КЛИМАТ КАК ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
КЛИМАТ КАК ФАКТОР
ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ 1
Содержание 3
Введение 4
1. Понятие о факторах
почвообразования 4
2. Климат как фактор
почвообразования 7
2.1. Климат 7
2.2. Радиационный баланс 8
2.3. Понятие о коэффициенте
увлажнения и индексе сухости
9
2.4. Микроклимат 12
3. Климат почв и его
составляющие 13
Заключение 19
Литература: 20
Введение
Почвоведение — наука
о свойствах, динамике, происхождении
почв, как естественноисторических
образований, как объекта труда
и средства сельскохозяйственного
производства. Генетическое почвоведение
рассматривает почву как естественноисторическое
тело, обладающее свойствами живой
и неживой природы. Почва- это
открытая динамическая система.
Как писала М.А. Глазовская (1981):
«Почвообразовательный процесс
в его общем виде - совокупность
явлений, совершающихся под влиянием
солнечной энергии в поверхностном
слое земной коры при взаимодействии
живых организмов и продуктов
их распада с минеральными
соединениями горных пород, воды
и воздуха». Из атмосферы в
почву проникают газы , поступают
атмосферные осадки с растворенными
в них химическими веществами
и взвесями. Почва является подсистемой
в более сложной системе –
биогеоценозе.
1. Понятие о факторах
почвообразования
В качестве самостоятельной
области естествознания почвоведение
оформилось 100 лет назад благодаря
работам В.В. Докучаева. До этого
почвоведение рассматривалось как
часть агрономии или геологии.
Основатель генетического почвоведения
В. В. Докучаев положил начало
учению 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.
Функциональную взаимосвязь
между почвенным покровом и
главнейшими факторами почвообразования
В. В. Докучаев выразил формулой
П =f(К, О, Г, Р)*Т,
где П- почва; К - климат; О
— организм; Г — горные породы;
Р — рельеф; Т — время.
Перечисленные факторы
в их разнообразном сочетании
у земного шара создают великое
множество типов почв, их комбинаций,
сочетаний и комплексов, неповторимую
мозаику почвенного покрова.
В. В. Докучаев считал
все факторы равнозначными и
незаменимыми. Оценивая роль факторов
в процессах формирования почв,
он писал: «Все эти агенты
почвообразователи суть совершенно
равнозначные величины и принимают
равноправное участие в образовании
почв» («К учению о зонах
природы», 1899).
После В. В. Докучаева,
по мере накопления фактического
материала о генезисе почв, о
разнообразии почвенных типов
и путей их формирования в
учении о факторах почвообразования
наметилась тенденция к различной
оценке их роли в процессах
почвообразования.
К. Д. Глинка подчеркивал
среди факторов почвообразования
роль климата и растительности.
В учебнике «Почвоведение» (1931) он
писал: «Для нас в настоящее
время до очевидности ясно, что
наиболее надежным руководителем
в деле характеристики и классификации
почв является способ их происхождения,
что материал, из которого образовались
почвы, в большинстве случаев
имеет гораздо меньшее значение, а в некоторых
случаях его значение может быть сведено
даже к нулю, по сравнению с тем мощным
влиянием, которое оказывают в процессах
почвообразования факторы климата и растительная
формация».
С.А.Захаров (1927) предложил
разделить все факторы на активные
и пассивные. К активным им
были отнесены биосфера, атмосфера
и гидросфера, к пассивным —
материнские породы, которые, по
его мнению, служат только источником
минеральной массы, но не являются
источником энергии, а также
рельеф местности. А. А. Роде
(1947) считал, что такое противопоставление
факторов едва ли является
правильным, но вместе с тем,
несомненно, их роль неодинакова.
Развивая учение В. В. Докучаева,
А. А. Роде предложил дополнять
перечень факторов еще двумя
— земным тяготением и влиянием
грунтовых, почвенных поверхностных
вод.
Наиболее острая дискуссия
по поводу роли отдельных факторов
в процессах почвообразования
и выделения ведущего фактора
возникла в 30-х и конце 40-х
годов 20 века. Всеобщее признание
получила точка зрения о ведущей
роли в процессах почвообразования
биологического фактора (высших
зеленых растений, животных и
микроорганизмов).
Наиболее полная научная
концепция о ведущем значении
биологического фактора в процессах
почвообразования была разработана
В. Р. Вильямсом. Вся сущность
почвообразовательного процесса
рассматривается им как диалектическое
единство процессов взаимодействия
между организмами и средой. Развитие
и направление почвообразовательного
процесса В. Р. Вильяме ставит
в зависимость от типа и
характера сообществ зеленых
растений.
Докучаевское учение
о факторах почвообразования, как
основополагающее в учении о
генезисе почв, получило свое
дальнейшее развитие в трудах
его учеников и последователей
— К. Д. Глинки, С. А. Захарова,
Б. Б. Полынова, А. А. Роде, И.П.Герасимова,
В. А. Ковды, В. Р. Волобуева
и многих других русских ученых.
Среди иностранных
ученых необходимо назвать американского
почвоведа Ганса Йенни (1948). Он
опубликовал работу, посвященную
специальному исследованию факторов
почвообразования, в которой попытался
впервые количественно оценить
вклад тех или иных факторов
в совокупное их влияние на
результирующее почвообразование.
В этой книге дан большой
фактический материал о зависимости
различных свойств почв и почвообразования
в целом от количественных
характеристик как отдельных
факторов, так и их разнообразных
сочетаний.
В процессе формирования
почвы все факторы являются
равнозначными и незаменимыми. Отсутствие
одного из них исключает возможность
почвообразовательного процесса. На
определенных стадиях или в
специфических условиях развития
почвы в качестве определяющего
может выступать какой-либо один
из факторов.
2. Климат как фактор
почвообразования
2.1. Климат
Климат — статистический
многолетний режим погоды, одна -из
основных географических характеристик
той или иной местности — главный
количественный показатель состояния
атмосферы и воздействующих на почву
атмосферных процессов, прежде всего
поступления в почву тепла
и воды. Поэтому, когда говорят
о климате как факторе почвообразования,
имеют в виду определенную часть
атмосферы данной местности, характеризующуюся
тем или иным климатическим режимом.
Физическим телом природы при
этом выступает атмосфера со всем
комплексом протекающих в ней
процессов и явлений, а климат
служит статистическим отражением этих
процессов.
В аспекте геологического
времени климат — явление переменное.
С изменением климата тесно
связана история развития органического
мира, а следовательно, и история
развития почвенного покрова
Земли. Климат играет важнейшую
роль в закономерном размещении
типов почв по лику земного
шара, ему принадлежит огромная
роль в установлении определенных
циклов динамики почвообразовательных
процессов, их специфике и направленности.
С климатическими условиями связана
энергетика почвообразования.
По определению С.
В. Калесника, климат Земли
есть результат взаимодействия
многих природных факторов, главные
из которых: а) приход и расход
лучистой энергии Солнца; б) атмосферная
циркуляция, перераспределяющая тепло
и влагу; в) влагооборот, неотделимый
от атмосферной циркуляции. Каждый
из перечисленных факторов зависит
от географического положения
местности (широты, высоты над
уровнем моря и т. д.).
2.2. Радиационный баланс
Ведущим фактором «общеземного»
климата является солнечная радиация,
количество которой сильно различается
в зависимости от местоположения
данной территории. Общий приток
тепла к земной поверхности
измеряется радиационным балансом
R, кДж/(см2-год):
R=(Q+q)(1-A)-E, где (Q — прямая
радиация; q — рассеянная радиация;
А -— альбедо (в долях единицы);
Е — эффективное излучение
поверхности.
Радиационным балансом, или
остаточной радиацией подстилающей
поверхности, принято называть разность
между радиацией поглощенной
земной поверхностью и эффективным
излучением.
Таблица 1.
Планетарные термические
пояса
Пояс
Среднегодая температура
С
Радиационный баланс (кд/см^2
*год)
Сумма активных температур,
С за год на южной (северной в Южном
полушарии) границе поясов
Полярный
-23 -15
21-42
400-500
Бореальный
-4 +4
42-84
2400
Суббореальный
+10
84-210
4000
Субтропический
+15
210-252
6000-8000
Тропический
+32
252-336
8000-10000
Космический приток
солнечной энергии (солнечная
постоянная) на верхней границе
атмосферы составляет около 8,4
кДж/(см2- мин). Однако поверхности
Земли достигает не более 50%
солнечной энергии, так как примерно 30%
ее отражается от атмосферы в Космос, 20%
поглощается парами воды и пылью в атмосфере
и остаток достигает поверхности Земли
в виде рассеянной радиации. Наблюдается
закономерное нарастание поступления
солнечной энергии от полюсов к экватору.
Радиационный баланс зависит от многих
факторов — от широты местности, характера
подстилающей поверхности, степени увлажненности
территории. В пределах тропических, умеренных
и частично полярных широт радиационный
баланс имеет положительное значение,
но в Центральной Арктике годовой радиационный
баланс отрицательный и равен —11 кДж/
(см2-год), а во внутренних районах Антарктиды
он достигает —42 кДж/(см2 -год). Максимальный
радиационный баланс на материках не превышает
336—339 кДж/(см2- год).
В соответствии с
поступлением тепла на поверхности
Земли формируются термические
пояса планеты (табл. 1).
2.3. Понятие о коэффициенте
увлажнения и индексе сухости
Важнейшим компонентом
земной атмосферы является вода.
Вода является непременным условием
формирования всех природных
экосистем, условием возникновения
большинства процессов, протекающих
на поверхности Земли и в
ее недрах. «Картина видимой природы
определяется водой», — так писал
В. И. Вернадский (1933).
В мировой круговорот
ежегодно вовлекается около 577
тыс. км3 воды (505 тыс. км3 испарение
с поверхности океана и 72 тыс.
км3 с поверхности суши), из которых
около 119 тыс. км3 ежегодно выпадает
на сушу в виде осадков.
Количество выпадающей
из атмосферы воды в различных
природных зонах сильно варьирует.
В целом поступление атмосферных
осадков резко нарастает от
полюса к экватору. Однако внутри
континентов наблюдаются значительные
отклонения от этой общей закономерности
в связи с особенностями атмосферной
циркуляции, размером и строением
материков, наличием горных цепей
и низменностей, близостью расположения
местности от побережья морей
и океанов, наличием холодных
или теплых морских течений.
В силу тех или иных географических
причин на конкретной территории
складывается определенный тип
теплового и водного режимов,
значительно нарушающих правильность
широтных поясов.
Впервые способ характеристики
климата как фактора водного
режима почв был введен в
практику почвоведения Г. Н.
Высоцким. Им было введено понятие
о коэффициенте увлажнения территории
(К) как о величине, показывающей
отношение суммы осадков (Q, мм)
к испаряемости (V, мм) за тот же
период (К=Q/V). По его подсчетам
эта величина для лесной зоны
равна 1,38, для лесостепной— 1,0, для
степной черноземной-0,67 и для
зоны сухих степей — 0,33.
В дальнейшем понятие
о коэффициенте увлажнения было
детально разработано Б. Г.
Ивановым (1948) для каждой поч-венно-географической
зоны, а коэффициент стал называться
коэффициентом Высоцкого — Иванова
(КУ).
По обеспеченности
суши водой и особенностям
почвообразования на земном шаре
можно выделить следующие области
(Будыко, 1968)(табл.2):
Таблица 2.
Климатические области
Климатические области
Среднегодовое
количество
осадков, мм
Коэффициент
увлажнения
(КУ)
Исключительно сухие
10—20
0,2—0,1
Засушливые (аридные)
50-150
0,5—0,3
Умеренно сухие (семиаридные)
200—400
0,7 -0,5
Влажные (гумидные)
50—800
1,0
Избыточно влажные
1500—2000
1,2—1,5
Особенно влажные (супергумидные)
3000—5000
1,5—2,0- 3,0
В соответствии с
поступлением влаги и ее дальнейшим
перераспределением каждый природный
регион характеризуется показателем
радиационного индекса сухости
К = R/ar, где Я— радиационный
баланс, кДж/(см2*год); r — количество
осадков в год, мм; a — скрытая
теплота фазовых преобразований
воды, Дж/г.
Радиационный индекс сухости
показывает, какая доля радиационного
баланса тратится на испарение осадков.
Изолинии индекса сухости в северном
полушарии в общем совпадают
с распространением природных зон.
Ниже приведены значения радиационного
индекса сухости для различных
природных зон Северного полушария
(по А. А. Григорьеву и М. И. Будыко, 1965).
Таблица 3.
Значения радиационного
индекса сухости для различных
природных зон Северного полушария
Зоны и подзоны
К = R/ar
Зоны и подзоны
К = R/ar
Северная тундра
0,37—0,40
Широколиственные леса
0,85— 1,00
Южная тундра
0,40—0,55
Лесостепь
1,00—1,30
Лесотундра
0,55-0,56
Степи
1,30-2,50
Северная тайга
0,56 -0,6
Северные полупустыни
2,50—4,00
Средняя тайга
0,6—0,75
Южные
полупустыни и
пустыни
3,00-15.00
Южная тайга
0,75 -0,85
Исключительно большая
роль климата в процессах почвообразования
заставила на основе учета
термических параметров произвести
выделение в каждом почвенном
типе фациальных подтипов, для
которых вводятся номенклатурные
обозначения, связанные с их
термическим режимом: жаркие, теплые,
умеренно теплые, холодные, умеренно
холодные, промерзающие, непромерзающие
почвы и т. д. Например, дается
такое определение: чернозем обыкновенный
очень теплый, периодически промерзающий
{встречается в Молдавии, на юге
Украины, в Предкавказье), или
— дерново-подзолистые умеренно
холодные длительно промерзающие
почвы (южно-таежные леса).
2.4. Микроклимат
Помимо «общеземного»
климата, определяющего главные
особенности закономерного размещения
почв на земной поверхности,
в процессах почвообразования
большую роль играет местный
климат, получивший название «микроклимата».
Возникновение того или иного
типа «микроклимата» определяется
в основном формами рельефа,
экспозицией склонов и характером
растительного покрова.
В. Р. Волобуев (1983) к
области микроклимата относит
приземный слой воздуха на
высоте до 2 м от поверхности
Земли и его сопряжение с
поверхностными слоями почвы
с соответствующими климатическими
параметрами.
Для оценки взаимодействия
между приземным слоем атмосферы
и почвой берется сопряженность
среднегодовой температуры воздуха
на уровне 2 м от поверхности
Земли и среднегодовой температуры
почвы на глубине 20 см от
поверхности Земли. Между этими
величинами существует строгая
связь, позволяющая установить
наиболее общие количественные
соотношения, носящие в общем
прямолинейный характер как по
среднегодовым, так и по сезонным
показателям.
3. Климат почв и его
составляющие
Климат почв может
быть рассмотрен как совокупность
постоянно совершающихся в ней
физических процессов, формирующихся
под воздействием природных и
антропогенных факторов. Первыми
составляющими климата почвы
являются тепловой, водный и воздушный
режимы, подчиняющиеся макроклиматической
ритмичности и особенностям мезо-
и микроклимата.
Физические процессы
фазовых переходов почвенной
влаги (испарение, конденсация,
льдообразование) определяются температурой
влажностью и давлением, а также
их внутрипочвенными градиентами
и градиентами в системе приземный
слой воздуха-растение-почва, В
соразмерности почвенного тепла
и влаги находят количественное
выражение тепло— и влагообеспеченность
почвы - основные параметры оценки
ее климата в его практическом
приложении.
Рис.1. Континентальность
климата по Н.Н. Иванову (Шашко,
1967).
Важным показателем
климата почв является степень
суровости зимних почвенных условий,
определяющих возможность перезимовки
сельскохозяйственных культур и
интенсивность процессов педо—
криогенеза. Существенной характеристикой
климата почв является его
континентальность, определяемая
не только годовой амплитудой
температур на глубине 0,2 м,
но и величиной внутри-почвенных
градиентов (рис.1).
Оценка перечисленных
параметров климата почв необходима
для уточнения диагностики и
классификации почв, природно-агрономического
районирования, районирования сортов
сельскохозяйственных культур, разработок
планов землепользования в хозяйствах,
приемов агротехники и мелиорации.
В качестве основных
критериев оценки приняты: для
теплообеспеченности почв - сумма
активных (выше 10°С) температур почвы
на глубине 0,2 м (рис.2.); для влагообеспеченности
- запасы продуктивной влаги
в метровом слое почвы в
начале и конце вегетационного
периода (выше 5°С среднесуточных
температур), а также гидротермический
коэффициент почвы и вероятность
почвенной засухи.
Рис.2. Сумма активных
температур почвы на глубине
0,2 м. (Герасимова и др., 2000)
Рассмотрение почвенно-климатических
условий на территории СССР (Димо,
1985) в зонально-провинциальном и
природно—сельскохозяйственном аспектах
позволило отметить следующие
закономерности в пространственном
их изменении.
По всем зонам Нечерноземной
полосы России наблюдается снижение
сумм активных температур почв,
а следовательно, их теплообеспеченности
в направлении с запада на
восток и нарастание сумм отрицательных
температур, морозоопасности и континентальности
почвенного климата в том же
направлении.
Теплообеспеченность
почв Нечерноземья изменяется
от весьма слабой (400-800°С) суммы
активных температур выше 10°С
на глубине 0,2 м в Северо-Восточной
провинции лесотундровой северо-таежной
зоны глееподзолистых и мерзлотно-таежных
почв до выше средней (2100-2700°С)
в Белорусской и Дальневосточно-Амуро-Уссурийской
провинциях южно-таежной зоны
дерново-подзолистых почв.
Соответственно, условия
суровости зимних почвенных условий
меняются от очень холодных
крайне морозоопасных (-2000°С ниже)
сумм отрицательных температур
на глубине 0,2 м в Северо-Восточной
провинции лесотундровой северо-таежной
зоны до умеренно-теплых умеренно
морозоопасных - 100-50°С сумм отрицательных
температур в Прибалтийской и
Белорусской провинциях южно-таежной
зоны.
Снижение сумм активных
температур почв происходит параллельно
уменьшению количества осадков
за вегетационный период, что
в совокупности приводит к
снижению расхода почвенной влаги
за счет суммарного испарения.
Пространственное изменение запасов
продуктивной влаги отражает
сопряженность между суммами
активных температур почвы, количеством
осадков и суммарным испарением,
но зависит в равных условиях
растительного покрова от физических
свойств почв и подстилающих
пород, определяющих специфику
почвенного климата. Особое значение
здесь приобретает наличие вечной
мерзлоты.
Влагообеспеченность
почв изменяется на территории
Нечерноземья от избыточной - при
запасах продуктивной влаги в
метровом слое почвы более
200 мм, ГТКП - 1,5 и отсутствии вероятности
почвенных засух во всех провинциях
лесотундровой северотаежной и
средне-таежной (подзолистых и
мерзлотно-таежных почв) зон, за
исключением почв Центральной
Якутской провинции, где влагообеспеченность
достаточна (200-150 мм; ГТКП - 1,5-1; вероятность
почвенных засух менее 25%) в
начале вегетационного периода
и недостаточна в конце (150-100
мм; ГТКП - 1_ 0,5; вероятность почвенных
засух - 25-50%).
Следует отметить, что
в Белорусской и Центрально-Якутской
провинциях расход влаги на
испарение превышает количество
осадков, выпадающих в вегетационный
период, и к концу его создается
дефицит продуктивной влаги в
метровом слое почвы по сравнению
с его запасом перед началом
вегетационного периода. В почвах
Средней Сибири начальный запас
равен конечному. Количество осадков
соответствует суммарному испарению.
Лимитирующим успешное
возделывание сельскохозяйственных
культур фактором территории
Нечерноземья, характеризующейся гумидными
условиями почвообразования, является,
за исключением Европейской
территории южно-таежной зоны (подзоны)
дерново-подзолистых почв, недостаток
тепла не только приземного
слоя воздуха, но главным образом
тепла почвы, ее теплообес-печенности
и условий перезимовок. Особенно
остро этот фактор проявляется
на севере и северо-востоке
страны, в области распространения
мерзлотных (криогенных) почв на
многолетнемерзлых породах.
Иные соотношения параметров
почвенного климата сформировались
в условиях полуаридной, аридной
и влажно—субтропической областей
СССР. Основным фактором, лимитирующим
успешное возделывание сельскохозяйственных
культур на территории, расположенной
южнее Нечерноземной полосы (за
исключением влажных субтропиков),
является влага, поэтому оценка
влагообеспеченности почв здесь
является первоочередной.
Вместе с тем было
бы неправильным оценивать этот
фактор в отрыве от второго,
не менее значимого фактора
- тепла и теплообеспеченности
почв. Теплообеспеченность почв
лесостепной, степной сухостепной,
полупустынной и пустынной зон
снижается в направлении с
запада на восток, что выражается
уменьшением сумм относительных
и активных температур почвы.
В том же направлении наблюдается
нарастание сумм отрицательных
температур, морозоопасности и континентальности
почвенного климата.
Теплообеспеченность
почв лесостепной, степной, сухостепной,
полупустынной и пустынной зон
снижается в направлении с
запада на восток, что выражается
уменьшением сумм положительных
и активных температур почвы,
В том же направлении наблюдается
нарастание сумм отрицательных
температур, морозоопасности и континентальности
почвенного климата. Снижение
сумм активных температур почв,
так же как и в Нечерноземной
полосе, происходит параллельно
уменьшению количества осадков
за вегетационный период, что
в совокупности приводит к
снижению расхода почвенной влаги
за счет суммарного испарения.
Пространственное изменение запасов
продуктивной влаги в метровом
слое почвы отражает сопряженность
между суммами активных температур
почвы, количеством осадков и
суммарным испарением в вегетационный
период.
Теплообеспеченность
почв наибольшая в Среднеазиатской
провинции субтропической пустынной
зоны серо-бурых и такыровидных
почв, песков и такыров и оценивается
как весьма высокая (5600-7200°С). Наиболее
низкая - ниже средней (1200-1600°С) теплообеспеченность
в Среднесибирской провинции
лесостепной зоны серых лесных
почв, оподзоленных, выщелоченных и
типичных черноземов.
Суровость зимних почвенных
условий наиболее выражена в
Восточно-Сибирской провинции степной
зоны обыкновенных и южных
черноземов, где они оцениваются
как холодные морозоопасные (2000-1000°С
ниже нуля). Теплые неморозоопасные
условия характеризуют почвы
субтропической лесной зоны желтоземов
и красноземов (от 50° сумм отрицательных
температур почвы до 0°с).
Избыточному увлажнению
подвержены почвы Западно-Грузинокой
провинции этой зоны (более 200
мм запасов продуктивной влаги
в вегетационный период в метровом
слое почвы), за исключением красноземов,
водопрочная структура которых
обеспечивает хорошую их водопроницаемость.
Достаточным увлажнением
как в начале, так и в конце
вегетационного периода характеризуются
почвы Среднерусской провинции
лесостепной зоны (200-150 мм). Крайняя
степень необеспеченности влагой (сухо
в течение года) отмечается в Арало-Балхашской
провинции пустынной зоны серо—бурых
почв, песков и солончаков и в Средне-Азиатской
провинции субтропической пустынной зоны
южных серо-бурых такыровидных почв, песков
и тыкыров.
Заключение
Климат как фактор
почвообразования сложен, его воздействие
на почвы многообразно. С климатом
связаны энергетика почвообразования,
тепловой и водный режим почв,
продолжительность промерзания
распределение типов почв по
поверхности земли.
Для понимания происходящих
в почвах процессов большое
значение имеют климатические
показатели к ним относят агроклиматические
показатели вегетационного периода
и среднегодовые общеклиматические
показатели. Солнечная радиация
и влажность климата устанавливают
постоянный тепло и влагообмен
между почвой и атмосферой. Зная
вид климата можно многое сказать
отипе почвы данной территории
Литература:
Герасимова М.И., Алябина
И.О., Урусевская И.С., Шоба С.А., Таргульян
В.О. Методические подходы к
картографической оценке климата
как фактора почвообразования //
Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение.
2000. № 4. С. 9-14.
Димо В.Н. климат
почв и его составляющие на
равнинной территории СССР// Климат
почв : Сб. науч. тр. / АН СССР. науч. центр
биол. исслед. Ин-т почвоведения и
фотосинтеза и др.; Почв. ин-т им.
В.В.Докучаева Пущино, 1985. - 180 с.
Иенни Г. Факторы
почвообразования. М.: Изд-во иностр.
лит-ры, 1948. 348 с.
Шашко Д.И. Агроклиматическое
районирование СССР. М.: Колос, 1967. 335
с.
