Режимы почвообразования
Почвенный режим - совокупность суточных, сезонных и годовых циклических изменений состава и состояний компонентов почвы, происходящих в связи с обменом веществом и энергией между почвой и окружающей средой.
Выделяют водный, тепловой, окислительно-восстановительный, солевой, питательный, воздушный и другие режимы.
Типы водного и теплового режима - основные режимы почвы, определяющие в значительной степени все остальные, определяющие динамику почвообразования.
Водный режим почвы
Водный режим почвы — это совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, изменений физического состояния и расхода из почвы.
Элементы водного режима:
— впитывание,
— фильтрация,
— капиллярный подъем,
— поверхностный сток,
— нисходящий и боковой сток,
— физическое испарение,
— десукция (удаление влаги из почвы растениями),
— замерзание,
— размерзание,
— конденсация воды.
В зависимости от количественных соотношений этих элементов определяются:
1) преобладающее направление в передвижении влаги в почвенном профиле в годовом и сезонных циклах;
2) пределы колебаний почвенной влажности и почвенных влагозапасов, т.е. определяется тип водного режима.
Тип водного режима зависит oт многих факторов:
— положения почвы в рельефе,
— климатических условий,
— водных свойств почвы,
— наличия или отсутствия подпитывания грунтовыми водами,
— мерзлоты,
— от характера растительности,
— влияния человека.
В настоящее время в классификационной системе принято выделять 14 типов водного режима.
Мерзлотный водный режим свойственен почвам, формирующимся 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 надмерзлотная верховодка. Содержащаяся в ней влага расходуется на испарение, десукцию и боковой сток.
Почва постоянно влажная. В течение большей части вегетационного периода влажность никогда не опускается ниже влажности завядания.
Влагоемкость почвы – показатель, количественно характеризующий водоудерживающую способность почвы
Влажность завядания – иссушение почвы до состояния, при котором начинается завядание растений.
Водонасыщающий (водозастойный) водный режим характеризует болотные почвы атмосферного увлажнения и некоторые болотные почвы грунтового увлажнения.
Влажность почвы сохраняется в течение всего года в пределах полной влагоемкости, лишь иногда в засушливые периоды в отдельные годы опускаясь до наименьшей влагоемкости.
Периодически водонасыщающий (водозастойный) водный режим свойственен болотным почвам грунтового увлажнения.
В соответствии с сезонными колебаниями уровня грунтовых вод влажность почвы варьирует от полной до наименьшей влагоемкости, причем поверхностный горизонт в отдельные периоды может просыхать и до влажности значительно ниже наименьшей влагоемкости.
Промывной водный режим свойственен почвам лесных зон тайги, влажных субтропических и тропических лесов, умеренных широколиственных лесов, — где годовая сумма осадков превышает 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.
В подзолистых почвах тайги лишь в течение 3летних месяцев влажность держится на уровне от влажности завядания до наименьшей влагоемкости; весной почва увлажнена в пределах 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 годовому испарению, например, в зоне лесостепи для выщелоченных и типичных черноземов.
Сквозное промачивание почвенно-грунтовой толщи происходит один раз в 10-15 лет.
Периодически (не ежегодно) весь профиль насыщается водой до влажности выше наименьшей влагоемкости.
Промывной сезонно-сухой водный режим характеризуется наличием 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 в почвах зон, где средняя годовая норма осадков меньше среднегодовой испаряемости (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 режимом осадков влажность колеблется в пределах от полной влагоемкости до влажности завядания.
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.
Выпотной водный режим, как и непромывной или сухой, формируется в почвах семиаридного и аридного климатa, но в таких условиях, когда близко к поверхности подходят грунтовые воды. Их капиллярная кайма периодически поднимается до поверхности, и грунтовые поды испаряются физически, в случае наличия растворенных солей в воде обогащая солями поверхностные горизонты. При этом формируются луговые солончаки и солончаковые почвы, обладающие постоянно высокой влажностью.
Десуктивно-выпотной водный режим.
В этом случае 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 водный режим свойственен луговым почвам, а также лугово-черноземным, лугово-каштановым, лугово-коричневым и другим полугидроморфным почвам.
Паводковый водный режим характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми или иными водами. В этих условиях периодическое паводковое затопление сменяется в межпаводковый период каким-то иным водным режимом в зависимости от зонального или геоморфологического положения почвы и глубины грунтовых вод.
Амфибиальный водный режим формируется в постоянно затопленных маршах и плавнях дельт рек, морских и озерных мелководий либо в периодически затопляемых приливными водами манграх. Почва постоянно находится в переувлажненном состоянии, хотя поверхностные воды могут на некоторое время и стекать.
Ирригационный водный режим формируется в искусственно орошаемых почвах. В этом типе водного режима можно выделить несколько конкретных подтипов или видов в зависимости от:
1) типа и интенсивности орошения (дождевание, напуск по бороздам, затопление на рисовых полях и т.д.;
2) глубины и характера сезонных колебаний грунтовых вод;
3) наличия и характера искусственного дренажа.
Осушительный водный режим характерен для искусственно осушаемых болотных и заболоченных почв, причем его конкретный вид также определяется характером дренажа и степенью регулирования.
Тепловой режим почвы
Тепловой режим почвы – это совокупность и определенная последовательность явлений теплообмена в системе: приземный слой воздуха → растения → почва → подстилающая порода, а также совокупность процессов теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве.
Температура почвы — динамичная величина, она быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие с окружающей средой. Равновесие между температурой атмосферы и поверхностного слоя почвы (0-5см) устанавливается очень быстро (в течение минут), более глубоких горизонтов - с некоторым запаздыванием, которое увеличивается с глубиной почвенного слоя.
День: тепловой поток направлен сверху вниз профиля;
Ночь: снизу вверх вследствие активного излучения тепла поверхностью почв.
С глубиной амплитуда колебания температур снижается → суточная динамика на глубине около 50 см практически полностью затухает.
Процесс теплопереноса не мгновенный, наблюдается запаздывание нагревания нижележащих слоев.
Факторы, влияющие на суточный режим почв:
— погодные условия местности,
— влажность почв,
— гранулометрический состав почв,
— состояние поверхности,
— количество органического вещества,
— окраска.
Затемненные растительностью почвы имеют менее выраженный суточный цикл температур, чем открытые участки.
Систематика тепловых режимов почвы
| 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 |
Мерзлотные почвы типичны для территорий с многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная, преобладает процесс охлаждения. Температура самого теплого месяца на глубине 0,2 м не выше 20°С. Сезонное замерзание и оттаивание прослеживается до верхней границы многолетнемерзлого грунта.
Евроазиатская полярная и Восточно-Сибирская мерзлотно-таежные области.
Длительно-сезонно-промерзающие почвы - преобладает положительная среднегодовая температура профиля, длительность промерзания не менее 5 мес. Температура самого теплого месяца на глубине 0,2 м от 10 до 25°С.
Глубина промерзания более 1 м, но сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами, если они присутствуют.
Сезонно-промерзающие почвы имеют положительную среднегодовую температуру.
Длительность промерзания не более 2 мес.
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 холодного месяца.
Промерзания нет.
Местности теплой европейской фации умеренного пояса и области субтропических и тропических поясов.
Непромерзающие охлаждающиеся почвы имеют положительные 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 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 градусов.
Антропогенные факторы, влияющие на изменение теплового режима почв
— Распашка, температурный режим становится более контрастным.
— Снегозадержание способствует снижению теплоотдачи почв, предохраняет посевы от вымерзания.
Воздушный режим почвы
Воздушный режим почвы — это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов почвенной фауны.
Воздушный режим почв сводится к содержанию двух газов: диоксида углерода (СО2) и кислорода (О2).
При нормальном газообмене сумма этих газов близка к сумме их в атмосфере (21%), но соотношение между ними меняется во времени, причем различно в разных почвах.
В торфяных, дерново-подзолистых почвах, в черноземах и почвах полупустынного комплекса наибольшее содержание углекислоты наблюдается в теплый период года, когда СО2 образуется в результате интенсивной деятельности микроорганизмов, дыхания корней и других биологических процессов.
Высокие концентрации углекислоты в почвенном воздухе наблюдаются при ее замедленном образовании в условиях затрудненного газообмена.
Это происходит в период обильного выпадения осадков и насыщения верхних слоев почвы до полной влагоемкости, а также при образовании ледяной корки зимой или ранней весной.
Наибольшей высокой насыщенностью почвенного воздуха углекислотой характеризуются болотные торфяные почвы.
На глубине до 0,5 м, концентрация углекислоты во влажные годы достигает 10-12%.
Максимумнакопления СО2 наблюдается летом, минимум — зимой