По данным таблицы 6 видно, что целинные почвы наиболее гумусированы на территории северной лесостепи, где в почвенном покрове преобладают черноземы выщелоченные, содержание гумуса в горизонте А которых составляет 8,51 %, или 204,2 т/га. В горизонте В1 в слое почвы 23-42 см содержание гумуса уменьшается до 4,82 %, а в горизонте ВС составляет 0,20 %. Таким образом, содержание гумуса убывает с глубиной постепенно, что характерно для почв с глубоким проникновением корневой системы. По содержанию гумуса, слабой дифференциации профиля чернозема выщелоченного видно, что в этих почвах интенсивно протекает гумусово-аккумулятивный процесс, что связано с активным круговоротом веществ. Содержание гумуса в горизонте В1 свидетельствует об отсутствии процессов разрушения органической и минеральной частей почвы, миграции и аккумуляции продуктов распада.

У черноземов выщелоченных на пашне в горизонте Апах содержание гумуса составляет 7,08 %, в горизонте А содержание гумуса остается прежним, характерным для целины (8,1 %). Это свидетельствует о снижении содержания гумуса при распашке и возникающей при этом эрозии.

Таким образом, у чернозема выщелоченного на целине и на пашне содержание гумуса различно только в пахотном слое (16,8%), что объясняется процессами и явлениями, обусловленными деятельностью человека.

Агрохимические свойства черноземов обыкновенных характеризуются комплексом показателей, среди которых важное место также принадлежит содержанию гумуса. Содержание гумуса в пахотном слое черноземов Челябинской области колеблется преимущественно в пределах 4-7 %. (А.П. Козаченко, 1999).

Анализ исследований показал (таблица 6), что содержание гумуса в горизонте А чернозема обыкновенного на целине составляет 7,42 %, вниз по профилю постепенно уменьшается. Это говорит о том, что гумусово-аккумулятивный процесс в данной почве является основным, преобладающим, но, по сравнению с черноземом выщелоченным, проявляется слабее.

Это можно объяснить нарастанием к югу напряженности водного режима и биологической активности почв.

Черноземы обыкновенные пашни характеризуются снижением гумуса в пахотном слое на 17,5 %, по сравнению с целиной. Миграции гумуса по профилю не наблюдается, так как в условиях водораздела при лимите влаги и нейтральной реакции среды не возможны процессы аккумуляции продуктов разрушения по профилю почвы; снижение содержания гумуса связано, скорее всего, с развитием ветровой и водной эрозии.

Таким образом, черноземы обыкновенные в настоящее время имеют средний уровень обеспеченности таким фактором плодородия как гумус. Однако несоблюдение почвосберегающих технологий при возделывании культур может привести к значительному снижению содержания гумуса.

Черноземы южные сосредоточены в степной зоне. Они формируются в более засушливых условиях, чем черноземы обыкновенные, на материнских породах различного гранулометрического состава. В отличие от черноземов выщелоченного и обыкновенного, чернозем южный, как показало морфологическое исследование, имеет меньшую мощность гумусового горизонта. По данным таблицы 6 видно, что чернозем южный на целине характеризуется как малогумусный: содержание гумуса в горизонте А (5,46 %). Это свидетельствует об ослабленном гумусово-аккумулятивном процессе. По профилю почвы миграция и аккумуляция гумуса не выражена, но значительное уплотнение и ореховатость в горизонте В1 являются показателями солонцового процесса, который накладывается на гумусово-аккумулятивный. Показатель рН, равный 7,9 в горизонте В1, свидетельствует о наличии в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) ионов натрия. Ионы натрия в ППК обуславливают солонцеватость.

Содержание гумуса у черноземов южных в горизонте Апах под действием агротехники и эрозии снизилось на 27,1 %. Подпахотные горизонты содержат практически такое же количество гумуса, что и целина. Миграция и последующая аккумуляция гумусовых веществ в черноземе южном как на целине, так и на пашне не наблюдаются.

По данным анализов ЧНИИСХ (А.П. Козаченко, 1997), при распашке гумус теряют почвы всех природных зон. Максимальные потери мониторинг выявил в условиях степной зоны на черноземах южных – 1,07 т/га (2 %) ежегодно. Прежде всего, это объясняется тем, что после распашки целинных почв в острозасушливой зоне при явно отрицательном балансе органического вещества активизировались процессы минерализации гумуса, и резко усилилась ветровая эрозия.

Более благоприятная обстановка сложилась в лесостепной зоне. Как показывает анализ содержания гумуса в целинных и пахотных почвах чернозема выщелоченного, его гумусовое состояние довольно стабильно: ежегодные потери составляют 0,02 т/га. Этому способствует, во-первых, состав гумуса, который характеризуется преобладанием устойчивых к минерализации гуминовых кислот и гуматов, широким соотношением C:N, во-вторых, в лесостепи практически отсутствует ветровая эрозия и дефляция.

Значит, в черноземах Челябинской области основным почвообразовательным процессом является гумусово-аккумулятивный, степень его выраженности снижается при движении с севера области – лесостепной зоны – к югу – степной зоны. Наилучшим гумусным состоянием характеризуется чернозем выщелоченный. Наименее благоприятные условия для гумусово-аккумулятивного процесса складываются в черноземе южном, где наряду с ним проявляется и солонцовый, понижающий уровень плодородия. Следовательно, при распашке наиболее подвержены деградации черноземы южные.

На состояние гумуса пахотных почв оказывают влияние характер агрофитоценозов и баланс важнейших элементов в них (норма применения удобрений). Об этом свидетельствуют наблюдения, проведенные в стационарном опыте ЧНИИСХ (1995), на черноземе выщелоченном. Исследования показали, что за двадцатилетний период паровой обработки этой почвы содержание гумуса в слое 0 – 20 см снизилось на 0,8 %, или на 22,4т/га (А.П. Козаченко, 1999).

За этот период при бессменном посеве яровой пшеницы без удобрений потери гумуса были также велики – 0,62 % или 17,4 т/га. Плодосменный севооборот без удобрений не сбалансировал круговорот органического вещества в биоценозе – 0,42 % и запаса – 11,8 т/га. И только внесение азотно-фосфорных удобрений (N105P120) обеспечило стабилизацию гумусного состояния почвы в севообороте.

На динамику органического вещества пахотных почв влияет система ее основной обработки. Данные В.А. Синявского, Н.Ш. Борисковой (1995) свидетельствуют о том, что избежать потерь гумуса в агроценозах с однолетними культурами невозможно, но этот процесс можно значительно ослабить при уменьшении количества обработок.

Азот – один из элементов питания, дефицит которого резко снижает продуктивность агроценозов, в почве он находится в форме органических соединений в составе гумуса, остатков растений и микроорганизмов. Основная его часть (70-90 %) входит в состав специфических органических веществ. Существует связь между количеством в почвах этого элемента и гумуса (А.П. Козаченко, 1997). Высокое содержание азота, как и гумуса, установлено в черноземах выщелоченных и обыкновенных. Со снижением содержания гумуса вниз по профилю почв следует соответственно снижение содержания азота.

В почве под естественной растительностью азотный режим характеризуется динамической устойчивостью, тогда как в пахотных почвах в сильной степени зависит от процессов аммонификации и нитрификации азотистых веществ. Последние, в свою очередь, зависят от условий погоды, агрофона и других факторов.

Основная часть азота (80 %) входит в состав гумусовых веществ в количестве 4-5 % от их веса. Доступными для растений являются минеральные соединения (аммоний, нитраты и нитриты), доля которых не превышает 1 % от общего содержания азота. Погодные условия, водно-воздушный и тепловой режимы почв Челябинской области складываются таким образом, что при минерализации азотистых органических соединений наиболее интенсивно протекает нитрификация.

Анализируя данные таблицы 6, получаем, что на целине максимальная концентрация нитратного азота приходится на гумусовый горизонт чернозема обыкновенного (6,9 мг/кг) и на горизонт В1 – 5,5 мг/кг. С глубиной содержание азота плавно снижается.

Содержание нитратного азота на целине выше, чем на пашне во всех исследуемых черноземах. Это также свидетельствует о деградации черноземных почв, снижении гумусово-аккумулятивного процесса в результате хозяйственной деятельности человека, в частности, распашки целинных почв.

Однако в слое 0–20 см величины показателей содержания азота на целинных и распаханных почвах варьируют незначительно: чернозем выщелоченный – 6,7 и 6,5 мг/кг; чернозем обыкновенный – 6,9 и 6,5 мг/кг; чернозем южный – 3,9 и 3,1 мг/кг. Относительное равенство лабильных фракций азота в почвах целины и пашни свидетельствует о больших потенциальных возможностях плодородия черноземных почв, которые по азоту находятся на высоком уровне даже после длительного сельскохозяйственного использования. По данным таблицы 6 также видно, что содержание нитратного азота несколько выше в черноземах обыкновенных, чем в других. Эта тенденция может быть объяснена лучшими гидротермическими условиями раннелетнего периода подзоны обыкновенных черноземов, чем подзон выщелоченных и южных черноземов.

Содержание фосфора в почве зависит от содержания его в почвообразующей породе и процессов биологической аккумуляции в биологически активных слоях почвы. В тех случаях, когда в породе содержится повышенное количество фосфорсодержащих минералов, почва имеет высокое содержание подвижного фосфора. Слабокислая среда чернозема выщелоченного создает условия для повышения подвижности фосфатов. Фонд почвенного фосфора в значительной степени зависит от гранулометрического состава материнской породы.

Содержание подвижного фосфора в черноземе выщелоченном на целине и пашне соответствует низкому (таблица 6). В горизонте А его количество составляет 65-63 мг/кг почвы. С глубиной содержание Р2О5 снижается постепенно.

Фонд подвижных форм фосфора черноземов обыкновенных и южных степи еще беднее (таблица 6). Сравнивая содержание подвижного фосфора на целине и пашне, видно, что при нарушении естественного покрова значительных изменений этого показателя не наблюдается.

Вероятнее всего, создание оптимальной плотности обработкой почвы способствует биологической аккумуляции фосфора, компенсирующей снижение элементов питания при эрозионных процессах. Особенно хорошо это проявляется в черноземе обыкновенном, где на пашне и целине содержится одинаковое количество подвижного фосфора (50 мг/кг).

Анализ данных таблицы 6 показывает также, что при повышении карбонатности у черноземов степи, обнаруженной при морфологическом описании, содержание подвижного фосфора в горизонтах А и, особенно, В2, В3 резко снижается. Это можно объяснить химической поглотительной способностью почвы, при которой в почве происходит химическая реакция между карбонатами кальция и соединениями фосфора с образованием трудно растворимых и поэтому труднодоступных соединений фосфатов кальция.

Что касается содержания подвижных форм калия, то все черноземы Челябинской области им хорошо обеспечены. Объясняется это большим содержанием элемента в литосфере и наличием в почвообразующих породах калийсодержащих минералов (Н.И. Горбунов, 1963). Распределение калия по профилю не имеет определенных закономерностей. Хотя максимальное количество его обнаруживается в верхних горизонтах как целинных, так и пахотных почв (таблица 6).

Физико-химические свойства почвы оцениваются по показателю кислотности почвы. Реакция среды характеризует состояние почвенного покрова, явлений и процессов, протекающих в почвах. Анализируя данные по показателю актуальной кислотности (таблица 6), можно сказать, что все черноземы Челябинской области имеют нейтральную или близкую к ней реакцию среды в горизонте А, что способствует активному развитию растительного покрова и связанного с ним – гумусово-аккумулятивного процесса. Вниз по профилю всех подтипов черноземов рН повышается. Это объясняется карбонатностью почвообразующих пород – лессовидных суглинков, карбонатных элювиально-деллювиальных отложений. Однако в черноземах южных в иллювиальном горизонте В1 показатель рН резко возрастает как на целине, так и на пашне (7,9-8,0), в то время как морфологически в этом горизонте не обнаружены скопления карбонатов кальция, дающие вскипание от НСl. Следовательно, повышение щелочности связано с повышением содержания обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) этого горизонта. Наличие обменного натрия в поглощающем комплексе почв – показатель протекающего процесса осолонцевания. Степень его выраженности зависит от количества обменного натрия в ППК. Солонцовый процесс – результат естественного почвообразования, но он может усиливаться при высокой техногенной нагрузке.

В черноземах выщелоченных рН в горизонте А составляет 6,5-6,8. Это значит, что в почвах, их коллоидной части, имеются ионы водорода. Судя по значению pH, количество их невелико и не может вызвать разрушения почвы. При малом количестве ионов водорода, и слабокислой реакции среды, и достаточном увлажнении в черноземах выщелоченных возможен лишь процесс выщелачивания – вынос растворимых веществ вниз по профилю.

Отклонение реакции среды от нейтральной в сторону подкисления и подщелачивания играет огромную роль в плодородии черноземов на территории Челябинской области. При достаточно высоком увлажнении слабокислая реакция среды является положительным свойством почвы: улучшается растворимость фосфатов и других веществ; погибает патогенная микрофлора; культурные растения лучше переносят эти условия, они приспособились к ним в процессе эволюции. Такими свойствами и условиями обладает чернозем выщелоченный. Наоборот, при недостатке влаги в степях, в черноземе обыкновенном и, особенно, черноземе южном, в щелочной среде происходит постоянный обмен натрия между ППК и почвенным раствором с последующим образованием гидроксил-иона, обеспечивающего щелочную среду, Культурные растения плохо переносят подщелачивание. В понижениях при скоплении влаги в периоды увлажнения может протекать процесс разрушения (осолодение) в щелочной среде.

Таким образом, агрохимические показатели черноземов лесостепи и степи Челябинской области, исходя из данных агрохимических анализов, свидетельствуют об явно выраженных деградационных изменениях. Наиболее сильно они проявляются в содержании и запасах гумуса и содержании азота. При распашке черноземы потеряли 76,8-27,4 % гумуса от его исходного содержания. Анализ показал, что чем южнее расположены почвы, тем сильнее выражены деградационные процессы.

Выраженность деградационных изменений черноземов определяется не только антропогенным воздействием, в частности распашкой, но и наложением на гумусово-аккумулятивный процесс процессов выщелачивания, осолонцевания, которые связаны с неблагоприятными естественными факторами, такими как напряженность биоклиматической обстановки. Деградационные изменения черноземов как лесостепи, так и степи определяются направленностью и интенсивностью этих процессов почвобразования.