Поиск

Значение солнечной радиации в почвообразовании
28.10.2015

Растительные и животные организмы, живущие на почве и в почве, находятся под непрерывным влиянием солнечной радиации. Приток световой и тепловой энергии на поверхность почвы варьирует в зависимости от географического положения местности, характера рельефа и особенностей ,растительного покрова. Солнечный свет, приходящий в атмосферу и достигающий биосферы и почвы, является главным источником энергии для жизни, а следовательно, и для почвообразования.
Считается, что космический приток солнечной энергии, поступающей на Землю и называемой солнечной постоянной, составляет в среднем 2 кал/см2*мин. При прохождении солнечного света через атмосферу около 30% отражается в космос, около 20% поглощается парами воды и пылью, рассеивается в атмосфере и достигает поверхности Земли косвенным путем. Поэтому на земную поверхность попадает примерно половина солнечной радиации (рис. 16). Во влажных тропиках эта величина составляет примерно 40%, а в пустынях — 70%. Приток солнечной радиации возрастает также в горах. Однако вследствие отражения солнечной радиации от поверхности оголенной почвы, от растительности или чистой воды теряется еще 30—60, 15—25, 5—20% энергии соответственно.

Значение солнечной радиации в почвообразовании

Энергия, доходящая до земной поверхности, измеряется так называемым радиационным балансом, который составляется из следующих компонентов:
R = (Q + q) * (1 - A) -E,

где R — радиационный баланс, ккал/см2*год; Q —прямая радиация, ккал/см2*год; q — рассеянная радиация, ккал/см2*год; А— альбедо (в долях единицы); E — эффективное излучение поверхности, ккал/см2*год.
Количество энергии, поступающей от Солнца, и расход ее на почвообразование (нагревание, испарение, транспирация, фотосинтез, синтез гумуса) весьма различны в различных природных зонах.
Однако затраты энергии на биологические процессы в сотни, а затраты энергии на минеральные реакции в десятки тысяч раз меньше по сравнению с расходом энергии на испарение и нагревание. Чем выше радиационный баланс местности, тем при достаточной влажности больше синтезируется растительной биомассы (рис. 17) и тем выше биологическая продуктивность территории. Тепловые условия почвообразования на нашей планете весьма разнообразны, но в общих чертах они следуют за величинами радиационного баланса.
Значение солнечной радиации в почвообразовании

На рис. 18 показана изменяемость температуры в направлении от Северного полюса к Южному. Бросается в глаза, что северные и южные широты различаются в деталях термического режима. Северные широты земного шара, на которых расположены такие крупные континенты, как Евразия и Северная Америка, в целом являются более холодными и более континентальны ми, чем южные широты, где площади континентов несравненно меньше (южная половина Африки, Южная Америка и Австралия).
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Связь среднегодовых температур и степени континентальности с размером материков хорошо показана на рис. 19. Чем больше общая площадь материка, тем ниже его среднегодовые температуры и тем больше амплитуды между январскими и июльскими температурами. Различия в тепловом режиме разных частей суши земного шара необычайно велики. Наиболее высокие среднегодовые температуры характерны для тропиков, где они достигают +32, +35°. Наиболее низкие среднегодовые температуры, порядка -30, -35°, обнаруживаются в полярных областях и в районах полюса холода. В тропических пустынях температуры достигают величин +70, +75°. Минимальные температуры (-70, -88°) известны для Антарктики и для 'области Верхоянска.
Таким образом, разница в среднегодовой температуре на земном шаре достигает 60—70°, а разница между максимальными и минимальными температурами составляет 130—145°.
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Удобной мерой для агрономической и почвенной оценки термического режима территории является величина суммы так называемых активных температур. Для травянистой растительности активными являются температуры выше +5°, для лесной растительности — выше +10°.
Если суммировать данные, относящиеся к среднегодовым температурам, радиационному балансу и суммам активных температур местности, то можно получить весьма интересные данные, показывающие наиболее существенные термические особенности земного шара (табл. 10).
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Из этих данных можно видеть, что приход радиационной энергии в районах полюсов ничтожен — менее 5 ккал/см2*год. По суммам активных температур здесь, естественно, нет никаких предпосылок для существования растительного покрова. В умеренно холодном поясе радиационный баланс составляет около 10 ккал/см2, а сумма активных температур 500—800°. Обе эти величины резко возрастают в теплом, субтропическом и тропическом поясах. В последних радиационный баланс достигает 50—60—80—100 ккал/см2 и выше, а сумма активных температур — 4—8—10 тыс. в год (рис. 20).
Естественно, что интенсивность выветривания, фотосинтеза и образования органического вещества, жизнедеятельность животных и бактерий неизмеримо увеличиваются в направлении от полярных областей к теплым тропическим — экваториальным. В этом же направлении возрастает интенсивность почвообразовательного процесса, как в той его форме, которая сопровождается разрушением минералов, разложением органического вещества и выщелачиванием, так и в тех формах, которые сопровождаются притоком, накоплением и синтезом новых минеральных и органических соединений.
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Суммарный эффект температуры в степном почвообразовании хорошо иллюстрируется возрастанием глинистости и уменьшением содержания азота (и гумуса) в почвах параллельно возрастанию среднегодовых температур (рис. 21).
Как нагревание, так и охлаждение почвенных горизонтов сопровождается коагуляцией коллоидных растворов, выпадением в осадок тонкодисперсных частиц и переходом аморфных соединений в кристаллические. Все это весьма важные стороны почвообразовательного процесса. Установлено, что в древних неэродированных почвах при прочих равных условиях, чем выше средняя годовая температура, тем образуются большие количества глинистого материала как продукта интенсивного выветривания. Накопление в почве органического вещества тесно связано с водным режимом местности и с физиологическими особенностями растительных организмов. Вообще для жизнедеятельности растений и для развития их корневых систем существуют оптимальные температуры. При низком содержании кислорода перегрев почв сопровождается угнетением растений. Угнетение корней наступает и на хорошо аэрированных почвах после того, как температура превышает 30° (рис. 22). Тепловой режим почв имеет суточную, сезонную и вековую ритмичность и динамику. Суточная и сезонная ритмичность и динамика особенно важны в практике земледелия. Крайне лимитирующим фактором роста растений являются, в частности, ранние заморозки.
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Надо, конечно, учитывать, что наша планета не является идеальным гладким шаром. Континенты весьма сильно различаются размерами, общей высотой над уровнем океана, распределением и конфигурацией горных сооружений, площадью внутренних морей и низменностей. Поэтому реальная картина термических поясов на континентах во многих, случаях нарушается и отклоняется от схемы. Так, в тех случаях, когда близко к морю расположены высокие горы, подобные Альпам, Балканам или Кавказу, приморские территории защищены от вторжения холодного полярного воздуха. В таких областях создается местный более теплый климат.
Велика роль теплых течений в океане. Общеизвестно, что Гольфстрим утепляет и увлажняет Северо-Западную Европу, снимая здесь многолетнюю мерзлоту и холодные зимы, столь характерные для высоких широт северо-востока Европы и для Сибири. И наоборот, когда близко к континенту подходят холодные морские течения, то даже на низких широтах и вблизи экватора среднегодовые температуры снижаются и вместо субтропического климата в этих локальных условиях складывается сухой умеренно теплый или умеренно холодный климат. Такое явление наблюдается на западных побережьях Южной Америки.
Значение солнечной радиации в почвообразовании

Значение термического фактора в выветривании и почвообразовании исключительно велико. Согласно известному правилу Вант-Гоффа, с возрастанием температуры на 10° скорость химических реакций возрастает в среднем в 2—3 раза. То же происходит со степенью диссоциации химических веществ, растворенных в воде. При возрастании температуры от 0 до +50° степень диссоциации возрастает в 8 раз. Принимая разрыв максимально-минимальных температур в 140—150°, следует считать, что интенсивность химических реакций в наиболее теплых областях земного шара по сравнению с наиболее холодными должна быть в десятки тысяч раз большей. Все это объясняет, почему скорость выветривания и почвообразования, мощность почвенного профиля и продуктов выветривания в тропиках несравненно большие, чем в почвах и коре выветривания умеренных и холодных областей земного шара.
Известны и другие формы влияния температуры на интенсивность и характер почвообразовательных процессов. Почвы, находящиеся в состоянии вековой мерзлоты, как бы блокируют почвенную влагу. Замерзшая вода теряет способность к оттоку и выщелачиванию. Поэтому нередко почвы, расположенные в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, как бы обладают горизонтом грунтовых вод. Мерзлотный горизонт в почве, оттаивая весной и летом, отдает воду в форме восходящих капиллярных растворов верхним горизонтам почвы.
Тепло является также важнейшим фактором испарения почвенных вод. Известно, что испарение достигает 500—600 мм в год в степных областях, 700—1000 мм в засушливых районах умеренно теплого пояса и 1500—2000 мм в год в тропических и субтропических пустынях. Испарение сопровождается концентрированием растворов и выпадением солей в осадок. Поэтому испарение способствует минералообразованию и соленакоплению в почвах.