ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 10, с. 1188-1198
ФИЗИКА ПОЧВ
УДК 631.4
КЛИМАТ МЕРЗЛОТНЫХ и холодных почв*
© 2004 г. О. И. Худяков, В. В. Керженцева
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 Поступила в редакцию 01.03.2002 г.
Разработана сезонная экологическая классификация климата генетических горизонтов почв. Предложено характеризовать климат генетического горизонта почвы по времени его характерного проявления в сезонном, годовом и многолетнем циклах.
Понятие о климате почв принадлежит отечественной науке. Его основатель Воейков [2] под климатом почв понимал - совокупность постоянно совершающихся физических процессов в системе: приземный слой воздуха-растение-почва-грунт.
В 1946 г. Колосков [9] впервые поднял вопрос о выделении почвенной климатологии в особую дисциплину, при этом он отмечал, что климат почв слагают три элемента: температура, влажность и аэрация, однако число элементов значительно меньше, чем число метеорологических элементов, слагающих внешний климат. В последующих разработках по оценке климата почв каждый его показатель имел свои классификационные критерии [3, 4, 7, 9, 12, 15, 17, 18], при этом климатические исследования почв, по существу, относились к сельскохозяйственной оценке условий, складывающихся в почве. Эта оценка характеризовала обеспеченность растений теплом, влагой, светом, условия перезимовки растений, биоклиматический потенциал территории и др.
Гидрологический показатель климата почв оценивается по запасам легкодоступной влаги в весеннее время в слоях 100, 50, 20 см. Так запас влаги 160-180 мм в слое почвы 100 м считается хорошим, 80-50 мм - плохим, низким [17, 18].
Для характеристики признака используются показатели суммы активных температур (выше 10°С), амплитуда температур между летними и зимними значениями на глубине 20 см и др. [4].
Караваева [6] водно-тепловой режим впервые использовала для генетической интерпретации естественной и агрогенной дерново-подзолистой почвы и чернозема типичного, при этом показано, что в пахотных почвах формируются новые типы гидрологического и термического профилей, они оригинальны и не имеют аналогов среди
естественных почв.
*
Работа выполнена при поддержке РФФИ (< грантов 0104-48538; < 02-04-06336).
Уместно отметить, что в зарубежной литературе понятие климат генетического горизонта практически отсутствует, при этом достаточно широко используются разработки по водному и температурному режимам. В качестве примера приведем классификацию водного и температурного режимов почв, которая используется в американской классификации почв мира, разработанная американской службой охраны почв [8]. Температурный режим почв в американской классификации разделен на классы, в которых выделены пергелик, криик, фригид, мезик, тер-мик, гипертермик.
Например, гипертермик - среднегодовая температура почвы выше 22°C, среднелетняя температура на глубине 50 см выше среднезим-ней более чем на 5°C. Если есть приставка iso, это значит, что разница между среднелетней и сред-незимней температурами на глубине 50 см меньше 5°C, изофригид, изомезик, изотермик и изоги-пертермик.
Для определения водного режима почв введено понятие "гидрологическая контрольная секция". Гидрологическая контрольная секция (ГКС) - это некий объем почвы, определяемый экспериментально. Для этого берется почва с натяжением влаги 1500 кПа (не воздушно-сухая) и увлажняется 2.5 см слоем воды в течение 24 часов. Верхней границей ГКС является глубина увлажнения в этом эксперименте, а нижней - нижняя глубина, на которую смачивается почва в опыте с 7.5 см водного столба в течение 48 часов. В тяжелосуглинистых почвах ГКС занимает глубину 10-30 см; в среднесуглинистых - 20-60; в песчаных - 30-90 см. Использование ГКС позволило выделить классы водного режима почв - ак-вик, аридик, торрик, удик, устик и ксерик.
Например, водный режим аквик - соответствует восстановительному режиму в почве, это почва насыщена грунтовой водой или водой капиллярной каймы. При этом отмечается, что мы не знаем, какова должна быть продолжитель-
КЛИМАТ МЕРЗЛОТНЫХ и холодных почв
1189
ность насыщения, чтобы почва имела водный режим аквик. Но насыщенность водой должна сохраняться в течение хотя бы нескольких дней. Кроме того, концепция режима аквик предполагает, что почва имеет температуру выше биологического нуля (5°С) в течение части того периода времени, когда она насыщена водой.
Вполне понятно, что оценивать климат генетических горизонтов почв с использованием температурных разработок и гидрологической контрольной секции по водному режиму в генетическом почвоведении - весьма трудная задача. В этих построениях нет характеристики водного режима верхних горизонтов почв, так как ГКС не охватывает верхний 0-20 см слой почвы, в который может войти 1-2 или 3 генетических горизонта почв. Кроме того, сама ГКС может охватить несколько генетических горизонтов или только один. В температурной классификации ничего не говорится о температурном режиме почв в вегетационный сезон.
При изучении климата почвы необходимо различать климат почвы и атмосферный (общий климат). Особенно это важно для характеристики и классификационных построений этих климатов. Дело в том, что для характеристики атмосферного климата используются средняя многолетняя величина каждого климатического параметра, которая получила название "климатическая норма", а сезонная динамика климатических параметров получила название - "погода". В отличие от этих построений в почвенном климате в качестве "климатической нормы" используются не средние многолетние показатели температуры, количества влаги и воздуха в почве, а экспериментально установленные климатические нормы температуры и влаги по отношению к растениям в вегетационный сезон.
Для того чтобы представить климат генетических горизонтов почв необходимо определиться с атмосферным климатом, который формирует климат почв и генетических горизонтов. Для характеристики атмосферного климата была использована классификация Тролля и Паффера [1]. Согласно этой классификации разделение атмосферного климата проведено с учетом атмосферных показателей и растительности. Каждому типу климата соответствует определенный тип растительности. Эта классификация состоит из 5 зон, включающих 38 типов климатов, которые совмещены с растительностью. В этой классификации, в первую очередь, отражено изменение по сезонам освещенности и радиации, гумид-ности, осадков и температуры. Классификация исходит из воздействия климата на растительность, причем, наряду с годовым ходом, рассматривается и суточный ход. В классификации выделены климатические зоны: I - полярная и субполярная; II - умеренно-холодная бореальная; III -
умеренно-прохладная; IV - умеренно-теплая субтропическая; V - тропическая.
Согласно классификации общего климата Тролля и Паффера [1], район исследований находится в умеренно-холодной бореальной зоне. Бореальная или снежнолесная (таежная) климатическая зона находится только в пределах северного полушария, в зоне распространения многолетней мерзлоты и имеет среднегодовую температуру ниже -3°С, но среднюю температуру июля выше 10°С.
Дальнейшее подразделение климатической зоны на климатические типы проведено по годовой амплитуде температуры, мерзлоте, температурам самого холодного и самого теплого месяцев, осадкам, продолжительности вегетационного сезона, типу растительности. Климатические параметры района наших исследований имеют сходные характеристики с данными классификационных критериев (табл. 1).
Нами предлагается в каждом климатическом типе выделить сезонные стадии (подтипы) климата - летнюю и зимнюю. Сезонные стадии (подтипы) климата генетических горизонтов выделять по гидрологической, воздушной и температурной составляющим. Для характеристики гидрологической составляющей климата генетических горизонтов нами используется физико-географическая классификация климатов Пенка [1]. В основе этой классификации лежит соотношение между осадками, испарением, стоком и грунтовыми водами. Эта классификация получила широкое применение в почвоведении и геоморфологии. Частично А. Пенк опирался на исследования Воейкова [2] и выделил по гидрологической составляющей три группы типов климатов: 1 - гумидный, 2 - аридный, 3 - нивальный.
В первую группу, для которой количество осадков превышает испарение, входят полярный и фреатический типы климатов. Относящийся к гумидной группе фреатический тип климата разделен на полностью гумидный, семигумидный и субнивальный. В климатах аридной группы выделен еще и семиаридный. В климатах нивальной группы различают полностью нивальный и семи-нивальный типы. В почвах мерзлотных и холодных областей стадии климата совпадают со стадиями развития почвенного криогенеза: промерзание, протаивание, нахождение почвы в мерзлом и талом состояниях. Из данного положения следует, что формула классификационных построений климата генетических горизонтов имеет вид: климатическая зона - тип климата - сезонная стадия климата (подтип климата).
Для характеристики стадий климата генетических горизонтов почвы в качестве гидрологического показателя используем гидрологические горизонты, границами между которыми являются гидрологические константы по Роде [13, 14]. Влага каждого гидрологического горизонта характеризуется разной степенью доступности для расте-
Таблица 1. Климат атмосферы и почвы
Годовая Средняя температура, °С
Объект оценки Мерзло- амплитуда самого самого Растительность Климат в многолетнем
та темпера- теплого холодного цикле
тур, °С месяца месяца
Атмосферный Вечная >40 10-20 Ниже -25 Резко Резко континентальный
климат по Троллю континентальные (по Троллю и Пафферу [1])
и Пафферу (1963) хвойные леса
Атмосферный Вечная 46-50.6 15.5-17.2 -25.8... -32.6 Лиственные леса Резко континентальный
климат района (по Троллю и Пафферу [1])
исследования
Почва, гор. А, Вечная 26-42 11-15 -15... -27 Лугово-болотная Континентальный [4]
естественный
участок
Почва пашни, Вечная 35-52 20-22 -15.
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.