Черноземы стали объектом исследования с самого зарождения науки о почве. Еще М. В.Ломоносов (1763) сформулировал положение о происхождении чернозема «от согнития животных и растительных тел со временем».
Подлинно научное изучение черноземов началось с В. В. Докучаева, который собрал огромный материал о строении, свойствах, распространении и условиях образования чернозема России. Этот материал был обобщен им в монографии «Русский чернозем» (1883), которая явилась основой для создания генетического почвоведения. Как тип почвы чернозем впервые выделен В. В. Докучаевым в классификации почв 1896 г.
Основные массивы черноземов находятся в Молдавии, на Украине, Северном Кавказе, в центральных областях, Поволжье, Западной Сибири и Северном Казахстане.
Экология черноземообразования
Черноземы развиваются в условиях суббореального слабоаридного климата с хорошо выраженной сезонной контрастностью.
При большой широтной протяженности черноземной зоны различные фации черноземов существенно различаются между собой по климатическим показателям. Однако по условиям летнего периода — температуре и количеству осадков, а также по наличию зимнего промерзания все черноземы близки между собой.
Черноземы распространены преимущественно на платформенных равнинах, но встречаются также островами среди других почв в межгорных впадинах, котловинах и на слабо эродируемых склонах горных систем.
Почвообразующей породой для черноземов служат главным образом четвертичные лёссы и лёссовидные породы, карбонатные, пористые. Встречаются черноземы и на третичных глинах. Гранулометрический состав в большинстве случаев суглинистый или глинистый, в редких случаях более легкий.
Черноземы — это почвы травянистых формаций, приуроченных к степной и лесостепной зонам. Характерный гумусовый профиль обязан воздействию травянистой растительности с ее мощной, быстро отмирающей и легко гумифицирующейся корневой системой.
В черноземной зоне по характеру растительности выделяют три подзоны; лесостепь с луговой степью и остепненными лугами, разнотравно-дерновинно-злаковую степь, дерновинно-злаковую степь.
Генезис черноземов большей частью определяется особенностями биологического круговорота степных и лугово-степных травяных растительных сообществ. 1) ежегодно с отмирающими частями в почву возвращается практически то же количество питательных веществ, которое было использовано на прирост; 2) большая часть этих веществ возвращается не на поверхность почвы, а непосредственно в почву с корнями; 3) среди химических элементов, вовлекаемых в биологический круговорот, первое место принадлежит кремнию, далее следуют азот, калий и кальций.
Количество растительной массы естественных травяных сообществ на черноземах высокое. Прирост корней составляет 50—60% их общей массы. Средняя зольность растительной массы степей 3,5—4,5%. Ежегодное вовлечение азота и зольных элементов в круговорот и поступление их в почву достигает 700—900 кг/га.
Роль биологического круговорота в формировании свойств черноземов определяется не столько химическим составом растений степи, сколько его высокой интенсивностью (большим количеством ежегодно обращающихся химических элементов), поступлением основной массы опада внутрь почвы, активным участием в разложении бактерий, актиномицетов, беспозвоночных, для которых благоприятен биохимический состав опада и общая биоклиматическая обстановка.
Большую роль в формировании свойств черноземов играет мезофауна, особенно велика роль дождевых червей.
Вместе с отмершими частями растений дождевые черви захватывают частицы почвы и образуют в процессе переваривания прочные глино-гумусовые комплексы, выбрасываемые в форме копролитов. По мнению Г. Н. Высоцкого, черноземы в значительной степени обязаны дождевым червям своей зернистой структурой.
Целинная степь была местом обитания большого количества позвоночных. Наибольшую численность и значение имели землерои (суслики, слепыши, полевки и сурки), которые перемешивали и выбрасывали на поверхность большое количество земли.
Устраивая в почве норы, они образовывали кротовины — ходы, засыпанные массой верхнего гумусного слоя. Благодаря перемешиванию почвы грызуны постепенно обогащали гумусовые горизонты карбонатами, чем замедляли процессы выщелачивания, а глубокие горизонты — гумусом, что приводило к опусканию границы гумусового горизонта. Таким образом, их деятельность способствовала формированию наиболее характерных свойств черноземов.
В настоящее время целинных черноземов практически не осталось. Большая часть их распахана. Биологический фактор почвообразования при вовлечении черноземов в земледелие существенно изменился. Сельскохозяйственная растительность покрывает почву не более 4 мес в году, за исключением посева многолетних трав. Биологический круговорот стал разомкнутым. Количество ежегодно создаваемой фитомассы в агроценозах меньше, чем в целинной степи, особенно велика разница в количестве продуцируемой подземной биомассы. В биологический круговорот вовлекается меньше азота и минеральных элементов.
В результате отчуждения урожая пахотные черноземы по сравнению с целиной получают в 4 раза меньше органического вещества, в 3 раза меньше азота, кальция, фосфора, калия, в 6—7 раз меньше кремния и таких важных структурообразователей, как железо и алюминий. На пашне значительно увеличивается численность микрофлоры, но при этом резко уменьшается численность и особенно биомасса беспозвоночных, прежде всего дождевых червей. Позвоночные землерои на пашне не обитают.
Строение почвенного профиля
Для черноземов характерно наличие двух генетических горизонтов: 1) гумусового прогрессивно-аккумулятивного, характеризующегося большой мощностью, высоким содержанием гумуса при его постепенном падении с глубиной, зернистой структурой; 2) карбонатно-аккумулятивного. Однако встречаются и бескарбонатные черноземы.
В наиболее типичном выражении профиль целинного чернозема представлен следующим набором генетических горизонтов: О — степной войлок; А — гумусовый однородный темноокрашенный горизонт с зернистой структурой;
АВ — гумусовый, темноокрашенный с некоторым побурением, усиливающимся книзу, с темно-бурыми, серо-коричневыми пятнами, заклинками, затеками, кротовинами; структура ореховато- или комковато-зернистая;
В — горизонт, переходный к породе, имеет преимущественно бурую (до палевой) окраску; с языками и затеками гумуса, призмовидную структуру; по степени гумусированности, признакам иллювиирования веществ, наличию и формам выделения карбонатов, характеру структуры, обилию кротовин обычно разделяется на несколько подгоризонтов; в оподзо-ленных и выщелоченных черноземах разделяется на горизонты — Bt в верхней части и Вса в нижней, а в других подтипах выделяется как Вса; С — материнская порода, обычно Сса.
Основные ЭПП
Наиболее важными процессами образования чернозема являются дерновый процесс и миграция гидрокарбоната кальция в профиле.
Эти процессы формируют гумусовый и карбонатный профили чернозема. Они привели к образованию чернозема в девственной степи и продолжают оставаться главными процессами, хотя количественно измененными, в распаханных черноземах.
Дерновый процесс в целинных черноземах получает мощное развитие. Он заключается в аккумуляции большого количества гуматно-кальциевого гумуса, прочно связанного с минеральной частью, а вместе с тем в накоплении биофильных элементов: азота, фосфора, серы, кальция, железа, марганца и других макро- и микроэлементов.
При распашке дерновый процесс существенно ослабевает из-за резкого уменьшения количества корней, фауны беспозвоночных.
При существующей системе земледелия процесс накопления гумуса идет с меньшей скоростью по сравнению с его минерализацией, процесс оструктуривания менее интенсивен, чем процесс разрушения структуры сельскохозяйственной техникой. Поэтому при распашке черноземы обедняются гумусом и утрачивают зернистую структуру. Потеря гумуса особенно велика в течение первых десятилетий после распашки, далее она замедляется.
Процесс миграции и аккумуляции карбонатов в одинаковой степени свойствен и целинным, и распаханным черноземам. Миграция карбонатов в профиле черноземов обеспечивает высокую степень насыщенности коллоидов кальцием, формирование гуматно-кальциевого гумуса, нейтральную и слабощелочную реакцию почвенного профиля, наличие карбонатного горизонта — в целом стабильность почвенной массы чернозема. Миграция карбонатов определяется характером водного, теплового и газового режимов черноземов.
Классификация черноземов
Классификационное разделение черноземов, несмотря на их большую изученность, достаточно сложно, что является отражением их большого разнообразия.
В «Классификации почв 1977 года тип черноземов разделяется на «подзональные» подтипы черноземов. В едином типе чернозема выделяется пять подтипов в соответствии с природной зональностью на Русской равнине, где с севера на юг более или менее закономерно прослеживается смена подтипов чернозема: черноземы оподзоленные и выщелоченные в северной лесостепи, черноземы типичные в южной лесостепи, черноземы обыкновенные в северной степи и черноземы южные в южной степи на переходе к сухим степям.
Однако столь простое деление типа черноземов на подтипы не дает полного представления не только о разнообразии их географо-генетических и морфологических характеристик, но, главное, о разнообразии их потенциальной продуктивности и особенностей использования в земледелии.
Черноземы по новой классификации 2004 года рассматриваются в отделе Аккумулятивно-гумусовых поч.
Общим для почв отдела является темногумусовый горизонт (AU, PU), который сочетается со срединными горизонтами разного строения и генезиса, дающими основание для выделения типов.
Центральным типом в отделе является тип черноземов, сформировавшийся под лугово-степной или степной растительностью, диагностируется по срединному аккумулятивно-карбонатному горизонту BCA.
Разнообразие черноземов, связанное с подзонально-фациальными особенностями климата и различиями в современных гидротермических режимах, отражено в серии подтипов, диагностируемых по характеру карбонатного профиля, прежде всего по формам карбонатных новообразований. Соответственно выделяются:
1. Миграционно-мицелярные черноземы – нитевидные выпоты, плесень и налеты в нижней части темногумусового горизонта, мицелярные прожилки в ауккумулятивно-карбонатном горизонте; глубина вскипания сильно варьирует (от поверхности до 100-120 см), а потому не может служить диагностическим признаком подтипа. Формируются в лесостепной зоне центра Русской равнины, в предгорьях Кавказа; в Заволжье – на древних террасах крупных рек, за Уралом – в предгорьях Северного Алтая.
2. Сегрегационные черноземы – отсутствие миграционных форм карбонатов в темногумусовом горизонте и сегрегационные формы (белоглазка) в аккумулятивно-карбонатном. Граница вскипания резкая, ровная, стабильная. Формируются в степной зоне Русской равнины. К востоку от Волги ареалы постепенно сокращаются. Не характерны для континентальных условий Сибири.
3. Миграционно-сегрегационные сочетают признаки двух предыдущих подтипов: миграционные формы карбонатных новообразований в темногумусовом горизонте и сегрегационные – в аккумулятивно-карбонатном. Обильно представлены копролиты, часто создающие почвенную структуру не только в гумусовом, но и в аккумулятивно-карбонатном горизонте. Основной ареал –степное Предкавказье и Приазовье.
4. Криогенно-мицелярные – мицелярные формы в аккумулятивно-карбонатном горизонте при отсутствии карбонатных новообразований в темногумусовом горизонте. Граница вскипания ровная и расположена у границы гумусового горизонта или ниже.
Эти особенности связаны с длительно-сезонной льдистой мерзлотой, обусловливающей надмерзлотное оглеение в нижней части профиля. Основной ареал – лесостепь Средней Сибири.
5. Дисперсно-карбонатные – карбонатные новообразования отсутствуют в связи с недостатком влаги. Карбонаты осаждаются на месте растворения или передвигаются на очень короткие расстояния, образуя общую пропитку, местами более сильную в виде пропиточных пятен. Характерна ровная устойчивая граница вскипания непосредственно под темногумусовым горизонтом (20-30 см). Формируются в засушливых степных ландшафтах Сибири.
Перечисленные подтипы часто бывают сложными: на профили, отражающие особенности современных режимов, накладываются признаки солонцеватости, засоления и др.
Кроме cобственно черноземов, в отделе аккумулятивно-гумусовых почв выделяются следующие типы почв: Черноземы глинисто-иллювиальные, диагностику которых определяет срединный глинисто-иллювиальный горизонт BI. Ниже глинисто-иллювиального горизонта могут, но не обязательно, присутствовать педогенные карбонатные аккумуляции преимущественно в виде мицелия, иногда в виде конкреций (горизонт ВСА).
Черноземы глинисто-илювиальные формируются в лесостепи под луговыми степями или под лесами паркового типа.
Черноземы текстурно-карбонатные имеют в качестве срединного текстурно-карбонатный горизонт. Почвы формируются под сухостепной растительностью в континентальных условиях юго-востока Русской равнины, в Заволжье и Зауралье.
Темные слитые почвы характеризуются присутствием в профиле слитого горизонта V. Почвы формируются под лугово-степной и степной растительностью на глинах, часто засоленных, с содержанием илистой фракции не менее 40%, образуют локальные ареалы в лесостепи и степи Предкавказья.
Перечисленные типы имеют гидроморфные аналоги, в профиле которых ниже срединного горизонта присутствует квазиглеевый горизонт Q. В черноземах глинисто-иллювиальных, сформированных на бескарбонатных или мало карбонатных породах, вместо квазиглеевого возможно формирование глеевого горизонта G.
Особое место в отделе занимают типы черноземовидных почв с гумусово-криометаморфическим горизонтом CRH, залегающим под темногумусовым горизонтом. Горизонт CRH постоянно влажный, с пороховидной, творожистой или икряной структурой. Весь профиль имеет признаки оглеения в виде ржавых и сизых пятен и Fe-Mn-конкреции с максимумом в темногумусовом горизонте.
Характерно отсутствие карбонатов и наличие гнезд светлых кремнеземистых новообразований в нижней части профиля. Черноземовидные почвы формируются под остепненными лугами, а их глеевые варианты – под осоковыми лугами на юге Дальнего Востока и в межгорных котловинах Забайкалья. Высокое увлажнение почв в основном связано с глубоким промерзанием, вследствие которого мерзлота сохраняется в профиле и служит водоупором.
Переувлажнению способствуют слаборасчлененный равнинный рельеф, тяжелый гранулометрический состав почвообразующих пород и сезонное распределение атмосферных осадков с летним максимумом.
ПОЧВЫ ЗОНЫ СУХИХ СТЕПЕЙ
Зональный тип почв сухих степей — каштановые почвы. Из них около 30 % приходится на каштановые солонцеватые почвы и их комплексы с солонцами.
Каштановые почвы распространены в Восточном Предкавказье, в Среднем и Нижнем Поволжье, Казахстане, южной части Западной Сибири (Кулунда); отдельными массивами каштановые почвы встречаются в Средней Сибири (Минусинская впадина, Тувинская котловина) и Забайкалье.
УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
Климат. Каштановые почвы формируются в сухом континентальном климате с теплым засушливым продолжительным летом и холодной зимой с незначительным снеговым покровом. В азиатских частях климат более континентальный.
Осадков выпадает мало: на севере зоны их выпадает больше, чем в редней и южной частях зоны. Больше всего их выпадает летом. В Забайкалье максимум осадков приходится на лето и осень. Часто они носят ливневый характер.
В наиболее засушливые годы в летние месяцы резко снижается относительная влажность воздуха. Часты суховеи, оказывающие губительное влияние на развитие растительности.
Рельеф и почвообразующие породы. Значительная территория зоны равнинная или равнинно-слабоволнистая с отчетливо выраженным микрорельефом. Широко распространены различные по конфигурации, размерам и углублению депрессии (западины, большие впадины и лиманы).
Каштановые почвы развиты преимущественно на лёссовидных карбонатных суглинках, реже — на лёссах.
Грунтовые воды повсеместно залегают глубоко и не оказывают влияния на развитие каштановых почв.
Растительность. Растительный покров зоны сухих степей неоднороден. Для него характерны низкорослость, комплексность и изреженность. Проективное покрытие не превышает 50—70 %. К югу пестрота растительного покрова увеличивается.
В подзоне темно-каштановых почв растительность представлена типчаково-ковыльными степями с примесью разнотравья; в подзоне каштановых почв преобладают полынно-типчаковые и полынно- типчаково-ковыльные степи; в подзоне светло-каштановых почв - типчаково-полынные и полынно-типчаковые степи со значительной примесью эфемеров и эфемероидов. На каштановых солонцеватых почвах произрастают типчак, различные виды полыни, а также разнотравье. Появляются лишайники н синезеленые водоросли.
Древесная естественная растительность приурочена к днищам и склонам балок и долинам рек. Наиболее часто встречаются дуб, осина, клен татарский, бересклет бородавчатый, степная вишня, бобовник.
Ha выходах гранитов в Казахском мелкосопочнике встречается сосна.
ГЕНЕЗИС КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
Каштановые почвы формируются под растительностью сухих степей в условиях засушливого климата. В профиле целинных каштановых почв под слоем слабо выраженной дернины Ад выделяется гумусовый горизонт А темно-каштанового или светло-каштанового цвета с буроватым оттенком, комковатой или комковато-пылеватой структуры.
За ним идет гумусовый переходный горизонт В1 серовато-бурой окраски, крупнокомковатой, а в солонцеватых разновидностях комковато-призмовидной или призмовидно- ореховатой структуры с буровато-коричневой лакировкой на гранях структурных отдельностей, придающей горизонту более темную окраску и коричневатый (каштановый) оттенок.
Ниже расположен горизонт гумусовых затеков В2, неоднородный по окраске, обычно серовато-бурый, крупно-комковатой или комковато-призмовидной структуры. Под ним залегает иллювиальный карбонатный горизонт Вк буровато-желтого цвета, призмовидной или призмовидно- ореховатой структуры, часто плотного сложения от наличия в нем карбонатов и солонцеватости.
Карбонаты выделяются в виде ярко-белых пятен белоглазки, примазок или мицелия, что связано с провинциальными особенностями образования каштановых почв. Карбонатный горизонт постепенно переходит в почвообразующую породу С, более светлую и однородную по окраске, более рыхлого сложения, с очень редкими пятнами карбонатов или без них, с вкраплениями гипса в виде друз, гнезд, отдельных кристалликов или прожилок. Глубина скопления гипса и легкорастворимых солей определяется подтипом каштановых почв, а в пределах одного подтипа степенью солонцеватости, механическим составом почв, породы и рельефом местности.
В. В. Докучаев (1883), Н. М. Сибирцев (1898) и другие исследователи связывали происхождение каштановых почв с засушливостью климата и ксерофитным характером произрастающей растительности, в составе которой значительную роль играют полыни.
По их мнению главнейшими особенностями процесса почвообразования в этой зоне являются замедленные темпы гумусообразования и слабая выщелоченность профиля почв от карбонатов и легкорастворимых солей.
Особенности природных условий зоны, в частности более изреженный растительный покров и, как следствие, меньшее поступление в почву растительных остатков и менее благоприятные условия их гумификации, определяют ослабленное развитие здесь дернового процесса по сравнению с черноземной зоной. Степень выраженности этого процесса (содержание гумуса, мощность гумусовых горизонтов, оструктуренность) тесно связана с условиями увлажнения в связи с зональными и провинциальными особенностями климата, а также с конкретными условиями рельефа. Именно поэтому наиболее гумусированы темно-каштановые почвы, формирующиеся в более благоприятных условиях увлажнения, и невысокое содержание гумуса имеют собственно каштановые и особенно светло-каштановые почвы. По мере перехода от темно-каштановых почв к светло-каштановым общий запас органического вещества уменьшается, заметно увеличивается отношение корневой массы к надземной, что объясняется преобладанием в составе травостоя полыней.
Значительную его часть биомассы составляют корни растений. Надземная растительная масса невелика. В биологический круговорот с опадом ежегодно вовлекается 250—450 кг зольных элементов и азота.
При разложении растительных остатков полынных группировок наряду с кремнием, магнием и полутораокисями образуется большое количество щелочных металлов. Последние являются причиной развития солонцеватости. Наложение элементов солонцового процесса на зональное проявление дернового процесса — одна из важнейших особенностей почвообразования в зоне сухих степей. Солонцеватость каштановых почв следует рассматривать как явление зонального порядка. В тяжелых каштановых почвах солонцеватость выражена более отчетливо. Каштановые легкие почвы, как правило, несолонцеватые или слабосолонцеватые.
На проявление солонцеватости большое влияние оказывают степень засоления и карбонатность почвообразующих пород.
На сильнозасоленных породах формируются каштановые почвы с ясно выраженными признаками солонцеватости. На породах с высоким содержанием карбонатов признаки солонцеватости проявляются слабо или отсутствуют.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 436.
