Основным источником тепла для нагревания является лучистая энергия Солнца. Среднее количество этой энергии, падающей на каждый квадратный сантиметр земной поверхности отвесно в одну минуту, в типовых единицах равняется 1,946 кал. Эта величина называется солнечной постоянной.
Фактически на земную поверхность поступает тепла значительно меньше в связи с поглощением и рассеиванием его в земной атмосфере и отражением от земной поверхности. В разных географических зонах на поверхность земли поступает неодинаковое количество солнечной энергии.
Тепловой режим почвы зависит от ее тепловых свойств. Важнейшими из них являются теплопоглощение, теплоизлучение и теплопроводность.
Нагревание почвы солнечными лучами происходит вследствие ее способности поглощать тепло (теплопоглощение), а остывание — ввиду излучения ее тепловой энергии (теплоизлучение). Существенное влияние на поглощение тепла оказывают состав почвы и внешние условия. Почвы темноокрашенные с южной экспозицией склона лучше поглощают тепло, чем почвы светлые и покрытые растениями. Интенсивнее излучают тепло более влажные, а также бедные органическим веществом почвы. Растительный покров или органические остатки на поверхности значительно ослабляют потерю тепла почвой. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания и предотвращает гибель озимых и многолетних культур от низких температур.
Количество отраженной лучистой энергии в процентах от количества энергии, поступившей на данную поверхность, называется альбедо (мера отражательной способности поверхности).
Минимальное альбедо имеют влажные и темноокрашенные почвы (8—20%). На покрытых растительностью почвах оно увеличивается (12—25 %) и наибольшего значения приобретает на поверхности снежного покрова (70—90 %).
Теплоемкость — количество тепла в калориях, которое необходимо для нагревания 1 г (весовая) или 1 см3 (объемная) почвы на 1 °С. Она сильно колеблется в разных почвах. Так, объемная теплоемкость воды равна 1,000; глины — 0,576; песка — 0,517; органического вещества (торфа) — 0,601 и воздуха — 0,000306. Поэтому сухие почвы мало различаются по теплоемкости и она составляет у них 0,5—0,6. С увеличением влажности теплоемкость почв возрастает, менее влажные песчаные почвы прогреваются быстрее (теплые почвы), чем влажные глинистые (холодные почвы).
Теплопроводность — способность почвы проводить тепло от более теплых слоев к холодным. Она измеряется количеством тепла в калориях, которое проходит за 1 с через 1 см2 почвы слоем 1 см при разности температур в 1 °С. Теплопроводность составных частей почвы также неодинакова: у песка равна 0,0093, глины — 0,0022, воды — 0,00136, органического вещества (торфа) — 0,00027 и воздуха — 0,0000557. Следовательно, сухие минеральные почвы хорошо проводят тепло, но и быстро остывают, а богатые органическим веществом и увлажненные почвы плохо проводят тепло, но дольше его сохраняют.
Тепловой режим почвы определяется количеством тепла, которое поступает в почву, и его потерями из почвы. Он определяет не только возможность выращивания сельскохозяйственных культур, но и время обработки почвы и посева. Посев и посадку сельскохозяйственных культур весной начинают только тогда, когда почва прогрелась до определенной температуры.
Смена температуры почвы в основном зависит от поглощения солнечной радиации и потери тепла вследствие испарения.
В большей степени температура изменяется на поверхности почвы. Максимальное значение температуры на поверхности бывает в полдень, минимальное — перед заходом солнца. Суточные колебания температур наблюдаются в почве до глубины 50—100 см.
Для регулирования теплового режима существует много агротехнических приемов: увеличение содержания гумуса, улучшение водного и воздушного режимов, мульчирование, снегозадержание.