiation from high temperature bodies (Sun) is in short waves (0.3 to 2.2μ) and that from low temperature bodies (soil) is in long waves (6.8 to 100μ) Longer wavelengths have little ability to penetrate water vapour, air and glass and hence soil remains warm during night hours, cloudy days and in glass houses.

[उच्च तापमान वाले पिंडों (सूर्य) से विकिरण छोटी तरंगों (0.3 से 2.2μ) में होता है और कम तापमान वाले पिंडों (मृदा) से विकिरण लंबी तरंगों (6.8 से 100μ) में होता है। लंबी तरंग दैर्ध्य में जल वाष्प, वायु और कांच में प्रवेश करने की क्षमता कम होती है और इसलिए रात के समय, बादल वाले दिनों में और कांच के घरों में मृदा गर्म रहती है।]

6. Soil colour (मृदा रंग):- Colour is produced due to reflection of radiation of specific wavelengths. Dark coloured soils radiate less heat than bright coloured soils. The ratio between the incoming (incident energy) and outgoing (reflected energy) radiation is called albedo. The larger the albido, the cooler is the soil. Rough surfaced soil absorbs more solar radiation than smooth surface soils.

[रंग विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के विकिरण के परावर्तन के कारण उत्पन्न होता है। गहरे रंग की मृदा चमकीले रंग की मृदा की तुलना में कम ऊष्मा उत्सर्जित करती है। आने वाली (आपतित ऊर्जा) और बाहर जाने वाली (परावर्तित ऊर्जा) विकिरण के बीच के अनुपात को एल्बिडो कहा जाता है। एल्बिडो जितना बड़ा होता है, मृदा उतनी ही ठंडी होती है। खुरदरी सतह वाली मृदा चिकनी सतह वाली मृदा की तुलना में अधिक सौर विकिरण को अवशोषित करती है।]

7. Soil structure, texture and moisture (मृदा संरचना, बनावट और नमी):- Compact soils have higher thermal conductivity than loose soils. Natural structures have high conductivity than disturbed soil structures. Mineral soils have higher conductivity than organic soils. Moist soil will have uniform temperature over depth because of its good conductivity than dry soils.

(सघन मृदा में ढीली मृदा की तुलना में अधिक तापीय चालकता होती है। प्राकृतिक संरचनाओं में अशांत मृदा संरचनाओं की तुलना में उच्च चालकता होती है। खनिज मृदा में जैविक मृदा की तुलना में अधिक चालकता होती है। शुष्क मृदा की तुलना में अच्छी चालकता के कारण नम मृदा में गहराई पर एक समान तापमान होता है।)

8. Soluble salts (घुलनशील लवण):- Indirectly affects soil temperature by influencing the biological activities, evaporation etc.

(ये अप्रत्यक्ष रूप से जैविक गतिविधियों, वाष्पीकरण आदि को प्रभावित करके मृदा के तापमान को प्रभावित करता है।)

Effect of soil temperature on plant growth (पादप वृद्धि पर मृदा तापमान का प्रभाव):- There are various influences of soil temperature on soil fertility by changing the soil environment which in turn affect plant growth.

(मृदा के वातावरण में परिवर्तन के कारण मृदा तापमान का मृदा की उर्वरता पर विभिन्न प्रभाव पड़ते हैं, जो बदले में पौधों की वृद्धि को प्रभावित करता है।)

1. Germination of seeds (बीजों का अंकुरण):- The germination of the different seeds is greatly influenced by the variation in soil temperature. If the temperature is too low, the seed fails to germinate or germinate at a slow rate. On the other hand, seeds may be injured if the temperature will be very high.

(विभिन्न बीजों का अंकुरण मृदा के तापमान में विभिन्नता से काफी प्रभावित होता है। यदि तापमान बहुत कम है, तो बीज अंकुरित नहीं हो पाता है या धीमी गति से अंकुरित होता है। दूसरी ओर, यदि तापमान बहुत अधिक है तो बीज क्षतिग्रस्त हो सकते हैं।)

2. Decomposition of organic matter in soil (मृदा में कार्बनिक पदार्थों का अपघटन):- Various important functions of organic matter depend on the process of decomposition which is largely influenced by the soil temperature. The decomposed products vary with the rate of decomposition of organic matter. At low temperature the rate of organic matter decomposition is low resulting various toxic organic substances in soil and the high temperature the rate of the same is very fast resulting beneficial products of organic matter decomposition and hence influence the plant growth.

(जैविक पदार्थ के विभिन्न महत्वपूर्ण कार्य अपघटन की प्रक्रिया पर निर्भर करते हैं जो काफी हद तक मृदा के तापमान से प्रभावित होता है। विघटित उत्पाद जैविक पदार्थों के अपघटन की दर के साथ परिवर्तित होते हैं। कम तापमान पर जैविक पदार्थ के अपघटन की दर कम होती है, जिसके परिणामस्वरूप मृदा में विभिन्न जहरीले जैविक पदार्थ होते हैं और उच्च तापमान पर इसकी दर बहुत तेज होती है, जिसके परिणामस्वरूप जैविक पदार्थ के अपघटन से लाभकारी उत्पाद होते हैं और इसलिए पादप वृद्धि पर प्रभाव पड़ता है।)

3. Absorption of water (जल का अवशोषण):- Variation in soil temperature (very low to high temperature) affects the absorption of soil water by the plant roots. The effect of temperature in reducing the rate of water uptake may be important in spring time resulting strong transpiration.

(मृदा तापमान में बदलाव (बहुत कम से उच्च तापमान) पौधों की जड़ों द्वारा मृदा जल के अवशोषण को प्रभावित करता है। जल ग्रहण करने की दर को कम करने में तापमान का प्रभाव वसंत ऋतु में महत्वपूर्ण हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप तीव्र वाष्पोत्सर्जन होता है।)

4. Availability of nutrients (पोषक तत्वों की उपलब्धता):- Various physio-chemical and chemical reactions are greatly influenced by soil temperature. Temperature influences the solubility reactions of different nutrients and releases larger amount of nutrient elements in the soil solution at higher temperatures. The rate of nutrient uptake, however, is almost different for each crop, but it appears to be known about the relative effect of temperature on the uptake of nutrients.

(विभिन्न भौतिक-रासायनिक और रासायनिक अभिक्रियाएँ मृदा तापमान से बहुत प्रभावित होती हैं। तापमान विभिन्न पोषक तत्वों की घुलनशीलता अभिक्रियाओं को प्रभावित करता है और उच्च तापमान पर मृदा विलयन में बड़ी मात्रा में पोषक तत्वों को छोड़ता है। हालाँकि, पोषक तत्वों के ग्रहण की दर प्रत्येक फसल के लिए लगभग अलग-अलग होती है, लेकिन ऐसा प्रतीत होता है कि पोषक तत्वों के ग्रहण पर तापमान के सापेक्ष प्रभाव के बारे में पता चल जाता है।)

5. Root growth (जड़ वृद्धि):- Soil temperature affects the type of root growth. Low temperature encourage white succulent roots with little branching, while high temperatures encourage a browner, finer and much more freely branching root system. However, the soil temperature at which roots grow fastest is usually higher than the temperature which encourages the most extensive root system.

(मृदा तापमान जड़ वृद्धि के प्रकार को प्रभावित करता है। कम तापमान कम शाखाओं वाली सफेद मांसल जड़ों को प्रोत्साहित करता है, जबकि उच्च तापमान भूरे, महीन और अधिक स्वतंत्र रूप से शाखाओं वाले जड़ तंत्र को प्रोत्साहित करता है। हालाँकि, मृदा तापमान जिस पर जड़ें सबसे तेजी से बढ़ती हैं, आमतौर पर उस तापमान से अधिक होता है जो सबसे व्यापक जड़ तंत्र को प्रोत्साहित करता है।)

6. Plant diseases (पादप रोग):- Development of various diseases are also related to the soil temperature. At low temperatures, the soil contain many weekly parasitic fungi which will grow actively and very rapidly and so those will kill the seedlings. On the other hands, seedlings of the temperate zone cereals, which are adapted to grow actively at the lower temperatures are relatively resistant to their attack.

(विभिन्न रोगों का विकास भी मृदा तापमान से संबंधित होता है। कम तापमान पर, मृदा में कई साप्ताहिक परजीवी कवक होते हैं जो सक्रिय रूप से और बहुत तेजी से बढ़ते हैं और इसलिए वे अंकुरों को नष्ट कर देते हैं। दूसरी ओर, समशीतोष्ण क्षेत्र के अनाज के अंकुर, जो कम तापमान पर सक्रिय रूप से बढ़ने के लिए अनुकूलित होते हैं, उनके हमले के प्रति अपेक्षाकृत प्रतिरोधी होते हैं।)