Климат как фактор почвообразования
Реферат
по теме:
КЛИМАТ КАК ФАКТОР
ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
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.
климат почвообразование солнечная радиация
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.
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.
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 среднетаежной (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 теплообеспеченности 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 о
типе почвы данной территории.
Литература
1. 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.
2. 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.