Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Почвы и климат

Глава 3. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ОБЩИМ КЛИМАТОМ, МЕСТНЫМ КЛИМАТОМ, МИКРОКЛИМАТОМ И ПОЧВОЙ

 

 

Содержание:

 

  1. О ПОЧВЕННОЙ КЛИМАТОЛОГИИ
  2. Что такое климат - общий климат или макроклимат, местный климат, микроклимат
  3. Определение почвенного климата
  4. О СООТНОШЕНИИ МЕЖДУ ОБЩИМ КЛИМАТОМ И КЛИМАТОМ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ВОЗДУХА
  5. О СООТНОШЕНИИ МЕЖДУ КЛИМАТОМ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ВОЗДУХА И ПОЧВОЙ
  6. Температурный режим почв
  7. Режим влажности почв

 

Д

о сего дня не только климатологи, но и—надо признаться—сами почвоведы чрезвычайно мало уделяли внимания вопросам почвенного климата—режима почвенных воздуха, тепла, влаги в их взаимодействии и в соединенном воздействии на почву в целом, включая и ее живое население—и еще менее—обратному воздействию почвы в целом на климат почвы. Можно говорить даже вообще об отрыве почвоведа от климатолога."

Аре. Ярилов (1937)

 

О ПОЧВЕННОЙ КЛИМАТОЛОГИИ

 

В генетическом почвоведении решение вопроса о соотношении между почвой и климатом, в его существе, в его принципиальной лостановке, уже давно получило правильное направление. Давно уже, как ранее указывалось (стр. 42), осознана мысль, что г оимят pntr- £ыи— это еще не то, что наблюдается в атмосфере. Установление этого и привело к появлению понятия гидротермический режим почв (Высоцкий, 1906).

 

Атмосферный климат создает, писал С. С. Неуструев (1931), почвенный климат, а точнее температурный и водный режим почвы. Но это воздействие климата на почву нельзя рассматривать как прямое. Почвы подвергаются атмосферным воздействиям, существенно измененным всей географической средой данной местности. Видоизменение общего климата под влиянием местных условий нашло выражение в появлении понятий местный климат и микроклимат, а также климат приземного слоя воздуха. Влияние, оказываемое на почву климатом, сказывается на почвообразовании в общем виде своим суммарным эффектом, а также и через различия в сезонном и даже суточном режиме. И, несомненно, известные ныне почвенные типы имеют глубокие различия как в своем гидротермическом режиме, так и в характере зависимости его от общего климата.

 

Выяснение содержания исследований, необходимых для раскрытия- взаимосвязи между почвой и климатом, требует разъяснения некоторых общих положений, в частности, понятий, касающихся определения климата.

 

Что такое климат - общий климат или макроклимат, местный климат, микроклимат

 

В советской климатологии климат - это закономерная последовательность метеорологических процессов, определенных, комплексом физико-географических условий и выражающихся в многолетнем режиме погоды, наблюдающейся в данной местности. Режим погоды определяется тремя составляющими: солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности, циркуляцией атмосферы.

 

В научный обиход климатологов, почвоведов, ботаников и др. прочно вошли такие представления как общий климат или макроклимат, местный климат, микроклимат. Для разъяснения сущности этих понятий воспользуемся определениями, даваемыми С. А. Сапожниковой (1950), принявшей в основу выделения местного климата и микроклимата масштабы климатических явлений и, затем, значение разного порядка климатических явлений в деятельности человека.

 

Под общим климатом, или макроклиматом, понимаются климатические явления, определяемые факторами крупного масштаба: географической широтой местности, общециркулярными процессами, удаленностью от океанов и морей, макрорельефом.

 

Местный климат определяется климатообразующими факторами более местного масштаба: мезорельефом, растительными массивами и. проч. Различается местный климат леса, поляны, долины, города и т. п.

 

Микроклимат объединяет явления, происходящие в слое воздуха, измеряемом 1,5—2,0 м над поверхностью почвы, в непосредственной^ зависимости от узкоместных свойств деятельного слоя, микрорельефа,, характера растительности и др.; отличительной особенностью приземного слоя воздуха являются также исключительно большие вертикальные градиенты температуры, ветра, влажности.

 

Давая эти определения и сопровождая их дополнительными характеристиками, С. А. Сапожникова нашла нужным добавить: „Приведенные характеристики понятий микроклимата и местного климата не претендуют быть законченными определениями. Дать точные формулировки в настоящее время трудно, учитывая, что даже общее определение климата еще окончательно не отработано" (1950, стр. 7).

 

Действительно, С. П. Хромов (1951) привел ряд возражений по существу формулировок Сапожниковой. Он полагает более правильным рассматривать микроклимат, слагающимся из местных климатов, как соты из ячеек или как 'сама область или зона из отдельных ландшафтов. По Хромову местный климат—климат ландшафта, а микроклимат—климатические различия внутри ландшафта.

 

Для наших целей определения С. А. Сапожниковой климатов разных порядков полезны в том отношении, что они, во-первых, конкретизируют представления о том, что почвы находятся под влиянием климатических воздействий иного характера, чем определяемых общими данными и, во-вторых, показывают теснейшую связь климатических явлений во всех слоях атмосферы и, наконец, в-третьих, отражают порядок взаимодействия климатических явлений с подстилающей поверхностью.

 

Из первого положения следует, что достаточно полное представление о характере воздействия климата на почву может быть составлено только при условии, если будут учтены климатические явления, всех порядков: общий климат, местный климат, микроклимат.

 

Из второго положения следует, что каждая из совокупностей климатических явлений—общий климат, местный климат, микроклимат—является далеко не изолированной,—это порядки климатических явлений, последовательное разъяснение которых, в частности, углубляет, конкретизирует взаимосвязь, существующую между климатом и подстилающей поверхностью. Другими словами, признание, скажем, важности исследования микроклимата для уяснения природы взаимосвязи между общим климатом и растительностью вовсе не исключает того, что та же связь может быть проявлена выяснением местного климата, или климата общего. Но, конечно, взаимосвязь при этом будет выявлена в менее конкретной форме, в более общем

 

Схема соотношения явлений макроклимата, местного климата и микроклимата (Сапожникова, 1950) Средняя июньская максимальная температура: /—макроклиматиче- ское изменение температуры воздуха (в зависимости от широты места, по наблюдениям на открытом ровном месте на высоте 2 м.); 2— местные изменения температуры на высоте 2 м; 3—микроклиматические изменения температуры на высоте 5 см виде. Следовательно, утверждение, что микроклимат—это „совсем другое", чем климат общий, не следует понимать буквально.

 

Третье положение подчеркивает глубокую взаимосвязь между климатическими явлениями и подстилающей поверхностью, активное значение последней; подчеркивает, что именно в микроклиматических явлениях, прежде всего, реализуется эта теснейшая взаимосвязь.

 

Подстилающая поверхность, поглощая и отдавая тепло, влагу, воздух, является фактором, участвующим в формировании климата. Почва и растительность представляют собой главнейшие компоненты подстилающей поверхности на земной суше. Вместе с этим атмосферный климат, преломляясь через свойства растительности, свойства поверхности почвы, через массу ее, создает почвенный климат.

 

На ряде вопросов почвенного климата остановился в своем выступлении на II международном конгрессе почвоведов (1930) А. А. Каминский. Он коснулся, в частности, моментов, которые должны охватываться понятием почвенного климата, не дав, однако, определения лонятия почвенного климата.

 

А. А. Каминским (1932) было отмечено, что в почвенном климате следует принимать во внимание, главным образом, температурный режим почвы и режим ее влажности; почвенный воздух, по его мнению, играет малую роль в жизни почвы. С последним, конечно нельзя согласиться. Между почвой и атмосферой не только существует активный обмен, но почва в своей биологической деятельности существенно изменяет состав воздуха атмосферы.

 

Определение почвенного климата

 

П. И. Колосков полагает возможным дать в качестве примерной, следующую формулировку определения почвенного климата:

 

„Климат почвы есть совокупность внутрипочвенных физических явлений годовой и суточной цикличности, влияющих на жизнь и продуктивность почвы и стоящих в зависимости от внешнего климата, лочвенного субстрата и воздействия человека на почву и ее покровы" <1946, стр. 160).

 

П. И. Колосков поясняет, что это определение относит к почвенному климату не все зависящие от внешнего климата явления в почве, а лишь те из физических, которые имеют годовую или суточную цикличность, влияют на жизнь и биологическую продуктивность почвы и в известной мере подчиняются культурно-техническим воздействиям человека. Следует принять, что климат почвы слагается явлениями, относящимися в основном к трем элементам: 1) температуре почвы, 2) влажности почвы и 3) аэрации почвы.

Можно сказать, что в проблеме познания конкретной сущности взаимодействия между климатом и почвой важнейшее значение имеют две группы вопросов: 1) вопросы, касающиеся закономерностей соотношения между общим климатом и климатом приземного слоя воздуха и 2) вопросы влияния приземного климата на физические процессы в почве.

 

О СООТНОШЕНИИ МЕЖДУ ОБЩИМ КЛИМАТОМ И КЛИМАТОМ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ВОЗДУХА

 

Особенности климата приземного слоя воздуха и влияния на него местных условий—рельефа, растительности, водоемов давно привлекли внимание ученых и практиков, но начало систематических исследований приземного слоя воздуха следует отнести ко второй половине XIX века.

 

А. И. Воейков в труде „Климаты земного шара и в особенности России" (1884) осветил многие важные положения, касающиеся климата вблизи земной поверхности. Им были сделаны основные выводы об особенностях изменения температуры вблизи земной поверхности, изложен закон о влиянии формы рельефа на суточную амплитуду температуры, а также специально рассмотрено влияние растительности на климат. При этом А. И. Воейков в отношении растительности писал: „Растительность имеет заметное влияние на теплоту и влажность воздуха в соседстве с нею; затенение почвы, увеличение поверхности, излучающей тепло, испарение листьями растений, наконец, механическое препятствие для движения воздуха—вот главные условия, от которых зависит это влияние. Способ и сила этих влияний чрезвычайно разнообразны, смотря по свойствам самих растёний, по их густоте, растительным периодам и т. д." (Соч. т. 1, стр. 400).

 

Самое глубокое внимание изучению местных особенностей климата было уделено В. В. Докучаевым в организованной в 1892 г. по его инициативе „Особой экспедиции по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России", которая провела, в частности, и специальное гидрометеорологическое исследование. Особенностью этих исследований было одновременное проведение как наблюдений метеорологических элементов, так и режима почвенной влажности и грунтовых вод.

 

Эти исследования имели целью, писал В. В. Докучаев, выяснение роли леса в распределении важнейших метеорологических элементов и влияния, оказываемого на них элементами рельефа. Не меньшее внимание обращалось также на распределение почвенной влаги в зависимости от состава, строения и культурного состояния почв и физико-географических условий местности. Был исследован и снежный покров. Выводы В. В. Докучаева по результатам работ Особой экспедиции во многом сохранили свою ценность и до настоящего времени (см., например, Мель, 1951).

 

Участник экспедиций В. В. Докучаева—Г. Н. Высоцкий впоследствии (1930) обобщил результаты многих исследований по влиянию *леса на климат, а также на динамику почвенной влажности и режим грунтовых вод.

 

Работы В. В. Докучаева и его учеников получили признание и вполне используются лишь в наши дни, когда они легли в основу крупнейших мероприятий по преобразованию природы степей и пустынь.

 

Работы советских исследователей в области изучения приземного климата по практической направленности и теоретическому анализу превосходят аналогичные зарубежные работы. В советской литературе появился специальный труд по вопросам микроклимата и местного климата (С. А. Сапожникова, 1950). Вопросы микроклимата обстоятельйо рассмотрены в новых учебных пособиях по климатологии (Алисов, Дроздов, Рубинштейн, 1952, и др.). Ряд данных по микроклимату и климату почвы содержится в работах Р. Гейгера (1931), Д. Китреджа (1951) и др.

 

В настоящее время многие стороны процессов, протекающих в приземном слое воздуха, выявлены достаточно полно. Рассмотрение их является специальной задачей. В данной работе должны быть отмечены лишь некоторые общие из них, наиболее важные для понимания почвенно-климатических соотношений.

 

Наличие особых, специфических явлений в приземной атмосфере обусловливает возможность говорить именно о некотором приземном слое воздуха.

 

Для приземного слоя воздуха характерны исключительно большие вертикальные градиенты температуры, ветра и влажности. В самом нижнем 50-сантиметровом слое происходит наиболее сильное изменение указанных метеорологических элементов. Отмечалось, что на высоте нескольких дециметров в припочвенном слое воздуха выявляются такие климатические различия, какие обнаруживаются при наблюдениях на нормальной высоте (т. е. на уровне 1,5—2,0 м) лишь между существенно различными климатическими областями. Так, например, в одном случае наблюдалось, что в продолжение вегетационных месяцев, с мая по октябрь включительно, полуденные температурные градиенты между высотами в 5 и 150 см в среднем достигали 3.4 °С; из этой величины 2.7°С, т. е. приблизительно 4/в приходились на самый нижний слой воздуха между 5 и 50 см. С. А. Сапожникова (1950) указывает, что изменение температуры в приземном слое воздуха с высотой близко к логарифмическому.

 

В атмосферном воздухе передача тепла, влажности, запыленности, кинетической энергии происходит, главным образом, с помощью вихрей, т. е. путем турбулентного обмена. Турбулентность тем больше, чем больше сила ветра. Коэффициент турбулентности, выраженный в см2/сек, возрастает с высотой в первом приближении пропорционально последней. Молекулярный теплообмен имеет практическое значение лиШь в самом нижнем слое воздуха, в котором турбулентное движение воздуха приближается к нулю.

 

В связи с этим сделано заключение, что физический характер припочвенного слоя воздуха определяется близостью земной поверхности и малым турбулентным обменом. Но, вместе с этим, большие температурные градиенты, присущие приземному слою воздуха, обусловливают его неустойчивость и ведут к возникновению вертикального обмена. Вследствие этого припочвенный слой воздуха представляет собой ярус преобладания термического обмена между почвой и воздухом.

 

А. А. Скворцов (1950), создавший на основе исследований температурных микроколебаний в приземном слое воздуха теорию ярусного обмена, пришел к заключению, что процесс конвективного обмена совершается с образованием слоев—ярусов с замкнутой циркуляцией и осуществляется путем периодического разрушения и восстановления этих ярусов. Он устанавливает наличие в приземном слое трех ярусов: припочвенного мощностью 3—4 см.у нижнего приземного мощностью до 2—3 я и верхнего приземного мощностью до нескольких сот метров.

 

Ярусность приземного слоя воздуха в части припочвенного слоя превосходным образом показана ( 2) исследованиями А. Ф. Большакова (1950).

Многочисленными исследованиями установлено, что климат приземного слоя воздуха чрезвычайно зависит от таких условий, как местный рельеф и микрорельеф, вид растительности и ее состояние, состояние поверхности почвы и других. Исследованиями выявлен также ряд местных особенностей в характере влияния указанных выше условий на формирование местного климата.

 

Обширные данные по климату приземного слоя воздуха, накопленные за последние десятилетия, еще не приведены, однако, в обобщенную форму. Это обстоятельство пока лишает возможности говорить о каких-либо общих зональных закономерностях в особенностях формирования микроклимата и местного климата.

 

О СООТНОШЕНИИ МЕЖДУ КЛИМАТОМ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ВОЗДУХА И ПОЧВОЙ

 

Наличие теснейшего взаимодействия между климатическими явлениями в приземном слое воздуха и почвой обусловливает возникновение в последней существенной динамики таких ее физических элементов, как температура, влажность и аэрация. Все эти характеристики почвы, конечно, в своей динамике подчинены не только физическим изменениям в приземном слое воздуха. Они отражают все сложное течение почвообразования, а, следовательно, обусловлены и биологическими процессами, протекающими в почве. Но задача углубленного понимания действительных условий почвообразования требует самостоятельного рассмотрения закономерностей физического взаимодействия между почвой и прилегающим слоем воздуха.

 

а) Температурный режим почв

 

Температурный режим почв, можно сказать, обнаруживает наиболее непосредственную зависимость от тепловых явлений в прилегающем слое атмосферы ( 2). Но, конечно, зависимость эта очень сложная, и связь режима температуры почвы с температурным режимом приземного слоя в действительности отличается чертами большого местного своеобразия.

 

Вопросы температурного режима почвы в связи с микроклиматом в недавнее время рассмотрены С. А. Сапожниковой (1950).

В верхнем слое почвы наблюдаются большие изменения температуры как по вертикали, так и в горизонтальном направлении, обнаруживая при этом зависимость ее от свойств почвы и растительного покрова.

 

Градиенты температуры в почве даже большие, чем в приземном слое воздуха. Но причины больших вертикальных градиентов температуры в верхнем слое почвы иные, чем в воздухе. Градиент температуры в почве с глубиной убывает в основном потому, что большая часть тепла, приходящего к почве извне, поглощается уже в верхних слоях почвы и тепловой поток с глубиной существенно ослабевает.

 

Температура почвы испытывает явственные суточные и годовые колебания, амплитуда которых убывает с глубиной. Глубина затухания колебаний температуры определяется как теплопроводностью почвы, так и погодными условиями, а также и характером покрова почвы, которые в совокупности определяют вели*шну „теплотого потока с поверхности в глубину почвы и обратно.

 

Так, например, исследования подтвердили широко распространенное мнение практиков, что в весенний период глинистые почвы холоднее, а песчаные теплее. Это явление находит объяснение в том, что, во-первых, глинистые почвы обладают большей теплоемкостью и, во-вторых, глинистые почвы, задерживая воду атмосферных осадков, обусловливают большее испарение с поверхности почвы и, следовательно, больший расход тепла. Осенью, когда легкие и тяжелые почвы находятся в переувлажненном состоянии, тепловой режим выравнивается. Может даже случиться при этом, что песчаная почва, благодаря своей хорошей теплопроводности и быстрой теплоотдаче окажется холоднее глинистой.

 

Обработка почвы также существенно сказывается на температурном режиме почвы. Это влияние связано, главным образом, с состоянием скважности почвы и ее влажности.

Температурный режим почв находится в большой зависимости и от наличия органического покрова на поверхности почвы. Так, велики различия между минеральной и торфяной почвой. Отмечено, что торфяная почва в начале вегетационного периода заметно холоднее минеральной, что определяется не только плохой их теплопроводностью, но и относительно большой величиной испарения. Влияние дерновины сказывается в том отношении, что температура почвы с естественным покровом дает заниженные значения по сравнению с обработанными полями, особенно в период ее весеннего подъема.

 

На основе наблюдений, произведенных на черном пару в пунктах, весьма отдаленных друг от друга—под Ленинградом и под Майкопом, сделано заключение, что температура поверхности почвы в дневные часы тем выше температуры воздуха, чем больше радиационный баланс и чем меньше тепла уходит в глубину почвы и в воздух как прямым путем, так и скрытым при испарении; наибольшие разности температуры поверхности почвы и воздуха наблюдаются в ясную^ тихую погоду на темноокрашенных сухих рыхлых почвах.

Таковы некоторые примеры изменения температурного режима почвы в связи с температурой приземного слоя воздуха, отражающие различия в этом физическом явлении в зависимости от местных условий.

 

Наряду с этими закономерностями местного видоизменения характера связи температурного режима почвы и приземного воздуха выявлены также и некоторые закономерности общего порядка, представляющие большой интерес для выяснения региональных различий в соотношении почва—приземный климат.

 

Так, согласно наблюдениям в Тбилиси и Павловске (Ленинград) на песчаной почве, изменение разности максимальных тёмператур поверхности почвы—воздух в зависимости от полуденной высоты5 солнца в среднем за ясные дни по месяцам обнаруживает строгую прямолинейную зависимость. Это позволяет, указывает С. А. Сапож- никова (1950), зная максимальные температуры воздуха и учитывая, годовой ход полуденной высоты солнца, дать приближенную характеристику абсолютных максимумов температуры поверхности оголенной минеральной почвы на разных широтах.

 

Е. А. Архиповой (1951) установлено наличие весьма тесной связи между температурой поверхности почвы и температурой воздуха на высоте 2 м. Как видно из графиков ( 3 и 4), при построении которых использованы материалы наблюдений более 200 метстаций над температурой поверхности оголенной разрыхленной почвы за два года, между температурой поверхности почвы и температурой воздуха имеется в большинстве прямолинейная зависимость.

 

Исследования в совхозе Пахта-Арал (Егоров, 1948) показали, что температура орошаемых светлых сероземов северо-западной части Голодной степи до глубины 1 м подвержена значительным колебаниям в течение года. Летом—в июне, июле и за две первые декады августа—поверхность почвы нагревается до 65—68°, 5 С.

Отрицательные температу ры на поверхности почвы, как исключительное явление наблюдались в феврале и марте. Суточные колебания температуры также достигали значительной величины в верхних слоях почвы и затухали на глубине 50—80 см.

 

Зональные различия температурного режима наглядно показывают также данные  5. В Гизе (Египет) в аллювиальных почвах средняя месячная температура почвы до глубины 30 см остается всегда на 3—6° выше средней месячной температуры воздуха. Но на глубине одного метра разница достигает уже почти 8° (ноябрь—январь). В Версале, где почва покрыта газоном, различия слабее и разницы температуры уже с поверхности могут быть отрицательными. По обеим этим станциям отмечается два периода инверсии температуры в почве, . приуроченные ко времени равноденствия. В Бамбезе и Янгамби (Бельгийское Конго)—в тропической зоне амплитуда различий между температурой воздуха и почвы слабая,—порядка лишь 1,°5. В этих условиях инверсии температуры не наблюдается: средние месячные температуры всегда более высокие в верхних слоях, чем в глубжележащих.

 

Само собой разумеется, тесная связь температуры почвы и температуры воздуха не есть прямая функциональная связь. В температуре почвы и воздуха находят выражение радиационные соотношения.

 

Б. П. Александров и А. В. Куртенер (1935) отмечают большую изменчивость, „текучесть" каждой из статей теплового баланса почвы.

 

Зависимость между радиационными соотношениями и температурой почвы также сложная. Как видно из  6, изменение температуры почвы находится в зависимости не только от напряженности прихода тепла, но и от имеющейся разницы в температуре почвы и прилегающего воздуха.

 

А. Ф. Чудновский (1948) пришел к заключению, что в настоящее время имеется возможность довольно удовлетворительно теоретически оценить, а также надежно измерить теплообмен в почве; имеется также возможность в каждом конкретном случае указать, какова роль этого теплообмена в общем тепловом балансе.

Но, несомненно, трудности на этом пути весьма большие. Это связано, прежде всего, со сложностью составляющих теплового баланса и, в общем, с большой ограниченностью фактических данных. Представить сколько-нибудь полную картину пространственного изменения тепловой динамики почв трудно в связи с тем, что состав уравнения теплового баланса испытывает большие различия в связи с физико- географическими условиями.

 

Так, например, С. А. Сапожникова (1950) указывает, что в дневные часы в лесной зоне вторым по величине после радиации является расход тепла на испарение,—в пустыне же, благодаря отсутствию влаги, этот компонент занимает последнее место. В пустыне вторым по значимости после радиации является поток тепла в воздух, что связано с большим эффективным излучением благодаря высоким температурам поверхности почвы. В лесной же зоне тепловой поток в воздух занимает третье место.

 

Далее можно сделать вывод, что при прочих равных условиях дневные температуры приземных слоев воздуха возрастают по мере уменьшения испарения. Жаркие погоды засушливых лет, как и зной пустынь, определяются не столько особенностями радиационного баланса, сколько резким сокращением расхода тепла на иснарение, вследствие сухости поверхностных слоев почвы. Увеличивая расход тепла на испарение, например, при помощи полива, можно тем самым уменьшить непосредственное поступление тепла в атмосферу и в почву, что в первую очередь снизит температуру приземных слоев воздуха и верхних слоев почвы. Следовательно, в северных условиях, при недостатке тепла в приземном слое, можно добиться его увеличения, уменьшая испарение такими мероприятиями как дренаж, мульчирование и др.

 

Все приведенные примеры, убедительно показывая большую зависимость радиационных соотношений как от общих зональных, так *г от местных условий, все же являются лишь частными примерами этого рода соотношений. Имеющиеся прямые исследования по тепловому балансу дают для географических сопоставлений еще меньше оснований, чем данные по температурному режиму почв. Так, в частности, градиентные наблюдения, позволяющие найти полное решение теплового и водного баланса, сколько-нибудь длительное время проводились только в нескольких точках земного шара. В связи с этим М. И. Будыко (1947) предложил приближенный метод расчета суммарного теплообмена подстилающей поверхности с атмосферой по данным наблюдений температуры, измеряемой ртутными термометрами на поверхности почвы, и температуры, измеряемой в метеорологической будке.

 

Таким образом, связь температуры почв с элементами общего климата является весьма сложной. Температурный режим почв обнаруживает большие различия как ограниченно местного, так и широкого зонального порядка. Однако предстоит еще очень много сделать, чтобы картина географического своеобразия температурного режима почв была выявлена с желаемой полнотой.

 

Признание этого положения закономерно приводит к выводу о необходимости прибегнуть при оценке температурных моментов условий почвообразования к привлечению некоторых отдельных, но наиболее показательных характеристик. Имеющиеся материалы позволяют видеть в качестве такой характеристики средние годовые температуры воздуха и почвы.

 

Так, А. Хргиан отмечает, что „даже в простейшем метеорологическом элементе—средней годовой температуре почвы на определенной глубине на какой-либо станции,—как в фокусе отражены различные физические процессы, происходящие в атмосфере и грунте* (1937, стр. 18). В статье А. Хргиан приведены средние годовые температуры почвы на глубине 0,2 или 0,25 м, средние годовые температуры воздуха, средние наибольшие за зиму и средние за год высоты снежного покрова по 36 метеорологическим станциям мира. График, составленный на основе этих данных ( 7), обнаруживает поразительно тесную зависимость между температурой воздуха и температурой почвы, притом очень близкую к прямолинейной. Этот график с полной очевидностью доказывает, что средние годовые температуры воздуха и почвы действительно являются очень показательными характеристиками и, затем, что на основе средней годовой температуры воздуха можно с большой достоверностью судить о температурном состоянии почвы.

 

А. Хргиан, рассмотрев собранные им данные, приходит к ряду выводов, представляющих несомненный интерес и для целей исследования почвенно-климатических соотношений.

Первый его вывод заключается в том, что на любой метеорологической станции, в любом климате, в годовом итоге, воздух всегда холоднее почвы. Эта разница имеет большое значение. Если бы этой разницы не было, вечная мерзлота в почве распространялась еще дальше на юг и к западу. Объяснить эту разницу ролью снежного покрова, мешающего сильному охлаждению почвы в зимний период, нельзя, поскольку и там, где снегового покрова не бывает, как, например, в субтропической Индии,—в Лахоре, почва все же теплее воздуха на 3°,2.

 

Оказалось также, что разница средних годовых температур воздуха и почвы на глубине 0,2 м (Д) показывает тесную зависимость от средней толщины снежного покрова (s) и хорошо подчиняется прямолинейной функции, имеющей уравнение:

Д = 1°, 17+0°,0989 s (2)

 

Из этого уравнения следует, что в пределах Европейской части Советского Союза 1 см средней толщины снежного покрова способствует повышению температуры почвы, примерно, на 0°,1.. Сходную зависимость температурного режима почвы от характера снежного покрова в недавнее время установил А. М. Шульгин (1949) по Алтаю.

 

Выявленную разницу в среднегодовой температуре воздуха и почвы А. Хргиан склонен объяснить привносом тепла в почву летними дождями.

Представляется основательным видеть причину более высокой средней годовой температуры почвы, сравнительно со средней годовой температурой воздуха в биологической деятельности в почве.

 

Таким образом, средняя годовая температура почвы не только обнаруживает очень тесную связь со средней годовой температурой воздуха, но и наблюдаемые отклонения от средних соотношений достаточно легко выводятся из некоторых частных зависимостей.

 

Следовательно, в средней годовой температуе воздуха мы имеем очень существенный показатель для целей общего^ суждения о температурном режиме почв.

 

б) Режим влажности почв

 

Засухи, не раз повторявшиеся во второй. половине прошлого столетия, привлекли внимание передовых ученых того времени к вопросам изучения водного режима степных и лесостепных районов Европейской России. Трудами В. В. Докучаева, А. А. Измаильского, Г. Н. Высоцкого и др. были выяснены многие важные стороны характера передвижения влаги в почвах. Ряд обобщающих выводов в этой области приведен Г. Н. Высоцким в его сводном очерке (1930).

 

Г. Н. Высоцкий, в частности, указывает, что общий баланс влаги любого места суши можно представить определяемым следующими элементами:

Приход: 1) осадки (Р); 2) конденсация (С); 3) нанос снега (i); 4) притекание поверхностное (S); 5) притекание внутреннее грунтовых вод (//).

Расход: 1) смачивание надземных предметов (А); 2) снос, сдува- ние снега (е); 3) стекание по почвенной поверхности (d); 4) испарение из почвы (Еу); Ь) высасывание корнями (D).

Следовательно, водный баланс почвы какого-либо участка можем выразить уравнением:

P-f C+H-S-h/f= А + е + d+E* + D    (3)

Из элементов водного баланса, указывает Высоцкий, в приходной части обычно преобладают осадки и, местами, внутреннее притекание грунтовых вод, а в расходной—испарение из почвы и высасывание (дессукция) растениями, сток поверхностный и сток внутренний. Поверхностный сток местами имеет очень большое значение и в сухом климате с ним надо всячески бороться (за исключением некоторых особых случаев). Он вместе с усиленной испаряемостью обусловливает образование аридных почв не только в областях сухого климата, но и в условиях более влажного.

 

Г. Н. Высоцкий рассмотрел также и процесс поступления воды в атмосферы в почву. Проникание воды из атмосферы в почву происходит следующими способами и путями:

а)         адсорбцией—поглощением из неперенасыщенного влагой воздуха, что бывает лишь при очень сильном пересыхании поверхностного слоя почвы, когда ее влажность становится ниже наибольшей гигроскопичности;

б)        конденсацией—путем осаждения влаги в почве из воздуха, пересыщенного влагой, при температуре почвы ниже температуры воздуха, что происходит в некоторые дни в более холодное время года, когда поверхность почвы значительно остывает, особенно если она не покрыта растительностью;

в)         пеникуляцией—передвижением влаги вглубь почвы при осыре- нии ее вышележащих слоев или горизонтов выше наибольшей гигроскопичности, но еще все-таки при отсутствии гравитационной воды;

г)         просачиванием гравитационной воды сквозь почву между ее частицами, по порам при влажности, превышающей абсолютную вла- гоемкость;

д)        затеканием или втеканием жидкой воды в открытые полости— трещины, ходы, скважины и т. п.

 

Относительно быстроты проникания воды вглубь почвы Г. Н. Высоцкий отмечает, что резко выдается затекание. Вода, встретив открытую полость, быстро в нее втекает, смачивая и обмывая стенки этой полости, а также смывая по пути ее частицы почвы из верхних горизонтов в горизонты ниже расположенные. При этом в некоторых случаях совершенно обходятся участки сухой почвы. Инфильтрация идет гораздо медленнее, поскольку просачивающаяся вода испытывает трение. Это трение тем больше, чем больше общая поверхность частиц и меньше поры между ними. Инфильтрационная влага смачивает почву гораздо равномернее затечной воды, обходя лишь полости в почве, конкреции, валуны и т. п.

 

Труднее проникает в почву влага при содержании ее в более влажном слое ниже наибольшей молекулярной влагоемкости.

Уже из этих общих представлений об увлажнении почв атмосферными осадками видно, что характер увлажнения почв при этом в большой мере определяется строением почвы.

 

Несмотря на выдающийся интерес, который представляет знание географических закономерностей, динамика почвенной влажности, географические типы режима почвенной влажности, связь их с климатом в географическом аспекте в желаемой мере не охарактеризованы. Между тем, имеющиеся данные указывают на теснейшую зависимость режима почвенной влажности от зональных климатических условий.

 

Так, материалы 90 агрометеорологических станций, расположенных на Европейской территории СССР, ведущих наблюдения над изменением почвенной влажности, показывают, что величина средней активной  влажности в метровом слое за вегетационный период последовательно увеличивается в направлении от юго-востока к северо- западу ( 8). В северо-западном районе отмечается наибольшая влажность почв за теплый период, колеблющаяся в пределах от 180 до 240 мм. Предположительно можно допустить, что высокая влажность почв должна быть и на севере (Поляков, 1946).

 

Б. В. Поляков отмечает, что общий характер изолиний средней влажности несколько напоминает распределение изолиний дефицита влажности воздуха, а также изолиний минимальных модулей речного стока. Наблюдения показали также, что величина изменения влажности почв за теплый период достигает наивысшего значения в средних широтах Европейской части СССР, где выпадает максимум осадков и наблюдается наибольшее испарение. К северу и к югу величина колебаний средней влажности почвы уменьшается: на севере—в связи с большой влажностью почвы в течение всего года, и на юге—в связи с большой сухостью теплого периода года.

 

Некоторые стороны режима почвенной влаги в географическом аспекте охарактеризованы С. А. Вериго (1949). Рассмотрев материалы наблюдений метеостанций, проводивших систематические наблюдения за влажностью почвы под сельскохозяйственными культурами, Вериго установил, что режим почвенной влаги в основных чертах повторяется из года в год. Им выделено на территории СССР четыре основных типа динамики запасов продуктивной активной влаги: тип обводнения, тип капиллярного увлажнения, тип полного весеннего про- мачивания, тип ненасыщенных почв. Вериго указывает также и примерные границы господства того или другого типа режима запасов продуктивной влаги. А. В. Процеров (1948) охарактеризовал аккумуляцию почвой осадков холодного периода на Европейской территории СССР.

 

Но для целей познания процессов почвообразования в разных физико-географических условиях важно, разумеется, знать режим почвенной влаги на протяжении всего года и притом во всей гамме изменений влажности, а не только „продуктивной" или „активной* влаги. Режим почвенной влажности должен рассматриваться также и сопряженно с температурным режимом.

 

Как видим, в жизни почвы имеет место ряд физических явлений, обнаруживающих тесную связь с ритмом климатических процессов. Наличие этих явлений послужило основанием для введения понятия .почвенной климатологии. Анализ соотношений между течением процессов в атмосфере и ритмическими физическими явлениями в почве приводит к заключению о наличии несомненной зависимости динамики в почве от динамики атмосферных процессов. Но, во-первых, эта зависимость сложная и не прямая, а преломленная через компоненты местной обстановки.

 

Влияние элементов общего (атмосферного) климата на режим физических процессов почвы существенно видоизменяется в зависимости от характера растительности и состояния поверхности почвы. Однако мера этого видоизменения такова, что она не снимает главных соотношений между климатом атмосферным и почвенным климатом, выражающих закономерности общие для обширных пространств суши. Справедливость этого положения для гидротермического режима почв в полной мере доказана имеющимися данными. При установленной весьма многообразной зависимости гидротермического режима почв от таких местных условий, как рельеф, растительность, культурное состояние поверхности и др., гидротермический режим почв обнаруживает в своем течении и зональные закономерности. Гидротермический режим почв находится в достаточно строгой связи прежде всего с зонально-закономерным приходом тепла влаги к земной поверхности.

 

Вместе с этим очевидно, что видоизменения влияния общего климата на режим физических процессов в почве, вызванные местными условиями, правильно могут быть поняты и оценены только при условии анализа в зональном аспекте.

 

И, наконец, видоизменения местного климата, выражаемые понятием микроклимата, являются тем моментом, через который осуществляется взаимодействие между атмосферными процессами и подстилающей поверхностью.

 

 

К содержанию книги: В.Р. Волобуев. Почвы и климат

 

Смотрите также:

 

Почвоведение

 

почва

 

Типы почв

 

Василий Докучаев

 

Химия почвы

 

Биология почв

 

Биогеохимия почвы

 

почвоведение

 

Качинский. Жизнь почвы

 

Глазовская. Почвоведение

 

Костычев. Почвоведение

 

Черви и почва

 

климат

 

Древние климаты Земли

 

Палеоклиматология 

 

Последние добавления:

 

Значение болот в биосфере

 

Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза

 

Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников    Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ

 

Биогеоценология    Почвоведение - биология почвы

 

Биографии биологов, агрономов