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

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

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.

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, ГТК_П - 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; ГТК_П - 1,5-1; вероятность почвенных засух менее 25%) в начале вегетационного периода и недостаточна в конце (150-100 мм; ГТК_П - 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.