Режимы почвообразования

Почвенный режим – совокуп-ть суточных, сезонных и годовых циклических изменений сос-ва и состояний компон-ов почвы, происходящих в связи с обменом в-вом и энергией между почвой и ОС.

Режимы почвообраз-я: 1)консервативные (стабильные) – не меняются (сод-е и состав гумуса, гран состав; 2)динамичные (лабильные) – меняются быстро (W, t, ОВП, состав почв.воздуха и р-ра).

Выделяют: водный, тепловой, окислит-восстановит-й, солевой, питательный, воздушный и др.

I.Водный режим почвы – совокуп-ть всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, изменений физического состояния и расхода из почвы.

Основы учения о водном режиме почв и его типах и заложены Высоцким. Большой вклад внесли Измаильский, Лебедев, Качинский, Ковда. Наибольшая законченность учения в работах Роде.

Характеризуется приходными и расходными статьями водного баланса: атм.осадки, грунт.воды, пов-ный и внутрипочв.сток. Расходные статьи почв.влаги: испарение, транспирация (сумма-эвапотранспирация), фильтрация влаги в грунтовые воды, пов-ный сток, внутрипочв.сток => в рез-те различных их соотношений формирования водного режима.

Явления – эл-ты водного режима - впитывание, фильтрация, капиллярный подъем, сток пов-ный, нисходящий и боковой, испарение физическое, десукция, замерзание, размерзание, конденсация воды. В зависимости от количественных соотношений этих явлений определяются преобладающее направление в передвижении влаги в почвенном профиле в годовом и сезонных циклах и пределы колебаний почвенной влажности и почвенных влагозапасов, т. е. определяется тип водного режима.

Возникновение и существование того или иного водного режима зависит от: положения почвы в рельефе, климатических усл-й, водных св-в почвы и подпочвы, наличия или отсутствия подпитывания грунтовыми водами, мерзлоты, от хар-ра растит-ти, влияния человека.

В советской классификационной системе выделяют 14 типов водного режима: лишь обобщенно хар-ют явление, не показывая всех деталей складывающейся в конкретных почвах ситуации. Роде в свое время предлагал типы делить на подтипы в зависимости от ист-ка увлажнения (атмосферное, грунтовое, смешанное) и его интенсивности; в пределах подтипов выделять варианты водного режима в зависимости от особенностей литологического строения почвенно-грунтовой толщи.

1.Мерзлотный: почвы, формирующиеся в обл-ти многолетней мерзлоты. В течение большей части года почвенная вода находится в тв. фазе в виде льда. В теплый период почвы оттаивают сверху вниз, и над постоянно мерзлым слоем обр-ся водоносный гор-т - надмерзлотная верховодка. Содержащаяся в ней влага расходуется на испарение, десукцию и боковой сток. Почва постоянно влажная. В течение большей части вегетационного периода влажность поддерживается на уровне от наименьшей до полной влагоемкости и никогда не опускается ниже влажности завядания.

2.Водонасыщающий (водозастойный): болотные почвы атм. увлажнения, некоторые болотные почвы грунтового увлажнения. Влажность почвы сохраняется в течение всего года в пределах полной влагоемкости, лишь иногда в засушливые периоды в отдельные годы опускаясь до наименьшей влагоемкости.

3.Периодически водонасыщающий (водозастойный): в болотных почвах грунтового увлажнения. В соответствии с сезонными колебаниями уровня грунтовых вод W почвы варьирует от полной до наименьшей влагоемкости, причем пов-ный гор-т в отдельные периоды может просыхать и до влажности значительно ниже наименьшей влагоемкости.

4.Промывной: почвы лесных зон - тайги, влажных субтропических и тропических лесов, умеренных широколиственных лесов, - где годовая сумма осадков превышает годовую испаряемость. Типичен для высокогорных лугов. Хар-ная черта - ежегодное промачивание почвенно-грунтовой толщи до уровня почвенно-грунтовых вод, что обеспечивает вынос продуктов почвообраз-я за пределы почвенной толщи. Почвы обладают высокой, иногда избыточной W. В нижней части профиля W никогда не опускается ниже наименьшей влагоемкости (в подзолистых почвах тайги лишь в течение 3 летних месяцев W держится на уровне от влажности завядания до наименьшей влагоемкости; весной почва увлажнена в пределах от наименьшей до полной влагоемкости и на некоторой глубине в ней образуется верховодка).

5.Периодически промывной: почвы, формирующиеся в климате, где годовая сумма осадков приблизительно соответствует годовому испарению (зона лесостепи для выщелоченных и типичных черноземов). Сквозное промачивание почвенно-грунтовой толщи происходит один раз в 10-15 лет. Периодически (не ежегодно) весь профиль насыщается водой до влажности выше наименьшей влагоемкости. В нижней части профиля периодически W падает до влажности разрыва капилляров, а в верхней - и до влажности завядания.

6.Промывной сезонно-сухой: тропические влажные саванны; наличие 2х контрастных сезонов: дождливого с W почвы от полной до наименьшей влагоемкости и засушливого с W почвы от влажности разрыва капилляров до влажности завядания.

7.Непромывной: почвы зон, где средняя годовая норма осадков < среднегодовой испаряемости (степь, сухая саванна). Почвенная толща промачивается на глубину 0,5-2 м, ниже находится слой с постоянно низкой влажностью. В верхней части профиля в соответствии с режимом осадков влажность колеблется в пределах от полной влагоемкости до влажности завядания, в нижней же находится между влажностью разрыва капилляров и влажностью завядания в течение всего года.

8.Аридный (сухой): почвы полупустынь и пустынь. Весь профиль почвы сухой в течение всего года при влажности, близкой к влажности завядания или даже ниже. Спорадически верхние гор-ты могут иметь и более высокую влажность.

9.Выпотной: почвы семиаридного и аридного климата, в усл-х, когда близко к пов-ти подходят грунтовые воды. Их капиллярная кайма периодически поднимается до пов-ти, и грунтовые воды испаряются физически, в случае наличия растворенных солей в воде обогащая солями пов-ные гор-ты. При этом формируются луговые солончаки и солончаковые почвы, обладающие постоянно высокой влажностью. Подразделяют: на собственно выпотной и периодически-выпотной.

10.Десуктивно-выпотной: капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на пов-ть и испаряется не физически, а через отсос влаги корнями растений. Присутствующие в грунтовой воде соли и др. растворенные в-ва выпотевают не на пов-ти почвы, а на некоторой глубине в почвенном профиле. Свойствен луговым почвам, лугово-черноземным, лугово-каштановым, лугово-коричневым и др. полугидроморфным почвам. Режим увлажнения складывается из 2х периодов. После снеготаяния или обильных дождей почвы промачиваются до уровня почвенно-грунтовых вод. В этот период господствует нисходящий ток влаги. По мере подсыхания нисходящий ток сменяется восходящим, господствующим во 2ом периоде. Капиллярная кайма грунтовых вод достигает корнеобитаемой толщи и испаряется на большей или меньшей глубине. Почвы характеризуются высокой влажностью всего профиля в течение первого периода и высокой влажностью нижней части профиля в течение всего года. Верхняя часть почвенного профиля летом может иссушаться до влажности, меньшей, чем влажность завядания.

11.Паводковый: для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми или иными водами. В этих усл-х периодическое паводковое затопление сменяется в межпаводковый период каким-то иным водным режимом в зависимости от зонального или геоморфологического (пойма реки, шлейф склона) положения почвы и глубины грунтовых вод. В разных частях поймы при этом может складываться разный водный режим: промывной в прирусловье, десуктивно-выпотной в центральной пойме и водозастойный в притеррасье.

12.Амфибиальный: в постоянно затопленных маршах и плавнях дельт рек, морских и озерных мелководий либо в периодически затопляемых приливными водами мантрах. Почва постоянно находится в переувлажненном состоянии, хотя пов-ные воды могут на некоторое время и стекать.

13.Ирригационный: складывается в искусственно орошаемых почвах. В этом типе можно выделить большое разнообразие конкретных подтипов или видов в зависимости от: 1) типа и интенсивности орошения (дождевание, напуск по бороздам, затопление на рисовых полях, влагозарядковые или вегетационные поливы, дополнительное орошение с нормами 1000-2500 м³/га или основное водоснабжение с нормами 10.000-15.000 м³/га; 2) глубины и хар-ра сезонных колебаний грунтовых вод; 3) наличия и хар-ра искусственного дренажа. При общей оценке водного режима орошаемых территорий хар-ка водного режима почв дополняется хар-кой режима грунтовых вод, широко исп-ся в мелиоративном почвов-и.

14.Осушительный: на искусственно осушаемых болотных и заболоченных почвах, причем его конкретный вид определяется хар-ром дренажа и степенью регулирования.

Теоретич-е значение исследования водного режима: его хар-ка позволяет правильно понять генезис почвы или ее отдельных специфич-х гор-тов (элювиальные, иллювиальные, гидрогенно-аккумулятивные гор-ты, внутрипочвенные или пов-ные солевые или железистые прослойки, коры, панцири), оценить и прогнозировать направление дальнейшей эволюции современных почв при данном типе водного режима (продолжение выщелачивания или гидрогенной аккумуляции в-в).

Практически управление водным режимом почв: основа их рационального исп-я в земледелии и лесоводстве: в засушливых районах - орошение и дренаж, в усл-х избыточного увлажнения - осушительные мелиорации. Регулирование егл достигается коренными мелиоративными мероприятиями + большим набором агротехнических ср-в (снегозадержание, прерывистое или сплошное бороздование, глубокое рыхление, щелевание, укрытие пленкой, мульчирование пов-ти). Зарегулированный, управляемый, оптимальный для данных культур водный режим почвы - основа ее эффективного плодородия.

II.Тепловой режим почвы – совокуп-ть и определенная последовательность явлений теплообмена в системе: приземный слой воздуха-растения-почва-подстилающая порода, совокуп-ть пр. теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве. Систематически исследован во многих типах почв лишь температурный режим - изменение t почв во времени.

Температура почвы - наиболее динамичная величина, быстрее, чем др. параметры почвы, приходит в равновесие с ОС. Равновесие между t атмосферы и пов-ного (0-5 см) слоя почвы устанавливается оч быстро (в течение минут), более глубоких гор-тов - с некоторым запаздыванием, которое тем больше, чем глубже почвенный слой.

Тепловой и водный режимы почв тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены, т.к. поведение воды в почве, фазовые переходы, направление и v перемещения зависят от t почвы; тепловой режим почвы обусловлен степенью ее увлажнения.

Суточная динамика t наиболее резко выражена в первом полуметре. Днем тепловой поток направлен сверху вниз; ночью, вследствие активного излучения тепла пов-тью почв, снизу вверх. Мах t отмечаются на пов-ти днем, min - ночью. С глубиной амплитуда колебания t снижается, и суточная динамика на глубине ~ 50 см практически полностью затухает. Т.к. пр. теплопереноса не мгновенный, наблюдается запаздывание нагревания нижележащих слоев.

На суточный режим почв оказывают влияние погодные усл-я местности, влажность почв, их гран состав, состояние пов-ти, кол-во орг в-ва и окраска. Затемненные растит-тью почвы имеют менее выраженный суточный цикл t, чем открытые участки.

Годовой режим температур почв имеет большую амплитуду колебаний и выражен на большую глубину, чем суточный. Зона активной выраженности сезонной динамики ограничена 3-4 м толщей. На глубине 6 м годовая температура колеблется < чем на 1°С.

Установление max t почв несколько отстает от max t воздуха вследствие инерционности теплопереноса в почвенной толще. Мах температур на глубине 3 м устанавливается на неск. месяцев позже, чем на пов-ти.

Каждый почвенный тип в соответствии с зональностью (горизонт-й и вертик-й) поступления солнечной радиации, с турбулентностью атмосферы и распространением растит-х ассоциаций характеризуется определенными температурными параметрами.

Систематика тепловых режимов почв (основы разработаны Димо):

Классы (группы)	Подклассы (типы)
I. Промерзающие	1. Мерзлотные 2. Длительно-сезонно-промерзающие
II. Непромерзающие	3. Сезонно-промерзающие 4. Непромерзающие охлаждающиеся 5. Непромерзающие теплые 6. Непромерзающие жаркие

Мерзлотные почвы: территории с многолетней мерзлотой. Ср.год. t почв отрицательная, преобладает процесс охлаждения. t самого теплого месяца на глубине 0,2 м не > 20°С. Сезонное замерзание и оттаивание прослеживается до верхней границы многолетнемерзлого грунта. Этот тип выражен в ряде провинций Евроазиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежных обл-тей.

Длительно-сезонно-промерзающие почвы: преобладает положительная ср.год. t профиля, длительность промерзания на менее 5 мес. t самого теплого месяца на глубине 0,2 м от 10 до 25°С. Глубина промерзания более 1 м, но сезонное промерзание не смыкается с мно-голетнемерзлыми породами, если они присутствуют.

Сезонно-промерзающие почвы: имеют положительную ср.год. t. Длительность промерзания не более 2 мес. Подстилающие породы не мерзлые. t самого теплого месяца на глубине 0,2 м 20-30°С.

Непромерзающие почвы: имеют положительные ср.год. t по профилю, включая t самого холодного месяца. Промерзания нет. Наблюдается в местностях теплой европейской фации умеренного пояса и в обл-х субтропических и тропических поясов.

Непромерзающие охлаждающиеся почвы: имеют положительные t самого холодного месяца на глубине 0,2 м, но не > 5°С; t самого теплого месяца на этой глубине до 35°С.

Непромерзающие теплые почвы имеют на глубине 0,2 м в самый холодный месяц 5- 20°С.

Непромерзающие жаркие почвы имеют t на глубине 0,2 м в течение всего года >20°С.

В пределах подклассов (типов) выделяются подтипы (категории) теплового режима почв на основании ср.год. t на глубине 0,2 м, интервалов t на этой глубине, глубины проникновения t > 10° для лета и <0° для зимы, суммы активных t.

Хар-ка подтипов теплового режима почв

Почвы	Интервал ср.год. t почвы на глубине 0,2 м,°С	Лето Зима
		Сумма t >10°С	Интервал t почвы на глубине 0,2 м, °С	Глубина проникновения t>10°С, м	Сумма t ниже 0°С	Интервал t почвы на глубине 0,2 м самого холодного месяца,°С	Глубина проникновения t ниже 0°С, м
Оч холодные Холодные Умеренно холодные Умеренно теплые Теплые	-12-0 0-8 8-12 12-16 16-20	0-500 500-1500 1500-2500 2500-3500 3500-4500	0-12 8-20 16-24 16-28 20-28	1 1-2 1-3 2-3	2000-2500 1000-2000 0-1000	(-20)-(-6) (-16)-(-4) (-12)-0 (0-8	3 2-3 0-2

Существенное изменение в хар-р теплового режима почв вносит их распашка. Температурный режим становится более контрастным. По данным Коковиной, на пахотном типичном мощном черноземе без растит-го покрова или под пропашными культурами суточная амплитуда t пов-ти достигает 35-57°, на целине не более 18-23°С. В холодное полугодие распаханные черноземы охлаждаются быстрее и глубже, чем целинные, а сам период с отрицательной t в почве на 20-30 дн длиннее. Мах t почвы на глубине 10 см в степи составляет 18-20, на пашне 20-30°С. Пов-ть почвы в степи прогревается не более чем до 35°С, на пашне до 40-50°С. Существенным образом различаются по температурному режиму пахотные почвы под разными с/х культурами.

Снегозадержание способствует снижению теплоотдачи почв, предохраняет посевы от вымерзания. Мероприятия, изменяющие альбедо почв: мульчирование, гребневание, кулисные посевы. Мульчирование светлыми в-вами предохраняет почву от перегрева. Применение темных мульчирующих в-в способствует более интенсивному нагреванию холодных почв. Также улучшает тепловой режим северных почв снятие торфяных слоев, препятствующих их глубокому прогреванию.

Все агромелиоративные мероприятия, направленные на изменение водного режима почв, так или иначе изменяют их температурный режим. Дренаж благоприятствует более интенсивному нагреванию почв. Особенно важен быстрый сброс дренажных вод в северных районах весной, т.к. это способствует более раннему прогреванию почв. Орошение южных территорий предохраняет почву от перегрева. Угрозу вымерзания посевов от внезапных заморозков можно смягчить применением дымовых завес, снижающих теплоотдачу с пов-ти. В некоторых районах практикуют прогревание почв весной, пропуская по трубам горячую воду. Особенно эффективенов районах с гидротермальными источниками.

III.Воздушный режим почвы – совокуп-ть всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и расхода, явлений обмена газами между почвенным воздухоле, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы. Все эти явления находят отражение в изменении сод-я и состава почв.воздуха во времени.

При изучении воздушного режима почвы обращают внимание на сод-е 2-х газов: СО2 и О2. При нормальном газообмене сумма этих газов близка к сумме их в атмосфере (21 %), но соотношение между ними существенно меняется во времени, причем различно в разных почвах.

Во всех почвах состав почв. воздуха подвержен постепенным изменениям в течение года, причем на глубине 4–5 м еще отмечаются колебания в составе воздуха, хотя и более слабые, чем в пределах верхней толщи. В торфяных, дерново-подзолистых почвах, в черноземах и почвах полупустынного комплекса max сод-е углек-ты в теплый период года, когда СО2 обр-ся в рез-те интенсивной деят-ти микроорг-ов, дыхания корней и др. биологич-х пр. Высокие конц-и углек-ты в почв.воздухе наблюдаются при ее замедленном образ-и, но в усл-х затрудненного газообмена (в период обильного выпадения осадков и насыщения верхних слоев почвы до полной влагоемкости, при образи ледяной корки зимой или ранней весной).

В дерново-подзолистых суглинистых почвах, не подверженных избыт. увлажнению, конц-я СО2 (в %) в слое 0-50 см 0,2- 3,0, в слое 100-200 см - 1,2-3,4, в более глубоких слоях - 1,5-4-5.

Большое влияние на абсолютное сод-е СО2 оказывает хар-р растит-ти. По данным Макарова, max под пологом смешанного леса, более низким в почве под люцерной, еще ниже в почве, засеянной зерновыми, min в почве чистого пара (в почве под люцерной на глубине 15 см в ср. сод-сь 1% СО2, на глубине 30 см - 1,5%, под паром - 0,2-0,3%).

Согласно Афанасьевой, самые низкие конц-и СО2 в почв.воздухе целинного чернозема наблюдаются весной после снеготаяния: 0,4-0,5% от объема во всем почвенном профиле (0-300 см). По мере развития биоты сод-е СО2 к лету возрастает. Наибольшее кол-во углек-ты продуцируется в пов-ном слое, но значительная ее часть уходит в атмосферу в процессе «дыхания» почвы. Поэтому до глубины 50 см сод-е СО2 в почв.воздухе не превышает 0,5% даже летом, несколько повышаясь только после дождей. Отток почв. воздуха с глубины 80-150 см замедлен, поэтому в этих слоях летом конц-я углек-ты возрастает до 1,3% от объема. Осенью и зимой она вновь снижается.

По данным Николаева, сод-е СО2 в воздухе типичного чернозема более высокое: в период вегетации в слое 0-50 см - 0,3-1,3%, в слое 100-200 см - 0,7-2,0%. Сод-е О2 в черноземах слабо изменяется в течение года, колеблясь в пределах 18-20,5%.

Основные закономерности изменения состава почв.воздуха в целинном черноземе повторяются в распаханных черноземах различных подтипов. По данным Зборищук, в осенне-зимне-ранневесеннее время конц-я углек-ты в почв.воздухе южного чернозема невысока: 0,1-0,2% в верхнем гор-те, 0,3-0,6% на глубине 100 см. Конц-я О2 ближе к 21%. В июне конц-я СО2 резко возрастает во всем профиле, от 0,8-1% в верхнем гор-те до 1,2-1,8% на глубине 40-100 см. К концу лета сод-е углек-ты в почв.воздухе снова снижается.

Орошение южных черноземов заметно влияет на их воздушный режим. Поливы нормой 250-350 м³/га кратковременно увеличивают сод-е СО2 до 1-1,2%, что не вызывает нарушения дыхания растений. В межполивной период орошение заметно изменяет состав почв.воздуха только в том случае, когда оно приводит к подъему уровня почвенно-грунтовых вод до глубины 1,5-3 м. При этом даже в межполивной период сод-е О2 понижено, сод-е СО2 повышено по сравнению с сод-ем этих же компонентов в неорошаемых почвах. На глубине 30-50 см в начале лета сод-е углек-ты достигает 2% и >.

При увеличении поливной нормы до 500 м³/га через 3-4 ч после полива в пахотном гор-те -е СО2 возрастает с 0,4-0,6 до 1,6-1,8%, и эта конц-я держится в течение 3-4 дн. При поливе напуском содержание СО2 через 3 дн после полива достигает 3%, О2 снижается до 10%, в почв.воздухе появляется Н2S. Воздушный режим такого рода резко снижает продуктивность растений.

Болотные торфяные почвы выделяются среди остальных наиболее высокой насыщенностью почв. воздуха углек-той. На глубине до 0,5 м, конц-я углек-ты во влажные годы достигает 10-12% при таком же или даже более низком сод-и О2 (Николаев). Мах накопления СО2 - летом, min - зимой.

Почвы влажных субтропиков - красноземы. По материалам Овчаренко, под лесом и на чайной плантации накопление СО2 в почвенном профиле происходит от зимы к весне-лету-осени, затем снова уменьшается. Мах СО2 и min О2 приурочено к осени. Наибольшее кол-во углек-ты накапливается на глубине 50-75 см (~2%). В период особенно обильного увлажнения красноземов газообмен нарушается, при этом на указанной глубине сод-е СО2 повышается до 4,6%; О2 колеблется в пределах 18-20, иногда опускаясь до 16-17%.

Воздушный режим почвы тесно связан с ее водным режимом и потому регулируется одними и теми же мелиоративными или агротехническими приемами. В практике земледелия приходится обращать внимание и на самостоятельные приемы регулирования воздушного режима почв (при периодическом проветривании сезонно затапливаемых рисовых полей). Во всех случаях регулирования почвенных режимов необходимо помнить об антагонизме воды и воздуха в почве. Избыточное увлажнение почв всегда ведет к снижению их аэрации, в то время как засушливые, недостаточно увлажняемые почвы избыточно аэрированы.

IV.Окислительно-восстановительный режим почв – совокуп-ть окислительных и восстановительных пр., вызывающих изменение во времени ОВпотенциала в профиле почвы.

Абсолютные знач-я и амплитуда колебаний ОВП в разных почвах и даже разных почвенных гор-тах одного профиля весьма различны. ОВП связан с: t и W почвы, эта связь сложна, т.к. изменения t и W вызывают изменения биологической активности почвы, от которой ОВП зависит в сильнейшей степени. Повышение t приводит к просыханию почвы и обогащению ее О2, но одновременно способствует развитию микрофлоры, потребляющей О2. => снижение W почвы не всегда сопровождается повышением ОВП, так же как увеличение W не всегда приводит к понижению ОВП.

Достаточно детальная классиф-я почв по ОВ режиму разработана Кауричевым и Орловым: