ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 1, с. 109-113
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 631.46
БИОГЕОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ПРИРОДНЫХ
ЛАНДШАФТОВ ГРУЗИИ
© 2007 г. Г. П. Гогичайшвили*, Р. В. Маглакелидзе**
*Министерство защиты природных ресурсов и окружающей среды Грузии, 0112 Тбилиси,
просп. Д. Агмашенебели, 150 **Тбилисский государственный университет, географический фак, 0128 Тбилиси, просп. И. Чавчавадзе, 1
E-mail: ggizo@hotmail.com Поступила в редакцию 04.05.2005 г.
Проведена сравнительная оценка энергии, затраченной на почвообразование, в разных типах почв природных ландшафтов Грузии и полноты использования солнечной радиационной энергии. Показано, что на почвообразовательные процессы затрачивается 16-87% энергии радиационного баланса деятельной поверхности, а на циклические биологические процессы затрачивается 0.162-1.344 ккал/см2 в год.
С термодинамической точки зрения, почва представляет собой открытую, гетерогенную и многофазную систему, которая характеризуется необратимыми термодинамическими процессами (Ковда, 1973), основным источником которых является радиационная энергия солнца. Тепловой баланс земной поверхности влияет на почвенные процессы и прежде всего на тепловой и водный режимы. Тепловой баланс во многом определяет продуктивность растительного покрова, который в свою очередь определяет поступление в почву органического вещества, и к тому же, дополнительной энергии.
Солнечная радиация обусловливает активность микроклиматических процессов в почвах и поверхностном горизонте горных пород, до глубины, на которой проходит верхняя граница распространения постоянной температуры. Высота активного слоя, в котором осуществляется масс-и энергообмен, почвообразовательный и другие процессы, в различных горных ландшафтах варьирует от нескольких сантиметров до 30-50 м (Беручашвили, 1986).
В результате стационарных исследований на горном макропрофиле была установлена полнота использования радиационной энергии на почвообразование и биологические процессы в зависимости от величины радиационного баланса и условий увлажнения почв.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Сравнительные исследования климатических параметров почв на разных высотах проводили на Марткопском физико-географическом стационаре Тбилисского государственного университета (Беручашвили, 1986; Беручашвили, Тедиашви-ли и др., 1973).
Затраты энергии на почвообразование и массо- и энергообмены оценивали на основе использования известных методов почвенной биоэнергетики (Ковда, 1973; Волобуев, 1963, 1974).
Энергия затраченная на почвообразование Qn прямопропорциональна произведению величины радиационного баланса R на коэффициент a
Qп = Ra,
R - радиационный баланс земной поверхности, ккал/(см2 год).
Радиационный баланс земной поверхности определяется по формуле (Справочник..., 1968),
R = Q(1 - а) - Eeff,
где Q - суммарная (прямая + рассеянная) радиация, ккал/(см2 год); а - альбедо деятельной поверхности, %; Eeff - эффективное излучение, ккал/(см2 год).
Суммарная радиация вычисляется по формуле: Q = Qo[1 - (1 - K)n], Q0 - суммарная радиация для ясного неба (возможная радиация), ккал/(см2 год); K - коэффициент, показывающий какая часть радиации достигает до поверхности земли при полной облачности; n - общая облачность (выраженная в десятках).
Для вычисления эффективного излучения деятельной поверхности Eeff была использована формула H.A. Ефимовой (Гвасалия, 1986). Эффективное излучение зависит от температуры и влажности воздуха, а также от температуры излучаемой поверхности:
Eeff = Sg04(11.7 - 0.23е)(1 - cn) + 4Sg03(0w - 0),
где S - коэффициент "серости" (0.95); о - постоянная Стефана-Больцмана которая равна 0.814 х х 10-10 ккал/(см2 год); 0w и 0 - температура воздуха
110
ГОГИЧАЙШВИЛИ, МАГЛАКЕЛИДЗЕ
и деятельной поверхности по абсолютной шкале, °С; e - упругость водяного пара, в миллибарах; c -коэффициент; n - среднемесячная общая облачность (выраженная в десятках). a - полнота использования радиационной энергии:
-0.47 ■ 1/Kn
a = e ; e - основание натуральных логарифмов.
Kn - относительная увлажненность, которая определяется как отношение годового количества осадков (P) к испаряемости (En) (Волобуев, 1963, 1974):
Kn = P/En,
P - годовое количество осадков, мм; En - испаряемость, в мм;
En = 50R067.
Таблицы с показателями Q0 и K для всех широт составлен Т.Г. Берлянд (Котария, 1973).
Годичный прирост растительности описывается степенной зависимостью (Волобуев, 1974):
^ц/га = Qu'
где параметр n определяется по следующей формуле:
lg n = 0.045 + 0.085Kn
Определения и номинация почвенных типов соответствовала легенде ландшафтной карты Кавказа (Беручашвили, 1979).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В высокогорных гляциально-нивальных ландшафтах на почвообразовательные процессы затрачивается менее 15 ккал/(см2 год), в субнивальных ландшафтах количество энергии увеличивается до 20 ккал/(см2 год). Здесь формируется горно-луговые примитивные и горно-луговые дерновые почвы (рис. 1). В альпийской зоне южного склона Большого Кавказского и Аджаро-Триалетского хребтов в почвах субальпийских лесо-кустарнико-во-луговых ланшафтов, а также равнинных и холмистых субтропических семиаридных ландшафтов количество энергии затрачиваемое на почвообразовательные процессы составляет 20-25 ккал/(см2 год). Эти энергозатраты обеспечивают формирование светлых серо-коричневых, серо-коричневых, коричневых карбонатных, коричневых, коричневых вышелоченных, черных карбонатных, бурых лесных слабо насышенных и бурых-лесных кислых почв.
В теплоумеренных семигумидных лесных и шибляковых нижнегорно-лесных ландшафтах расход на почвообразовательные процессы возрастает до 35 ккал/(см2 год). Там формируются варианты коричневых почв (типичные, карбонат-
ные, вышелоченные, луговые), бурые лесные, черноземы и горно-луговые дерновые почвы. Увеличение энергии затрат на почвообразование до 40 ккал/(см2 год) приурочено к низменным условиям (Колхидская и Алазанская низменности), где распространены желто-бурые, коричневые (типичные, карбонатные, луговые), бурые лесные (кислые, слабо насыщенные) почвы.
Энергия затраченная на почвообразование, тесно связана не только с радиационным балансом деятельной поверхности, но и с относительной увлажненностью (рис. 2). В Грузии большинство ландшафтов приурочены к диапазонам Кп 0.75-1.25 и 1.75-2.0. В первом случае количество энергии, затраченной на почвообразование, в основном варьируется от 25 до 35 ккал/(см2 год), а во втором - от 30 до 45 ккал/(см2 год).
В лесных ландшафтах Колхидской низменности и в среднегорном поясе Колхиды формируются почвы, характерные для влажно-субтропической зоны Западной Грузии - красноземы, желтоземы, субтропические подзолистые (типичные, глеевые, ортштейновые) и торфяно-болотистые. Они характеризуются наибольшим значением увлажненности и максимальными затратами энергии на почвообразовательные процессы.
Исследованиями установлено, что в большинстве ландшафтов ежегодный прирост фитомассы в размере 20 т/га обеспечивается при условиях, когда затраты энергии на почвообразование варьируются от 12 до 45 ккал/(см2 год) (рис. 3). Связь между энергией, затрачиваемой на почвообразование ^ ккал/(см2 год) и затраты энергии на циклические биологические процессы (V ккал/(см2 год) почти прямолинейная. На циклические биологические процессы в среднем затрачивается 0.4-0.6 ккал/(см2 год) (рис. 4).
Полнота использования радиационной энергии в почвах Грузии варьируется от 0.39 до 0.89. Вышеуказанный параметр дает представление об использовании энергии на почвообразовательные процессы в природных ландшафтах, в долях от радиационного баланса деятельной поверхности (рис. 5). При этом до 45% почв Грузии 75-85% энергии радиационного баланса расходует на процессы почвообразования.
Количество энергии, затрачиваемое на почвообразовательные процессы, является комплексным параметром позволяющим судить об интенсивности функционирования биогеоценоза в целом. Чем больше энергии затрачивается на почвообразование, тем интенсивнее идут процессы химического выветривания почвообразующих пород. Чем больше энергии расходуется на циклические биологические процессы (V ккал/(см2 год)), тем интенсивнее идут процессы разложения и превращения биомассы, вымывания воднорас-творимых элементов. Продуктивность биомассы
к
и В
м
о
Т
к
ч >
я
С м
ч
к
Б
к о а о
ч к
л
м
о
К >
к> о о о
Батуми
Г1^
Условные обозначения
II
III
9-15
15-20
20-25
V 30-35
VI
VII
IV 25-30
VIII
35-40 40-45 >45
01 Ё О ч И О
ш Д
И ч ч И
н Ё л
И
о я
>
ч >
И
И
ч Ё о н Ё я ю
Ё О
л ю
й >
Д
и
Е
>
о
н О
и
I
Рис. 1. Энергия, затраченная на почвообразование в ландшафтах Грузии: I-VIII - энергия ^ ккал/(см2 год)).
112
ГОГИЧАИШВИЛИ, МАГЛАКЕЛИДЗЕ
1к "9. 18
2 '89
Q, ккал/(см2 год) 50
44
38
32
26
20
14
8
11 з 13
• 4
*6 8 10 66 7084
.1 2
5
64
•71 ,125
,1129 1.0137
23» 102 »¿0, 133 25 ш Ш138 *^128
112*139 • 22
134
_|_I_I_I_I_I_I_|_
_|_I_I_|_
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 0.25 0.75 1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 3.75 4.25
Кп
Рис. 2. Зависимость между энергией, затраченной на почвообразование, и относительной увлажненностью по природным ландшафтам Грузии.
Q, ккал/(см2 год) 50
44 38 32 26 20 14 8
20 • •
,30
6
75 66 70
84
,129 •137
640 71 л,-21• •8904 • 125 119,82 89 -8Л81 130-19£83127 130
2^ ¿8^3-128
я^1^»1,0^ • 147
112 ЪЬ*.144
139
■ 150 -т 152
0 20 40 60 80 100 120 140 10 30 50 70 90 110 130 150
Ут/га
Рис. 3. Зависимость между энергией, затраченной на почвообразование, и биопродуктивностью по природным ландшафтам Грузии.
2
62
7
11
1
13
3
5
- • 4
9
8
7
69
68
69
68
135
135
144
147
150
18
151
152
151
27
Q, ккал/(см2 год) 50
44 38 32 26 20 14
8
5 »9
69 70 •
6^6б?8!420
»71 * -• 125
64
13Ш129 88 13*130 Л8
18 ЧГ%127
62, 2
• 1 .
з
*8'
,10 89 в 21 • 82 81
2513, »<
11212.
*150 •151 > 152
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Уэ, ккал/см2
Q, ккал/(см2 год) 50
44 38 32 26 20 14
1*62
11 ,13 »1? • 7
•¿14 * •
6
• 9
• 69.,
,30 >21
•€°'18841 30 64 , 125
¡19 .82
• Щ81
23
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.