Климат как фактор почвообразования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова"

Факультет почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

Кафедра почвоведения

Курсовая работа

по дисциплине Геология и почвоведение

на тему: "Климат как фактор почвообразования"



Содержание

Введение

1. Понятие о факторах почвообразования

2. Климат как фактор почвообразования

2.1 Радиационный баланс

2.2 Понятие о коэффициенте увлажнения и индексе сухости

2.2.1 Способы выражения процессов атмосферного увлажнения

2.2.2 Испаряемость

2.2.3 Коэффициент увлажнения

2.2.4 Радиационный индекс сухости

2.3 Микроклимат

3. Климат почв и его составляющие

Заключение

Литература



Введение

Почва - это открытая динамическая система. Как писала М.А. Глазовская (1981): «Почвообразовательный процесс в его общем виде - совокупность явлений, совершающихся под влиянием солнечной энергии в поверхностном слое земной коры при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с минеральными соединениями горных пород, воды и воздуха». Происхождение почвы и ее свойства неразрывно связаны с условиями окружающей среды. Она отражает в своих свойствах исторический ход влияющих на нее природных условий, производительных сил и производственных отношений.

Почва таит в себе огромные резервы плодородия. Задача заключается в умелом использовании их, что возможно на основе углубленного познания процессов почвообразования.

Почва является подсистемой в более сложной системе - биогеоценозе.

Основная цель работы рассмотреть тему климат- как фактор почвообразования по литературным источникам.

Основными задачами являются: рассмотреть климат как фактор почвообразования; узнать, что такое радиационный баланс; коэффициент увлажнения и индекс сухости. Научится находить испаряемость и коэффициент увлажнения, радиационный индекс сухости, изучить микроклимат различных климатических зон.

почвообразование климат увлажнение испаряемость

1. Понятие о факторах почвообразования

В качестве самостоятельной области естествознания почвоведение оформилось 100 лет назад благодаря работам В.В. Докучаева. До этого почвоведение рассматривалось как часть агрономии или геологии. Основатель генетического почвоведения В. В. Докучаев положил начало учению о факторах почвообразования. Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности.

Функциональную взаимосвязь между почвенным покровом и главнейшими факторами почвообразования В. В. Докучаев выразил формулой

П =f(К, О, Г, Р)*Т,

где П- почва; К - климат; О -- организм; Г -- горные породы; Р -- рельеф; Т -- время.

Перечисленные факторы в их разнообразном сочетании на земном шаре создают великое множество типов почв, их комбинаций, сочетаний и комплексов, неповторимую мозаику почвенного покрова.

В. В. Докучаев считал все факторы равнозначными и незаменимыми. Оценивая роль факторов в процессах формирования почв, он писал: «Все эти агенты почвообразователи суть совершенно равнозначные величины и принимают равноправное участие в образовании почв» («К учению о зонах природы», 1899).

После В. В. Докучаева, по мере накопления фактического материала о генезисе почв, о разнообразии почвенных типов и путей их формирования в учении о факторах почвообразования наметилась тенденция к различной оценке их роли в процессах почвообразования.

К. Д. Глинка подчеркивал среди факторов почвообразования роль климата и растительности. В учебнике «Почвоведение» (1931) он писал: «Для нас в настоящее время до очевидности ясно, что наиболее надежным руководителем в деле характеристики и классификации почв является способ их происхождения, что материал, из которого образовались почвы, в большинстве случаев имеет гораздо меньшее значение, а в некоторых случаях его значение может быть сведено даже к нулю, по сравнению с тем мощным влиянием, которое оказывают в процессах почвообразования факторы климата и растительная формация».

С.А. Захаров (1927) предложил разделить все факторы на активные и пассивные. К активным им были отнесены биосфера, атмосфера и гидросфера, к пассивным -- материнские породы, которые, по его мнению, служат только источником минеральной массы, но не являются источником энергии, а также рельеф местности (учение о факторах почвообразования Щеглов Д.И. 2008). А. А. Роде (1947) считал, что такое противопоставление факторов едва ли является правильным, но вместе с тем, несомненно, их роль неодинакова. Развивая учение В. В. Докучаева, А. А. Роде предложил дополнять перечень факторов еще двумя -- земным тяготением и влиянием грунтовых, почвенных поверхностных вод.

Наиболее острая дискуссия по поводу роли отдельных факторов в процессах почвообразования и выделения ведущего фактора возникла в 30-х и конце 40-х годов 20 века. Всеобщее признание получила точка зрения о ведущей роли в процессах почвообразования биологического фактора (высших зеленых растений, животных и микроорганизмов).

Наиболее полная научная концепция о ведущем значении биологического фактора в процессах почвообразования была разработана В. Р. Вильямсом. Вся сущность почвообразовательного процесса рассматривается им как диалектическое единство процессов взаимодействия между организмами и средой. Развитие и направление почвообразовательного процесса В. Р. Вильяме ставит в зависимость от типа и характера сообществ зеленых растений.

Докучаевское учение о факторах почвообразования, как основополагающее в учении о генезисе почв, получило свое дальнейшее развитие в трудах его учеников и последователей -- К. Д. Глинки, С. А. Захарова, Б. Б. Полынова, А. А. Роде, И.П. Герасимова, В. А. Ковды, В. Р. Волобуева и многих других русских ученых.

Среди иностранных ученых необходимо назвать американского почвоведа Ганса Йенни (1948). Он опубликовал работу, посвященную специальному исследованию факторов почвообразования, в которой попытался впервые количественно оценить вклад тех или иных факторов в совокупное их влияние на результирующее почвообразование. В этой книге дан большой фактический материал о зависимости различных свойств почв и почвообразования в целом от количественных характеристик как отдельных факторов, так и их разнообразных сочетаний.

В процессе формирования почвы все факторы являются равнозначными и незаменимыми. Отсутствие одного из них исключает возможность почвообразовательного процесса. На определенных стадиях или в специфических условиях развития почвы в качестве определяющего может выступать какой-либо один из факторов.

2. Климат как фактор почвообразования

Климат -- статистический многолетний режим погоды, одна -из основных географических характеристик той или иной местности -- главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды. Поэтому, когда говорят о климате как факторе почвообразования, имеют в виду определенную часть атмосферы данной местности, характеризующуюся тем или иным климатическим режимом. Физическим телом природы при этом выступает атмосфера со всем комплексом протекающих в ней процессов и явлений, а климат служит статистическим отражением этих процессов.

В аспекте геологического времени климат -- явление переменное. С изменением климата тесно связана история развития органического мира, а следовательно, и история развития почвенного покрова Земли. Климат играет важнейшую роль в закономерном размещении типов почв по лику земного шара, ему принадлежит огромная роль в установлении определенных циклов динамики почвообразовательных процессов, их специфике и направленности. С климатическими условиями связана энергетика почвообразования.

По определению С. В. Калесника, климат Земли есть результат взаимодействия многих природных факторов, главные из которых: а) приход и расход лучистой энергии Солнца; б) атмосферная циркуляция, перераспределяющая тепло и влагу; в) влагооборот, неотделимый от атмосферной циркуляции. Каждый из перечисленных факторов зависит от географического положения местности (широты, высоты над уровнем моря и т. д.).

Климат включает воздух приземного слоя, поверхностные и грунтовые воды и солнечную радиацию. Действие его на развитие почв может быть прямым, выражающимся в увлажнении, промачивании, нагревании и охлаждении почв, и косвенным, сказывающимся в жизнедеятельности почвенных организмов. Все климаты группируются на нивальные, где осадки выпадают только в форме снега, гумидные - осадков выпадает больше, чем испаряется с поверхности, и аридные - сухие, где возможная испаряемость с поверхности почвы значительно больше, чем выпадает осадков.

Огромную роль в почвообразовании играют местный климат вообще и почвенный в особенности. Почвенный климат известным образом сказывается на свойствах почвы (содержание перегноя, температура, влажность, условия аэрации и др.) и, в свою очередь, зависит от почв, произрастающей на ней растительности и элементов рельефа.

Наиболее важными элементами климата в почвообразовании являются осадки и приток лучистой энергии солнца (тепло и свет).

Осадки. Количество атмосферных осадков, выпадающих на поверхность почвы в разных природных условиях, зависит от многих факторов: географической широты и долготы, высоты местности над уровнем моря, особенностей атмосферной циркуляции и удаленности от морей. Атмосферная влага (осадки, транспирация) служит основным источником увлажнения почв и образования жидкой фазы почвы. Для характеристики климата как главного фактора, определяющего годовой режим увлажненности почв, используется коэффициент увлажнения (КУ).

КУ = Рос/Еис,

где Рос -- среднемноголетняя (месячная) сумма осадков, мм; Еис -- испаряемость за тот же период, мм. Территории, где КУ >1,0 мм, считаются влажными (гумидными), а с КУ <1,0 мм -- сухими. Подсчитано, что КУ для лесной зоны равен 1,38, для лесостепной -- 1,0, для степной черноземной -- 0,67 и для зоны сухих степей -- 0,33. Наблюдается тесная связь между влажностью почв и коэффициентом увлажнения. Между распределением разных типов почв на земной поверхности, радиационным балансом, температурой воздуха и суммой осадков существует определенная связь.

Неравномерное периодическое выпадение осадков местами создает и неблагоприятный водный режим почвы, характеризующийся сменой периодов иссушения периодами избыточного увлажнения.

Вторым элементом климата, важным в почвообразовании, является температура воздуха и почвы.

Температура. Количество солнечной радиации, поступающей на поверхность почвы, зависит от широты местности (на экватор поступает максимум солнечной энергии), угла падения солнечных лучей на поверхность элементов рельефа и высоты местности над уровнем моря. Закономерности поступления солнечной радиации описываются законом географической (природной) зональности. Наблюдается прямая зависимость температуры почвы и атмосферного воздуха от почвенно-биоклиматического пояса. Затраты энергии на процессы почвообразования зависят от количества солнечной энергии, поступающей на земную поверхность, и связаны с радиационным балансом и температурой воздуха. Поступающая в почву энергия расходуется на процессы разной природы: физического и химического выветривания, круговорота тепла и влаги в почвенной толще, биологического превращения и миграции веществ в почвенном профиле. Наибольшая доля энергии почвообразования (от 95,0 до 99,5 %) идет на испарение и транспирацию. Остальная энергия расходуется на циклические биологические процессы: синтез органического вещества в почве -- от 0,5 до 5,0 %, разложение минералов почвообразующих пород -- 0,01 %. Суммарные затраты энергии на почвообразовательные процессы существенно различаются в разных географических зонах. Они минимальны в тундрах и пустынях -- от 2 000 до 5 000 кал/(см² год) и очень велики во влажных тропических областях -- от 60 000 до 70 000 кал/(см² год). Для лесного и степного почвообразования в умеренном поясе затраты составляют от 10 000 до 40 000 кал/(см2 год). Затраты энергии на почвообразовательные процессы в условиях высокого увлажнения возрастают от тундры к тропикам более, чем в 20 раз. Основным аккумулятором энергии Солнца в почвенной толще является гумус почвы. В почвенном гумусе связано до 1019 ккал солнечной энергии. Следствие большого разброса величин затрат энергии на почвообразовательные процессы -- разная степень преобразования минеральной массы почвы. Во влажных тропиках в почвах разрушены практически все первичные минералы, а доля оксидов железа и алюминия (результат почвообразования) составляет до 50 % валового химического состава почвы. В почвах тундры минеральный состав изменен в минимальной степени. Температура влияет на скорость химических и биологических процессов, протекающих в почве.

Температурные условия местности и продолжительность вегетационного периода определяют длительность интенсивного сезонного почвообразования. При отрицательных температурах почвообразование если полностью не останавливается, то протекает крайне слабо. При низких температурах происходит необратимое свертывание перегнойных кислот с возникновением нерастворимых веществ, то же наблюдается с некоторыми другими органическими соединениями, органо-минеральными и минеральными коллоидами почвы. Периодическое влияние положительных и отрицательных температур сопровождается замерзанием, размерзанием и оттаиванием почвы. В связи с выкристаллизованием воды в порах почвы в ней появляются трещины и непрочные отдельности в виде мерзлотной структуры.

На почвообразование может влиять ветер, вызывая дефляцию. При скорости у поверхности почвы >5 м/сек он отрывает мелкие почвенные частицы и переносит их по воздуху, частицы средних размеров перемещаются скачкообразно, а более крупные катятся по поверхности. Ветер способствует обмену воздуха атмосферы и почвы, усиливая испарение воды с поверхности земли и из почвы.

Климатические условия природных зон накладывают отпечаток на все физико-географические процессы и на почвообразование в особенности. В зависимости от климата в комплексе с другими факторами формируются весьма разнообразные почвы.

Важные характеристики климата как фактора почвообразования -- радиационный баланс, среднемноголетние значения температур и сумм годовых активных температур воздуха (более 10 °С). Они влияют в многолетнем плане на формирование зонального распределения типов почв. Температура воздуха, ветер, осадки и испарение создают температурно-влажностный режим погоды каждой местности (ландшафта, региона, зоны, страны, материка).

2.1 Радиационный баланс

Солнечная радиация, которая приходит к земной поверхности, частично поглощается, частично отражается ею. Земля также сама излучает радиацию в атмосферу, а из атмосферы излучается инфракрасная радиация, главным образом (около 70%), в направлении к земной поверхности (встречное излучение атмосферы). Разность между приходящим и исходящим потоками энергии называется радиацонным балансом.

Составляющими радиационного баланса являются следующие элементы коротковолновой и длинноволновой радиации. Суммарная радиация ( Is ), отраженная ( Q ), длинноволновое излучение Земли ( Ез ), длинноволновое излучение атмосферы или встречное излучение ( Еа ).

Величина отраженной солнечной радиации от поверхности зависит от свойств этой поверхности. Отношение отраженной радиации ( Q ) ко всей приходящей называется отражательной способностью или альбедо ( А ) данной поверхности:(1)

А = Q : I_S * 100% (1)

Альбедо зависит от цвета, шероховатости, влажности и других свойств поверхности. Для почв его значения колеблются в основном в пределах 10 - 30% (для влажного чернозема - снижается до 5%, для сухого светлого песка может повыситься до 40%). Во всех случаях влажные почвы отражают радиацию меньше. Для растительного покрова характерны значения альбедо от 10 до 25%. Для свежего снега - до 95%, для загрязненного - ниже 50%. Для облаков - в среднем 50-60%, на верхней границе - до 80%.

Земная поверхность излучает длинноволновую радиацию ( Ез ) в атмосферу непрерывно, а атмосфера отдает ( Еа ) ее. Разность этих двух потоков, которые характеризуют потерю тепла, называется эффективным излучением и выражается уравнением:(2)

Еэ = Ез - Еа (2)

Эффективное излучение представляет собой потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью и именно оно измеряется пиргеометрами. С возрастанием облачности, увеличивается встречное излучение, а эффективное - убывает, то есть ночное охлаждение поверхности становится меньше. Днем эффективное излучение перекрывается поглощенной солнечной радиацией, поэтому и поверхность земли днем теплее. В средних широтах земная поверхность теряет при эффективном излучении примерно половину количества тепла, получаемого от поглощенной радиации.

Эффективное излучение деятельного слоя зависит от температуры слоя, влажности и прозрачности воздуха, облачности. При повышении температуры поверхности Еэ увеличивается, при возрастании влажности и температуры воздуха - уменьшается. Облака излучают почти также, как и деятельный слой земли и при сплошной плотной облачности Ез может быть примерно равно Еа и в этом случае Еэ = 0. Сильно ослабляет излучение земной поверхности атмосфера, поглощая его водяным паром и углекислым газом. При этом коротковолновое излучение атмосфера пропускает. Эта особенность атмосферы называется парниковым эффектом. Без атмосферы температура поверхности земли была бы на 38^оС ниже.(Интернет. Радиационный баланс.)

Уравнение радиационного баланса может быть представлено с учетом его составляющих в виде: (3)

R=(Q+q)(1-A)-E, (3)

Где (Q -- прямая радиация; q -- рассеянная радиация; А --- альбедо (в долях единицы); Е -- эффективное излучение поверхности.

Радиационным балансом, или остаточной радиацией подстилающей поверхности, принято называть разность между радиацией поглощенной земной поверхностью и эффективным излучением.

Схема рационального баланса. Земля получает энергии в среднем 8,3 Дж/(см2·мин). Если принять эту величину за 100 единиц (%), то в глобальном масштабе солнечная энергия распределяется следующим образом. Ультрафиолетовые лучи, составляющие 3%, поглощаются озоновым слоем на верхней границе географической оболочки. С облаками взаимодействует 39% лучистой энергии, из которых 19% отражаются, от 2 до 6% поглощаются, 15% рассеиваются и достигают земной поверхности как рассеянная радиация. Водяные пары и пыль отражают 6% и рассеивают 11% лучистой энергии.В итоге только 24% приходят на земную поверхность как прямой солнечный свет и 26% (15%+11%) как рассеянный, составляя в сумме 50%. Из этого количества 3% отражаются от земной поверхности и вместе с 6% лучистой энергии, отраженной водяными парами, и 19%, отраженной облаками, составляют 28% уходящей коротковолновой радиации. 72% покидающего географическую оболочку излучения составляет длинноволновая радиация, обусловленная эффективным излучением земной поверхности, одна треть которого поглощается в тропосфере водяным паром и диоксидом углерода.

Наблюдается закономерное нарастание поступления солнечной энергии от полюсов к экватору. Радиационный баланс зависит от многих факторов -- от широты местности, характера подстилающей поверхности, степени увлажненности территории. В пределах тропических, умеренных и частично полярных широт радиационный баланс имеет положительное значение, но в Центральной Арктике годовой радиационный баланс отрицательный и равен --11 кДж/ (см²-год), а во внутренних районах Антарктиды он достигает --42 кДж/(см² -год). Максимальный радиационный баланс на материках не превышает 336--339 кДж/(см²- год). В соответствии с поступлением тепла на поверхности Земли формируются термические пояса планеты (табл. 1).

Таблица 1

Планетарные термические пояса

Пояс	Среднегодовая температура С	Радиационный баланс (кд/см^2 *год)	Сумма температур > 10? C
			на западе Евразии	на востоке Евразии
Полярный	-23 -15	21-42	400-600	400-600
Бореальный	-4 +4	42-84	600-2400	600-1800
Суббореальный	+10	84-210	2400-4000	1800-3200
Субтропический	+15	210-252	4000-8000	3200-7000
Тропический	+32	252-336	>8000	>7000

2.2 Понятие о коэффициенте увлажнения и индексе сухости

2.2.1 Способы выражения процессов атмосферного увлажнения

Нетрудно видеть, что на земной поверхности постоянно происходят два противоположно направленных процесса -- орошение местности осадками и иссушение ее испарением. Оба эти процесса сливаются в единый и противоречивый процесс атмосферного увлажнения, под которым понимается соотношение количества осадков и испаряемости.

Существует более двадцати способов его выражения. Показатели называются индексами и коэффициентами или сухости воздуха, или атмосферного увлажнения. Наиболее известны следующие:

1. Гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова.

2. Радиационный индекс сухости М. И. Будыко.

3. Коэффициент увлажнения Г. Н. Высоцкого -- Н. Н. Иванова. Лучше всего его выразить в %. Например, в европейской тундре осадков выпадает 300 мм, а испаряемость только 200 мм, следовательно, осадки превосходят испаряемость в 1,5 раза, атмосферное увлажнение равно 150%, или =1,5. Увлажнение бывает избыточным, больше 100%, или 0,01 когда осадков выпадает больше, чем может их испариться; достаточным, при котором сумма осадков и испаряемость приблизительно равны (около 100%), или С = 1,0; недостаточным, меньше 100%. или К<1,0, если испаряемость превосходит количество осадков; в последней градации полезно выделить ничтожное увлажнение, в котором осадки составляют ничтожную (13% и меньше, или К = 0,13) долю испаряемости.

4. В Европе и США пользуются коэффициентом Ч. У. Тортвейта, довольно сложным и весьма неточным; рассматривать его здесь нет необходимости. Обилие способов выражения увлажнения воздуха говорит о том, что ни один из них не может считаться не только точным, но и более верным, чем другие. Довольно широко пользуются формулой испаряемости и коэффициентом увлажнения Н. Н. Иванова и для целей землеведения он наиболее выразителен. Обычно различают зону избыточного увлажнения, где К больше 1, например, в тундролесьях и тайге К = 1,5; зону неустойчивого увлажнения -- в лесостепи 0,6-1,0; зону недостаточного увлажнения -- в полупустыне 0,1-0,3, а в пустыне меньше 0,1.(Интернет. Коэффициент увлажнения.)



2.2.2 Испаряемость

Количество осадков еще не дает полного представления об обеспеченности территории влагой, так как часть атмосферных осадков испаряется с поверхности, а другая часть просачивается в почву.
При различных температурах с поверхности испаряется различное количество влаги. Количество влаги, которое может испаряться с водной поверхности при данной температуре, называется испаряемостью. Она измеряется в миллиметрах слоя испарившейся воды. Испаряемость характеризует возможное испарение. Фактическое же испарение не может быть больше годовой суммы осадков. Поэтому в пустынях Средней Азии оно составляет не более 150-200 мм в год, хотя испаряемость здесь в 6-12 раз выше. К северу испарение возрастает, достигая 450 мм в южной части тайги Западной Сибири и 500-550 мм в смешанных и широколиственных лесах Русской равнины. Далее к северу от этой полосы испарение вновь уменьшается до 100-150 мм в прибрежных тундрах. В северной части страны испарение ограничивается не количеством осадков, как в пустынях, а величиной испаряемости.

2.2.3 Коэффициент увлажнения

Для характеристики обеспеченности территории влагой используется коэффициент увлажнения -- отношение годовой суммы осадков к испаряемости за этот же период.

Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Близ северной границы лесостепной зоны количество осадков примерно равно годовой испаряемости. Коэффициент увлажнения здесь близок к единице. Такое увлажнение считается достаточным. Увлажнение лесостепной зоны и южной части зоны смешанных лесов колеблется от года к году в сторону то увеличения, то понижения, поэтому оно неустойчивое. При коэффициенте увлажнения меньше единицы увлажнение считается недостаточным (степная зона). В северной части страны (тайга, тундра) количество осадков превышает испаряемость. Коэффициент увлажнения здесь больше единицы. Такое увлажнение называют избыточным.

Коэффициент увлажнения выражает соотношение тепла и влаги на той или иной территории и является одним из важных климатических показателей, так как определяет направление и интенсивность большинства природных процессов.

В районах избыточного увлажнения много рек, озер, болот. В преобразовании рельефа преобладает эрозия. Широко распространены луга и леса.

Высокие годовые значения коэффициента увлажнения (1,75-2,4) характерны для горных территорий с абсолютными отметками поверхности 800-1200 м. Эти и другие, более высокогорные, районы находятся в условиях избыточного увлажнения с положительным балансом влаги, избыток которой составляет 100 - 500 мм в год и более. Минимальные значения коэффициента увлажнения от 0,35 до 0,6 свойственны степной зоне, подавляющая часть поверхности которой расположена на отметках менее 600 м абс. высоты. Баланс влаги здесь отрицателен и характеризуется дефицитом от 200 до 450 мм и более, а территория, в целом - недостаточным увлажнением, типичным для полуаридного и даже аридного климата. Основной период испарения влаги длится с марта по октябрь, а ее максимальная интенсивность приходится на наиболее жаркие месяцы (июнь -- август). Наименьшие значения коэффициента увлажнения наблюдаются именно в эти месяцы. Нетрудно заметить, что величина избыточного увлажнения горных территорий сопоставима, а в некоторых случаях и превышает суммарное количество атмосферных осадков степной зоны.

Коэффициент увлажнения Высоцкого -- Иванова

Коэффициент увлажнения -- соотношение между количеством выпадающих атмосферных осадков за год или другое время и испаряемостью определенной территории. Коэффициент увлажнения является показателем соотношением тепла и влаги. Впервые способ характеристики климата как фактора водного режима почв был введен в практику почвоведения Г. Н. Высоцким. Им было введено понятие о коэффициенте увлажнения территории (К) как о величине, показывающей отношение суммы осадков (Q, мм) к испаряемости (V, мм) за тот же период (К=Q/V). По его подсчетам эта величина для лесной зоны равна 1,38, для лесостепной-- 1,0, для степной черноземной-0,67 и для зоны сухих степей -- 0,3.

В дальнейшем понятие о коэффициенте увлажнения было детально разработано Б. Г. Ивановым (1948) для каждой почвенно-географической зоны, а коэффициент стал называться коэффициентом Высоцкого -- Иванова (КУ).

По обеспеченности суши водой и особенностям почвообразования на земном шаре можно выделить следующие области (Будыко, 1968)(табл.2)

В соответствии с поступлением влаги и ее дальнейшим перераспределением каждый природный регион характеризуется показателем радиационного индекса сухости

К = R/ar,

где Я-- радиационный баланс, кДж/(см²*год); r -- количество осадков в год, мм; a -- скрытая теплота фазовых преобразований воды, Дж/г.

Таблица 2

Климатические области

Климатические области	Среднегодовое количество осадков, мм	Коэффициент увлажнения (КУ)
Исключительно сухие	10--20	0,2--0,1
Засушливые (аридные)	50-150	0,5--0,3
Умеренно сухие (семиаридные)	200--400	0,7 -0,5
Влажные (гумидные)	50--800	1,0
Избыточно влажные	1500--2000	1,2--1,5
Особенно влажные (супергумидные)	3000--5000	1,5--2,0- 3,0

В соответствии с поступлением влаги и ее дальнейшим перераспределением каждый природный регион характеризуется показателем радиационного индекса сухости

К = R/ar,

где Я-- радиационный баланс, кДж/(см²*год); r -- количество осадков в год, мм; a -- скрытая теплота фазовых преобразований воды, Дж/г.

2.2.4 Радиационный индекс сухости

Радиационный индекс сухости показывает, какая доля радиационного баланса тратится на испарение осадков. Изолинии индекса сухости в северном полушарии в общем совпадают с распространением природных зон. Ниже приведены значения радиационного индекса сухости для различных природных зон Северного полушария (по А. А. Григорьеву и М. И. Будыко, 1965).

Исключительно большая роль климата в процессах почвообразования заставила на основе учета термических параметров произвести выделение в каждом почвенном типе фациальных подтипов, для которых вводятся номенклатурные обозначения, связанные с их термическим режимом: жаркие, теплые, умеренно теплые, холодные, умеренно холодные, промерзающие, непромерзающие почвы и т. д. Например, дается такое определение: чернозем обыкновенный очень теплый, периодически промерзающий {встречается в Молдавии, на юге Украины, в Предкавказье), или -- дерново-подзолистые умеренно холодные длительно промерзающие почвы (таблица 3).



Таблица 3

Значения радиационного индекса сухости для различных природных зон Северного полушария

Зоны и подзоны	К = R/ar	Зоны и подзоны	К = R/ar
Северная тундра	0,37--0,40	Широколиственные леса	0,85-- 1,00
Южная тундра	0,40--0,55	Лесостепь	1,00--1,30
Лесотундра	0,55-0,56	Степи	1,30-2,50
Северная тайга	0,56 -0,6	Северные полупустыни	2,50--4,00
Средняя тайга	0,6--0,75	Южные полупустыни и пустыни	3,00-15.00
Южная тайга	0,75 -0,85

2.3 Микроклимат

Помимо «общеземного» климата, определяющего главные особенности закономерного размещения почв на земной поверхности, в процессах почвообразования большую роль играет местный климат, получивший название «микроклимата». Возникновение того или иного типа «микроклимата» определяется в основном формами рельефа, экспозицией склонов и характером растительного покрова.

В. Р. Волобуев (1983) к области микроклимата относит приземный слой воздуха на высоте до 2 м от поверхности Земли и его сопряжение с поверхностными слоями почвы с соответствующими климатическими параметрами.

Для оценки взаимодействия между приземным слоем атмосферы и почвой берется сопряженность среднегодовой температуры воздуха на уровне 2 м от поверхности Земли и среднегодовой температуры почвы на глубине 20 см от поверхности Земли. Между этими величинами существует строгая связь, позволяющая установить наиболее общие количественные соотношения, носящие в общем прямолинейный характер как по среднегодовым, так и по сезонным показателям.

Климат, характерный для данной зоны, подвержен изменениям в зависимости от рельефа, растительности, экспозиции склона и других свойств подстилающей поверхности. В результате формируются местные особенности климата, которые существенно меняются на небольших расстояниях и называются микроклиматом местности.

В одной зоне будут различные микроклиматы для леса, долины реки, полей и т.д. Особенности их проявляются прежде всего в приземном слое воздуха и на высоте нескольких метров (или десятков метров) сглаживаются при перемешивании воздуха ветром.

Прежде всего, для микроклимата характерна своя амплитуда температур в течение суток. Неровности рельефа с изменениями высот в пределах десятков метров действуют прежде всего на распределение солнечной радиации. Склоны южной экспозиции нагреваются больше, поэтому в ясные дни без ветра температура склона южной экспозиции может быть на 10^оС выше, чем северного. Колебания температур в понижениях больше, чем на возвышенностях. Ночью температура опускается ниже за счет стекания в понижения холодного воздуха, что может вызвать заморозки, которых не будет на высокой ровной поверхности.

Рельеф также влияет на распределение снежного покрова (с холмов снег сдувается в низины) и скорость его таяния. В результате, почвы на вершинах и склонах южной экспозиции будут иметь меньший запас влаги, по сравнению с северными склонами и понижениями.Таким образом, микроклимат может влиять на сроки сева (раньше на южных склонах), условия произрастания растений.

Фитоклимат - это микроклимат, формирующийся среди растительности, которая и определяет его особенности. В лесу, например, зимой теплее, чем на поле, освещенность всегда меньше. Летом в посевах развитых высокостебельных культур (кукуруза, подсолнечник, хлопчатник) температура почвы на 15-20^оС ниже, чем на открытых участках.

Микроклимат и фитоклимат изучают путем сравнения наблюдений за метеорологическими элементами на станции и в различных точках территории по формам рельефа и под разной растительностью. Измеряют температуру воздуха и поверхности почвы, влажность воздуха, направление и скорость ветра, интенсивность и баланс солнечной радиации над посевами и в них. Для этого используются переносные метеорологические приборы. По результатам наблюдений составляются карты микроклимата для хозяйств, что позволяет рационально использовать климатические ресурсы в сельскохозяйственном производстве.

Путем улучшения микроклимата сельскохозяйственных угодий можно повысить урожайность культур. Для северных холодных и избыточно увлажненных районов основным приемом является удаление избытка влаги в почве и выбор наиболее прогреваемых участков рельефа. Для южных областей наиболее важно создание запасов воды в почвах путем снегозадержания и орошения, а также - снижение интенсивности испарения почвой и растениями, для чего создаются лесные полосы. Лесные полосы сильно уменьшает скорость воздушного потока и его турбулентность в припочвенном слое на расстоянии 15-20 высот деревьев. Поэтому наиболее эффективны лесные полосы высотой около 20 метров с чередованием через каждые 500 м. (Интернет. Агрометеорология - Микроклимат)

3. Климат почв и его составляющие

Климат почв может быть рассмотрен как совокупность постоянно совершающихся в ней физических процессов, формирующихся под воздействием природных и антропогенных факторов. Первыми составляющими климата почвы являются тепловой, водный и воздушный режимы, подчиняющиеся макроклиматической ритмичности и особенностям мезо- и микроклимата.

Физические процессы фазовых переходов почвенной влаги (испарение, конденсация, льдообразование) определяются температурой влажностью и давлением, а также их внутрипочвенными градиентами и градиентами в системе приземный слой воздуха-растение-почва, В соразмерности почвенного тепла и влаги находят количественное выражение тепло-- и влагообеспеченность почвы - основные параметры оценки ее климата в его практическом приложении.

Важным показателем климата почв является степень суровости зимних почвенных условий, определяющих возможность перезимовки сельскохозяйственных культур и интенсивность процессов педокриогенеза. Существенной характеристикой климата почв является его континентальность, определяемая не только годовой амплитудой температур на глубине 0,2 м, но и величиной внутри-почвенных градиентов (рис.1).

Оценка перечисленных параметров климата почв необходима для уточнения диагностики и классификации почв, природно-агрономического районирования, районирования сортов сельскохозяйственных культур, разработок планов землепользования в хозяйствах, приемов агротехники и мелиорации

Рис.1 Континентальность климата по Н.Н. Иванову (Шашко, 1967)

В качестве основных критериев оценки приняты: для теплообеспеченности почв - сумма активных (выше 10°С) температур почвы на глубине 0,2 м (рис.2.); для влагообеспеченности - запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в начале и конце вегетационного периода (выше 5°С среднесуточных температур), а также гидротермический коэффициент почвы и вероятность почвенной засухи.

Рис.2 Сумма активных температур почвы на глубине 0,2 м. (Герасимова и др., 2000)

Рассмотрение почвенно-климатических условий на территории СССР (Димо, 1985) в зонально-провинциальном и природно--сельскохозяйственном аспектах позволило отметить следующие закономерности в пространственном их изменении.

По всем зонам Нечерноземной полосы России наблюдается снижение сумм активных температур почв, а, следовательно, их теплообеспеченности в направлении с запада на восток и нарастание сумм отрицательных температур, морозоопасности и континентальности почвенного климата в том же направлении.

Теплообеспеченность почв Нечерноземья изменяется от весьма слабой (400-800°С) суммы активных температур выше 10°С на глубине 0,2 м в Северо-Восточной провинции лесотундровой северо-таежной зоны глееподзолистых и мерзлотно-таежных почв до выше средней (2100-2700°С) в Белорусской и Дальневосточно-Амуро-Уссурийской провинциях южно-таежной зоны дерново-подзолистых почв.

Соответственно, условия суровости зимних почвенных условий меняются от очень холодных крайне морозоопасных (-2000°С ниже) сумм отрицательных температур на глубине 0,2 м в Северо-Восточной провинции лесотундровой северо-таежной зоны до умеренно-теплых умеренно морозоопасных - 100-50°С сумм отрицательных температур в Прибалтийской и Белорусской провинциях южно-таежной зоны.

Снижение сумм активных температур почв происходит параллельно уменьшению количества осадков за вегетационный период, что в совокупности приводит к снижению расхода почвенной влаги за счет суммарного испарения. Пространственное изменение запасов продуктивной влаги отражает сопряженность между суммами активных температур почвы, количеством осадков и суммарным испарением, но зависит в равных условиях растительного покрова от физических свойств почв и подстилающих пород, определяющих специфику почвенного климата. Особое значение здесь приобретает наличие вечной мерзлоты.

Влагообеспеченность почв изменяется на территории Нечерноземья от избыточной - при запасах продуктивной влаги в метровом слое почвы более 200 мм, ГТК_П - 1,5 и отсутствии вероятности почвенных засух во всех провинциях лесотундровой северотаежной и средне-таежной (подзолистых и мерзлотно-таежных почв) зон, за исключением почв Центральной Якутской провинции, где влагообеспеченность достаточна (200-150 мм; ГТК_П - 1,5-1; вероятность почвенных засух менее 25%) в начале вегетационного периода и недостаточна в конце (150-100 мм; ГТК_П - 1_ 0,5; вероятность почвенных засух - 25-50%).

Следует отметить, что в Белорусской и Центрально-Якутской провинциях расход влаги на испарение превышает количество осадков, выпадающих в вегетационный период, и к концу его создается дефицит продуктивной влаги в метровом слое почвы по сравнению с его запасом перед началом вегетационного периода. В почвах Средней Сибири начальный запас равен конечному. Количество осадков соответствует суммарному испарению.

Лимитирующим успешное возделывание сельскохозяйственных культур фактором территории Нечерноземья, характеризующейся гумидными условиями почвообразования, является, за исключением Европейской территории южно-таежной зоны (подзоны) дерново-подзолистых почв, недостаток тепла не только приземного слоя воздуха, но главным образом тепла почвы, ее теплообеспеченности и условий перезимовок. Особенно остро этот фактор проявляется на севере и северо-востоке страны, в области распространения мерзлотных (криогенных) почв на многолетнемерзлых породах.

Иные соотношения параметров почвенного климата сформировались в условиях полуаридной, аридной и влажно--субтропической областей СССР. Основным фактором, лимитирующим успешное возделывание сельскохозяйственных культур на территории, расположенной южнее Нечерноземной полосы (за исключением влажных субтропиков), является влага, поэтому оценка влагообеспеченности почв здесь является первоочередной.

Вместе с тем было бы неправильным оценивать этот фактор в отрыве от второго, не менее значимого фактора - тепла и теплообеспеченности почв. Теплообеспеченность почв лесостепной, степной сухостепной, полупустынной и пустынной зон снижается в направлении с запада на восток, что выражается уменьшением сумм относительных и активных температур почвы. В том же направлении наблюдается нарастание сумм отрицательных температур, морозоопасности и континентальности почвенного климата.

Теплообеспеченность почв лесостепной, степной, сухостепной, полупустынной и пустынной зон снижается в направлении с запада на восток, что выражается уменьшением сумм положительных и активных температур почвы, В том же направлении наблюдается нарастание сумм отрицательных температур, морозоопасности и континентальности почвенного климата. Снижение сумм активных температур почв, так же как и в Нечерноземной полосе, происходит параллельно уменьшению количества осадков за вегетационный период, что в совокупности приводит к снижению расхода почвенной влаги за счет суммарного испарения. Пространственное изменение запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы отражает сопряженность между суммами активных температур почвы, количеством осадков и суммарным испарением в вегетационный период.

Теплообеспеченность почв наибольшая в Среднеазиатской провинции субтропической пустынной зоны серо-бурых и такыровидных почв, песков и такыров и оценивается как весьма высокая (5600-7200°С). Наиболее низкая - ниже средней (1200-1600°С) теплообеспеченность в Среднесибирской провинции лесостепной зоны серых лесных почв, оподзоленных, выщелоченных и типичных черноземов.

Суровость зимних почвенных условий наиболее выражена в Восточносибирской провинции степной зоны обыкновенных и южных черноземов, где они оцениваются как холодные морозоопасные (2000-1000°С ниже нуля). Теплые неморозоопасные условия характеризуют почвы субтропической лесной зоны желтоземов и красноземов (от 50° сумм отрицательных температур почвы до 0°с).

Избыточному увлажнению подвержены почвы Западно-Грузинокой провинции этой зоны (более 200 мм запасов продуктивной влаги в вегетационный период в метровом слое почвы), за исключением красноземов, водопрочная структура которых обеспечивает хорошую их водопроницаемость.

Достаточным увлажнением как в начале, так и в конце вегетационного периода характеризуются почвы Среднерусской провинции лесостепной зоны (200-150 мм). Крайняя степень необеспеченности влагой (сухо в течение года) отмечается в Арало-Балхашской провинции пустынной зоны серо--бурых почв, песков и солончаков и в Средне-Азиатской провинции субтропической пустынной зоны южных серо-бурых такыровидных почв, песков и тыкыров.

Заключение

Климат формируется под влиянием космических факторов (энергии Солнца) и геосферных (влияние земной поверхности на формирование воздушных масс). Он оказывает многостороннее влияние на биосферу , процессы почвообразования, свойства почв и почвенного покрова. Влияние климата на почвообразование проявляется как непосредственно, обусловливая водно-воздушный, тепловой, биологический, геохимический режимы почв, так и косвенно через другие компоненты биосферы: атмосферу, гидросферу, рельеф и деятельность человека.

Все перечисленные компоненты биосферы зависят от тепловой энергии Солнца и условий увлажнения.

Главными показателями климата являются тепло- и влагообеспеченность территории.

Климат как фактор почвообразования сложен, его воздействие на почвы многообразно. Зная вид климата можно многое сказать о типе почвы данной территории.

Литература

1. Герасимова М.И., Алябина И.О., Урусевская И.С., Шоба С.А., Таргульян В.О. Методические подходы к картографической оценке климата как фактора почвообразования // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение. 2000. № 4. С. 9-14.

2. Димо В.Н. Климат почв и его составляющие на равнинной территории СССР// Климат почв : Сб. науч. тр. / АН СССР. науч. центр биол. исслед. Ин-т почвоведения и фотосинтеза и др.; Почв. ин-т им. В.В. Докучаева Пущино, 1985. - 180 с.

3. Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1948. 348 с.

4. Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. М.: Колос, 1967. 335 с.

5. Докучаев В.В. К учению о зонах природы. Горизонтальные и вертикальные почвенные зоны.1899. 28с.

6. Щеглов Д.И Учение о факторах почвообразования: Учебно-методическое пособие для вузов, Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета.2008. 34с

7. Роде А.А. Почвообразовательный процесс и эволюция почв. - М.: Государственное издательство географической литературы.1947. -143с.

8. Интернет. Агрометеорология - Микроклимат http://catastrofe.ru/atmosfera/213-agrometeorologia.html?start=21

9. Интернет. Радиационный баланс http://catastrofe.ru/atmosfera/213 agrometeorologia.html?start=3

10. Интернет. Коэффициент увлажнения http://biofile.ru/geo/3750.html

Размещено на Allbest.ru