Климат как фактор почвообразования. 3

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

имени А.К. ТИМИРЯЗЕВА

Курсовая работа  по теме:

КЛИМАТ КАК ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Группа 203

                                                                                                  Пивченко Д.

Москва 2010

Содержание

Введение

1. Понятие о факторах почвообразования

2. Климат как фактор почвообразования

2.1. Климат

2.2. Радиационный баланс

2.3. Понятие о коэффициенте увлажнения и индексе сухости

2.4. Микроклимат

3. Климат почв и его составляющие

Заключение

Литература:

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

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

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

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.