Климат как фактор почвообразования

Мерзлотный - в почве имеется вечная мерзлота, в тёплый период оттаивающая на небольшую глубину в пределах мерзлотного слоя, но с сохранением его значительной части. За счёт этого и атмосферных осадков над остаточным мерзлотным слоем формируется верховодка.

Характерные почвы: арктические, тундровые, мерзлотные лугово-лесные.

Сезонно-мерзлотный  - распространён в регионах, где максимум осадков приходится на летний период и они промачивают почву до уровня грунтовых вод (Амурская область, юг Хабаровского края и др.). Зимой при этом почва промерзает на глубину более трёх метров, полностью оттаивая лишь в июле-августе. До этого времени водный режим местности носит все черты мерзлотного типа.

Промывной - отмечается в почвах районов, где осадков выпадает больше, чем испаряется. Нисходящие токи воды преобладают над восходящими и почва промывается до уровня грунтовых вод. Грунтовые воды в данных условиях как правило залегают не глубже 2 м от поверхности.

Характерные почвы: подзолистые.

Периодически промывной - в почвах территорий, где количество выпадающих осадков примерно равно испарению, причём во влажные годы будет наблюдаться больше количество осадков и, соответственно, промывной режим, а в сухие преобладание испарения и непромывной водный режим.

Характерные почвы: серые лесные.

Эрозионно-промывной - на участках, подверженных водной эрозии.

Непромывной - отмечается в почвенно-климатических зонах, где расходная статья водного баланса преобладает над приходной, влагооборотом охвачен лишь почвенный профиль, грунтовые воды залегают глубоко, нисходящие токи преобладают над восходящими (так как главный расход воды приходится не на физическое, а на транспирационное испарение).

Характерные почвы: чернозёмы.

Выпотной - при сумме осадков значительно меньше испарения. При этом испаряется не только влага, выпавшая в виде осадков, но часть высокостоящих грунтовых вод, в результате чего грунтовые воды поднимаются по капиллярам, достигая верхних горизонтов почвенного профиля. Так как в данных условиях грунтовые воды чаще всего минерализованы, то вместе с влагой по капиллярам переносятся растворённые соли.

Характерные почвы: солончаки, солонцы.

Застойный - распространён на заболоченных участках. Все поры почвы оказываются заполненными водой, испарению препятствует специфическая растительность (сфагновые мхи и др.).

Характерные почвы: болотные.

Намывной - при ежегодном продолжительном затоплении территории во время разлива рек.

Характерные почвы: аллювиальные (пойменные).

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 почвенно-географической зоны, а коэффициент стал называться коэффициентом Высоцкого — Иванова (КУ) (Биофайл:научно-информационный журнал).

 

2. Тепловой режим и климат

Тепловой режим почв - совокупность и последовательность всех явлений поступления, перемещения, аккумуляции и расхода тепла в почве на протяжении определенного отрезка времени (так различают суточный и тепловой режимы). Основным показателем теплового режима является температура почвы (на разных глубинах почвенного профиля). Она зависит от климата, рельефа, растительного и снежного покрова, тепловых свойств почвы.

Тепловой режим обусловлен преимущественно радиационным балансом, который зависит от соотношения энергии солнечной радиации, поглощенной почвой, и теплового излучения. Некоторое значение в теплообмене имеют экзо- и эндотермические реакции, протекающие в почве при процессах химического, физико-химического и биохимического характера, а также внутренняя тепловая энергия Земли. Однако два последних фактора оказывают незначительное влияние на термический режим почвы. Количество тепла, приходящее изнутри земного шара к поверхности почвы, составляет всего 55 кал (230 Дж)/см² в год.

Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты местности и времени года. В тундре он равен 10-20 ккал (42-84 кДж)/см², в южной тайге - 30-40 (126-167), в черноземной зоне - 30-50 (126-209), а в тропиках превышает 75 ккал (314 кДж)/см² в год.

И величина радиационного баланса, и дальнейшее преобразование фактически поступившего в почву тепла теснейшим образом связаны с тепловыми свойствами почвы: теплоемкостью и теплопроводностью. Однако наиболее крупные изменения в тепловом режиме почв определяются различиями общеклиматических условий. Чаще всего о тепловом режиме судят по ее температурному режиму. Температурный режим графически изображается в виде термоизоплет - кривых, соединяющих точки одинаковых температур.

Температурный режим почв следует за температурным режимом приземного слоя, но отстает от него. Средние годовые температуры почвы возрастают с севера на юг и с востока на запад. В пределах России и сопредельных государств среднегодовая температура почвы изменяется в пределах от -12 до +20°С. Выделяются 2 области - положительных и отрицательных среднегодовых температур почвы на глубине 20 см. Геоизотерма 0°С проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см. в основном совпадает с областью распространения многолетнемерзлых пород.

Типы температурного режима почв - по классификации В. Н. Димо выделяются следующие типы температурного режима.

Мерзлотный. Среднегодовая температура профиля п. имеет отрицательный знак. Преобладает процесс охлаждения, сопровождающийся промерзанием почвенной толщи до верхней границы многолетнемерзлых пород.

Длительно-сезонно-промерзающий. Преобладает положительная среднегодовая температура профиля п. Отрицательные температуры проникают глубже 1 м. Длительность процесса промерзания но менее 5 месяцев. Сезонно промерзающая толща не смыкается с многолетнемерзлыми породами. Не исключено отсутствие многолетнемерзлых пород.

Сезонно-промерзающий. Среднегодовая температура профиля п. положительная. Сезонное промерзание может быть кратковременным (несколько дней) и продолжительным (не более 5 месяцев). Подстилающие породы немерзлые.

Непромерзающий. Среднегодовая температура профиля п. и температура самого холодного месяца положительные. Промерзания не наблюдаются. Подстилающие породы немерзлые.

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  (3),

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.

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) (Биофайл:научно-информационный журнал ).

3. Окислительно-восстановительный режим и климат

Почва - это сложная окислительно-восстановительная (ОВ) система. В нем проходят реакции окисления и восстановления. Под окислением понимают: присоединение кислорода, отдачу водорода, отдачу электрона. В почве существует много окислительно-восстановительных систем. Они бывают:

1) обратимыми (в которых в процессе смены ОВ режима не меняется суммарный запас компонентов): Fe3+  > Fe2+ ; Mn4+ > Mn2+ ;

2) необратимыми (в процессе изменения ОВ режима теряется ряд веществ в виде газов, осадка): NO3 > NО2 > N2

Большая часть этих реакций связана с микробиологическими процессами, имеет биохимическую природу. Главным окислителем в почве является молекулярный кислород почвенного воздуха и раствора.

Основными характеристиками интенсивности и направления ОВ процессов в почве являются:

1. Окислительно - восстановительный потенциал (ОВП) -  отражает суммарный эффект ОВ системы почвы в данный момент, разность потенциалов, возникающая между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенного в почву.

2. Eh - ОВП по отношению к водороду. Eh колеблется от 100 до 800 мВ, иногда становится отрицательным. Его оптимальные значения - от 200 до 750 мВ. Если показатели выше, наблюдается аеробиозис в почве (при этом ощущается нехватка железа, марганца, подавляются растения, у них проявляется болезнь - хлороз). При уменьшении Eh до 200 и ниже развиваются анаэробные процессы, теряются нитраты, появляются сероводород, метан, увеличивается концентрация закисного железа, ощущается дефицит фосфора и т.д.

3. rH2. Поскольку ООП в  определенной степени связан  с рН, то для получения сравнительных  данных в средах с различной  кислотностью Кларк предложил  использовать показатель rH2: rH2 = Eh/30 +2 pH. Если rН2 более 27 - в почве преобладает окисление, менее 27 – восстановление (Щелочность почвы и ее формы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Микроклимат и его влияние на почвообразование и плодородие почв

Микроклимат комплекс физических факторов внутренней среды помещений, оказывающий влияние на тепловой обмен организма и здоровье человека. К микроклиматическим показателям относятся температура, влажность и скорость движения воздуха, температура поверхностей ограждающих конструкций, предметов, оборудования, а также некоторые их производные (градиент температуры воздуха по вертикали и горизонтали помещения, интенсивность теплового излучения от внутренних поверхностей).

 Воздействие комплекса  микроклиматических факторов отражается  на теплоощущении человека и обусловливает особенности физиологических реакций организма. Температурные воздействия, выходящие за пределы нейтральных колебаний, вызывают изменения тонуса мышц, периферических сосудов, деятельности потовых желез, теплопродукции. При этом постоянство теплового баланса достигается за счет значительного напряжения терморегуляции, что отрицательно сказывается на самочувствии, работоспособности человека, его состоянии здоровья.

 Тепловое состояние, при  котором напряжение системы терморегуляции  незначительно, определяется как  тепловой комфорт. Он обеспечивается  в диапазоне оптимальных микроклиматических  условий, в пределах которого  отмечается наименьшее напряжение  терморегуляции и комфортное  теплоощущение. Разработаны оптимальные нормы М., которые должны обеспечивать в лечебно-профилактических и детских учреждениях, жилых, административных зданиях, а также на промышленных объектах, где оптимальные условия необходимы по технологическим требованиям.

В климате почвы рассматривают микроклимат верхних слоев почвы, так как имеют место различия температуры почвы по горизонтали в зависимости от ее свойств и растительного покрова. Микроклимат почвы в поле, на суходольном лугу, на мелиорируемом участке значительно отличается.

Под микроклиматом почвы подразумевают все особенности местного климата почвы, меняющиеся на небольших расстояниях, которые возникают под влиянием различий в почвенном покрове и его гранулометрическом составе, в рельефе, растительном покрове, глубине залегания грунтовых вод и т. п., а также под влиянием мелиоративных, агрономических и агротехнических особенностей. Поглощенная деятельной поверхностью лучистая энергия Солнца превращается в тепловую и передается как вглубь почвы, так и в прилегающие слои воздуха. Тепловой поток в почву определяется кондуктивной и конвенктивной теплопередачей. Значение коэффициента теплопроводности определяется физическими особенностями почвы, обусловливающими не только молекулярную теплопроводность, но и ряд других явлений. В передаче тепла от поверхности в глубину почвы и обратно определенное значение имеет передвижение воды как жидкой, так и газообразной. Вода, просачиваясь в глубину почвы или, наоборот, поднимаясь по капиллярам, переносит с собой тепло. Тепло, затраченное на испарение воды в одном слое, может выделиться в другом слое, где водяной пар конденсируется. В верхнем слое почвы наблюдаются большие по сравнению с воздухом вертикальные градиенты температуры.