Физиологические процессы в растении протекают только при определенном количестве тепла. При низкой температуре растения останавливаются в росте и прекращаются микробиологические процессы в почве.

Потребность в тепле различна не только у растений, относящихся к разным семействам, но и у одной и той же культуры в те или иные фазы развития. Отношение различных культур к теплу проявляется при прорастании семян и сохраняется во время роста и развития растений. Различают минимальные температуры, ниже которых физиологические процессы не идут, оптимальные температуры, при которых рост и развитие растений протекают хорошо, и максимальные - выше которых растения резко снижают продуктивность и даже погибают. Для каждой фазы роста и развития существуют свои минимальные, оптимальные и максимальные температуры. Для завершения полного цикла развития растение должно получить также определенную сумму активных температур за вегетационный период.

Установлено, что для нормального роста и развития большинства сельскохозяйственных растений сумма среднесуточных активных температур воздуха (свыше 5°С) должна составлять не менее 1600°С в год.

По мере повышения температуры почвы рост и развитие растений ускоряются. Так, семена ржи при температуре 4-5°С прорастают в течение четырех дней, при 16°С - за сутки. Поэтому при выборе сроков посева учитывают особенности температурного режима культур, так как семена, посеянные в холодную почву, могут долго пролежать в ней, не прорастая, и загнить.

Температура почвы оказывает влияние на рост корневой системы растений (энергичнее растет при относительно невысокой температуре почвы). Так, у овса при температуре почвы 12-14°С корневая система была в 1,5 раза меньше, чем при температуре 6-8°С.

При температуре выше оптимальной растения резко увеличивают интенсивность дыхания и расход органического вещества, что в результате приводит к уменьшению нарастания зеленой массы.

Большой вред причиняет высокая температура в летний период, особенно при недостатке воды. Гибель растений от засухи можно наблюдать не только в южных районах, но и на севере, где нередки случаи засыхания клевера и ускоренного высыхания («захвата») гречихи от высокой температуры воздуха.

Пониженные температуры культуры лучше всего переносят в фазе наклюнувшихся семян. В дальнейшем по мере роста и развития растения резко снижают устойчивость к холоду. Наступление заморозков в весенний период может сильно повредить проросткам. Большую опасность представляют также осенние заморозки, от которых гибнут листья томата, огурца, картофеля, не вызревают просо, гречиха, а на востоке страны - и яровая пшеница поздних сроков посева. Поэтому правильный подбор культур по продолжительности вегетационного периода и сопоставление его с безморозным периодом и суммой активных температур в конкретной зоне имеют большое практическое значение.

Однако тепло необходимо не только зеленым растениям. В почве живет громадное количество микроорганизмов, в той или иной мере влияющих на растения. Эти микроорганизмы плохо переносят понижение температуры, приостанавливают свою жизнедеятельность, но особенно угнетающее действие на них оказывает высокая температура.

Наиболее благоприятна для почвенной микрофлоры температура 15-20°С с небольшими колебаниями в ту или другую сторону, что характерно для высокогумусных оструктуренных почв.

Один из главных источников тепла для почвы - Солнце. Температура почвы зависит от количества тепла, поступающего на ее поверхность, а также свойств самой почвы - ее теплоемкости, теплопроводности и теплоотдачи.

Теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагревания 1 г или 1 см³ почвы на 1°С.

Если теплоемкость воды принять за единицу, то теплоемкость песка составит 0,196, глины - 0,233, торфа - 0,477, воздуха - 0,0003.

Поэтому при большом содержании в почве воды требуется много тепла на ее прогревание: влажные глинистые почвы из-за их высокой теплоемкости называют холодными, а песчаные, быстро подсыхающие - теплыми. Вода может изменять тепловые свойства почвы в 10-15 раз.

На тепловой баланс почвы влияет также теплоотдача, которая зависит от насыщенности атмосферы водяными парами, температуры самой почвы и состояния ее поверхности.

Наибольшие изменения температуры происходят в верхних слоях почвы как в течение суток, так и в течение года. Суточные колебания температуры не распространяются обычно глубже 1 м и до 5 м при смене сезонов.

Особое значение температурные колебания имеют для зимующих культур, так как быстрое и глубокое промерзание почвы резко снижает их устойчивость к низкой температуре.

Приток солнечной энергии к почве зависит от широты местности, времени суток, облачности, тумана, содержания пыли в воздухе и т. д.

Солнечные лучи неодинаково прогревают поверхность почвы. Это зависит от растительного покрова, цвета почвы и ее выровненности. Зимой большое влияние на температуру почвы и ее промерзание оказывает снежный покров. Так, при толщине снега 24 см на его поверхности температура была -26,8 °С, а под снегом на поверхности почвы -13,8 °С.

Вода, находящаяся в почве, представляет собой раствор с большим количеством различных веществ, вследствие чего температура его замерзания оказывается гораздо ниже (до -10°С), чем температура замерзания чистой воды.

Помимо Солнца (основной источник тепла), в природе существует другой важный источник - выделение тепла микроорганизмами в процессе разрушения органического вещества и их жизнедеятельности. Различные группы микроорганизмов используют 15-50% поглощенной ими энергии на поддержание жизни, а остальную выделяют в виде тепла в окружающее пространство. При разложении органического вещества (навоз) микроорганизмы могут повышать его температуру до 40-60°С.

Методы регулирования теплового режима для каждой зоны нашей страны могут быть не только различными, но даже противоположными. В северных районах почти все приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге - на ее снижение. Увеличение влажности почвы путем полива или орошения ведет к значительному снижению температуры в результате затрат тепла на нагревание и испарение воды.

Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливают ее прогревание.

Применение посадок и посевов на гребнях и грядах способствует уменьшению влажности почвы и лучшему ее прогреванию в северных районах.

Большое значение при регулировании температурного режима почвы имеет снегозадержание (особенно в посевах озимых культур) и посадка полезащитных лесных полос, снижающих скорость ветра, испарение с поверхности почвы и накапливающих снег зимой. В южных районах строительство прудов, водоемов и лиманов увеличивает влажность почвы и воздуха, что значительно снижает испарение и нагревание почвы. В северных районах применение навоза, компостов, особенно в парниках, рассадниках и теплицах, позволяет использовать тепло, выделяемое микроорганизмами при разложении органического вещества, и получать раннюю рассаду овощных культур. Такой прием, как мульчирование (покрытие поверхности почвы материалами различного цвета - солома, торф, перегной, зола), увеличивает или снижает нагревание почвы.