Back to top

Параметры водных режимов почв

×

«Вода в почве и грунте вместе с содержащимися в ней растворами есть настоящая кровь живого организма».

(Г.Н. Высоцкий)

Под водным режимом (ВР) почвпонимается совокупность явлений поступления влаги в почву, передвижения и изменения ее физического состояния в почве и ее расхода из почвы. Поступление и расход влаги характеризуют водный баланс почвы за определенный период времени. Передвижение и изменение физического состояния влаги в почве определяют ее режим влажности, выражающийся в смене гидрологических горизонтов, характеризуемых определенным состоянием (давлением) почвенной влаги и выделяемых при регулярных послойных наблюдениях за влажностью. Водный режим влияет на формирование генетического профиля почвы и, в то же время, зависит от предшествующих этапов ее развития,«зафиксированных» в морфологическом строении почвы и ее водно-физических свойствах. Он определяется биоклиматическими и литолого-геоморфологическими факторами и почвенными водно-физическими свойствами.

Основы классификации ВР почв были разработаны в первые десятилетия XX века Г.Н. Высоцким [39] и развиты в середине века А.А. Роде [204]. Согласно А.А. Роде, типы ВР выделяются по соотношению между величинами возврата влаги из почвы в атмосферу (за счет эвапотранспирации, т.е. совокупности физического испарения влаги с поверхности почвы и захвата влаги из почвы корнями растений (десукции) и ее транспирации надземными органами) и инфильтрации влаги вглубь почвы. Соответственно,были выделены типы (а) промывного и периодически промывного ВР (возврат влаги в атмосферу в многолетнем цикле меньше величины инфильтрации; характерен для гумидных и семигумидных областей), (б) непромывного ВР (возврат влаги в атмосферу примерно равен величине ее инфильтрации вглубь почвы; характерен для семиаридных и аридных областей) и (в) выпотного и десуктивно-выпотного ВР (возврат влаги в атмосферу больше величины ее инфильтрации вглубь почвы за счет расходования влаги аллохтонных,т.е. имеющих своим источником иные территории, грунтовых вод; данный тип также характерен для семиаридных и аридных областей). Особо выделены (г) мерзлотный и (д) ирригационный типы ВР, для которых соотношение между возвратом влаги в атмосферу и ее инфильтрацией вглубь почвы может колебаться в широких пределах. Спецификой мерзлотного режима является наличие водоупорного слоя вечной мерзлоты, а спецификой ирригационного режима — его регулирование человеком за счет частоты и интенсивности поливов и организации дренажной сети. Подтипы ВР выделяются по источникам поступления влаги в почву, а классы — по среднегодовой влажности почвы.

Несколько иной подход к классификации ВР почв был положен в основу легенды Почвенной карты мира М.А. Глазовской и В.М. Фридландом [185]. Ими выделены почвы с (1) промывным, (2) промывным с периодическим поверхностным или грунтовым переувлажнением (3) водозастойным, (4) периодически непромывным, (5) непромывным, (6) пульсационным (со сменой непромывного, водозастойного и слабовыпотного ВР), (7) резко непромывным, (8) выпотным ВР и (9) ВР периодического затопления. Все выделенные типы ВР могут формироваться в трех термических областях с мерзлотными, сезонно-промерзающими и непромерзающими почвами. Типы 1–3 присущи влажным климатическим областям, типы 3–5 — умеренно-влажным и умеренно-сухим областям, типы 6–8 — сухим областям и тип 9 — периодически затапливаемым аллювиальным, маршевым и мангровым почвам разных по увлажненности областей.

В обоих подходах не нашли прямого отражения сведения о преимущественном направлении (вертикальном, латеральном или смешанном) и характере миграции почвенной влаги.

Карта параметров водных режимов почв России, составленная на основе почвенной карты (атлас, с. 72), включает следующие слои информации.

I. Источники влаги в почве. Универсальным источником влаги для всех почв являются жидкие и твердые атмосферные осадки и, в значительно меньшей степени, напочвенная и внутрипочвенная конденсация влаги из паров атмосферы. Совокупность этих источников будем называть атмосферным увлажнением почвы. Перераспределение атмосферных осадков на поверхности почвы за счет формирования поверхностного стока жидкой влаги и ветрового перераспределения снега приводит к неравномерности увлажнения почв. В большинстве случаев, она имеет нерегулярный характер. Однако существуют почвы, для которых дополнительное поверхностное увлажнение имеет регулярный «обязательный» характер и сказывается на их функционировании и морфологических особенностях. Таковы почвы понижений, опушечных участков, выположенных частей склонов. В их водном питании участвуют атмосферные осадки, дополнительное поверхностное увлажнение и/или увлажнение за счет местных (автохтонных) грунтовых вод. Третьим потенциальным источником влаги являются аллохтонные грунтовые воды, формирующиеся за пределами рассматриваемых почвенных ареалов. Четвертый источник связан с приливно-морскими или речными водами.

Как видно из карты, в России преобладают почвы атмосферного увлажнения. Болотные почвы с дополнительным поверхностным и/или автохтонным грунтовым увлажнением широко развиты на севере европейской территории, в Западной Сибири и в приморских низменностях. Луговые, черноземно-луговые и лугово-болотные почвы с аллохтонным грунтовым увлажнением развиты в южной части Западной Сибири. Меньшие ареалы встречаются на Дальнем Востоке и в европейской части. В отдельную группу выделены аллювиальные и маршевые почвы с дополнительным увлажнением речными или приливно–морскими водами.

II. Гидрологический режим почвы (связь между почвенными и грунтовыми водами). Участие почвы в общем гидрологическом цикле можно оценить по характеру связи между почвенными и грунтовыми водами. Почвы, в которых влага, поступающая из атмосферы, просачивается до уровня грунтовых вод, относятся к почвам с промывным или периодически промывным режимом. В немерзлотной области это глееподзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, дерновые таежные и буро-таежные почвы, буроземы, желтоземы, подбелы, вулканические и торфяно-болотные почвы (промывной режим), а также серые лесные, черноземы выщелоченные и оподзоленные, черноземы типичные и лугово-черноземные и лугово-каштановые почвы (периодически-промывной режим).

В районах с вечной мерзлотой горизонт грунтовых вод как ближайший к поверхности горизонт, постоянно насыщенный влагой, отсутствует. Вместе с тем, горизонт вечной мерзлоты с постоянно отрицательными температурами выполняет роль ближайшего к поверхности водоупора. Влага, накапливающаяся над ним и замерзающая в зимний сезон, может рассматриваться как специфическая форма грунтовой воды с резко выраженной сезонной динамикой подвижности. Ее питание осуществляется за счет атмосферных осадков, причем нисходящее движение влаги к фронту вечной мерзлоты в теплый период года обеспечивается не только за счет гравитационных сил, но и за счет температурного градиента. Судьба надмерзлотной грунтовой влаги зависит от гидравлической проводимости надмерзлотного слоя и режима его оттаивания. В быстро и глубоко протаивающих легких и щебнистых почвах эта влага интенсивно сбрасывается в местные дрены (гидросеть) в теплый период преимущественно за счет латерального надмерзлотного стока. В результате надмерзлотный горизонт и верхняя часть постоянно мерзлого горизонта в течение большей части года оказываются «сухими» (сухомерзлотные почвы). В медленно и неглубоко протаивающих тяжелых суглинисто-глинистых почвах летнее передвижение влаги затруднено. Она накапливается над мерзлотным водоупором и служит дополнительным источником влаги для верхней части почвенного профиля в засушливый период. Латеральный сброс над мерзлотной влаги активизируется в период интенсивного таяния мерзлого слоя при участии в этом процессе дополнительной теплоты атмосферных осадков, инфильтрующихся вглубь почвы, и в период начала промерзания почвы, когда влага надмерзлотных горизонтов оказывается зажатой между верхним и нижним фронтами промерзания и приобретает дополнительный напор. Передвижение надмерзлотной влаги происходит в пределах почвенного профиля. Таким образом, почвы мерзлотной области имеют надмерзлотно-промывной тип гидрологического режима с подтипами интенсивно-промывного (сухомерзлотные почвы — подзолы, подбуры, мерзлотные перегнойно-карбонатные и др.) и замедленно-промывного режима (льдисто-мерзлотные почвы — тундровые глеевые, тундрово-болотные, таежные глее-мерзлотные и таежные мерзлотные). В наиболее засушливых районах Центральной Якутии, в суглинистых палевых почвах льдосодержание обычно невелико (среднельдистые почвы). Они, а также почвы арктической зоны, отнесены к группе с периодически надмерзлотно-промывным режимом.

Почвы с непромывным режимом характеризуются отсутствием связи между почвенными и грунтовыми водами. Последние всегда имеют аллохтонный характер. Между капиллярной каймой аллохтонных грунтовых вод и горизонтами промачивания атмосферной влагой присутствует «мертвый» гидрологический горизонт с постоянно низким (менее влажности завядания) содержанием влаги. По А.А. Роде, возможно выделение двух подтипов: (а) почвы с резко непромывным режимом, в которых мощный слой с постоянно низкой влажностью надежно изолирует почву от влияния грунтовых вод (черноземы обыкновенные и южные, каштановые, бурые пустынно-степные почвы) и (б) почвы с непромывным режимом, у которых слой с постоянной низкой влажностью имеет небольшую мощность и находится в пределах почвенного профиля, что обеспечивает возможность выпота влаги, подтягивающейся из грунтовых вод (солонцеватые и солончаковатые разности черноземов, каштановых и бурых пустынно-степных почв). В почвах с резко непромывным режимом приход влаги в почву из атмосферы равен ее расходу на эвапотранспирацию. В почвах непромывного режима с внутрипочвенным выпотом приход влаги из атмосферы меньше ее расхода на эвапотранспирацию. В почвах с выпотным режимом приход в почву влаги из атмосферы существенно меньше ее расхода с поверхности почвы за счет дополнительного источника — аллохтонных грунтовых вод. К ним в первую очередь относятся солончаки.

Как видно из карты, в России преобладают почвы с промывным и периодически-промывным типами гидрологического режима.

III. Режим влажности почвы. Под режимом влажности почвы понимают совокупность всех количественных и качественных явлений изменения влажности почвы во времени. Эти явления охватывают передвижение влаги внутри почвенного профиля (влагообмен между горизонтами), десукцию влаги, застой влаги в почве и изменения ее физического cостояния (испарение-конденсация, замерзание-таяние). Они определяют перенос вещества с растворами в пределах почвенного профиля, их концентрацию и осаждение при испарении почвенной влаги или ее замерзании (криоконцентрация), развитие окислительных и восстановительных процессов и, в конечном итоге, своеобразие генетического профиля почв. Влажность почвы — динамичный показатель. Разнонаправленные процессы могут протекать одновременно даже в пределах одного горизонта. Так, при насыщении влагой крупных межагрегатных пор, в них могут развиваться восстановительные процессы, в то время как внутри агрегатов сохраняется окислительная обстановка. При высыхании почвы возможна обратная картина.

На представленной карте характеристика режима влажности дана по преимущественному состоянию влажности за вегетационный период. В мезоморфных почвах (подбуры, подзолы, дерново- и буро-таежные, палевые, дерново- и перегнойно-карбонатные почвы, грануземы, вулканические почвы, горные примитивные почвы) преобладает влажность в диапазоне от наименьшей влагоемкости до влажности разрыва капилляров. Периоды с большей влажностью коротки и характеризуются наличием гравитационных токов влаги, т.е. развитием промывных явлений на фоне преобладающей окислительной обстановки. Периоды с высыханием почвы до величины влажности завядания непродолжительны и не приводят к заметным выпотным явлениям. В мезоморфных почвах с временным поверхностным гидроморфизмом важную роль играют явления застоя влаги и развития восстановительной обстановки, чередующиеся с периодами высыхания и оттока влаги. К ним относятся глееподзолистые, подзолистые и дерново-подзолистые почвы (в т.ч. контактно-осветленные), палевые осолоделые почвы и подбелы. В полугидроморфных почвах, застойные явления при влажности выше наименьшей влагоемкости могут охватывать весь профиль и преобладают в его нижней части. Это подзолисто- и дерново-подзолистые глеевые почвы, подзолы и дерново-подзолы глеевые, дерново-глеевые почвы. В гидроморфных почвах — тундровых глеевых и тундровых болотных, глееземах таёжных, таёжных глее-мерзлотных, таёжно-мерзлотных почвах, торфяных и торфяно-глеевых почвах и солончаках — влажность колеблется в пределах от полной до наименьшей влагоемкости, что часто (но не всегда) сопровождается развитием восстановительных явлений. Роль последних ослаблена в холодных мерзлотных почвах в связи с низкими температурами.

В ксеромезоморфных почвах верхняя часть профиля может иссушаться до влажности завядания, что сопровождается развитием выпотных явлений. Нижняя часть почвенного профиля при этом может содержать достаточное количество влаги. К этой группе отнесены арктические почвы, выщелоченные, оподзоленные и типичные черноземы, коричневые почвы, лугово-степные горные почвы. В мезоксероморфных почвах явления иссушения до влажности завядания и ниже наблюдаются более длительное время и охватывают большую мощность почвенного профиля. К ним отнесены обыкновенные и южные черноземы, темно-каштановые и каштановые почвы. Ещё большей засушливостью характеризуются ксероморфные светло-каштановые и бурые пустынно-степные почвы и их солонцеватые и солончаковатые варианты. Последняя группа ксерогидроморфных почв характеризуется контрастным во времени и по профилю почв режимом влажности. Их верхняя часть может просыхать до величин менее влажности завядания, в то время как нижняя часть находится в зоне капиллярной каймы грунтовых вод. Это лугово-черноземные и лугово-каштановые почвы и некоторые солонцы.

География режимов влажности почв характеризуется значительной пространственной изменчивостью. При общем преобладании мезоморфных почв отчетливо выделяются регионы с повышенным поверхностным, грунтовым и профильным гидроморфизмом. В засушливых районах юга преобладают мезоксероморфные почвы.

IV. Характер миграции влаги в почве. Миграция влаги в почве и соответствующие изменения влажности обычно имеют неравномерный характер. Выделяются пути преимущественной миграции (крупные поры, трещины, ослабленные зоны) и барьерные зоны. Фронтальная миграция влаги является, скорее, исключением, чем правилом и характерна для почв с равномерной структурной организацией и с высокой степенью влажности. На карте выделены следующие группы почв по характеру миграции влаги: (а) почвы с фронтальной миграцией (тундровые глеевые, тундрово-болотные,подзолисто-глеевые, дерновоподзолисто-глеевые, грануземы торфяно-болотные почвы), (б) почвы с «пальчатой» миграцией, фронт передвижения влаги в которых имеет языковатый характер, что характерно для многих песчаных почв при их увлажнении с поверхности (подзолы и дерново-подзолы, боровые пески), (в) почвы с неравномерным движением влаги по преимущественным путям миграции, которая характерна для многих щебнистых почв и суглинистых почв с неравномерной структурной организацией и наличием в сухом состоянии трещинных и слабленных зон (различные щебнистые и суглинисто-глинистые мезоморфные почвы) и (г) почвы со смешанным типом миграции, в которых миграция по преимущественным путям движения влаги сменяется фронтальной миграцией при достижении почвой достаточной влажности (подзолистые и дерново-подзолистые, палевые оподзоленные, выщелоченные и типичные черноземы, лугово-черноземные почвы).

Как видно из карты, географическая картина распределения почв по характеру миграции влаги оказывается весьма пестрой. Значительный ареал почв с неравномерной миграцией связан с горными и возвышенными областями Сибири с преобладанием щебнистых почв.

V. Характер стока влаги из почвы. Удаление влаги из почвы поисходит за счет десукции, физического испарения и стока. По характеру последнего все почвы в первом приближении можно разделить на (а) почвы с преимущественно вертикальным стоком влаги в направлении грунтовых вод, (б) почвы с преимущественно латеральным (боковым)стоком, связанным с наличием неглубоко залегающих водоупорных слоев (в том числе мерзлотного водоупора) и (в) почвы со смешанным стоком, при котором движение влаги в почве осуществляется как в вертикальном, так и в боковом направлениях. Отдельно выделяются почвы непромывного режима,в которых сток влаги в грунтовые воды и поверхностные воды отсутствует, а вся поступающая в почвы влага полностью расходуется на десукцию и испарение.

В заключение остановимся на вопросе об антропогенных изменениях ВР почв. Изменения, связанные с орошением, дренированием территории, созданием водохранилищ, перекрытием локальных путей стока влаги (например, приом строительстве), очевидны и, как правило, быстро проявляются в облике ландшафта. Изменения, связанные с распахиванием земель и заменой естественной растительности агроценозами, имеют более сложный характер. Многоярусное распределение корней в естественных (особенно лесных) ценозах способствует наиболее полному усвоению влаги из почвенной толщи, в том числе — из глубоких почвенных и подпочвенных слоев. В однолетних агроценозах основная масса корней,особенно в начале вегетации, развита в верхних почвенных горизонтах, что способствует их иссушению. При этом, однако, неизрасходованный избыток весенней влаги просачивается в более глубокие слои почвы, где и сохраняется и постепенно накапливается при ослабленном водопотреблении корнями культурной растительности.Таким образом, режим влажности в почвенном профиле становится более контрастным, с усилением явлений ксероморфизма в верхних горизонтах и гидроморфизма — в нижней части почвенного профиля и в более глубоких слоях.

Д.Е. Конюшков, Т.В. Ананко


  • Источники влаги в почве, масштаб 1:60 000 000
  • Гидрологический режим почвенно-грунтовой толщи, масштаб 1:60 000 000
  • Режим влажности почвы, масштаб 1:60 000 000
  • Характер миграции влаги, масштаб 1:60 000 000
  • Характер стока влаги из почвы, масштаб 1:60 000 000