|
|
ОглавлениеИстория изучения почв и почвенного покрова Содержание, методы, методология и задачи географии почв Структурные уровни организации почв и почвенного покрова Понятие о генезисе почв. Почвообразовательный процесс. Тип почвообразования О зональных, азональных, интразональных и внутризональных почвах Почвенно-географическое районирование (ПГР) Структура почвенного покрова (СПП) Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуФакторы почвообразованияПонятие о факторах почвообразования Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности. Основатель генетического почвоведения В. В. Докучаев положил начало учению о факторах почвообразования. Функциональную взаимосвязь между почвенным покровом и главнейшими факторами почвообразования он выразил формулой: П = f (К, О, Г, Р) Т, где: П — почва; К — климат; О — организмы; Г — горные породы; Р — рельеф; Т — время. К этим естественным факторам (условиям) почвообразования на значительных территориях в последние тысячелетия истории почвенного покрова присоединился еще один существенный фактор — хозяйственная деятельность человека (антропогенный фактор). В процессе формирования почвы все факторы являются равнозначными и незаменимыми. Отсутствие одного из них исключает возможность почвообразовательного процесса. На определенных стадиях в качестве определяющего фактора может выступать какой-либо один из факторов. Закономерности пространственного изменения почвенного покрова могут быть различного порядка: Топографические — измеряется квадратными метрами или гектарами (пересечение речной долины, междуречья). Они могут быть показаны на крупномасштабной топографической карте. Географические — пересечение целой страны, континента (зональность, провинциальность). КлиматКлимат оказывает сложное и многообразное воздействие на почву. С ним связана: энергетика почвообразования, тепловой, водный режимы, накопление продуктивной влаги, продолжительность промерзания, ветровая (дефляционная) деятельность и т. д. С климатом связано проявление самых общих законов географии почв. Атмосферный климат — среднее состояние атмосферы той или иной территории, которая характеризуется средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, влажность воздуха и т. д.) и их крайними показателями, которые дают представление об амплитуде их колебания в течение суток, сезонов, целого года. Климат и погода характеризуются одними и теми же метеорологическими показателями. Погода охватывает ежедневные изменения этих элементов. Климат — изменение их на протяжении достаточно длительного времени. Влияние климата может быть прямое и косвенное (в основном через растительность). Две важнейших составляющих климата будут тепло и влага. Главный источник энергии для биологических и почвенных процессов — солнечная радиация. Основной источник увлажнения — атмосферные осадки. Тепловой и водный режимы почв оказывают влияние на характер и интенсивность всех физических, химических и биологических процессов, протекающих в почве. Под тепловым режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, перемещения и расхода тепла на определенном отрезке времени. Тепловой режим обусловлен преимущественно радиационным балансом, который зависит от соотношения энергии солнечной радиации, поглощенной почвой, и теплового излучения. Некоторое значение в теплообмене имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см2 в год. Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10–20 ккал (42–84 кДж)/см2, в южной тайге — 30–40 (126–167), в черноземной зоне — 30–50 (126–209) , а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см2 в год. При нагревании поверхности Земли и излучении тепла, а также при выпадении осадков и их испарении устанавливается постоянный тепло- и влагообмен между почвой и атмосферой. В процессе этого обмена формируется гидротермический режим почвы, который является ее важнейшим свойством. Поэтому большое значение имеет характеристика климата по температурным условиям и увлажнению. Температура Тепловой баланс для Земли в целом составляется поступлением солнечной радиации через верхнюю границу атмосферы и отдачей отраженной или рассеянной солнечной радиации, а также собственного излучения земной поверхности и атмосферы обратно через верхнюю границу атмосферы. Он совпадает поэтому с радиационным балансом Земли. Радиационный баланс ® — разность между радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным излучением. Наблюдается закономерное нарастание поступления солнечной энергии от полюсов к экватору. Радиационный баланс зависит от многих факторов — от широты местности, характера подстилающей поверхности, степени увлажнения территории. В соответствии с поступлением тепла на поверхность Земли формируются термические пояса планеты (табл. 19). Таблица 19 Планетарные термические пояса
Так как пояса характеризуются не только климатическими показателями, но и определенными типами растительности и почв, они получили название почвенно-биоклиматические или почвенно-биотермических поясов. Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя атмосферы, но отстает от него. Средние годовые температуры воздуха и почвы возрастают с севера на юг и с востока на запад (табл. 20) . Среднегодовая температура почвы изменяется в пределах России и сопредельных государств от –12 до +20 °C. Выделяются две области — положительных и отрицательных среднегодовых температур почвы на глубине 20 см. Геоизотерма 0 °C проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см в основном совпадает с областью распространения многолетнемерзлых пород. Таблица 20 Распределение климатических показателей температурного режима почв (по В. Н. Димо, 1964)
Примечания: В — подзона глееподзолистых почв и подзолов северной тайги; Г — подзона подзолистых почв средней тайги; Д — зона дерново-подзолистых почв южной тайги; Л — зона серых лесных почв, оподзоленных, выщелоченных и типичных черноземов лесостепи; М — зона обыкновенных и южных черноземов степи; Н — зона темно-каштановых и каштановых почв сухой степи. Так, изотерма 8 °C отделяет зону подзолистых почв средней тайги от зоны дерново-подзолистых почв южной тайги. Изотерма 10° подходит к северной границе распространения серых лесных почв. Изотерма 16° проходит у северной границы полупустынь со светло-каштановыми почвами, а изотерма 18° близка к северной границе бурых пустынно-степных почв. Таким образом, именно летние температуры обусловливают дифференциацию широтных зон. Сопоставление географического распределения температуры почвы на глубине 20 см с почвенными зонами Русской равнины показывает их значительную связь (рис. 16). Рис. 16. Температура почв на глубине 20 см в теплый период года на европейской территории СССР и почвенные зоны (А. М. Шульгин, 1972).Почвы: I — подзолистые, II — дерново-подзолистые, III — серые лесные, IV — выщелоченные и оподзоленные черноземы, V — черноземы типичные, VI — черноземы обыкновенные, VII — черноземы южные, VIII — черноземы приазовские и предкавказские, IX — темно-каштановые и каштановые, X — светло-каштановые, XI — бурые пустынно-степные, XII — бурые горно-лесные; 1 — изотермы средней температуры почвы (°C) на глубине 20 см за теплый период года Наибольшие различия в температуре почвы между отдельными почвенными зонами наблюдаются в теплый период года, наименьшие — в холодный (рис. 17). Рис. 17. Годовой ход температуры почвы на глубине 20 см по почвенным зонам на европейской территории СССР (А. М. Шульгин, 1972).Почвы: 1 — подзолистая (Усть-Цильма), 2 — дерново-подзолистая (Москва), 3 — серая лесная (Шатилово), 4 — чернозем (Каменная степь), 5 — каштановая (Камышин), 6 — светло-каштановая (Волгоград), 7 — предкавказский чернозем (целина), 8 — бурая горно-лесная (Сочи) В. Н. Димо различает две группы почв: промерзающие и морозные (температура самого холодного месяца на глубине 20 см отрицательная) и непромерзающие (температура самого холодного месяца на глубине 20 см положительная). (Почвы, замерзающие во влажном состоянии и, следовательно, содержащие твердую фазу воды — лед, называют мерзлотными. В отличие от них почвы, замерзающие в сухом состоянии (в почве есть только незамерзающие формы влаги) и не содержащие льда при отрицательных температурах, называют морозными. Явление мерзлотности сопровождается изменением текстуры почвы. В сухой почве при отрицательных температурах изменения текстуры не наблюдается.) В основу выделения типов температурного режима положены интенсивность промерзания и сочетание во времени процессов нагревания и оттаивания, охлаждения и промерзания. Группа промерзающих почв разделяется на три типа температурного режима почв. I. Мерзлотный тип. Процесс нагревания почвы сопровождается процессом протаивания (так называют процесс оттаивания на почвах, подстилаемых многолетнемерзлыми породами). Преобладает процесс охлаждения почвы, сопровождающийся промерзанием почвенной влаги до верхней границы многолетнемерзлых пород. Многолетняя мерзлота сплошного типа. Не исключены островная мерзлота и перелетки. Среднегодовая температура почвы всегда отрицательная. Подобный тип температурного режима характерен для тундровых и мерзлотно-таежных почв Восточной Сибири. II. Длительно сезоннопромерзающий тип. Процесс нагревания сопровождается в начальный период процессом оттаивания. Процесс охлаждения сопровождается глубоким промерзанием. Длительность процесса промерзания составляет не менее пяти месяцев. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м. Сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами. Многолетняя мерзлота островная и перелетная. Не исключено отсутствие многолетнемерзлых пород. Преобладает положительная среднегодовая температура. III. Сезоннопромерзающий тип. Процесс нагревания сопровождается в начальный период процессом оттаивания. Процесс охлаждения сопровождается неглубоким промерзанием. Глубина проникновения отрицательных температур не более 2 м. Сезонное промерзание может быть кратковременным, от нескольких дней с отрицательной температурой (определяющей отрицательную температуру самого холодного месяца на глубине 20 см) до пяти месяцев. Многолетнемерзлые породы отсутствуют. Среднегодовая температура почвы положительная. Этот тип температурного режима характерен для почв большей части Русской равнины и Казахстана. Группа непромерзающих почв также делится на три типа температурного режима почв. IV. Непромерзающый охлаждающийся тип. Смена сезонных процессов охлаждения и нагревания происходит с преобладанием в годовом цикле процесса нагревания. Промерзание и морозность не отмечаются. Отрицательные температуры почвы отсутствуют или держатся от одного до нескольких дней. Температура самого холодного месяца на глубине 20 см положительная, но не выше 5 °C. Таким типом температурного режима характеризуются, например, почвы Придунайской и Предкавказской провинций степных черноземов и части субтропического пояса. V. Непромерзающий теплый тип. Температура самого холодного месяца на глубине 20 см от 5 до 20 °C. VI. Непромерзающий жаркий тип. Температура почвы на глубине 20 см в течение всего года выше 20 °C. Подтипы температурного режима почв выделяются по обеспеченности теплом годового и сезонных циклов (очень холодный, холодный, умеренно холодный, умеренно теплый, теплый, очень теплый, жаркий, очень жаркий) и степени континентальности климата почвы, характеризуемой интервалом годовых амплитуд температуры почвы (мягкий, умеренно континентальный, континентальный, резко континентальный и экстраконтинентальный). Знание количественных показателей термического режима почв способствует решению ряда генетических и классификационных вопросов почвоведения, а также уточнению диагностики почв. На основе учета термических параметров выделяются почвенно-климатические фации: 1) по суммам активных температур (больше 10°) почвы на глубине 20 см как основному показателю энергообеспеченности почвообразовательных процессов; 2) по длительности температур ниже 0°. В почве на глубине 20 см как основному показателю холодного периода (и периода промерзания почвы). Количественные показатели температурного режима почв были использованы при выделении фациальных подтипов в классификации почв СССР 1977 г. (табл. 21). При этом были учтены суммы активных (> 10°) температур почвы на глубине 20 см как основной показатель энергообеспеченности почвообразовательного процесса и продолжительность периода (в месяцах) отрицательных температур почвы на глубине 20 см как косвенный показатель длительности промерзания почв, также влияющий на процесс почвообразования. Таблица 21 Термические параметры фациальных подтипов почв (по В. Н. Димо, Н. Н. Розову, 1974)
Энергетика почвообразования Поступление энергии в систему при почвообразовании (на основе первого закона термодинамики в приложении к почвам) происходит двумя путями: в процессе теплообмена и в процессе биогеохимического массообмена в ландшафте. Поэтому энергетика почв связана не только с радиацией, но и с биогеохимической аккумуляцией и миграцией веществ. Соотношение количества энергии, поступающей в почву в тепловой форме и расходуемой на работу почвообразовательного процесса в ходе развития почвы из материнской породы и ее дальнейшей эволюции, подробно рассмотрено В. Р. Волобуевым и названо им «энергетическим балансом почвообразования». Согласно исследованиям В. Р. Волобуева, энергетический баланс почвообразования можно представить в следующем виде: Q = w1 + w2 + b1+ b2 + i1 + i2 + g + с, где: Q — количество энергии, участвующей в почвообразовании (в основном это солнечная радиация); w1 — энергия, расходуемая в явлениях физического разрушения почвообразующих пород; w2 — энергия химического разложения минералов почвообразующих пород в процессе выветривания; b1 — энергия, аккумулируемая в гумусовом веществе; b2 — энергия, расходуемая в биологических реакциях преобразования органических и минеральных веществ; i1 — энергия, расходуемая на испарение с поверхности почвы и растений; i2 — энергия, расходуемая в процессе транспирации; g — потери энергии в процессах механической миграции солей и мелкозема в почве; с — энергия, расходуемая в процессе теплообмена в системе «почва — атмосфера» (в годовом балансе в большинстве случаев близка к нулю). В качестве наиболее значимых затрат энергии в почвообразовании Волобуев выделил затраты энергии в биологических процессах превращения веществ, в процессах физического и химического выветривания, в процессах водно-теплового круговорота, а также энергию, расходуемую в явлениях миграции веществ по почвенному профилю. Суммарные затраты энергии на почвообразование весьма различны в пределах природных вариаций гидротермических условий. В тундрах и пустынях они составляют 2–5 ккал (8–21 кДж)/см2 в год, в черноземных степях — 15–30 (63–126) , во влажных тропиках — до 70 ккал (293 кДж)/см2 в год. Напряженность процесса почвообразования также зависит от географических условий. Если судить о его эффективности по относительной доле затрат энергии на биологические процессы, то можно сказать, что почвообразование протекает с наименьшей эффективностью при недостатке влаги или тепла, когда энергия биологических процессов составляет менее 1% от суммарной энергии почвообразования. Высокой эффективностью почвообразования резко выделяются влажно-тропические условия, где в биологических процессах участвует более 5% энергии. Интенсивность почвообразования во влажнотропических условиях примерно в 7 раз выше, чем в тропических пустынях; затраты энергии на почвообразование в условиях высокого увлажнения возрастают в направлении от тундр к тропикам более чем в 20 раз. В самом общем виде затраты энергии в процессе почвообразования на суммарное испарение, циклические биологические процессы и остаточные реакции разложения минералов находятся в отношении 100 : 1 : 0,01. Таким образом, основная масса (95–99,5%) всей расходуемой энергии уходит на испарение и транспирацию. Следовательно, трансформация энергии, поступающей в почву, зависит от степени увлажнения последней, т. е. от водного режима. Тепловой режим почвы неразрывно связан с водным режимом. Увлажнение В целом поступление осадков резко нарастает от полюса к экватору. Однако внутри континентов их выпадение не подчиняется закону зональности, выпадают они чрезвычайно пестро и во многом зависят от местных причин: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
