Атмосферное увлажнение почв различных ландшафтных зон
Ландшафтные зоны | Почвы | Среднегодовые суммы осадков, мм | Индекс сухости К | Коэффициент увлажнения х, | Тип водного режима почв |
Тундра | Тундрово- глеевые, болотные | 100-250 | <0,45 | >2,2 | Преимущественно водо- застойный |
Тайга | Подзолистые, подбуры | 350-600 | 0,45-0,8 | 2,2-1,2 | Промывной |
Лесостепь | Серые лесные | 350-500 | 0,8-1,2 | 1,2-0,5 | Периодически промывной |
Степь | Черноземы, каштановые | 250-400 | 1,2-3,0 | 0,6-0,3 | Непромывной |
Полупустыня | Бурые пустынно- степные | 150-250 | 3,0-5,0 | 0,3-0,2 | » |
Пустыня | Серо-бурые пустынные | <150 | >5,0 | <0,2 | » |
Влажные субтропические леса | Красноземы и желтоземы | 1000-2600 | 0,45-0,6 | 2,2-1,6 | Промывной |
В зависимости от коэффициента увлажнения, характера дренированности уровня грунтовых вод в почвах формируются различные типы водного режима.
Там, где Ку > 1,0 и в почвах имеет место свободный дренаж, избыток атмосферной влаги, поступающей в почвенную толщу, просачивается насквозь ее и пополняет грунтовые воды. Такой тип водного режима называется промывным (рис. 4.1). Промывной тип водного режима характерен для почв таежной зоны, субтропических и тропических лесов (см. табл. 4.2). При этом типе водного режима
происходит растворение и перемещение в нижнюю часть почвы или за ее пределы многих минеральных и органических продуктов почвообразования.
При коэффициенте увлажнения >1,0, но плохом дренаже (чему способствует плоский рельеф и тяжелый гранулометрический состав почв) избыток атмосферной влаги застаивается в почвах и в них формируется временная или постоянная почвенная верховодка. Такой тип водного режима называется водозастой- ным. Он развит, например, во многих тундровых или болотных таежных почвах. Его усилению способствует неглубокий уровень вечной мерзлоты, служащей водоупором. При водозастойном режиме продукты почвообразования остаются на месте, а в почве возникает комплекс явлений, связанных с переувлажнением почв.
В условиях, где коэффициент увлажнения <1,0, т. е. сумма осадков за год меньше, чем суммарная испаряемость, вся влага, попадающая в почву, расходуется на испарение и десукцию. Почва промачивается не на полную мощность, и между границей промачивания и верхней границей фунтовых вод имеется постоянно сухой слой, названный «мертвым горизонтом». Такой тип водного режима называется непромывным (рис. 4.2). Непромывной тип водного режима ха-
Рис. 4.1. Водный режим промывного типа: а _ нисходящие потоки атмосферной влаги; б — восходящие потоки капиллярной и парообразной влаги; в — горизонты пресных грунтовых вод
Рис. 4.2. Водный режим непромывного типа: а — нисходящие потоки атмосферной влаги; б — восходящие потоки капиллярной и парообразной влаги; " — горизонты слабоминерализованных фунтовых вод; г — непромываемый «мертвый» горизонт
рактерен для большинства почв степей, полупустынь и пустынь. При непромывном типе водного режима продукты почвообразования не выносятся за пределы почвы, а лишь перемещаются на какую-то глубину в ее толщу.
На низменных слабодренированных равнинах или в местных понижениях рельефа — на низких террасах рек, озер и в различных западинах, где уровень фунтовых вод весьма часто расположен близко к поверхности, могут быть развиты гидроморфные (или супераквальные) почвы. Наряду с атмосферной влагой они получают также влагу, поднимающуюся от грунтовых вод. Гидроморфные почвы характеризуются своими водными режимами. Так, если осадки превышают суммарную испаряемость и коэффициент увлажнения территории >1, в почвах с затрудненным дренажем создается водозастойный режим, подобный описанному для автоморфных почв, но часто более резко выраженный. При этом режиме влага атмосферных осадков идет на пополнение грунтовых вод, уровень которых начинает приближаться к поверхности, и почвы сильно переувлажняются. Водозастойный режим имеют почвы низинных болот, которым свойственно грунтовое питание.
При коэффициенте увлажнения <1, когда суммарная испаряемость превышает количество выпадающих осадков, в гидроморфных почвах влага по капиллярам поднимается в иссушающуюся верхнюю часть толщи, где испаряется и расходуется на десукцию (поглощается корнями растений). В почвах возникают восходящие токи влаги и выпотной тип водного режима (рис. 4.3, см. табл. 4.2). Выпотной режим в гидроморфных почвах свойствен территориям, в пределах которых автоморфные почвы характеризуются непромывным режимом, — это зоны степей, полупустынь и пустынь. При выпотном режиме соли, растворенные в грунтовых водах, при испарении и десукции постепенно накапливаются в почвах, Если капиллярная кайма достигает поверхности почв, то максимум солей на-
Рис. 4.3. Водный режим выпотного типа:
а — восходящие потоки капиллярной и парообразной влаги;
б — горизонты сильноминерализованных фунтовых вод
капливается на поверхности. Если поток поднимающейся по капиллярам влаги не достигает поверхности, то засолению подвергаются более глубокие части почвенной толщи.
Динамикой атмосферно-климатических явлений во многом обусловливается воздушной режим почв. На скорость воздухообмена между почвой и атмосферой влияют изменение влажности и температуры почвы, сила ветра, рост и падение барометрического давления. Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным имеют суточный и годовой ход. При воздухообмене из почвы главным образом диффундирует углекислота, продуцируемая корнями и микроорганизмами, а в почву из атмосферы поступает кислород взамен израсходованного в почвенной толще на процессы дыхания и окисления минералов и органических остатков. В непереувлажненных почвах со средней порозностью летом выделяется в сутки от 2 до 10 л/м2 углекислого газа и поглощается столько же кислорода. В верхней части почвенной толщи полный воздухообмен осуществляется за несколько часов.
Еще одной производной климатических характеристик является тепловой (или температурный) режим почв. Количество солнечного тепла, которое получают почвы, как и количество тепла, которое они отдают атмосфере, периодически изменяется в течение суток и по сезонам года. В суточном цикле с восхода солнца и до 14 ч почва нагревается, затем она постепенно начинает охлаждаться. Максимальное охлаждение наблюдается около 4—5 ч ночи.
В годовом цикле почва нагревается с первых месяцев весны до середины лета, затем постепенно охлаждается. Суточные колебания температур обычно проявляются до глубины немногим более 50 см. Годовые колебания температур иногда распространяются до глубины 15 м (наиболее резкие — до 3,5 м). На распространение тепла в почвенной толще требуется некоторое время, обусловленное ее теплопроводностью, поэтому с глубиной наблюдается все большее запаздывание соответствующих температур по сравнению с поверхностью почвы. Рассмотрим основные типы температурных режимов почвы, выделяемые В.Н. Димо. Их дифференциация основана главным образом на учете интенсивности процессов промерзания почв, т. е. на динамическом показателе.
Тип 1. Мерзлотный. Характерен для почв с вечной мерзлотой сплошного типа. В течение года преобладает процесс охлаждения почвы. В холодный период почва промерзает до верхней границы вечномерзлых пород. Процесс нагревания сопровождается протаиванием сезонно-мерзлого слоя. Среднегодовая температура почвы и температура на глубине 0,2 м самого холодного месяца — отрицательные (рис. 4.4).
Тип 2. Длительносезоннопромерзающий. Охлаждение почвы сопровождается промерзанием. Длительность промерзания не менее 5 мес., глубина проникновения отрицательных температур более 1 м. Сезонное промерзание не сопровождается смыканием с возможной вечной мерзлотой островного типа. Прогревание почвы приводит к оттаиванию. Среднегодовая температура почвы обычно положительная, но температура самого холодного месяца на глубине 0,2 м отрицательная (рис. 4.5).
Тип 3. Сезоннопромерзающий. Процесс охлаждения сопровождается процессом неглубокого промерзания. Длительность промерзания от нескольких дней до 5 мес. Среднегодовая температура положительная. Температура самого холодного месяца на глубине 0,2 м отрицательная. Вечная мерзлота отсутствует (рис. 4.6).
Тип 4. Непромерзающий. В годовом цикле преобладает процесс нагревания. Промерзания и морозности нет. Отрицательные температуры в почве отсутствуют или наблюдаются лишь несколько дней. Температура самого холодного месяца на глубине 0,2 м положительная (рис. 4.7).
Тип 5. Постоянно теплый. Температура самого холодного месяца во всей толще не опускается ниже 10 °С (т. е. ниже уровня биологически активных температур).
Тип 6. Постоянно жаркий. Суточные амплитуды температур превышают годовые амплитуды, а среднегодовая температура почв на глубине 0,2 не опускается ниже 20 °С.
Подытоживая оценку вкладов факторов географической среды в механизмы почвообразования, еще раз подчеркнем, что в первую очередь в этой связи речь должна идти о производных биологического фактора (круговорот веществ в системе организмы—почва) и климатического фактора (водный, воздушный и тепловой режимы почв).
Рис. 4.4. Термоизоплеты почв температурного режима мерзлотного типа
(по В.Н. Димо): а — мыс Шмидта; 6 — Якутск
Рис. 4.5. Термоизоплеты почв температурного режима длительно сезоннопромерзающего типа (по В.Н. Димо): а — Хибины; б — Чита
Рис. 4.6. Термоизоплеты почв температурного режима сезоннопромерзающего типа (по В.Н. Димо): а — Оренбург; б — Волгоград
Значительно меньшую роль играют здесь геологический и геоморфологический факторы (см. рис. 5.1).
Все вышеупомянутые механизмы и процессы почвообразования, так или иначе отражающие динамику географических факторов, как можно заметить, представляют собой отдельные физические, механические, химические или биологические процессы. Их совокупность естественным образом делится на четыре группы (по А.А. Роде, 1971):
1) обмен веществом и энергией между почвой и другими природными телами;
2) превращения веществ и энергии в почве;
3) изменения физического состояния вещества в почве;
4) передвижение веществ и энергии в почве.
К первой группе (обмен веществ) относятся следующие процессы:
а) многосторонний обмен газами в системе атмосфера—почва - грунт—растение;
б) такой же многосторонний обмен влагой (жидкой и парообразной) в той же системе;
в) обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе Солнце—растения—атмосфера—космическое пространство;
г) многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера— почва—растение—грунт;
д) двусторонний обмен зольными веществами и азотом в системе почва—растительность;
Рис. 4.7. Термоизоплеты почв температурного режима непромерзающего типа
(по В.Н. Димо): а — Сочи; б — Тбилиси
е) безобменное, преимущественно одностороннее, поступление в почву органического вещества, синтезированного растениями;
ж) двусторонний обмен между почвой и атмосферой пылью;
и) двусторонний обмен между почвой и грунтом (грунтовыми водами) солями.
Ко второй группе процессов (превращение веществ и энергии в почве) относятся следующие:
а) реакции разложения органических соединений, входящих в состав растительных и животных остатков;
б) многообразные явления микробного синтеза и микробного разложения, образования и разложения органоминеральных соединений разной природы;
в) внутрипочвенный обмен ионами и молекулами между твердой и жидкой фазами;
г) фиксация молекулярного азота из почвенного воздуха, а также аммонификация, нитрификация, денитрификация;
д) явления новообразования и распада различных органических кислот и солей;
е) явления окисления и восстановления, в особенности соединений железа и марганца;
ж) отдельные реакции, из которых слагаются явления разложения и превращения первичных и вторичных минералов и синтеза вторичных.
Третья группа процессов (изменения физического состояния вещества в почве) включает:
а) фазовые переходы воды (испарение и конденсация, замерзание и таяние) и солей (растворение и кристаллизация);
б) изменения структурного состояния почвенной массы (агрегация и дезагрегация, коагуляция и пептизация);
в) изменение степени дисперсности (физическое дробление минеральных частиц, образование твердых конкреций).
И четвертую группу процессов (передвижение вещества в почве) составляют следующие из них:
а) передвижение воздуха внутри почвы под влиянием изменений атмосферного давления и температуры;
б) диффузное передвижение газов в почвенном воздухе;
в) передвижение жидкой влаги и растворенных в ней веществ под влиянием силы тяжести, капиллярных, сорбционных и осмотических сил;
г) передвижение водяного пара, обусловленного градиентом его давления;
д) передвижение твердой почвенной массы животными-землероями, гравитацией и криотурбационными явлениями.
Некоторые из перечисленных процессов свойственны только почвам. Это прежде всего процессы обмена веществом и энергией между почвой и растительностью, почвой и другими природными телами. Но большинство из них не являются специфичными только для почв, они общие для разных сред и идут, например, в горных породах, в гидросфере, в атмосфере, на дне океанов и морей. К таким процессам относятся синтез и разложение органических веществ и минералов, фазовые переходы вещества и др.
Все названные в четырех группах процессы получили название почвенные микропроцессы, или элементы почвообразования.
В настоящее время в почвоведении развито представление об иерархической системе почвенных процессов, в пределах которой выделяются четыре уровня процессов по степени их сложности и специфичности. Почвенные микропроцессы занимают самый низкий уровень иерархии и рассматриваются именно как составляющие элементы для процессов более высоких уровней. При совместном длительном протекании определенных комбинаций микропроцессов развиваются элементарные почвообразовательные макропроцессы, а сочетания последних, в свою очередь, выражаются в частных почвообразовательных макропроцессах. Процесс, который охватывает всю почвенную толщу в целом, называется общим почвообразовательным макропроцессом.
Глава 5
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 742;