Климат как фактор почвообразования

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).

Таким образом, общепланетарное значение климата сказывается прежде всего в распределении по лику земного шара почвенно-биоклиматических поясов, зон и областей. На основании соотношений поступления тепла и воды на земную поверхность и в соответствии с их относительной ролью в почвообразовании выделяются гидротермические ряды почв.

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.

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.

Аналогичные закономерности были установлены и по водному режиму почв. Показано наличие тесной связи влажности почв (в расчетном слое 0,4 м) с климатическими показателями увлажненности - относительной влажностью воздуха и коэффициентом увлажненности КУ.

Чередование в рельефе положительных (водоразделы, склоны) и отрицательных (впадины, межсклоновые долины, долины рек) элементов рельефа способствует перераспределению по территории влаги атмосферных осадков и созданию контрастных водных режимов почв возвышенных и пониженных участков. На террасах и поймах при этом сказывается влияние близкого уровня грунтовых вод и паводков.

На равнинных территориях перераспределителем тепла и влаги служит микрорельеф. Микрозападины являются местными аккумуляторами поверхностных вод и играют значительную роль в создании местного микроклимата.

Не меньшая роль в создании микроклимата принадлежит растительности. При одинаковом строении рельефа создаются большие различия в водно-тепловом режиме почв на участках, занятых лесной растительностью и открытым полем или лугом (Факторы почвообразования).

3.1. Климат и режимы почв

Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называют тепловым режимом почвы, регулирование которого включает приемы, затенения почвы растительностью, мульчой, механической обработки, способы посева, орошение, осушение, снежные мелиорации. В овощеводстве применяют биотопливо, электрический, паровой и водяной обогревы.

Воздушный режим почвы - это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в ней и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы. Эта взаимосвязь и зависимость составных фаз почвы свидетельствует, что приемы оптимизации воздушного режима одновременно являются и приемами регулирования пищевого и водного режимов (Мамонтов В.Г.,2006).

Совокупность процессов поступления, передвижения, изменения физического состояния и расхода влаги составляет суть водного режима, количественным выражением которого является водный баланс почвы, состоящий из приходной и расходной части:

Wn+(A+OH+Г+К)-(И+Т+Ф+С)=Wу         (2),

где Wn - запас воды при посеве и уборке культуры;

A - атмосферные осадки за вегетацию культуры;

OH - оросительная норма;

 Г -приход из грунтовых вод;

 К - конденсация водяных паров;

И - физическое испарение почвой;

Т - транспирация культуры;

Ф- фильтрация в грунтовые воды;

 С - сток воды.

Расходная часть баланса, включая испарение, транспирацию, фильтрацию и сток, составляет суммарное водопотребление культуры, обозначаемое буквой Е и при возделывании риса по величине совпадает с испаряемостью с водной поверхности, которая рассчитывается по формуле:

Е, мм/месяц = 0,0018 х (25 + t˚С)2 х (100 - Wв), что позволяет определить коэффициент увлажнения (Q), как отношение атмосферных осадков к испаряемости, и характеризующий типы водного режима и группы климата.

Выделяют 6 типов водного режима: мерзлотный, промывной (Q>1), периодически промывной (Q=1,0), непромывной автоморфных почв (Q<1), выпотный (Q<1) гидроморфных и полугидроморфных почв, ирригационный (Q=1,0) создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами.

Одновременно по Q выделяют 6 групп климата: очень влажный (экстрагумидный Q>1,33), влажный (гумидный 1,33-1,0), полувлажный (семигумидный 1,0-0,55), полусухой (семиаридный 0,55-0,33), сухой (аридный 0,33-0,12) и очень сухой (экстрааридный Q менее 0,12).

По сумме среднесуточных температур воздуха более 10˚С выделяют 5 групп климата: холодный (полярный - менее 600˚С), холодно-умеренный (бореальный 600-2000˚С), тепло-умеренный (суббореальный 2000-3800˚С), теплый (субтропический 3800-8000˚С) и жаркий (тропический более 8000˚С).

Группа климата и основные агрометеорологические показатели отражают период вегетации культур в зоне, который начинается и заканчивается при переходе среднесуточной температуры воздуха через +5˚С и оптимальное время возобновления весенней вегетации (ВВВВ) на широте Уральска приходится на 7±2 апреля, а время прекращения осенней вегетации (ВПОВ) - 20±2 октября. Поэтому основная задача периода покоя культур - накопить и сохранить почвенную влагу, а периода вегетации - рационально ее использовать.

Проблема регулирования водного режима будет решена окончательно, если в будущем осуществится мечта человека - в широких масштабах управлять состоянием атмосферы, так как в 5 км толще атмосферы Приуралья летом носится влаги 2000мм, зимой - 1500мм, а фактически выпадает в год 200-350мм. Второй способ радикально регулирования водного режима - искусственное орошение, позволяющее одновременно оптимизировать воздушный и пищевой режим почв и получать запрограммированный урожай культур. Третий способ - воздействие на микроклимат созданием полезащитных, водоохранных и других лесных насаждений, искусственных водоемов и т. д. Четвертый основной способ - применение оптимальных агротехнических приемов максимального и сохранения атмосферных осадков и их рационального использования культурными растениями.

Приемы накопления почвенной влаги за счет осеннее-зимних и ранне-весенних осадков в наших условиях следующие:

• создание мощного пахотного слоя с пористостью 60% с хорошей водопроницаемостью путем основной обработки и внесения органических удобрений;
• чередование глубоких, средних и мелких обработок, уничтожающие плужную «подошву» почвы;
• зяблевая обработка почвы при влажности структурообразования, которая по сравнению с весновспашкой увеличивает запасы воды на 20-30мм;
• контурная обработка с поделкой микролиманов, так как после прохода лункообразователя на 1га образуется 14 тыс. лунок глубиной 12-15см и емкостью 250-300м3;
• щелевание на полях озимых и многолетних культур увеличивает промачивание на 30-35см;
• плоскорезная обработка снижает скорость ветра, глубину промерзания, глыбистость и увеличивает усвоение осадков на 10%;
• черный пар по сравнению с ранним имеет больше влаги на 20-25 мм, а посев кулис увеличивает усвоение осадков второй зимы;
• все мероприятия по задержанию снега и талых вод.
• Приемы сохранения почвенной влаги:
• боронование почвы, когда действует капиллярный механизм передвижения влаги в жидком виде;
• уплотнение и выравнивание почвы, когда преобладает диффузно-конвекционный механизм движения воды в интервале ВЗР-ВУЗ;
• мульчирование почвы;
• применение отрицательных грядок;
• систематическое уничтожение сорняков.
• Приемы рационального использования влаги:
• оптимальная структура посевных площадей с зональными засухоустойчивыми сортами и гибридами;
• оптимальные сроки и нормы посева;
• лучшие способы посева и глубина заделки семян
• научно обоснованное чередование культур в севообороте с обеспечением растений оптимальными условиями жизни.

При этом, исходя из закона совокупного действия факторов жизни, при регулировании водного режима почвы одновременно происходят изменения в количественном и качественном составе воздуха, тепла и питательных веществ. Так, наиболее благоприятный водно-воздушный режим темно-каштановой почвы складывается в интервале влажности НВ-ВЗР, что позволяет диагностировать предел оптимальной скважности и плотности.

Глубокое знание законов природы и их практическое использование в любой системе земледелия позволяет контролировать баланс питательных элементов в модели почва - растение, добиваясь оптимального их количества и соотношения. Растению безразлично, поступает ли элемент питания с органическим или минеральным источником, но он должен находиться в почве в доступной форме, нужном количестве и оптимальном соотношении с другими питательными элементами (Оценка качества почв).

1. Водный режим и климат

Роль воды в почвообразовании исключительно велика и многообразна. С влажностью почвы функционально связаны многочисленыее химические и физико-химические реакции, протекающие в ней, новообразование минералов и процесс гумусообразования. Благодаря нисходящему движению влаги осуществляется миграция подвижных в конкретных геохимических условиях продуктов почвообразования, что приводит к дифференциации почвенного профиля на генетические горизонты. Особенно ярко этот процесс выражен в почвах, формирующихся в условиях промывного типа водного режима (подзолистых, дерново-подзолистых и др.) При воздействии на почву минерализованных грунтовых вод развиваются   такие негативные процессы, как засоление и осолонцевание, существенно снижающие почвенное плодородие. Вода выступает и в качестве терморегулирующего фактора, в значительной степени определяя тепловой режим почв. С ее динамикой в почве связаны воздушный и окислительно-восстановительный режимы. Наряду с этим вода является одним из важнейших факторов, способствуюших выветриванию горных пород, подготавливающему минеральную основу для почвообразования.

От влажности почвы в огромной степени зависит напряженность биологических процессов, а также рост и развитие зеленых растений. Так, сельскохозяйственные культуры для создания 1 г сухого вещества потребляют до 1000 г воды. С водой в растения поступают элементы минерального питания. Растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Недостаток влаги в почве ведет к угнетению растений вплоть до их гибели. Избыток влаги в почве также отрицательно сказывается на развитии растений и жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, поскольку при этом ухудшается воздушный режим почвы (Мамонтов В.Г.,2006).

Водный режим  почв - совокупность процессов поступления, передвижения и расхода влаги в почве.

Основной источник почвенной влаги атмосферные осадки, количество и распределение которых во времени зависят от климата данной местности и метеорологических условий отдельных лет. В почву поступает меньше влаги, чем выпадает её в виде осадков, так как значительная часть задерживается растительностью, в особенности кронами деревьев. Вторым источником поступления влаги в почву является конденсация атмосферной влаги на поверхности почвы и в её верхних горизонтах (10-15 мм). Туман может оказывать значительно больший вклад в сумму осадков (до 2 мм/сутки), хотя и является более редким явлением. Практическое же значение тумана проявляется преимущественно в прибрежных районах, где в ночное время над поверхностью почвы собираются значительные массы влажного воздуха.

Часть поступившей на поверхность почвы влаги образует поверхностный сток, который наблюдается весной во время снеготаяния, а также после обильных дождей. Величина поверхностного стока зависит от количества выпавших осадков, угла наклона местности и водопроницаемости почвы. Выделяют также боковой (внутрипочвенный) сток, возникающий из-за различной плотности почвенных горизонтов. При этом вода, поступившая в почву, фильтруется через верхние горизонты, а дойдя до горизонта с более тяжёлым гранулометрическим составом, формирует водоносный горизонт, называемый почвенной верховодкой. Часть влаги из верховодки всё же просачивается в более глубокие слои, достигая грунтовых вод, которые в своей совокупности образуют грунтовый сток. При наличии же уклона местности часть влаги, сосредоточенной в водоносном горизонте, может стекать в пониженные участки рельефа.

Помимо стока, часть почвенной влаги расходуется на испарение. Из-за своеобразия и непостоянства свойств почвы как испаряющей поверхности, при одинаковых метеорологических условиях скорость испарения меняется сообразно изменению влажности почвы. Величина испарения может достигать 10-15 мм/сутки. Почвы с близким залеганием грунтовых вод испаряют гораздо больше воды, чем с глубоким.

Основы учения о типах водного режима были разработаны Г. Н. Высоцким. Для выделения типов учитываются следующие факторы: наличие или отсутствие в почве вечной мерзлоты, глубина промачивания почвогрунта до уровня грунтовых вод или только в пределах профиля, преобладание в толще почвогрунта восходящих или нисходящих токов воды. Сообразно с этим, выделяются следующие типы:

 Из-за промывного типа  водного режима, оксиды железа  в подзолистой почве лёгкого  гранулометрического состава откладываются  на значительной глубине (~170 см).