Климат как фактор почвообразования

ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Факторы почвооб разования — элементы природной среды, под влиянием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности.
Основы учения о факторах почвообразования разработал основоположник генетического почвоведения В.В.Докучаев. Классическое определение процесса образования почв В. В. Докучаев сформулировал следующим образом: «Почвы всегда имеют свое собственное происхождение, они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отмерших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности».

Климат, рельеф, материнские горные породы и отмершие организмы — элементы природной среды. Возраст территории отражает развитие почв во времени. Все эти почвообразователи принимают равноправное участие в образовании почв. Вместе с тем подобное «равноправие» факторов отнюдь не означает, что каждый из них везде и всегда оказывает одинаковое влияние на процесс почвообразования. При постоянном и обязательном действии всех факторов (их совокупности) характер проявления каждого из них или относительная роль отдельных факторов в почвообразовании существенно изменяется. Каждый из факторов почвообразования, различаясь по своему существу, эффекту и значению, остается незаменимым. Сочетание факторов почвообразования — это комбинация экологических условий, необходимых для развития почвообразовательного процесса. При отсутствии одного из факторов исключается возможность формирования почв. Наряду с отмеченными пятью природными факторами почвообразования выделяют еще шестой — антропогенный фактор (производственная деятельность человека), оказывающий как прямое, так и косвенное влияние на почвообразование и почвенный покров.

Рассматривая климат как фактор почвообразования, необходимо иметь в виду, что в данном случае физическое тело природы — атмосфера, а климат — главный показатель атмосферных процессов, воздействующих на почву. Климат представляет собой статистический многолетний режим погоды на определенной территории. Он характеризуется средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, испаряемость и т. д.) и их крайними значениями, которые дают представление об амплитудах колебаний того или иного параметра в течение суток, сезона, года. Главные показатели климата — количество поступающей на земную поверхность солнечной радиации и количество выпадающих осадков. Солнечная радиация — важнейший источник энергии для большинства явлений, происходящих в биосфере Земли, в том числе и как почвообразовательного процесса. Космический приток солнечной энергии на верхней границе атмосферы составляет около 8,4 кДж/(см²×мин), однако поверхности Земли достигает не более 50 %. Примерно 30 % солнечной радиации отражается от атмосферы в космос, около 20 % поглощается парами воды и пылью в атмосфере и небольшая часть поступает на земную поверхность уже в виде рассеянной радиации.

Лучистая энергия Солнца, достигающая земной поверхности, превращается в другие формы энергии. Часть ее в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, трансформируется в химическую энергию, аккумулирующуюся в органических соединениях. Большее количество солнечной радиации, поглощаясь почвой, превращается в тепловую энергию, которая в дальнейшем расходуется на нагревание почвы и приземного слоя воздуха, на испарение почвенной влаги.

С помощью тепловой энергии, затрачиваемой на нагревание почвы, вней создается соответствующий температурный режим. Тепловые условия почвообразования на земной поверхности весьма разнообразны. В соответствии с поступлением тепла на поверхность Земли формируются термические пояса (группы) климатов планеты:

Полярный (холодный) -23...-15; <42 кДж/(см²×мин)
Бореальный (умеренно холодный) -4...+4; 42...84
Суббореальный (умеренно теплый) + 10; 84...209

Субтропический (теплый) +15; 209... 251
Тропический (жаркий) +32;251...335

В целом, от полюсов к экватору наблюдается закономерное увеличение количества тепла, поступающего на земную поверхность, что оказывает огромное влияние на формирование кор выветривания и характер почвообразовательных процессов. Известно, что с увеличением температуры на каждые 10⁰С скорость химических реакций возрастает в 2...4 раза. При повышении температуры увеличивается и степень диссоциации многих химических соединений. Так, если степень диссоциации воды при 0⁰С принять за 1, то при 10⁰С она возрастет в 2,7 раза, при 20⁰С — в 3,5, а при 35⁰С - в 4,5 раза. С повышением температуры увеличивается и диссоциация угольной кислоты, растворенной в воде. Поэтому по мере роста температуры все большее количество ионов водорода будет вовлекаться в процессы выветривания и почвообразования. Кроме того, чем выше радиационный баланс местности, тем более активно функционирует почвенная биота, больше синтезируется растительной биомассы и выше биологическая продуктивность территории. Поэтому процессы выветривания и почвообразования в тропиках протекают гораздо интенсивнее, чем в умеренном климате и тем более в полярных областях. По мере увеличения радиационного баланса от полярного пояса к тропическому существенно возрастает интенсивность элементарных почвенных процессов, обусловливающих как глубокую трансформацию горных пород и иллювирование продуктов почвообразования, так и сопровождающихся поступлением, синтезом и аккумуляцией новых минеральных и органических соединений и их производных. Однако при этом на характер выветривания и почвообразования в значительной степени влияютусловия увлажнения конкретной территории, т. е. количество выпадающих осадков.

Атмосферные осадки — важнейший источник воды в почве, без которой невозможно протекание химических, физико-химических и биологических процессов, а следовательно, и реализация почвообразующего эффекта лучистой энергии Солнца. Атмосферные осадки, выпадающие на сушу, — это часть воды, участвующей в мировом круговороте между океаном, атмосферой и континентами. Их ежегодное количество в среднем составляет более 100 тыс, км³. Это та влага, которая вовлекается в процессы выветривания, почвообразования и в создание биомассы. Ее значение в этих процессах исключительно велико. С атмосферными осадками в почву поступают пыль, оксиды азота, аммиак, соединения серы, а в индустриальных районах и различные токсичные вещества, в результате чего происходит загрязнение почвенного покрова. Влагу атмосферных осадков, удерживаемую в почвенных горизонтах, растения используют для создания биомассы, которая в последующем становится источником гумуса, энергии и питательных веществ. Благодаря атмосферной влаге осуществляются процессы растворения и выщелачивания веществ, гидратация, гидролиз первичных и вторичных минералов. С движением воды связаны миграционные процессы разнообразных соединений в почвенном профиле, приводящие к расчленению его на генетические горизонты, а также эрозия и переотложение смытого материала.

Количество атмосферных осадков, выпадающих в течение года в разных частях земного шара, варьирует весьма существенно. На территории абсолютных пустынь в течение длительного времени (от нескольких до 10 лет) атмосферные осадки не выпадают совершенно. В лесных областях умеренно холодного пояса ежегодно выпадает до 500-800 мм осадков. Количество атмосферных осадков, ежегодно выпадающих во влажных субтропиках, составляет 1500-2500 мм, а в экваториальных областях влажных тропиков достигает иногда 7-10 тыс. мм. Некоторые районы в дельте Ганга и Брахмапутры получают до 14 тыс. мм осадков в течение года. В целом поступление атмосферных осадков существенно возрастает от полюсов к экватору. Внутри континентов в распределении атмосферных осадков наблюдаются существенные отклонения от общепланетарной схемы. Они обусловлены особенностями атмосферной циркуляции, размерами материков, конфигурацией и высотой горных сооружений, наличием низменностей, удаленностью местности от побережья морей и океанов, близостью холодных или теплых морских течений. В зависимости от этого на той или иной территории складывается водный режим определенного типа, не всегда соответствующий поясному характеру распределения осадков.

Для характеристики влагообеспеченности территории используют коэффициент увлажнения (КУ), введенный в практику почвоведения Г. Н. Высоцким (1904) и детально разработанный Б. Г. Ивановым (1948). Его вычисляют по формуле КУ=А: Е, где А— среднемноголетнее количество осадков за год, мм; Е - испаряемость за тот же период, определенная по испарению с поверхности водоемов, мм.

В соответствии с этим коэффициентом по условиям атмосферного увлажнения выделяют климатические области (группы климатов) и сопряженные с ними почненно-растительные зоны.

Между характером почвенного покрова и количеством выпадающих осадков существует тесная взаимосвязь, которая проявляется следующим образом. В аридных регионах, где резко выражен дефицит атмосферных осадков, формируются почвы с высокой засоленностью и карбонатностью. Они бедны гумусом, вторичными минералами, имеют щелочную реакцию и низкую поглотительную способность. По мере увеличения количества выпадающих осадков активизируется процесс выноса из почвенного профиля легко- и труднорастворимых солей, снижается реакция среды, возрастают содержание гумуса, вторичных глинистых минералов и поглотительная способность почв. В областях повышенного увлажнения распространены почвы с кислой и сильнокислой реакцией среды, почвенный профиль которых почти полностью отмыт от водорастворимых хлоридов, сульфатов и карбонатов щелочных и щелочно-земельных элементов. Почвы обогащены гидроксидами и оксидами железа и алюминия, содержат мало гумуса и глинистых минералов с разбухающей кристаллической решеткой, что наряду с развитием амфолитоидности обусловливает невысокую емкость катионного обмена.

Для формирования почв большое значение имеют не только общие условия увлажнения, но также интенсивность выпадения осадков и распределение их по сезонам года. В периоды наибольшего поступления осадков происходит разбавление почвенных растворов и развитие сезонных нисходящих токов влаги, способствующих перемещению растворенных веществ и тонкодисперсных частиц. В пустынях сезонное нисходящее движение почвенных растворов происходит не ежегодно и составляет лишь несколько сантиметров. В условиях степи и саванн сезонное нисходящее движение влаги распространяется на глубину 50...70 см, а иногда на 2...3 м.

Во влажных регионах в дождливый сезон нисходящее передвижение влаги распространяется на весь почвенный профиль и кору выветривания вплоть до грунтовых вод. Это наблюдается в северных лесных областях, субтропиках и тропиках.

В периоды наибольшего увлажнения в почвах нередко создаются анаэробные условия и развиваются восстановительные процессы, соединения элементов с переменной валентностью переходят в подвижные формы и вовлекаются в миграционные процессы. Интенсивные дожди в районах с расчлененным рельефом вызывают эрозию, в результате чего смывается верхний, наиболее плодородный слой почвы. В сухие и жаркие периоды нисходящее движение сменяется восходящим в результате испарения и транспирации почвенной влаги. Увеличивается концентрация почвенных растворов, вследствие чего выпадают в осадок соединения с низкой растворимостью, коагулируют почвенные коллоиды, синтезируются новые соединения, в том числе глинистые минералы.

Важное значение имеют интенсивность и продолжительность холодных, теплых, дождливых и засушливых периодов. От степени выраженности этих процессов, их сочетания зависят тип растительности, состав и активность почвенной биоты, темпы создания и разрушения органического вещества, направление и скорость выветривания, характер миграционных процессов.

В процессах почвообразования большую роль играют почвенно-климатические условия, которые не тождественны атмосферно-климатическим.

Климат почвы это многолетний режим температуры и влажности и их географическое распределение, зависящее от комплекса природных факторов и производственной деятельности человека.