Глава 3. ЦИКЛЫ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Циклы возобновления почвенного воздуха

Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным имеют суточный и годовой ход и зависят от ряда факторов.

Главный из них — диффузия газов, т. е. перемещение их, обусловленное парциальным давлением. Появление и накопление в результате процессов почвообразования каких-либо газов в почвенном воздухе в количествах, превышающих их содержание в приземной атмосфере, вызывает диффузию'избыточных газов из почвы в атмосферу и соответственно замену их газами приземной атмосферы. Из почвы главным образом диффундирует углекислота, продуцируемая корнями и микроорганизмами (образующаяся в результате разложения органических остатков), а в почву — кислород взамен израсходованного в почвенной толще на процессы дыхания и окисления минералов и органических остатков. Чем больше в почве пор, воздухопроводящих каналов и чем больше градиент концентрации газов, тем быстрее идет воздухообмен

Неиереувлажненные почвы со средней порозностью летом выделяют в сутки от 2 до 10 л/м2 С02 и поглощают столько же кислорода. В почве с порозностью 50% при выделении углекислого газа 5 л/м2 в сутки полная замена почвенного воздуха за счет диффузии на глубину 1 м происходит за сто дней. В верхней части почвенной толщи полный воздухообмен осуществляется за несколько часов.

На скорость воздухообмена влияет ряд факторов: состояние влажности почв, изменение температуры и барометрического давления, силы ветра и др. Так, в сильно переувлажненных почвах, где большинство пор заполнено водой, воздухообмен затруднен, и почвообразование идет при резком недостатке кислорода.

Водный баланс и типы водного режима почв атмосферного увлажнения. Циклы возобновления влаги в почве. В качестве одного из показателей степени увлажнения почв, получающих влагу только из атмосферы, используются обычно данные о среднегодовых суммах атмосферных осадков, а также о суммах осадков по сезонам и месяцам.

Следует иметь в виду, что не все количество атмосферных осадков, учитываемое в дождемерах на открытых площадках, достигает поверхности почв, покрытой растительностью. Часть осадков (в лесу до 30%) задерживается на поверхности растений и испаряется. В то же время в ряде случаев возможно поступление атмосферной» влаги за счет конденсации пара на охлажденной поверхности пбчв. Количество конденсированной влаги по сравнению с количеством атмосферных осадков обычно очень невелико и в водном балансе почв имеет небольшое значение. Исключение представляют почвы песчаных пустынь, где доля атмосферных осадков очень мала и поэтому возрастает значение рос.

В почвах пониженных элементов рельефа дополнительным источником влаги служит приток делювиальных поверхностно-склоновых вод.

Рассмотрим кругооборот атмосферной влаги в автономных плакорных почвах, т. е. почвах, развивающихся на повышенных относительно выровненных элементах рельефа, не получающих дополнительной атмосферной влаги за счет поверхностного стока.

Поступающая в почвы с осадками влага Р расходуется на испарение Е, десукцию D, поверхностный сток F\ и внутрипочвенный F2. При большом количестве осадков часть влаги просачивается сквозь почву, т. е. идет на инфильтрацию / и пополнение грунтовых вод. Водный баланс автономных почв можно представить уравнением Р = E + D + Fi + F2 + I. Соотношение между годовой суммой осадков Р (мм) и годовой нормой испаряемости Еп (мм) используется в качестве показателя степени увлажненности территории Ку : Ку = Р/Еп. Величина, обратная коэффициенту увлажнения, на зывается индексом сухости Кс: КС~Е/Р.

Испаряемость Еп — это количество влаги, выраженное в миллиметрах водного слоя, которое может испариться при данных климатических условиях с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы.

Количество выпадающей атмосферной влаги изменяется по ландшафтным зонам в широких пределах: от нескольких десятков миллиметров в пустынях до нескольких тысяч миллиметров водного слоя за год во влажных субтропиках и тропиках (табл. 3). В этих же пределах изменяется и испаряемость: она минимальна в тундрах и лесах умеренного пояса и максимальна в субтропических и тропических поясах Земли. Поэтому весьма велики зональные различия в значениях коэффициента увлажнения (или индекса сухости) .

Там, где коэффициент увлажнения >1,0 (а индекс сухости соответственно <1,0), избыток атмосферной влаги, поступающей в почвы в условиях свободного дренажа, просачивается сквозь почву и идет на пополнение грунтовых вод и далее расходуется через подземный грунтовый сток. Такой тип водного режима почв называется промывным (3). В пределах СССР промывной тип водного режима, как видно из данных табл. 3, характерен для подзолистых почв и подбуров таежной зоны, желтоземов и красноземов влажных субтропических лесов.

При коэффициенте увлажнения >1,0 и плохом дренаже (чему способствует плоский рельеф и тяжелый механический состав почв и пород) избыток атмосферной влаги застаивается в почвах и в них формируются временные или постоянные горизонты почвенной верховодки. Такой тип водного режима называется водозастойным. При очень низкой испаряемости и больших значениях коэффициента увлажнения, характерных для тундровой зоны, даже при относительно небольшом количестве атмосферных осадков (100— 250 мм) для большинства суглинистых почв тундровой зоны характерен водозастойный режим. Он усиливается при наличии горизонта вечной мерзлоты, служащего водоупором. Особенно велики площади почв с водозастойным режимом в южной тундре и лесотундре, где климат несколько влажнее, чем в типичной тундре. Здесь преобладают болотные и тундровые глеевые почвы. Большие площади почв атмосферного увлажнения с водозастойным типом водного режима характерны и для равнин таежной зоны, где среди подзолистых почв широко распространены подзолисто-болотные и болотные, приуроченные не только к понижениям рельефа, но и к плоским водораздельным равнинам.

Особенно велики площади верховых болот на равнинах Западной Сибири.

В условиях, где коэффициент увлажнения <1,0, т. е. сумма осадков за год меньше, чем суммарная испаряемость, вся влага, попадающая в почву, расходуется на испарение и десукцию. В таких случаях между горизонтом ежегодного промачивания почв и горизонтом грунтовых вод имеется постоянно сухой слой, названный первым исследователем водного режима почв Г. Н. Высоцким «мертвым» горизонтом. Такой тип водного режима называется непромывным (4). Непромывной режим характерен для почв степной зоны — черноземов и каштановых почв, еще более резко он выражен в бурых пустынно-степных почвах и серо-бурых почвах пустынь. В этом ряду от степей к сухим степям, полупустыням и пустыням уменьшается количество атмосферных осадков, увеличивается испаряемость, соответственно нарастает индекс сухости и уменьшается коэффициент увлажнения (см. табл. 3). В пустынях испаряемость в 5 раз и более превышает количество выпадающих осадков, в степях — в 1,2—3,0 раза.

В лесостепной зоне, где развиты серые лесные почвы, несмотря на довольно большое количество осадков (во многих случаях не меньшее, чем в таежной зоне), вследствие более высокой испаряемости коэффициент увлажнения колеблется около единицы. В некоторые наиболее влажные и прохладные годы водный режим серых лесных почв промывной, в более сухие и теплые годы — непромывной.

С учетом начального В, и конечного В2 запасов влаги в почве за наблюдаемый период водный баланс почв можно представить в виде уравнения (В] + Р) — (Е + D + F\ + F2 + 1)=В2.

При постоянстве климатических условий среднегодовые приход и расход атмосферной влаги в почвах равны, а начальный и конечный запасы влаги в почвенной толще в среднегодовых циклах сохраняются постоянными. Эти данные существенно различны в почвах различных ландшафтных зон. Так, средние многолетние весенние запасы (мм) продуктивной влаги (т. е. запасы влаги сверх двойной молекулярной влагоемкости или влажности завядания), по данным С. А. Вериго (1963), в метровом слое почвы составляют:

150—200 100—150 50—100

<50

Тундра и северная тайга Соедняя и южная тайга Лесостепь . . . ,. . Степная зона .... Полупустыня . . .

Ежегодно запасы влаги возобновляются. Время существования почв на равнинах умеренного пояса составляет тысячи и десятки тысяч лет. Так, возраст черноземов Русской равнины (определенный по содержанию радиоактивного углерода 14С) составляет около 10 тыс. лет. Возраст почв Прикаспийской низменности, развивающихся с момента отступания хвалынской и новокаспийской трансгрессий, варьирует от сотен до 10 тыс. лет и более. За время существования почв при годичном цикле возобновления в них влаги через почвы прошли и участвовали в почвообразовании массы воды, мощность слоя которой измеряется сотнями метров и километрами. Только за последние 2000 лет мощность слоя (м) влаги, выпавшей в виде осадков и так или иначе принявшей участие в почвообразовании, для зональных почв СССР равна:

  Тундровые почвы  

200—500 700—1200 700—1000 500—800 300—500 < 300

2000—3200

Подзолистые почвы .... Серые лесные почвы .... Черноземы, каштановые почвы Бурые пустынно-степные почвы Серо-бурые почвы пустынь . . Красноземы и желтоземы . .

  Воздействие огромных масс воды запечатлевается в почвах. Часть влаги задерживается в виде гидратной и кристаллизационной воды, вода участвует в растворении минеральных и органических соединений, в перераспределении внутри почвенной толщи подвижных веществ, а в почвах промывного режима — в вымывании части наиболее подвижных продуктов почвообразования за пределы почвенного профиля. В почвах непромывного режима приносимые с осадками растворенные и твердые вещества, постепенно накапливаясь в почвах, прераспередляются в пределах почвенной толщи по степени растворимости: самые легкорастворимые вымываются наиболее глубоко, менее растворимые по мере испарения и десукции влаги выпадают из растворов ближе к поверхности.

Следовательно, в почвах круговороты атмосферной влаги и приносимых с нею веществ не замкнуты. Кроме того, атмосферная влага, участвующая в образовании ежегодной новой продукции биомассы, частично вновь возращается в почвы с растительными и животными остатками и участвует, таким образом, в биологическом круговороте веществ.

Круговорот влаги и типы водного режима в почвах грунтового увлажнения

На низменных слабодренированных равнинах и в местных понижениях рельефа — на низких террасах рек, озер и др., уровень грунтовых вод весьма часто расположен близко к поверхности. Горизонт грунтовых.'вод (т. е. горизонт с полным влагонасы- щением, содержащий гравитационную, влагу) находится или в пределах почвенной толщи, или несколько ниже, но настолько близко, что имеющийся над потоком грунтовых вод горизонт капиллярной влаги достигает той или иной части почвенной толщи, а часто и поверхности почвы. В этом случае наряду с атмосферной влагой главным источником влаги в почвах являются и грунтовые воды, режим и химический состав которых, а также соотношение осадков и испаряемости определяют в значительной мере свойства почв.

Почвы, развивающиеся при воздействии грунтовых вод, называются гидроморфными или супераквальными (надводными).

Высота поднятия вод по капиллярам от поверхности (или зеркала) грунтовых вод зависит от размеров капиллярных пор в почво- образующих породах и почвах. Непосредственно над поверхностью водоносного слоя располагается горизонт капиллярно-подпертой влаги, в котором и крупные и мелкие капилляры заполнены водой. Выше его водой заполнены лишь мелкие капилляры, и общее содержание влаги по мере удаления от поверхности грунтовых вод в капиллярно-смоченном слое постепенно уменьшается. Чем тоньше капилляры, тем медленнее, но выше поднимается по ним влага. Наибольшая высота подъема капиллярной влаги (3—4 м) наблюдается в пылеватых суглинках. В глинах, несмотря на меньшие, чем в пылеватых суглинках, размеры капилляров, высота капиллярно- смоченного слоя уменьшается. Объясняется это тем, что капиллярные поры малого диаметра почти целиком заполнены пленочной влагой, связанной с поверхностью частиц, поэтому движение капиллярной влаги в них замедляется или почти полностью приостанавливается. В песках высота капиллярно-смоченного слоя небольшая— около 2 м. Влага, поднимающаяся по капиллярам, расходуется на испарение и десукцию и вновь пополняется до прежнего уровня за счет поступления из грунтовых вод. ^ем меньше выпадает осадков и чем больше испарение и десукция, тем больше влаги поступает из грунтовых вод в почвы.

Если осадки превышают суммарную испаряемость (коэффициент увлажнения территории >1),в почвах с затрудненным дренажем создается водозастойный режим (подобный описанному ранее для почв избыточного . атмосферного увлажнения). Влага атмосферных осадков идет в таком случае на пополнение грунтовых вод, уровень которых начинает приближаться к поверхности, почвы сильно переувлажняются, плохо аэрируются. Водозастойный режим имеют почвы верховых и низинных болот, т. е. болот атмосферного и грунтового питания.

Если Суммарная испаряемость превышает количество выпадающих осадков, поднимающаяся от грунтового потока по капиллярам влага, как уже сказано выше, расходуется на испарение, поглощение корнями растений и вновь пополняется снизу, так как уровень воды в капиллярах при определенном их диаметре и свободном доступе влаги снизу постоянен. Возникает выпотной тип водного режима почв (5). Выпотной режим в гидроморфных почвах свойствен территориям, где в почвах атмосферного увлажнения господствует непромывной режим. Это зоны степей и особенно полупустынь и пустынь, где испаряемость намного превышает количество выпадающих осадков: в степях на 100—300 мм/год, в полупустынях на 300—600, в пустынях на 600—1200 мм/год и более. При близком уровне грунтовых вод именно эти количества влаги, поступающей в почвы от грунтовых вод, и будут израсходованы на испарение и десукцию. Если учесть возраст гидроморфных почв степей и пустынь, хотя и более молодой, чем автономных, но тем не менее насчитывающий несколько тысячелетий, то общее количество грунтовой влаги, прошедшей через почвы, характеризующиеся выпотным режимом, достигнет сотен метров и километров водного слоя.

Соли, растворенные в грунтовых водах, при испарении и десук- ции постепенно накапливаются в почвах. Если капиллярная влага достигает поверхности почв, максимум солей накапливается на поверхности, образуются поверхностные или корковые солончаки — почвы с типичным выпотным режимом. Если поток поднимающейся по капиллярам влаги не достигает поверхности (при более глубоком залегании грунтовых вод или благодаря интенсивному перехвату корнями растений и десукции), засолению подвергаются более глубокие части почвенной толщи. Образуется глубинный солончак или солончаковая почва. Тип водного режима, при котором влага грунтовых вод не достигает поверхности, а расходуется внутри корнеобитаемого слоя, А. А. Роде выделяет в особый тип и называет десуктивно-выпотным.

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв