Ковда В.А., Розанов Б.Г. (ред.) Почвоведение. Часть 1 Почва и почвообразование

Подождите немного. Документ загружается.

Рис 67 Вертикальная гео-

химическая дифференциа-

ция почвенного профиля

при элювиальном фер-

раллитном почвообразова-

нии (1), при элювиаль-

ном кислом сиаллитном

почвообразовании (2),

при прогрессивном рас-

слоении (3), при прогрес-

сивном засолении (4)

кадных ландшафтно-геохимических систем и под влиянием как

природных, так и техногенных геохимических барьеров

В данном разделе охарактеризована горизонтальная мигра-

ция продуктов выветривания и почвообразования, поскольку

именно она приводит к существенной геохимической дифферен-

циации земной поверхности, формирующей геохимический фон

почвообразования (почвенно-геохимические формации суши по

В. А. Ковде, почвенно-геохимические ассоциации по М А Гла-

зовской) Однако весьма существенное значение для почвообра-

зования имеют и вертикальные миграционные потоки, форми-

рующие геохимический фон конкретных почвенных профилей раз-

ных типов (рис 67)

Вертикальные внутрипочвенные миграционные потоки могут

иметь как нисходящий характер (в элювиальном процессе), так и

восходящий (например, при засолении), а могут и чередоваться

во времени в сезонных циклах водного режима почв. Эти

потоки участвуют в формировании генетических горизонтов поч-

венного профиля, причем существенное значение имеют и био-

генные потоки веществ, создаваемые жизнедеятельностью орга-

низмов Поскольку миграционные потоки протекают во времени,

степень дифференциации почвенного профиля в целом либо по

отдельным компонентам очень сильно зависит от возраста почво-

образования или возраста того или иного профилеобразующего

процесса: вынос кремнезема из ферраллитных почв требует

миллионов лет, а засоление почвы хлоридами может произойти

в течение одного сезона, т. е. меньше, чем за год

Описанную общую и частную биогеохимическую дифферен-

циацию продуктов выветривания и почвообразования приходится

детально исследовать во всех случаях генетического анализа

почвенного профиля

Глава девятнадцатая

РЕЖИМЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Совокупность суточных, сезонных и годовых циклических из-

менений состава и состояний компонентов почвы, происходя-

щих в связи с обменом веществом и энергией между почвой и

окружающей средой, называется почвенным режимом. Выделяют

348

SiO

,Al

CaCO

CaSO

NaCl

CaSO

CaCO

водный, тепловой, окислительно-восстановительный, солевой, пи-

тательный, воздушный и другие режимы. Тины водного и теп-

лового режима являются важнейшей и наиболее общей причи-

ной различий в характере почвообразования. Это основные ре-

жимы почвы, определяющие в значительной степени все осталь-

ные, определяющие энергетику и динамику почвообразования.

19.1. Водный режим почвы

Водный режим почвы — это совокупность всех явлений пос-

тупления влаги в почву, ее передвижения, изменений физиче-

ского состояния и расхода из почвы. Основы учения о водном

режиме почв и его типах были заложены Г. Н. Высоцким

(1865—1940). Большой вклад в разработку этого учения внесли

русские, советские ученые А. А. Измаильский (1851 —1914),

A. Ф. Лебедев (1882—1936), Н. А. Качинский (1894—1976),

B. А. Ковда. Наибольшую законченность учение о водном ре-

жиме и его типах получило в работах А. А. Роде (1896—1979).

К числу явлений — элементов водного режима — относятся

впитывание, фильтрация, капиллярный подъем, сток поверхност-

ный, нисходящий и боковой, испарение физическое, десукция,

замерзание, размерзание, конденсация воды. В зависимости от

количественных соотношений этих явлений определяются преоб-

ладающее направление в передвижении влаги в почвенном про-

филе в годовом и сезонных циклах и пределы колебаний поч-

венной влажности и почвенных влагозапасов, т. е. определяется

тип водного режима.

Рис. 68. Мерзлотный водный режим

(А. А. Роде, 1956):

Влажность почвы и грунта; 1 —

менее влажности завядания; 2 — от

влажности завядания до влажности

разрыва капилляров; 3 — от влаж-

ности разрыва капилляров до наи-

меньшей влагоемкости; 4 — равная

наименьшей влагоемкости; 5 — от

наименьшей до полной влагоемкости,

равная капиллярной влагоемкости; 6 —

равная полной влагоемкости (водо-

носный горизонт); 7 — мерзлота, 8—

снег; движение воды; 9 — грунто-

вый поток; 10 - капиллярный подъем

(справа) и гравитационное промачива-

ние (слева); 11 —пленочно-капилляр-

ное; 12 — пленочное; 13 – почвенный

или почвенно-грунтовый сток; 14 — де-

сукция; 15 — жидкие осадки; 16 — до-

полнительное увлажнение; 17 – полив;

18 — испарение или транспирация;

почвенные условия; 19 — нижняя гра-

ница почвенного профиля; 20 — смена

наносов; 21 — наибольшая глубина

промачивания; 22 — песчаная про-

слойка; климатические условия;

23 — средние многолетние осадки (сле-

ва); испаряемость (справа); темпера-

тура (линия)

349

Рис. 69. Водонасыщающий (водоза-

стойный) водный режим почвы (ус-

ловные обозначения те же, что и на

рис 68)

Возникновение и сущест-

вование того или иного вод-

ного режима зависит от

многих факторов: положе-

ния почвы в рельефе, клима-

тических условий, водных

свойств почвы и подпочвы,

наличия или отсутствия под-

питывания грунтовыми вода-

ми, мерзлоты, от характера

растительности, влияния че-

ловека.

В настоящее время в со-

ветской классификационной

системе принято выделять

14 типов водного режима.

Мерзлотный водный ре-

жим устойчиво-льдистых почв свойствен почвам, формирующим-

ся в области многолетней мерзлоты. В течение большей части

года почвенная вода находится в твердой фазе в виде льда.

В теплый период почвы оттаивают сверху вниз, и над постоянно

мерзлым слоем образуется водоносный горизонт — надмерзлот-

ная верховодка. Содержащаяся в ней влага расходуется на

испарение, десукцию и боковой сток. Почва постоянно влажная

(рис. 68). В течение большей части вегетационного периода

влажность поддерживается на уровне от наименьшей до полной

влагоемкости и никогда не опускается ниже влажности завя-

дания.

Водонасыщающий (водозастойный) водный режим характе-

ризует болотные почвы атмосферного увлажнения и некоторые

болотные почвы грунтового увлажнения. Влажность почвы со-

храняется в течение всего года в пределах полной влагоемкости,

лишь иногда в засушливые периоды в отдельные годы опускаясь

до наименьшей влагоемкости (рис. 69).

Периодически водонасыщающий (водозастойный) водный ре-

жим обычен в болотных почвах грунтового увлажнения. В соот-

ветствии с сезонными колебаниями уровня грунтовых вод влаж-

ность почвы варьирует от полной до наименьшей влагоемкости,

причем поверхностный горизонт в отдельные периоды может про-

сыхать и до влажности значительно ниже наименьшей влаго-

емкости.

Промывной водный режим свойствен почвам лесных зон —

тайги, влажных субтропических и тропических лесов, умеренных

широколиственных лесов, — где годовая сумма осадков превы-

шает годовую испаряемость. Типичен он и для высокогорных

лугов. Наиболее характерная черта — ежегодное промачивание

почвенно-грунтовой толщи до уровня почвенно-грунтовых вод,

что обеспечивает вынос продуктов почвообразования за пределы

почвенной толщи.

350

Рис. 70. Промывной водный режим почвы

(А. А. Роде, 1956) (условные обозначе-

ния те же, что и на рис. 68)

Почвы промывного вод-

ного режима обладают вы-

сокой, иногда избыточной

влажностью (рис. 70). В

нижней части профиля влаж-

ность никогда не опускается

ниже наименьшей влагоем-

кости. Так, в подзолистых

почвах тайги лишь в тече-

ние 3 летних месяцев влаж-

ность держится на уровне от

влажности завядания до на-

именьшей влагоемкости; вес-

ной почва увлажнена в пре-

делах от наименьшей до

полной влагоемкости и на

некоторой глубине в ней

образуется верховодка.

Периодически промывной

водный режим характерен для почв, формирующихся в климате,

где годовая сумма осадков приблизительно соответствует годо-

вому испарению, например, в зоне лесостепи для выщелоченных и

типичных черноземов. Сквозное промачивание почвенно-грунто-

вой толщи происходит один раз в 10—15 лет. Периодически (не

ежегодно) весь профиль насыщается водой до влажности выше

наименьшей влагоемкости. В нижней части профиля периодиче-

ски влажность падает до влажности разрыва капилляров, а в

верхней — и до влажности завядания.

Промывной сезонно-сухой водный режим характеризуется на-

личием двух контрастных сезонов: дождливого с влажностью

почвы от полной до наименьшей влагоемкости и засушливого

с влажностью почвы от влажности разрыва капилляров до

влажности завядания. Такой водный режим характерен для

тропических влажных саванн.

Непромывной водный режим господствует в почвах зон, где

средняя годовая норма осадков меньше среднегодовой испаряе-

мости (степь, сухая саванна). Почвенная толща промачивается

на глубину 0,5—2 м, ниже находится слой с постоянно низкой

влажностью. В верхней части профиля в соответствии с режи-

мом осадков влажность колеблется в пределах от полной влаго-

емкости до влажности завядания, в нижней же находится между

влажностью разрыва капилляров и влажностью завядания в те-

чение всего года (рис. 71).

Аридный (сухой) водный режим присущ почвам полупустынь

и пустынь. Весь профиль почвы сухой в течение всего года

при влажности, близкой к влажности завядания или даже ниже.

Спорадически верхние горизонты могут иметь и более высокую

влажность.

Выпотной водный режим, как и непромывной или сухой,

351

складывается в почвах семиаридного и аридного климата, но в

таких условиях, когда близко к поверхности подходят грунтовые

воды. Их капиллярная кайма периодически поднимается до по-

верхности, и грунтовые воды испаряются физически, в случае

наличия растворенных солей в воде обогащая солями поверх-

ностные горизонты. При этом формируются луговые солончаки

и солончаковые почвы, обладающие постоянно высокой влаж-

ностью (рис. 72). Выпотной водный режим может быть подраз-

делен на собственно выпотной и периодически-выпотной.

Двсуктивно-выпотной водный режим. В отличие от предыду-

щего случая капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на

поверхность и испаряется не физически, а через отсос влаги

корнями растений Присутствующие в грунтовой воде соли и

другие растворенные вещества выпотевают не на поверхности

почвы, а на некоторой глубине в почвенном профиле. Этот вод-

ный режим свойствен луговым почвам, а также лугово-черно-

земным, лугово-каштановым, лугово-коричневым и другим полу-

гидроморфным почвам. Режим увлажнения складывается из двух

периодов. После снеготаяния или обильных дождей почвы про-

мачиваются до уровня почвенно-грунтовых вод. В этот период

господствует нисходящий ток влаги. По мере подсыхания нисхо-

дящий ток сменяется восходящим, господствующим во втором

периоде. Капиллярная кайма грунтовых вод достигает корнеоби-

таемой толщи и испаряется на большей или меньшей глубине.

Рис 71 Непромывной водный режим

почвы (А А. Роде, 1956) (условные обо-

значения те же, что и на рис. 68)

Рис. 72 Выпотной водный режим почвы

(условные обозначения те же, что и на

рис 68)

352

Почвы характеризуются

высокой влажностью всего

профиля в течение первого

периода и высокой влаж-

ностью нижней части про-

филя в течение всего года.

Верхняя часть почвенного

профиля летом может ис-

сушаться до влажности,

меньшей, чем влажность

завядания (рис. 73).

Паводковый водный

режим характерен для

почв, периодически затап-

ливаемых речными, скло-

новыми, дождевыми или

иными водами. В этих ус-

ловиях периодическое па-

водковое затопление сме-

няется в межпаводковый

период каким-то иным

водным режимом в зави-

симости от зонального или

геоморфологического (пой-

ма реки, шлейф склона)

положения почвы и глу-

бины грунтовых вод. В разных частях поймы при этом может

складываться разный водный режим, например промывной в

прирусловье, десуктивно-выпотной в центральной пойме и водо-

застойный в притеррасье.

Амфибиальный водный режим формируется в постоянно за-

топленных маршах и плавнях дельт рек, морских и озерных

мелководий либо в периодически затопляемых приливными во-

дами мантрах. Почва постоянно находится в переувлажненном

состоянии, хотя поверхностные воды могут на некоторое время

и стекать.

Ирригационный водный режим складывается в искусственно

орошаемых почвах. В этом типе водного режима можно выде-

лить большое разнообразие конкретных подтипов или видов в

зависимости от: 1) типа и интенсивности орошения (дождевание,

напуск по бороздам, затопление на рисовых полях, влагозаряд-

ковые или вегетационные поливы, дополнительное орошение с

нормами 1000—2500 м

/га или основное водоснабжение с нор-

мами 10000—15 000 м

/га; 2) глубины и характера сезонных

колебаний грунтовых вод; 3) наличия и характера искусствен-

ного дренажа. При общей оценке водного режима орошаемых

территорий характеристика водного режима почв дополняется

еще и характеристикой режима грунтовых вод, которая широко

используется в мелиоративном почвоведении.

Рис 73. Десуктивно-выпотной водный ре-

жим почвы (А. А. Роде, 1956) (условные

обозначения те же, что и на рис. 68)

353

Осушительный водный режим складывается на искусственно

осушаемых болотных и заболоченных почвах, причем его кон-

кретный вид также определяется характером дренажа и сте-

пенью регулирования.

Описанные 14 типов водного режима лишь обобщенно ха-

рактеризуют это явление, не показывая всех деталей склады-

вающейся в конкретных почвах ситуации. А. А. Роде в свое время

предлагал типы водного режима почв делить на подтипы в за-

висимости от источника увлажнения (атмосферное, грунтовое,

смешанное) и его интенсивности. В пределах подтипов далее

предлагалось выделять варианты водного режима в зависимости

от особенностей литологического строения почвенно-грунтовой

толщи. Однако столь детальная общая классификация водных

режимов почв пока не разработана.

Исследования водного режима почв имеют крайне важное

теоретическое и практическое значение. Его характеристика поз-

воляет правильно понять генезис почвы или ее отдельных спе-

цифических горизонтов (элювиальные, иллювиальные, гидроген-

но-аккумулятивные горизонты, внутрипочвенные или поверхност-

ные солевые или железистые прослойки, коры, панцири), а так-

же оценить и прогнозировать направление дальнейшей эволю-

ции современных почв при данном типе водного режима (про-

должение выщелачивания или, наоборот, гидрогенной аккумуля-

ции веществ). Практически управление водным режимом почв —

основа их рационального использования в земледелии и лесо-

водстве: в засушливых районах это прежде всего орошение и

дренаж, в условиях избыточного увлажнения — осушительные

мелиорации. Регулирование водного режима почв достигается

не только коренными мелиоративными мероприятиями, но и

большим набором агротехнических средств (снегозадержание,

прерывистое или сплошное бороздование, глубокое рыхление,

щелевание, укрытие пленкой, мульчирование поверхности и т. д.).

Зарегулированный, управляемый, оптимальный для данных куль-

тур водный режим почвы — основа ее эффективного плодо-

родия.

19.2. Тепловой режим почвы

Под тепловым режимом почвы понимают совокупность и

определенную последовательность явлений теплообмена в систе-

ме: приземный слой воздуха — растения — почва — подстилаю-

щая порода, а также совокупность процессов теплопереноса,

теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве. Тепловой

режим изучен значительно слабее, чем водный. Систематически

исследован во многих типах почв лишь температурный режим —

изменение температуры почв во времени.

Температура почвы — наиболее динамичная величина, она

быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие

с окружающей средой. Равновесие между температурой атмо-

354

сферы и поверхностного (0—

5 см) слоя почвы устанавлива-

ется очень быстро (в течение

минут), более глубоких гори-

зонтов — с некоторым запазды-

ванием, которое тем больше,

чем глубже почвенный слой.

Тепловой и водный режимы

почв тесно взаимосвязаны и

взаимообусловлены, поскольку

поведение воды в почве, фазо-

вые переходы, направление и

скорость перемещения зависят

от температуры почвы; в свою

очередь тепловой режим почвы обусловлен степенью ее увлаж-

нения.

Суточная динамика температуры наиболее резко выражена

в первом полуметре Днем тепловой поток направлен сверху

вниз; ночью, вследствие активного излучения тепла поверхностью

почв, снизу вверх. Максимальные температуры отмечаются на

поверхности днем, минимальные — ночью. С глубиной амплитуда

колебания температур снижается, и суточная динамика на глу-

бине около 50 см практически полностью затухает (рис. 74). Так

как процесс теплопереноса не мгновенный, наблюдается запаз-

дывание нагревания нижележащих слоев.

На суточный режим почв оказывают существенное влияние

погодные условия местности, влажность почв, их гранулометри-

ческий состав, состояние поверхности, количество органического

вещества и окраска. Затемненные растительностью почвы имеют

менее выраженный суточный цикл температур, чем открытые

участки.

Годовой режим температур почв имеет большую амплитуду

колебаний и выражен на большую глубину, чем суточный. Зона

активной выраженности сезонной динамики ограничена 3—4-мет-

ровой толщей. На глубине 6 м годовая температура колеблется

менее чем на 1°С.

Установление максимальной температуры почв несколь-

ко отстает от максимума температур воздуха вследствие

инерционности теплопереноса в почвенной толще. Максимум тем-

ператур на глубине 3 м устанавливается на несколько месяцев

позже, чем на поверхности.

Каждый почвенный тип в соответствии с зональностью (гори-

зонтальной и вертикальной) поступления солнечной радиации,

с турбулентностью атмосферы и распространением растительных

ассоциаций характеризуется определенными температурными

параметрами (табл. 65).

В настоящее время в СССР принимается следующая система-

тика тепловых режимов почв, основы которой были разработаны

В. Н. Димо (1968). Согласно этой системе почвы делятся на:

355

Рис 74 Суточная динамика темпера

туры южного чернозема (18—19 авгу

ста 1983 г ):

1 — на поверхности, 2 — на глубине 5 см,

3 — на 10 см, 4 — на 30 см, 5 — на 50 см

Классы (группы)

Подклассы (типы)

I. Промерзающие 1. Мерзлотные

2. Длительно-сезонно-промерзающие

II. Непромерзающие 3. Сезонно-промерзающие

4. Непромерзающие охлаждающиеся

5. Непромерзающие теплые

6. Непромерзающие жаркие

Таблица 65. Колебания температуры почвы (°С) в европейской части

СССР на глубине 20 см

(по А. М. Шульгину, 1957)

Почвы

Средняя

температу-

ра за теп-

лый период

Темпера-

тура само-

го теплого

месяца

Средняя тем-

пература за

холодный пе-

риод

Температура

самого холод-

ного месяца

Годовая

амплиту-

да темпе-

ратур

Подзолистые

Черноземные

Каштановые

Бурые лесные

6—10

11—15

14—16

18—20

15—18,5

18—22

23—26

25,5—27

- 2—0,0

-5—1,0

-2 — +0,5

+5,5 — +7,0

- 3 — 0,6

-7 — 1

-3,5 — -1,5

+4 — +5

17—20

20—27

25—26

21—22

Мерзлотные почвы типичны для территорий с многолетней

мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная, пре-

обладает процесс охлаждения (рис. 75, а). Температура самого

теплого месяца на глубине 0,2 м не выше 20°С. Сезонное замер-

зание и оттаивание прослеживается до верхней границы много-

летнемерзлого грунта. Этот тип теплового режима выражен в

ряде провинций Евроазиатской полярной и Восточно-Сибирской

мерзлотно-таежных областей.

Длительно-сезонно-промерзающие почвы — преобладает по-

ложительная среднегодовая температура профиля, длительность

промерзания на менее 5 мес (рис. 75,6). Температура самого

теплого месяца на глубине 0,2 м от 10 до 25°С. Глубина промер-

зания более 1 м, но сезонное промерзание не смыкается с мно-

голетнемерзлыми породами, если они присутствуют.

Сезонно-промерзающие почвы имеют положительную средне-

годовую температуру. Длительность промерзания не более 2 мес

(рис. 75,в). Подстилающие породы не мерзлые. Температура

самого теплого месяца на глубине 0,2 м 20—30°С.

Непромерзающие почвы имеют положительные среднегодовые

температуры по профилю, включая температуру самого холод-

ного месяца (рис. 75,г). Промерзания нет. Этот тип темпера-

турного режима наблюдается в местностях теплой европейской

фации умеренного пояса и в областях субтропических и тропи-

ческих поясов. Непромерзающие охлаждающиеся почвы имеют по-

ложительные температуры самого холодного месяца на глубине

0,2 м, но не выше 5°С; температура самого теплого месяца на этой

глубине до 35°С. Непромерзающие теплые почвы имеют на глубине

356

Таблица 66. Характеристика подтипов теплового режима почв

(по В. Н. Димо, 1968)

Почвы

Интервал

среднегодо-

вой темпера-

туры почвы

на глубине

0,2 м,°С

Лето Зима

Почвы

Интервал

среднегодо-

вой темпера-

туры почвы

на глубине

0,2 м,°С

Сумма темпе-

ратур выше

10°С

Интервал тем-

ператур почвы

на глубине

0,2

м,

°С

Глубина

проникнове-

ния темпера-

тур более

10°С, м

Сумма темпе-

ратур ниже

0°С

Интервал тем-

ператур почвы

на глубине 0,2 м

самого холодно-

го месяца,°С

Глубина

проникновения

температур

ниже 0°С, м

Очень холодные

Холодные

Умеренно холодные

Умеренно теплые

Теплые

-12—0

0—8

8—12

12—16

16—20

0—500

500—1500

1500—2500

2500—3500

3500—4500

0—12

8—20

16—24

16—28

20—28

1—2

1—3

2—3

2000—2500

1000—2000

0—1000

(-20) ÷ (-6)

(-16) ÷ (-4)

- 12 ÷ 0

0 ÷

2—3

0—2