Климат как фактор почвообразования

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

2.4. 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 10оС 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 15-20оС 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, ГТКП - 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; ГТКП -  1,5-1; вероятность почвенных засух менее 25%)   в начале вегетационного периода и недостаточна в конце  (150-100 мм;  ГТКП - 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.