Атмосферное увлажнение почв различных ландшафтных зон

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.