Вопрос 75. Чернозёмы степной зоны

Черноземные почвы широко представлены на территории России. Основные площади черноземов находятся на Северном Кавказе, в центральных областях, Поволжье, Западной Сибири. Черноземные почвы распространены в лесостепной и степной зонах. Черноземы в степной зоне представлены обыкновенными и южными черноземами:

Черноземы обыкновенные. Горизонт А темно-серый или черный, с отчетливой зернистой или комковато-зернистой структурой, мощностью 30 — 40 см. Постепенно переходит в горизонт В₁ — темно-серый с ясным буроватым оттенком, с комковатой или комковато-призматической структурой. Чаще всего мощность гумусового слоя у обыкновенных черноземов составляет 65 — 80 см. Ниже горизонта В₁, залегает горизонт гумусовых затеков В₂который часто совпадает с карбонатным иллювиальным горизонтом или очень быстро переходит в него (В_к). Карбонаты здесь в форме белоглазки. Этот признак отличает обыкновенные черноземы от ранее рассмотренных подтипов. Подтип обыкновенных черноземов делится на роды: обычные, карбонатные, солонцеватые, глубоковскипающие, слабодифференцированные и осолоделые.

Черноземы южные занимают южную часть степной зоны и непосредственно граничат с темнокаштановыми почвами. Горизонт А мощностью 25-40 см имеет темно-серую или темно-бурую окраску часто с небольшим коричневым оттенком, комковатой структуры. Горизонт В₁ характеризуется ясной коричнево-бурой окраской, комковато-призматической структурой. Общая мощность гумусового слоя (А+В₁) 45-60 см. В иллювиальном карбонатном горизонте обычно отчетливо выражена белоглазка. В нижних горизонтах на глубине 1,5-2 м или глубже южные черноземы часто содержат гипс, заполняющих поры породы. Южные черноземы подразделяются на следующие роды: обычные, солонцеватые, карбонатные, глубоковскипающие, слабо дифференцированные и осолоделые.

Карбонатность, солонцеватость и солончаковость в южных черноземах проявляются чаще, чем в обыкновенных черноземах.

Климат черноземной зоны характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой. В восточных областях зима холодная и очень холодная. Неоднородность климата, особенно в степной зоне, проявляется прежде всего в различиях обеспеченности теплом в период вегетации, зимних температур и характера увлажнения. По мере движения с запада на восток уменьшается количество тепла, нарастает континентальность климата, снижается количество осадков. Более мягкий и менее континентальный климат в северной части зоны (лесостепь). Средняя температура июля колеблется от 23-25 градусов на западе до 19-21 градуса на востоке, а средние температуры января от –4 градусов до –25, -27 градусов. Продолжительность периода с температурой выше 10 градусов составляет в западных районах лесостепи 150-180 дней и в восточных 90-120 дней, а в степной части черноземной зоны – соответственно 140-180 и 97-140 дней. Сумма температур выше 10 градусов колеблется в лесостепной части зоны от 2400 – 3200 градусов на западе до 1400-1600 на востоке ив степной –соответственно от 2300-3500 до 1500-2300 градусов. Наибольшее количество осадков выпадает на западе и в Предкавказья (500 – 600 мм) и, постепенно уменьшаясь по мере движения на восток, составляет в Поволжье 300-400 мм, в Западной Сибири – 300-350 мм. Количество осадков уменьшается также с севера на юг. Значительная часть годового количества осадков выпадает в летний период - в европейской части 30-40 % и в Азиатской до 50%. В целом черноземная зона характеризуется недостаточным увлажнением.

Рельеф в пределах европейской части зона имеет преимущественно равнинный или слабоволнистый рельеф, в разной степени расчлененный речными долинами и овражно-балочной сетью. Более спокойный рельеф в 54 южной части зоны. Здесь среди плоских водоразделов часто встречаются различного рода понижения – поды, лиманы, западины. Наибольшая расчлененность овражно-балочной сетью характерна для Волго-Подольской, Средне Русской и Приднепровской возвышенностей, атакже Донецкого Кряжа, Приволжской возвышенности и в Заволжье для возвышенности общего Сырта. В азиатской части черноземная зона занимает слаборасчлененную равнинную, южную часть Западно - Сибирской низменности. Далее на восток черноземы встречаются в равнинных и предгорных областях Алтая, в Минусинской впадине и в пределах холмисто-равнинной полосы на окраине предгорий Восточного Саяна. Отдельными участками черноземные степи расположены в Забайкалье в крупных тектонических депрессиях.

Основные почвообразующие породы зоны – лессы и лессовидные суглинки различного механического состава. В Поволжье, на Урале и в Казахстане среди почвообразующих пород встречаются элювиальные хрящеватые породы. Общей особенностью химического состава почвообразующих пород черноземной зоны является их карбонатность. В отдельных провинциях встречаются засоленные породы. Естественная растительность в прошлом в лесостепной (северной) частизоны характеризовалась чередованием лесных участков с луговыми степями. Лесные участки, сохранившиеся частично и сейчас, расположены по водоразделам, балкам и речным террасам и представлены в европейской части широколиственными породами, преимущественно дубом. В Западной Сибири по понижениям широкое развитие имеют березовые колки. По песчаным террасам встречаются сосновые боры.

Растительность степной (южной) части зоны представляла собой разнотравно-ковыльные и типчаково-ковыльные степи. Среди первых основной фон составляли узколистные дерновинные злаки – ковыли, типчак, степной овес и др. с широким участием разнотравья – шалфея, клевера, колокольчиков и др. Тип чаково – ковыльные степи характеризовались менее мощной и разнообразной растительностью. В настоящее время основные площади черноземных почв распаханы. Естественная растительность сохранилась лишь на отдельных участках (балки, крутые склоны, заповедные участки). Черноземные почвы развиваются под степной и разнотравно-степной травянистой растительностью. Весь облик этих почв свидетельствует о богатстве их органическим веществом.

В профиле черноземов выделяется мощный темно окрашенный гумусовый, или перегнойно-аккумулятивный, горизонт (35-150 см) с большим запасом гумуса (250-700 т/га). Гумусовый слой в связи с неодинаковой интенсивностью его окраски органическим веществом разделяется на два самостоятельных горизонта –верхняя наиболее гумусированная часть выделяется как гумусовый горизонт 55 (А) и нижняя часть гумусового слоя до гумусовых затеков – как переходный горизонт (АВ). Переход в горизонт В постепенный и характеризуется появлением коричневого оттенка в окраске, который книзу заметно усиливается. Слой с гумусовыми затеками выделяется в горизонт (В). Ниже горизонта «В» залегает горизонт максимального скопления карбонатов –карбонатный или карбонатно-иллювиальный горизонт (ВС), постепенно переходящий в породу (С). В целинных почвах под девственной степной растительностью в черноземных почвах выделяется горизонт степного войлока А0, состоящий из остатков травянистой растительности.

На пахотных почвах распаханная часть горизонта А выделяется в самостоятельный пахотный горизонт А-пах. Характерный признак черноземных почв – зернистая и комковатая структура гумусового слоя, особенно отчетливо выраженная в подпахотной части горизонта А. Черноземы благодаря, наличию мощного гумусового слоя с водопрочной зернисто- комковатой структурой характеризуется как почвы высокого природного плодородия, обладающие значительным запасом элементов питания, благоприятными водными, воздушными и физико-химическими свойствами.

Подтипы черноземов подразделяются на следующие роды: обыкновенные; слабо дифференцированные, глубоковскипающие, бескарбонатные; карбонатные; остаточно-карбонатные, карбонатные перерытые, солонцеватые, глубокосолонцеватые, остаточно-солонцеватые, осолоделые, проградированные (вторично-насыщенные); остаточно-луговатые, глубинно-глееватые, щельные, слитые не полноразвитые.

Деление черноземов на виды осуществляется по следующим признакам: - по мощности гумусового горизонта: сверхмощные (больше 120 см), мощные (120-80 см), маломощные (40-25 см) и очень маломощные (меньше25 см); по - содержанию гумуса – тучные (больше 9%), среднегумусные (от 9 до6%), малогумусные (от 6 до 4%) и слабогумусированные (меньше 4%); по механическому составу; по степени эродированности.

По вопросу образования черноземов были высказаны различные точки зрения, которые можно объединить в три группы: гипотезы о морском происхождении черноземов; теории болотного образования черноземов; теория растительно- наземного их происхождения. Докучаев рассматривал образование черноземов как результат накопления в породе перегноя «от сгнивания травянистой степной, а не лесной растительности, как результат тесного взаимодействия климата, возраста страны, растительности, рельефа местности и материнских пород». В образовании черноземов В.В. Докучаев подчеркивал разностороннюю роль климата, который определяет не только тип растительности (степная флора), но и темп ее развития (годовой прирост), скорость и направление процессов разложения. современные материалы по биологическому круговороту веществ под растительностью черноземных степей позволяют наиболее глубоко понять особенности чернозёма образования.

Природная растительность черноземных степей характеризуется значительным ежегодным отчуждением в опад органической массы (100 – 200 ц на 1 га, или40 – 60% всей биомассы). При этом около 40 – 60% опада составляют корни растений. Средняя зольность опада (с учетом надземной части корней) влугово-степных сообществах составляет 7 – 8%, в хвойных лесах – 0,7 – 1,7%и в лиственных – 1,6 – 7,5%. Среднее содержание азота также самое высокое в опаде лугово-степных сообществ (1 – 1,4%). Если под хвойными лесами ежегодно поступает с опадом 40-300 кг на 1 кг азота и зональных элементов, в сухих степях (каштановые почвы) – 200 – 250 кг на 1 га, то под растительностью черноземов поступление этих элементов равно 600-1400 кгна 1 га.

Следовательно, важнейшей особенностью биологического круговорота веществ причернозёма образовании является ежегодное поступление в почву с опадом больших количеств азота и зольных элементов. Наиболее благоприятные условия для процесса гумификации в черноземной зоне создаются в весенний и раннелетний периоды. В это время в почве благоприятные температуры и еще остаточный запас влаги от осенне-зимних осадков и весеннего снеготаяния. В период летнего иссушения и прерывистого увлажнения микробиологические процессы заметно ослабевают, что способствует предохранению образующихся гумусовых веществ от их быстрой минерализации.

Одновременно повышение температур и некоторое иссушение почвы в летний период благоприятствуют процессам усложнения гумусовых веществ вследствие реакций поли конденсации и окисления. Некоторое улучшение водного режима осенью также благоприятствует повышению интенсивности микробиологических процессов, но этот период ограничивается быстрым осенним понижением температур. В зимний период при промерзании почвы происходят процессы денатурации гумусовых веществ. Богатство опада растительности черноземной зоны кальцием приводит к непрерывному образованию в почвах биогенного кальция и его миграции в форме карбоната. Поэтому процесс гумификации идет в условиях избытка кальциевых солей и насыщения образующихся гумусовых веществ кальцием, что почти полностью исключает образование и вынос свободных водорастворимых органических продуктов.

Таким образом, особенность биологического круговорота под травянистыми сообществами черноземов заключается также в том, что гидротермические условия зоны благоприятствуют разложению богатого основаниями и азотом опада по типу гумификации с образованием сложных высоко конденсированных перегнойных соединений типа гуминовых кислот, закреплению которых в почве способствуют непрерывное образование в среде биогенного кальция и формирование карбонатного иллювиального горизонта.

Необходимо подчеркнуть качественные особенности органического вещества чернозема – гуминовый характер перегноя, сложность гуминовых кислот, высокую их конденсированность и окисленность, преимущественное закрепление их в форме гуматов кальция, почти полное отсутствие свободных фульвокислот и более сложное их строение по сравнению с фульвокислотами подзолистых почв.

Главные черты взаимодействия органических продуктов почвообразования причерноземном процессе – образование органоминерального комплекса из устойчивых органоминеральных соединений, а также синтез вторичных минералов из продуктов разложения опада. Вместе с накоплением перегноя причернозёма образовании идет закрепление в форме сложных органоминеральных соединений важнейших элементов питания растений – азота, серы, фосфора, калия, у кальция и других. Развитие мощных корневых систем лугово - степной и степной растительности и образование гуматов кальция благоприятствуют оструктуриванию профиля почвы.

Рассмотренные общие черты чернозёма образования имеют свои особенности проявления в пределах зоны, что связано с изменением состава растительности и климатических условий. Наиболее благоприятны условия чернозёма образования в южной части лесостепной зоны (типичные черноземы), где создается максимальное количество растительной массы и наилучшим образом складывается гидротермический режим почв. К югу нарастает дефицит влаги, уменьшается количество поступающего в почву опада и ухудшается зольный и азотный его состав, а также уменьшается глубина проникновения корневых систем растений в почву. Все это определяет и менее интенсивный процесс гумусо- накопления с продвижением к югу в черноземной зоне. К северу от типичных черноземов (в подзоне оподзоленных и выщелоченных черноземов, темно- серых почв) более влажные условия климата способствуют большому выносу оснований из опада. Это, в свою очередь, приводит к образованию более кислых органических продуктов превращения растительных остатков, нейтрализация которых частично идет уже за счет разложения почвенных минералов. В этих условиях возможно проявление некоторого оподзоливания почв.

Существенное влияние на формирование черноземов, их признаки и свойства (мощность гумусового слоя, процент гумуса, форма выделения карбонатов, глубина промачивания, водный и тепловой режимы) оказывают фациальные особенности почвообразования. Существуют: черноземы Южно-европейской фации; черноземы центральных провинций; черноземы Западносибирской и Восточносибирской фаций. В соответствии с отмеченными зональными и фациальными особенностями чернозёма образования закономерно изменяется степень выраженности основных признаков черноземного типа почв.

Агрономические особенности. Замена природной растительности сельскохозяйственными растениями приводит к заметным изменениям как в характере биологического круговорота веществ, так и в условиях формирования водного и термического режимов. При возделывании сельскохозяйственных культур происходит ежегодное отчуждение большей части создаваемой биомассы, а, следовательно, и значительного количества питательных веществ, сокращается срок активного взаимодействия корневых систем растений с почвой. Кроме того, почва значительный период остается без растительного покрова (пар, осенний, зимний) и ранней весенний период при возделывании яровых и пропашных культур). Последнее обстоятельство приводит к уменьшению поглощения почвой зимних осадков, так как имеет место значительный снос снега с полей, лишенных растительности. Это необходимо учитывать и принимать меры для задержания снега и талых водно-  пахотных почвах.

Распашка целинных черноземов приводит к частичному разрушению структуры и снижению содержания гумуса и азота в пахотном слое. Наиболее резкое уменьшение гумуса и азота наблюдается в первые годы сельскохозяйственного использования почв. Затем содержание гумуса относительно стабилизируется. Систематическое применение органических и минеральных удобрений, выращивание высоких урожаев сельскохозяйственных культур способствует сохранению высокого уровня потенциального и эффективного плодородия черноземов.