1.2. Значение температуры в почвообразовании
Главным источником энергии для жизни, а, следовательно, и почвообразования является солнечная радиация. Поступление энергии в виде света и тепла на почвенную поверхность определяется характером рельефа, положением местности и особенностями растительного покрова (Тарасов, Сукачев, 1981; Ахтырцев, 1999; Лопатин и др., 2002; Воробьева, 2005; Хромых, 2006, Матвеев, 2008). Из-за изменений радиационного баланса при движении от полярных областей к экватору значительно повышается скорость и интенсивность образования и разложения органического вещества, фотосинтеза, жизнедеятельности организмов, выветривания, выщелачивания, накопления и синтез новых минеральных соединений, увеличивается биологическая активность почв (Ковда, 1973; Волобуев, 1973; Орлов, Бирюкова, 1984). От температуры зависят процессы, протекающие с почвенной органикой (Арчегова, 1984; Дергачева, 1989; Орлов и др., 1997). Степные почвы имеют более тяжелый механический состав, при увеличении среднегодовых температур уменьшается содержание азота и гумуса (Ковда, 1973, 1988; Болдырев, 1993). Тепловой режим почвы оказывает влияние на испарение почвенной влаги тем самым определяет ее водный баланс (Файбишенко, 1983; Qiu et al., 1999). От температуры зависят гидрофизические свойства почвы (Hopmans, Dane, 1985; Liu, Dane, 1993; Bachmann et al., 2002). Температура определяет такие свойства почв как смачиваемость (de Jonge et al., 1983), величину коэффициента фильтрации (Jaynes, 1990) и ненасыщенной гидравлической проводимости (Constantz, 1982). В итоге под действием температуры изменяется скорость инфильтрации воды в почву (Jaynes, 1985; de Jonge et al., 1983; Lin et al., 2003). Благодаря разнице температур осуществляется термоперенос почвенных растворов (Taylor, Cavazza, 1954; Тараканов, 1955; Ончуков, 1956; Абрамова, 1958; Глобус, 1962; Сагу, Taylor, 1962; Кулик, 1963; Сагу, 1965; Rose, 1968; Weeks et al., 1968; Joshua, 1973; Nassar et al., 1997) и различных газов (Александров и др., 1996).
Поток солнечной энергии усиливается от холодных полярных регионов к жарким тропическим, в этом же направлении увеличивается интенсивность процессов выветривания, фотосинтеза, жизнедеятельности животных и бактерий и возрастает интенсивность почвообразования. При этом увеличивается скорость процессов разрушения первичных минералов, разложения и минерализации органического вещества и выщелачивания, скорость созидательных процесс синтеза, накопления новых вторичных минералов и органических соединений. Известное правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10 °С, скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза. Диссоциация воды увеличивается в 8 раз при изменении температуры от 0 до 50 °С. В связи с этим скорость геохимических реакций в почвах различается в десятки раз в разных районах земного шара. Температура определяет величину энергии взаимодействия жидкой и твердой фазы почвы, энергии поверхностного натяжения. Под действием температуры изменяется энергия сорбции и константа термодинамического равновесия в почвенных растворах (Файбишенко, 1983; Воронин, 1986; Шеин, 2005 и др.).
Именно по этой причине в тропиках темпы почвообразования и выветривания, мощность почв и коры выветривания почв одного возраста несравненно больше, чем в умеренных и холодных областях.
Минералы отличаются друг от друга величиной объемного расширения. Величина объемного расширения полевого шпата почти в 2 раза меньше, чем у кварца. Поэтому периодическое нагревание массивнокристаллических пород днем и их остывание ночью приводит к возникновению многочисленного напряжения из-за которых образуются трещины и разрушение пород. Переход воды в лед повышает капиллярное давление в тонких трещинах, в результате чего происходит их расклинивание. Растворимость солей и газов в почвенных растворах, соотношение жидкой и твердой фаз почв, явления сорбции и десорбции, переход аморфных соединений в кристаллические также зависят от температуры. Чем выше среднегодовая температура, тем больше скорость образования в почвах вторичных глинистых минералов. Таким образом, температурный режим почв определяет и контролирует интенсивность химических, физических, механических, а также биологических процессов в почвах (Виленский, 1961). На поверхности Земли, в зависимости от поступающего тепла, формируются термические пояса, которые выделяют в зависимости от разницы в сумме среднегодовых температур выше 10°С (табл. 1).
По причине того, что поверхность нашей планеты не является идеально гладкой, на ней присутствуют разнообразные формы рельефа, которые изменяют теоретически ожидаемую схему распределения термических поясов.
Таблица 1
Планетарные термические пояса
Термические пояса
|
Сумма среднегодовых температур выше 10˚С
|
Холодный (полярный)
|
400–500
|
Умерено холодный (бореальный)
|
500–2400
|
Умерено теплый (суббореальный)
|
2400–4000
|
Теплый (субтропический)
|
4000–8000
|
Жаркий (тропический)
|
более 8000
|
Так же большое значение имеет градация климата по его степени континентальности. Наибольшие различия континентальности климата резко выделяются в полярной, бореальной и суббореальной группах климатов. Они обусловливают термический режим нижних горизонтов почв в зависимости от мощности снегового покрова и глубины зимнего промерзания почв и находят отражение, в классификации почв при выделении фациальных подтипов.
Атмосферный климат определяет климат почвы. От него в большей степени зависит термический режим почвы, который в свою очередь имеет решающее значение в начальный период жизни растений (Шульгин, 1940, 1957; Худяков, 2010).
Температура почвы является одним из основных факторов, определяющих функционирование и продуктивность агроэкосистем (Тольский, 1901; Шульгин, 1940; Степанов 1948; Горышина, Макаревич, 1973). Для сельского хозяйства большую роль играет температура почвы в зимний период. От глубина промерзания почвы, ее влажности и температуры, зависит перезимовка сельскохозяйственных растений, а также возможность накопления почвенной влаги весной, от которой зависят сроки проведения полевых сельскохозяйственных работ. Температура поверхностных горизонтов почв определяет микроклимат растительного покрова, а также от него в большей степени зависит интенсивность эвапотранспирации (Сох, Boersma, 1967; 1968; Bachmann et al., 2001). Температура влияет на эффективность вносимых удобрений (Дадыкин, 1951; Дубовик, 1956; Журбицкий, 1963; Weber, Caldwell, 1964; Филимонов, Стрельникова, 1979; Никитишен и др., 1998, 2007). Практически все протекающие в почве процессы, в том числе физические, накладываются на непрерывные изменения температуры активного слоя почвы. Температура определяет скорости протекания внутрипочвенных химических реакций и активность почвенной биоты (Мишустин, 1925; Великанов и др., 1971; Radmer, Кок, 1979; Афонина, Усьяров, 1984; King, Adamsen, 1992; Grundmann et al., 1995; Scanlon, Moore, 2000; Nielsen et al., 2001; Христенко, Шатохина, 2002; Курганова, Типе, 2003; Parkin, Kaspar, 2003 и др.). Существует много литературных данных посвященных влиянию термического фактора на самые разные стороны функционирования почв, приводящее к закономерному изменению почвенных свойств (Федорова, 1970; Федорова, Ярилова, 1972; Коковина, Лебедева, 1986; Филимонов, Стрельникова, 1979; Лепорский и др., 1990; Скворцова, Сапожников, 1998; Караваева и др., 1998; Конищев, 1998; Бахлаева и др., 2002; Базыкина и др., 2007,).
|
