Лекция №7

Лекция № 7. Роль климата и рельефа в почвообразовании (2 часа)

План:

1. Влияние климата на почвообразование.

2. Значение рельефа в образовании и географии почв.

3. Геохимия и энергетика почвообразования.

Влияние климата на почвообразование

Климат один из важнейших факторов почвообразования. С этим фактором связано обеспечение почвы теплом и влагой. Климатические условия определяют основную закономерность географии почв - их горизонтальную зональность. Климат оказывает влияние на почвообразование как непосредственно, так и косвенно, воздействуя на другие факторы почвообразования (почвообразующие породы, грунтовые воды, растительный и животный мир).

Определяя такие условия жизни, как влага и тепло, климат регулирует биологические процессы, которые имеют важное значение для почвообразования. Основным источником энергии для продуцирования органического вещества на суше является солнечная радиация. Чем более теплым будет климат, тем большей может быть продуктивность растительности. Однако использование поступающей на поверхность суши энергии солнца для создания растительной биомассы в значительной мере зависит от количества атмосферных осадков. При этом важна не абсолютная величина осадков, а величина максимально возможного в данных условиях испарения.

Биомасса аридных ландшафтов значительно меньше по сравнению с гумидными. Имеются количественные и качественные отличия и в почвенной микрофлоре аридных и гумидных ландшафтов. Все это оказывает сильное влияние на почвообразование.

В результате непосредственного влияния климата формируется тепловой и водный режимы почвы, обусловливающие особенности миграции вещества при выветривании и почвообразовании. Движение воздушных масс вызывает миграцию солей и твердых частиц через атмосферу, а также оказывает влияние на газовую фазу почвы.

Связь гидротермических условий с почвообразованием. Воздействие тепла и атмосферных осадков на почвообразование настолько глубоко связано, что оценка роли каждого из этих факторов изолированно от другого затруднительна. Ещё в 1904 г. Г.Н. Высоцкий, по совету В.В. Докучаева, для оценки климатических условий почвообразования использовал коэффициент увлажнения, представляющий собой отношение суммы осадков к величине испаряемости. Каждой климатической зоне соответствует своя величина коэффициента увлажнения:

Тундровая - 1,0                                         Степная - 0,5 - 1,0

Лесная   - 1,0                                               Сухостепная - 0,33 - 0,5

Лесостепная - 1,0                                        Пустынная - 0,33

Помимо воздействия на почвообразование тепла и осадков, важное значение имеет ветер. Он принимает активное участие в перераспределении осадков, оказывает воздействие на формирование механического и химического состава поверхностного горизонта почвы благодаря процессам выдувания и осаждения тонких частиц и солей.

В прибрежных районах имеется довольно мощный источник солей – моря и их заливы. Воздушные массы захватывают брызги соленой воды. Они испаряются, превращаются в мельчайшие кристаллики солей, переносятся ветром на значительные расстояния, выпадая затем с атмосферными осадками. В ряде мест атмосферные соли являются одной из причин почвенного засоления (дельта Сыр-Дарьи).

Особенно крупные масштабы имеет ветровая миграция твердых частиц почвы. Скорость осаждения частиц пыли из воздуха находится в сложной зависимости от их величины. С падением скорости ветра соответственно меняется величина оседающих частиц пыли.

Обычно выдуванию подвергаются рыхлые, плохо закрепленные почвы аридных ландшафтов. Поэтому воздушные массы, наступающие из этих районов, несут значительное количество пыли.

Значение рельефа в образовании и географии почв

Значение рельефа как фактора почвообразования своеобразно. Рельеф в значительной мере определяет конкретное проявление воздействия других факторов при почвообразовании. Контролируя распределение и взаимоотношение факторов почвообразования, рельеф оказывает сильное влияние на географию почв. При этом роль и значение форм мега- и макрорельефа с одной стороны, и мезо- и микрорельефа с другой стороны, заметно отличаются.

Влияние форм мегарельефа проявляется в регулировании распределения атмосферной влаги, переносимой крупными воздушными массами и в изменении гидротермических условий в зависимости от абсолютной высоты.

На пространствах равнин и обширных плато происходит постепенное изменение количества атмосферных осадков по мере распространения приносящих их воздушных масс. Это создает необходимые условия для постепенной смены типов растительности и образования биоклиматических зон и подзон. Зональное размещение этих важнейших факторов почвообразования обусловливает формирование почвенных зон и подзон. Проявлению горизонтальной зональности почв благоприятствует однотипность почвообразующих пород.

Горные системы вносят существенное изменение в распределение атмосферных осадков и следовательно, типов растительности и почв.

Для воздушных масс, насыщенных водяными парами, труднопреодолимыми преградами являются высокие горы. Поэтому в их «ветровой тени» возникают засушливые области, а склоны разной экспозиции получают неодинаковое количество атмосферных осадков. Например, у основания западного склона Кавказа, задерживающего влажные воздушные массы, поступающие с запада, осадков выпадает до 2-3 тыс. мм в год, а у основания восточного склона - около 300 мм.

С изменением высоты местности меняется температура. В итоге в горах возникает сложное явление вертикальной зональности (поясности) почвенного покрова. Вертикальная зональность (поясность) является одной из основных закономерностей географии почв.

Влияние форм мезо- и микрорельефа на почвообразование проявляется на ограниченной площади в перераспределении солнечной энергии и атмосферных осадков. Перераспределение солнечной энергии на поверхности зависит от расчлененности толщи, крутизны склонов и их экспозиции. В северном полушарии больше инсолируются южные склоны.

Выпавшие атмосферные осадки, частично стекают в пониженные места. В результате почвы верхней части склонов получают меньше влаги, находящиеся рядом почвы пониженной-значительно больше. Это способствует более высокому расположению грунтовых вод или верховодки в понижениях. Поэтому в отрицательных элементах микро- и особенно мезорельефа, почва может быть хорошо увлажнена и даже переувлажнена, хотя на соседних, более высоких участках будет, ощущаться недостаток влаги. Расположенные в одном и том же ландшафте, часто отделенные друг от друга лишь десятками метров, почвы отрицательных и положительных элементов рельефа существенно отличаются водно-воздушным режимом, величиной рН, содержанием подвижных форм химических элементов, особенностями большого и малого круговорота веществ.

Поверхностный сток и перемещение почвенно-грунтовых вод обусловливает направленную миграцию твердых частиц, растворимых соединений и обмен вещества между элементами мезо- и микрорельефа.

Перераспределение почвенной массы под влиянием силы тяжести происходит повсеместно, однако степень выраженности этого, процесса определяется характером рельефа. Равнинный рельеф с незначительными понижениями благоприятствует перемещению наиболее тонких частиц. Это происходит на равнинах с системой блюдцеобразных - западин, куда сносятся иловатые частицы. При наличии резко расчлененного рельефа со значительной амплитудой высот происходит перемещение грубых обломков. Перераспределение тонких частиц отражается на гранулометрическом и химическом составе почв разных элементов рельефа. Почвы дипрессий обогащены тонкодисперсными частицами, вынесенными из почв верхней части склонов. В еще большей степени влияет мезорельеф на миграцию водорастворимых веществ. В процессе инфильтрации атмосферных осадков, внутри почвенного и грунтового стока, растворимые химические соединения выносятся из почв, расположенных на повышенных участках рельефа и частично задерживаются в почвах, расположенных ниже. В результате этого от верхней части склона дипрессии располагается серия почв, находящихся в определенной геохимической связи. Почвы положительных элементов рельефа формируются в независимых, автономных ландшафтно-геохимических условиях, их называют автоморфными. Почвы понижений формируются под воздействием поверхностных и грунтовых вод, обогащенных химическими элементами, извлеченными из почв вышерасположенных участков. Следовательно, почвы отрицательных элементов мезорельефа находятся в подчиненных ландшафтно-геохимических условиях и развиваются под влиянием почв положительных элементов рельефа. Эти почвы называются гидроморфными. Геохимическую зависимость гидроморфных почв от автоморфных принято называть геохимическим сопряжением.

В условиях мезорельефа геохимическая связь имеет одностороннюю направленность: от водораздела к дипрессии располагается закономерное сочетание почв, причем почвы относительно низких участков находятся под влиянием более высоких. В условиях микрорельефа геохимическое сопряжение почв, находящихся на разных элементах рельефа, имеет иной характер. Химические элементы, мигрирующие с поверхностным стоком в микрозападины, вмываются с водами и обогащают почвы. Вместе с тем, быстрое иссушение микроповышений вызывает энергичное подтягивание почвенных вод по капиллярам. При этом почвенные воды микрозападин поступают в почвы микроповышений и, в свою очередь, приносят определенные химические соединения, происходит их взаимообмен. Под влиянием микрорельефа образуется комплекс почв, геохимическая связь между которыми имеет двухстороннюю направленность.

Изменение биоклиматических факторов на поверхности континентов влечет за собой образование обширных почвенных зон и подзон. Вместе с этим, на небольших участках внутри зон, может происходить быстрая смена почв. Ведущим фактором такого явления являются формы мезо- и микрорельефа.

Это обстоятельство отмечено В.В. Докучаевым и положено в основу методики почвенного картирования.

Для установления связей элементов рельефа при картировании почв выбирают типичные для данного района участки, которые являются опорными ("ключами") в дальнейших исследованиях.

На основании исследований на опорном участке устанавливают связь элементов рельефа с растительными ассоциациями, составом почвообразующих пород и почвами. Это достигается посредством проведения ряда профилей, пересекающих различные элементы рельефа. Установив приуроченность почвенных разновидностей к формам мезо- и микрорельефа изучаемого района, исследователь получает возможность использовать гипсометрическую основу для составления почвенной карты.

Опыт картирования почв привел ученых к заключению, что в строении почвенного покрова природных зон принимает участие не одна, а комбинация нескольких почв. Выяснилась роль рельефа в образовании почвенных комбинаций. Распределение почв по элементам мезорельефа в различных зонах Русской равнины впервые изучил Г.Н. Высоцкий. Подчеркивая важную роль определенных форм рельефа в образовании зональных автоморфных почв, он предложил их называть плакорными (плоскость, равнина). Обобщив опыт, СС. Неустроев обосновал представление о комплексах почв, связанных с микрорельефом и сочетаниях, связанных с формами мезорельефа.

Структура почвенного покрова может быть обусловлена не только формами рельефа, но и другими факторами: составом почвообразующих пород, степенью развития рельефа и возрастом его разных элементов, влиянием грунтовых вод и др. С.С. Неустроев пришел к выводу, что представление о зональных почвах следует заменить представлением о зональных или областных почвенных комбинациях.

Большое значение имели работы английского исследователя Дж. Милна. Изучая почвы Восточной Африки, он разработал учение о катенах (цепь) - сочетаниях почв, закономерности образования которых регулируются не только формами мезорельефа, но также возрастом этих форм и составом почвообразующих пород.

Поверхностям определенного возраста соответствуют продукты выветривания и континентальные отложения, на которых сформированы соответствующие почвы. Комбинации разновозрастных элементов мезорельефа и почвообразующих пород обусловливают определенные сочетания почв, которые были названы катенами.

Характерная особенность всех почвенных комбинаций, связанных с мезо- и микрорельефом - геохимическое сопряжение почв, входящих в комбинацию.

В некоторых случаях неоднородное строение почвенного покрова имеет место при очень ровной поверхности. Наиболее обычные факторы образования подобных явлений - геологические условия (изменчивость состава почвообразующих пород, влияние почвоподстилающих пород и т.п.). Такие почвенные комбинации, обладающие резкой контрастностью почв, называются мозаикой. Геохимическая связь между почвами в этих комбинациях сильно затруднена или отсутствует.

Геохимия и энергетика почвообразования

Характерной   особенностью   почвы   является   положение   её   на                                  месте совмещения геологического и биологического круговоротов веществ. Высшие растения суши ежегодно синтезируют 1010 т сухого органического вещества. Зольные элементы и азот составляют около 5% этой массы, поэтому на суше вовлекается в биологический круговорот более 100 млн. т химических элементов.

Состав почв складывается не только в результате взаимодействия литосферы и живых организмов. В итоге биологического круговорота, почвы обогащаются химическими элементами, наиболее активная миграция которых совершается в атмосфере - азотом и углеродом. Атмосферный кислород регулирует многие биологические и геохимические процессы в почве. В свою очередь, процесс почвообразования прямо и косвенно (через высшие растения) влияет на изменение состава атмосферы.

Геологический и биологический круговороты, не являются чем-то постоянным, а определенным путем эволюционировали на протяжении геологической истории.

Данные геохимии свидетельствуют о том, что такие трудноподвижные (в современных условиях выветривания) химические элементы, как железо и марганец, в докембрии обладали высокой миграционной способностью, а сера- элемент с высокой миграционной способностью, в то время отличалась слабой геохимической подвижностью.

Биологический круговорот в каменноугольном периоде, несмотря на огромную массу материковой растительности, был значительно менее емким, чем в настоящее время (в силу низкой зональности древней растительности) и отличался иным соотношением химических элементов.

Таким образом, в геологическом плане почвообразование представляет собой сложный, развивающийся во времени процесс обмена вещества между литосферой, атмосферой и наземными организмами. Наряду с обменом вещества, почвообразование сопровождается определенным обменом энергии.

Основы учения об энергетике почвообразования заложены В.Р. Волобуевым. Согласно данным этого исследователя, суммарная затрата энергии на почвообразование составляет в тундрах и пустынях 1-5 ккал/см2 в год. В лесах и степях умеренного пояса годовой расход энергии возрастает до 10-40 ккал/ см2. Во влажнотропических ландшафтах эта величина достигает максимума 50-70 ккал/см2.

Основная часть энергии почвообразования расходуется на испарение и транспирацию (от 95 до 99,5% всей энергии). Затраты на биологические процессы составляют от 0,5 до 5,0 % всей энергии (большей частью, около 1,0%). На фотосинтез идет 0,01-0,001% поглощенной солнечной энергии, на гипергенное преобразование минералов расходуются, сотые и тысячные доли процента от всей энергии почвообразования. Среди факторов почвообразования, установленных В.В. Докучаевым, особое значение имеет время. Время является необходимым условием всякого природного процесса, в т.ч. почвообразования. Имеется ряд исследований скорости протекания отдельных частных процессов почвообразования и наблюдений за скоростью формирования нормально развитой почвы.

М.М. Кононова, учитывая динамику годовой продуктивности растительности полагает, что накопление гумуса в почвах осуществляется за несколько сотен лет.

Скорость образования профиля современных почв составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Следует различать время образования данной почвы и время её существования. Последнее может быть значительно больше первого. Например, абсолютный возраст гумуса верхней части современных почв Восточно-Европейской равнины составляет от нескольких сотен лет до 1,5 тыс.

Следовательно, за указанное время образовался гумусовый горизонт современных почв со всеми особенностями его состава. Длительность же существования этих почв большая, не менее 5-7 тыс. лет. Поэтому гумус из нижней части профиля этих почв имеет значительно более древний возраст.

Образование полно сформированной почвы следует понимать, как достижение почвой динамического равновесия с условиями данного ландшафта. Имеющиеся факты свидетельствуют о том, что этот процесс совершается сравнительно быстро. Но так как элементы ландшафта, являющиеся одновременно факторами почвообразования, находятся в развитии, то это отражается в эволюции почв во времени. На протяжении геологической истории меняются климатические условия, рельеф, химические особенности земной коры, эволюционирует животный и растительный мир. Взаимно с этим эволюционирует выветривание и почвообразование.

Литература основная: 1, 2, 3, 4, 6.

Литература дополнительная: 10, 12, 16.