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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 75. Годовая динамика температуры в почвах с различным типом теплового

режима (по В. Н Димо, 1968):

а — мерзлотная почва (Якутск), б – длительно-сезонно-промерзающая почва (Чита),

в — сезонно-промерзающая почва (Волгоград), г — непромерзающая почва (Тбилиси)

0,2 м в самый холодный месяц от 5 до 20°С. Непромерзающие

жаркие почвы имеют температуру на глубине 0,2 м в течение

всего года выше 20°С.

В пределах подклассов (типов) выделяются подтипы (кате-

гории) теплового режима почв на основании среднегодовой тем-

пературы на глубине 0,2 м, интервалов температур на этой глу-

бине, глубины проникновения температур > 10° для лета и

<0° для зимы, суммы активных температур (табл. 66).

Существенное изменение в характер теплового режима почв

вносит их распашка. Температурный режим становится более

контрастным. Так, по данным Т. П. Коковиной (1974), на па-

хотном типичном мощном черноземе без растительного покрова

или под пропашными культурами суточная амплитуда темпера-

туры поверхности достигает 35—57°, тогда как на целине не

более 18—23°С. В холодное полугодие распаханные черноземы

охлаждаются быстрее и глубже, чем целинные, а сам период

с отрицательной температурой в почве на 20—30 дн длиннее.

Максимальная температура почвы на глубине 10 см в степи

составляет 18—20, а на пашне 20—30°С. Поверхность почвы

в степи прогревается не более чем до 35°С, а на пашне до 40—

50°С. Существенным образом различаются по температурному

режиму пахотные почвы под разными сельскохозяйственными

культурами.

Снегозадержание способствует снижению теплоотдачи почв,

предохраняет посевы от вымерзания. К мероприятиям, изменяю-

щим альбедо почв, относятся мульчирование, гребневание, ку-

лисные посевы. Мульчирование светлыми веществами предохра-

няет почву от перегрева. Применение темных мульчирующих ве-

ществ способствует более интенсивному нагреванию холодных

почв. Также улучшает тепловой режим северных почв снятие

торфяных слоев, препятствующих их глубокому прогреванию.

Все агромелиоративные мероприятия, направленные на изме-

нение водного режима почв, так или иначе изменяют их темпе-

ратурный режим. Дренаж благоприятствует более интенсивному

нагреванию почв. Особенно важен быстрый сброс дренажных

вод в северных районах весной, так как это способствует более

раннему прогреванию почв. Орошение южных территорий предо-

храняет почву от перегрева. Угрозу вымерзания посевов от вне-

запных заморозков можно смягчить применением дымовых завес,

снижающих теплоотдачу с поверхности. В некоторых районах

практикуют прогревание почв весной, пропуская по трубам

горячую воду. Особенно эффективен этот способ в районах с

гидротермальными источниками.

19.3. Воздушный режим почвы

Воздушный режим почвы — это совокупность всех явлений

поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и рас-

хода, а также явлений обмена газами между почвенным возду-

359

холе, твердой и жидкой фазами,

потребления и выделения от-

дельных газов живым населе-

нием почвы. Все эти явления

находят отражение в изменении

содержания и состава почвен-

ного воздуха во времени.

При изучении воздушного

режима почвы обращают вни-

мание на содержание двух га-

зов: диоксида углерода и кис-

лорода. При нормальном газо-

обмене сумма этих газов близка

к сумме их в атмосфере (21 %),

но соотношение между ними

существенно меняется во вре-

мени, причем различно в раз-

ных почвах.

Во всех почвах состав поч-

венного воздуха подвержен

постепенным изменениям в те-

чение года, причем на глубине

4–5 м еще отмечаются колеба-

ния в составе воздуха, хотя и

более слабые, чем в пределах

верхней толщи. В торфяных, дерново-подзолистых почвах, в чер-

ноземах и почвах полупустынного комплекса наибольшее содер-

жание углекислоты наблюдается в теплый период года, когда

СO

образуется в результате интенсивной деятельности микроор-

ганизмов, дыхания корней и других биологических процессов.

Кроме того, высокие концентрации углекислоты в почвенном

воздухе наблюдаются при ее замедленном образовании, но в ус-

ловиях затрудненного газообмена. Это происходит, например,

в период обильного выпадения осадков и насыщения верхних

слоев почвы до полной влагоемкости, а также при образовании

ледяной корки зимой или ранней весной.

В дерново-подзолистых суглинистых почвах, не подверженных

избыточному увлажнению, концентрация СO

(в %) в слое

0—50 см обычно колеблется от 0,2 до 3,0, в слое 100—200 см —

от 1,2 до 3,4, в более глубоких слоях — от 1,5 до 4—5. Большое

влияние на абсолютное содержание диоксида углерода оказы-

вает характер растительности (рис. 76). По данным Б. Н. Мака-

рова (1966), максимально оно было под пологом смешанного

леса, более низким в почве под люцерной, еще ниже в почве,

засеянной зерновыми, и наиболее низким в почве чистого пара.

Так, в почве под люцерной на глубине 15 см в среднем содержа-

лось 1% СO

, на глубине 30 см— 1,5% СO

, под паром —

соответственно 0,2 и 0,3%.

Рис. 76. Годовая динамика концентра-

ции СО

в почвенном воздухе дерно-

во-подзолистой почвы в лесу (I) и на

поле люцерны (II) (по Б. Н. Макарову.

1966):

1 – на глубине 15 см; 2 – 50 см; 3 –

100 см; 4 – 200 см; 5 – 300 см

360

Согласно Е. А. Афанасьевой, самые низкие концентрации

СO

в почвенном воздухе целинного чернозема наблюдаются вес-

ной после снеготаяния: 0,4—0,5% от объема во всем почвенном

профиле (0—300 см). По мере развития биоты содержание СO

к лету возрастает. Наибольшее количество углекислоты проду-

цируется в поверхностном слое, но значительная ее часть уходит

в атмосферу в процессе «дыхания» почвы. Поэтому до глубины

50 см содержание СO

в почвенном воздухе не превышает 0,5%

даже летом, несколько повышаясь только после дождей. Отток

почвенного воздуха с глубины 80—150 см замедлен, поэтому в

этих слоях летом концентрация углекислоты возрастает до 1,3%

от объема. Осенью и зимой она вновь снижается (рис. 77).

По другим данным (С. А. Николаева, 1970), содержание СO

воздухе типичного чернозема более высокое: в период вегетации

в слое 0—50 см — 0,3—1,3%, в слое 100—200 см —0,7—2,0%.

Содержание кислорода в черноземах слабо изменяется в течение

года, колеблясь в пределах 18—20,5%.

Основные закономерности изменения состава почвенного воз-

духа в целинном черноземе повторяются в распаханных черно-

земах различных подтипов. По данным Н. Г. Зборищук (1980),

в осенне-зимне-ранневесеннее время концентрация углекислоты в

почвенном воздухе южного чернозема невысока: 0,1—0,2% в

верхнем горизонте, 0,3—0,6% на глубине 100 см. Концентрация

кислорода ближе к 21%. В июне концентрация СО

резко воз-

растает во всем профиле, от 0,8—1% в верхнем горизонте до

1,2—1,8% на глубине 40—100 см. К концу лета содержание

углекислоты в почвенном воздухе снова снижается.

Орошение южных черноземов заметно влияет на их воздуш-

ный режим. Поливы нормой 250—350 м

/га кратковременно уве-

личивают содержание СО

до 1 —1,2%, что не вызывает нару-

шения дыхания растений. В межполивной период орошение за-

метно изменяет состав почвенного воздуха только в том случае,

когда оно приводит к подъему уровня почвенно-грунтовых вод

до глубины 1,5—3 м. При этом даже в межполивной период

содержание кислорода понижено, а содержание диоксида углеро-

да повышено по сравнению с содержанием этих же компонентов

в неорошаемых почвах. На глубине 30—50 см в начале лета

содержание углекислоты достигает 2% и более.

При увеличении поливной нормы до 500 м

/га через 3—4 ч

после полива в пахотном горизонте содержание СО

возрастает

с 0,4—0,6 до 1,6—1,8%, и эта концентрация держится в течение

3—4 дн. При поливе напуском содержание СO

через 3 дн после

полива достигает 3%, а кислорода снижается до 10%, в почвен-

ном воздухе появляется сероводород. Воздушный режим такого

рода резко снижает продуктивность растений.

Болотные торфяные почвы выделяются среди остальных наи-

более высокой насыщенностью почвенного воздуха углекислотой.

Здесь, на глубине до 0,5 м, концентрация углекислоты во влаж-

ные годы достигает 10—12% при таком же или даже более низ-

362

ком содержании кислорода (С. А. Николаева, 1970). Максимум

накопления СО

наблюдается летом, минимум — зимой.

Иная динамика содержания СO

и O

характерна для почв

влажных субтропиков — красноземов. По материалам А. Д. Ов-

чаренко (1972), под лесом и на чайной плантации накопление

СO

в почвенном профиле происходит от зимы к весне—лету—осе-

ни, а затем снова уменьшается. Таким образом, максимальное

содержание диоксида углерода и минимальное кислорода при-

урочено не к лету, а к осени. Наибольшее количество углекис-

лоты накапливается на глубине 50—75 см (около 2%). В период

особенно обильного увлажнения красноземов газообмен наруша-

ется, при этом на указанной глубине содержание СO

повышает-

ся до 4,6%; кислорода колеблется в пределах 18—20, иногда

опускаясь до 16—17%.

Воздушный режим почвы тесно связан с ее водным режимом

и потому регулируется одними и теми же мелиоративными или

агротехническими приемами. В то же время в практике земле-

делия приходится обращать внимание и на самостоятельные

приемы регулирования воздушного режима почв, как, например,

при периодическом проветривании сезонно затапливаемых рисо-

вых полей. Во всех случаях регулирования почвенных режимов

необходимо помнить об антагонизме воды и воздуха в почве.

Избыточное увлажнение почв всегда ведет к снижению их аэра-

ции, в то время как засушливые, недостаточно увлажняемые

почвы избыточно аэрированы.

19.4. Окислительно-восстановительный режим почв

Окислительно-восстановительный режим почв — это совокуп-

ность окислительных и восстановительных процессов, вызываю-

щих изменение во времени окислительно-восстановительного

потенциала (ОВП) в профиле почвы. Абсолютные значения и

амплитуда колебаний ОВП в разных почвах и даже разных

почвенных горизонтах одного профиля весьма различны. ОВП

связан прежде всего с температурой и влажностью почвы, но

эта связь сложна, так как изменения температуры и влажности

вызывают изменения биологической активности почвы, от кото-

рой ОВП зависит в сильнейшей степени. Так, повышение тем-

пературы приводит к просыханию почвы и обогащению ее кис-

лородом, но одновременно способствует развитию микрофлоры,

потребляющей кислород. Поэтому снижение влажности почвы

не всегда сопровождается повышением ОВП, так же как уве-

личение влажности не всегда приводит к понижению ОВП.

Достаточно детальная классификация почв по окислительно-

восстановительному режиму разработана И. С. Кауричевым и

Д. С. Орловым (1983), главные положения которой приводятся

ниже (табл. 67).

Тундровые болотные торфяно-глеевые почвы с постоянным

363

Таблица 67. Группировка почв по окислительно-восстановительному режиму

Тип ОВ-режима

Почвы

Почвы с абсолютным

окислительных процессов

господством

Почвы с преобладанием окислитель-

ных процессов

Почвы с контрастным ОВ-режимом:

почвы с развитием сезонных вос-

становительных процессов в верх-

них горизонтах

почвы с развитием оглеения в ниж-

них горизонтах (грунтово-оглеен-

ные)

почвы с развитием устойчивых

восстановительных процессов в ниж-

ней части профиля

почвы с контрастной сменой окис-

лительной и восстановительной об-

становки по всему профилю

Почвы с господством восстановитель-

ных условий по всему профилю:

почвы с господством восстанови-

тельной глеевой обстановки

почвы с господством сероводород-

ной восстановительной обстановки

Автоморфные почвы степей, полупус-

тынь и пустынь: черноземы, каштановые,

серо-коричневые, бурые полупустын-

ные, сероземы, серо-бурые пустынные

Дерново-подзолистые, серые лесные,

бурые лесные, красноземы, степные со-

лонцы

Болотно-подзолистые, подзолистые,

дерново-подзолистые глеевые, серые,

лесные глеевые, бурые лесные глеевые,

солоди, луговые солонцы, желтоземы

Луговые почвы, орошаемые почвы с

близким уровнем залегания грунтовых

вод

Болотные торфяные мелиорируемые

почвы

Почвы под культурой затопляемого

риса

Болотные торфяно-глеевые, иловато-

болотные, дерново-глеевые, тундровые

глеевые

Солончаки, солончаковые почвы, пе-

реувлажненные сильноминерализован-

ными сульфатными грунтовыми водами

избыточным увлажнением характеризуются господством устойчи-

вого восстановительного режима во всем профиле; значение rН

летом колеблется в пределах 19,5—24,5 (восстановительные ус-

ловия наступают при величине rH

<27). Сезонная динамика

ОВП выражена слабо, от весны к осени несколько возрастает

интенсивность окислительных процессов. ОВ-режим в тундровых

поверхностно-глеевых почвах более динамичен, в них rН

летом

колеблется в пределах от 18,6 до 30. В верхней части профиля

до глубины 20—25 см преобладают восстановительные условия,

а окислительные (с rН

>27) наблюдаются в течение не более

чем 2—4 недель. Для более глубоких горизонтов характерна

окислительная обстановка (rН

= 28—30).

В сильноподзолистых почвах средней тайги под пологом

ельника-черничника минимальные значения ОВП отмечены ле-

том, в период благоприятного для микробов сочетания влаги

и тепла. В это время в большинстве случаев rН

подзолистого

горизонта не превышает 27, что свидетельствует о наличии вос-

становительной обстановки. В переходном ЕВ и иллювиальном

горизонтах сильноподзолистой почвы постоянно господствуют

окислительные условия.

Целинные дерново-подзолистые почвы южной тайги, которым

364

присущи явления сезонного избыточного увлажнения, характе-

ризуются четко выраженной динамикой ОВ-процессов. Наимень-

шие значения, в противоположность почвам средней тайги, наб-

людаются не летом, а в конце апреля — начале мая, когда

rН

в горизонте А опускается до 23—27. По мере повышения

температуры летом улучшается аэрация почвы и ОВП нарастает.

Лишь в отдельных очагах, сохраняющих высокую влажность,

с повышением температуры продолжают развиваться восстано-

вительные процессы. Устойчивое снижение характерно для осени,

но в этот период ОВП все же выше, чем весной. Восстановитель-

ные процессы протекают в основном в горизонте А, характери-

зующемся наибольшей интенсивностью микробиологической дея-

тельности.

При распашке дерново-подзолистых почв ОВП верхнего го-

ризонта повышается и становится значительно менее динамич-

ным. В пахотном горизонте господствует окислительная обста-

новка. Если пахотные почвы избыточно увлажнены из-за рас-

положения в пониженных элементах рельефа, весной и после

обильных дождей летом в пахотном горизонте может временно

возникать восстановительная обстановка, ОВП таких участков

пашни характеризуется высокой динамичностью.

Черноземы — это почвы устойчивого окислительного режима.

Кривая динамики ОВП во всех горизонтах отличается выров-

ненностью и высокими значениями rН

(30—50). На общем фоне

господства окислительных процессов вероятно развитие локаль-

ных восстановительных процессов, например, поздней весной

внутри отдельных агрегатов.

Гидроморфные почвы черноземной зоны (черноземно-луго-

вые) также характеризуются окислительной обстановкой, однако

при более высокой динамичности ОВП, что обусловлено более

контрастным водным режимом. Пониженные значения ОВП (до

400 мВ) характерны для верхнего, наиболее биогенного горизонта

в период обильных летних дождей.

Каштановые, бурые полупустынные почвы, сероземы, как и

черноземы, характеризуются господством окислительных условий

с незначительными колебаниями ОВП по сезонам. Небольшое

понижение ОВП возможно весной, когда обилие влаги и тепла

стимулирует жизнедеятельность всех организмов, населяющих

почвы.

Особенностью окислительно-восстановительного режима со-

лонцов является периодическое кратковременное возникновение

восстановительной обстановки в надсолонцовом и солонцовом

горизонтах в результате переувлажнения талыми водами или

водами летних обильных дождей. Разбухший при увлажнении

солонцовый горизонт играет роль водоупора, задерживающего

влагу в поверхностном слое почвы. ОВП солонцов периодически

опускается в верхних горизонтах до 300—400 и даже 200 мВ,

что при слабокислой реакции надсолонцового горизонта соот-

ветствует rH

= 21 — 24. В остальное время года весь профиль

365

солонцев формируется в окислительном режиме. Контрастность

ОВ-режима наиболее велика в луговых солонцах.

ОВ-режим солодей контрастен благодаря периодическому

переувлажнению или даже затоплению поверхности почв с после-

дующим иссушением. В период затопления, особенно при высо-

ких температурах, верхние горизонты находятся в восстанови-

тельной обстановке, в остальное время господствует окисли-

тельная обстановка.

При выращивании культуры риса почвы затопляются и это

приводит к возникновению специфических окислительно-восста-

новительных условий. В почвах рисовников резко выражено чере-

дование периодов господства окислительных и восстановительных

процессов. В сухой сезон ОВП поднимается до 600—700 мВ,

после затопления резко снижается. Поверхностный слой толщи-

ной в несколько миллиметров остается окисленным (350—450 мВ),

ниже идет восстановительная зона, ОВП которой опускается

до отрицательных значений.

Исследования последних лет (Т.Л.Быстрицкая и др., 1981)

показали, что окислительно-восстановительный почвенный потен-

циал изменяется не только в годовом, но и в суточном цикле.

В частности, в обыкновенном черноземе Приазовья максималь-

ных значений ОВП почва достигает к полудню, минимальных —

в ночное время, что связано с изменением фотосинтетической

деятельности растений в течение суток.

Циклическим изменениям подвержены не только температура

почвы, содержание воды, состав воздуха, окислительно-восстано-

вительный потенциал, но также зависящие от них: состав поч-

венных растворов, запас солей, содержание питательных веществ

в подвижной форме, кислотность и щелочность, количество и

состав микрофлоры и фауны, другие компоненты почвы. Поэтому

можно говорить о солевом, питательном, биологическом и других

режимах почвы. К настоящему времени накоплен большой

экспериментальный материал по сезонной динамике состава

различных компонентов почвы в разных почвенных типах. Одна-

ко этот материал не обобщен, классификация режимов не

разработана. Это представляется делом последующих исследо-

ваний.

Почвенный режим — это характеристика почвы, в максималь-

ной степени соответствующая современному сочетанию факторов

почвообразования, при котором существует каждая конкретная

почва, особенно современному климату, в то время как другие,

более консервативные почвенные признаки и свойства могли

сформироваться и при иных условиях почвообразования, в частно-

сти в условиях иного климата. Поэтому исследование почвенных

режимов имеет крайне важное значение как в установлении

генезиса почв, так и в управлении их плодородием.

Глава двадцатая

БАЛАНС ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

20.1. Балансовая концепция почвообразования

Почвообразовательный процесс слагается из четырех компо-

нентов вещественно-энергетического баланса: 1) приток вещест-

ва и энергии в почву; 2) превращения веществ и энергии в

почве; 3) перемещения веществ и энергии в почве; 4) отток

веществ и энергии из почвы.

Все компоненты баланса теснейшим образом связаны между

собой и взаимно обусловлены. Определенным количественным и

качественным показателям притока и оттока веществ и энергии

соответствует определенный характер превращений и перераспре-

деления органических и минеральных компонентов почвы.

Указанные четыре компонента образуют единство, определяющее

общее направление почвообразовательного процесса, строение,

состав и свойства почвы. Основу этого единства составляет

баланс веществ при почвообразовании — соотношение между

притоком веществ в почву и их оттоком из нее за определенный

отрезок времени.

При изменениях характера почвообразования смена баланса

веществ служит наиболее общим показателям этих изменений.

Так, при понижении уровня грунтовых вод и смене выпотного

водного режима промывным или периодически промывным

развивается процесс рассоления засоленных почв, а положитель-

ный баланс солей сменяется отрицательным. Согласно В. А. Ков-

де, баланс веществ при почвообразовании — это основной

суммарный объект эволюции почв.

В. А. Ковда (1946, 1947, 1973) установил несколько форм

баланса веществ в зависимости от продолжительности охвачен-

ного времени: 1) вековой, имеющий геологическую продолжи-

тельность и связанный с формированием геоморфологии местнос-

ти; 2) периодический (циклический), обычно охватывающий

отрезки времени порядка 11—25 лет, по-видимому, связанный

с периодичностью активности солнца; 3) годичный, уклады-

вающийся в годовой гидрологический цикл территории; 4) на

орошаемых территориях выделяется межполивной баланс ве-

ществ, формирующийся в короткие отрезки времени между

поливами.

Качественно различны балансы органического вещества,

азота, воды, минеральных элементов, в том числе легкораствори-

мых солей. Баланс органического вещества и азота определяет-

ся функционированием биоты; абиотические потоки (атмосфер-

ные осадки, поверхностный сток и т. п.) вносят небольшой

вклад. Водный баланс, как и баланс минеральных элементов,

определяется биотическими и абиотическими факторами, причем

в формировании водного баланса последним нередко принадле-

жит преимущественная роль.

367