15262 (Генезис чернозёма), страница 4

Элювиально-иллювиальный характер распределения карбонатов кальция и магния обусловлен особенностями водного и термического режима черноземов и динамики углекислоты в почвенном воздухе и почвенном растворе. Весной, в период наибольшего развития нисходящих токов, происходит вымывание карбонатов. Однако оно не достигает глубины максимального промачивания, как это отмечается для легкорастворимых солей, а задерживается из-за очень слабой растворимости карбонатов кальция и низких концентраций углекислоты в почвенном воздухе и почвенном растворе, поскольку в это время в почве еще не протекают активные биологические процессы. Последующее повышение температуры усиливает дыхание корней и активизирует деятельность микроорганизмов, что приводит к увеличению концентрации углекислоты в почвенном растворе и большему образованию бикарбонатов, которые с восходящими токами начинают передвигаться вверх по профиле. Расход воды на испарение ведет к осаждению карбонатов и образованию иллювиально-десуктив-ного горизонта.

В оподзоленных и выщелоченных черноземах восточноевропейской фации свойственно абсолютное преобладание в профиле миграционных форм выделении карбонатов: налетов, выпотов, трубочек, прожилок и т. д. Стабильные формы карбонатов представлены журавчиками и располагаются под зоной миграционных выделений.

В черноземах обыкновенных и южных карбонаты в основном сегрегированы в рыхлые стяжения - белоглазку. Миграционные формы представлены в меньшей степени, и зоны их выделении располагаются как над зоной устойчивых форм, так и под ней. В обыкновенных черноземах формы выделений карбонатов наиболее разнообразны. В них присутствует большинство форм, наблюдаемых как в типичных и выщелоченных, так и в южных черноземах, хотя степень выраженности их меньше.

В черноземах сибирских фаций карбонатный горизонт выражен повсеместно мицелярными формами выделений. Характерны пропиточные и мучнистые пятна, изредка - белоглазка.

При изучении карбонатов в почвах почти всегда оперируют содержанием СаС0₃. В действительности исследование карбонатного профиля черноземов южно-европейской фации до глубины 10 м, показало, что свободные карбонаты распределяются примерно так: СаС0₃ - 80% и MgC0₃ - 20% (рис. 3). Это коррелирует с распределением в черноземах обменных Са²⁺ и Mg²⁺.

Рис. 3 - Карбонатный профиль черноземов Предкавказья в 10-метровом слое (Вальков, Стокозов)

Содержание карбонатов в профиле черноземов отражает их фациальные, генетические, подтиповые и родовые различия. Например, в черноземах южно-европейской фации фациальным характером отличается миграция карбонатов в профиле черноземов, которая сопровождается образованием карбонатного горизонта ниже гумусового горизонта и выделением карбонатных новообразований миграционного типа (прожилки, мицелий, паутинка). Мягкая зима, слабое зимнее промерзание, глубокое промачивание почвы, длительный теплый период, чередование нисходящих и восходящих потоков влаги определяют значительную амплитуду миграции карбонатов по профилю и появление новообразований в форме мицелия, которые хорошо наблюдаются на срезе высыхающей почвы. Карбонатный мицелий четко выражен на 20-30 см ниже линии вскипания и до начала выделений белоглазки. Мицелярные выделения карбонатов наиболее характерны для подтипов карбонатного и типичного черноземов.

Генетическая специфика содержания карбонатов отражается типично черноземным карбонатным профилем: отсутствие или малое содержание СаС0₃ в верхних горизонтах, постепенное увеличение количества карбонатов до иллювиально-десуктивного горизонта карбонатных конкреций и затем уменьшение их количества в материнской породе. Обычно карбонатный профиль фиксируется следующим количеством СаСО₃: начало вскипания от 10% НСl-0,3%, слабое вскипание - 0,3-2,0%), сильное вскипание и постепенное возрастание количества карбонатов - 2,0-8,0(10,0)%, иллювиально-десуктивный горизонт скопления извести - 8,0(10,0) - 10,0 (12,0)%, уменьшение количества карбонатов в материнской породе (лессовидных глинах и суглинках) до 8,0-10,0%. Особенности материнских пород могут вносить свои коррективы в приведенный идеальный профиль распределения карбонатов, например, в черноземах остаточно-карбонатных и бескарбонатных.

Это особенность таксономического родового отличия черноземов. В содержании свободных карбонатов четко прослеживается различие у подтипов чернозема. Эта неоднородность карбонатного профиля выявляется как в неодинаковой глубине начала появления карбонатов, так и в общем валовом содержании СаСО₃ в двухметровой толще почвы. Подсчет показывает, что в слое 0-200 см содержится СаС0₃ в пересчете на 1 м² у карбонатного - 260 кг, у типичного - 130 кг, у выщелоченного - 70 кг. Общие запасы карбоната кальция на гектар исчисляются тысячами тонн, достигая максимума в карбонатных черноземах.

Гумусовый профиль черноземов. Важнейшие свойство черноземов, их главнейшая генетическая черта - богатство гумусом особого биохимического состава.

Гумусовый профиль чернозема является продуктом степной и лугово степной растительности, произрастающей в условиях оптимального увлажнения. Первичным материалом, из которого образуется мощный гумусовый горизонт чернозема, служит не только корнеопад, но и прижизненные корневые выделения степных трав типа клеящих органических веществ и содержащие минеральные элементы. В химическом смысле черноземы можно считать наиболее совершенным почвенный органоминеральным новообразованием. Его компонент возможно приближается по своей химической структуре к индивидуальным химическим соединениям - настолько определенны его свойства, настолько однороден в пределах гумусового горизонта его состав и настолько резко он отличается от состава и структуры исходных растительных остатков. В составе гумуса чернозема преобладают черные гуминовые кислоты (ГК), связанные с кальцием.

Тенденция различий в гумусовом составе по подтипам заключается в следующем: наиболее высокое содержание гуминовых кислот наблюдается в типичных черноземах, а в подтипах черноземов оподзоленных и южных количество фракций фульвокислот увеличивается.

Необходимо отметить также значительное участие в составе гумуса негидролизуемого остатка или гумина, почти 50% от общего количества органического вещества.

Характер гумусонакопления определяет внешний вид профиля. Интенсивность темного окрашивания увеличивается от южных черноземов к выщелоченным, от слабогумусных к тучным. В том же направлении уменьшается буроватый оттенок, который у выщелоченных среднегумусных и тучных черноземов почти не выражен. В горизонте В гумусовое окрашивание ослабевает, ясно наблюдаются буроватые и коричневые тона, однако общий тон окраски - однородный, нарушаемый только у карбонатных и типичных черноземов белесыми выделениями карбонатного мицелия и новообразованиями землероющих животных. Горизонт В неоднородный по окраске, с преобладанием бурых тонов. У выщелоченных и оподзоленных черноземов наблюдаются затеки гумуса. У остальных подтипов в горизонте В неоднородность окраски создается интенсивной перерытостью, наличием червороин и кротовин, гумусовыми пятнами, обилием прожилок и мицелия карбонатов. Переходы между генетическими горизонтами постепенные.

Необходимо четко представить, что фиксируемое современное состояние гумуса в пахотных почвах далеко от истинного содержания в целинных черноземах (табл. 4).

Таблица 4 - Градации содержания гумуса в пахотных черноземах европейской части России (по А.А. Зенину, И.П. Стокозову и др.)

Как правило, дегумификации подверглось около 30 и даже 40% первоначального запаса органических веществ чернозема. На Азово-Кубанской равнине на старозалежных участках, которые можно встретить, например, около аэродромов, определение содержания гумуса показывает величины 5-7%, что близко к таковым, зафиксированным в конце XIX века В. В. Докучаевым.

Физико-химические свойства. Поглотительная способность черноземов отличается высоким уровнем: типичны величины для горизонта А 35-40 мг-экв. на 100г почвы. Высокая емкость обмена определяется, главным образом, вторичными глинистыми минералами типа монтмориллонита, каолинита и минералов иллит-монтморилонитовой группы. Поглотительная способность коллоидов органического происхождения не превышает 20% от суммы поглощенных катионов. Именно на эту величину происходит и уменьшение их количества по профилю черноземов. Высокая поглотительная способность - залог прочного, но обратимого закрепления катионов в структуре минеральных, органо-минеральных и гумусовых коллоидов. Поэтому черноземы могут удерживать и отдавать растениям элементы-биофилы: К, Са, Mg, Na и многие другие, в том числе необходимые растениям микроэлементы.

Однако есть и другая сторона экологической оценки высокой поглотительной способности черноземов. Они способны прочно закреплять надолго, если не сказать навечно, элементы-загрязнители - тяжелые металлы и радионуклиды. Поглощение этих элементов коллоидами исключает их из свободной водной миграции в ландшафтной среде. Однако корневые системы растений могут поглощать катионы загрязнителей, перераспределяя их в трофических цепях питания.

Благоприятен для общей экологической ситуации состав поглощенных катионов. На долю кальция приходится 80-90% от емкости поглощения, количество магния около 10%), натрия - менее 3-5%. В выщелоченных и оподзоленных черноземах фиксируется незначительное количество водорода. Подобный естественно сложившийся расклад катионов гарантирует оптимальные агрохимические свойства черноземов, хорошие физические свойства и структурность профиля, а также реакцию среды, близкую к нейтральной.

Физические и водно-физические свойства черноземов. Все подтипы черноземов хорошо впитывают влагу выпадающих осадков. Это связано с хорошей оструктуренностью и оптимальными физическими свойствами, обусловливающими легкую фильтрацию гравитационной влаги. Механические элементы скоагулированы в прочные микроагрегаты, преобладающая часть которых но размеру относится к песчаной и крупнопылеватой фракциям, составляющим в сумме 65-80% от веса. Целинные почвы имеют зернистую (горизонт А) и зернисто-комковатую (горизонт АВ) структуры. Однако выраженность структурных агрегатов неодинакова. Она более четка у выщелоченных и типичных черноземов. Водопрочность структуры высокая.

Черноземы обладают высокой влагоудерживающей способностью, но характеризуются низким диапазоном активной влаги. Из общего количества почвенной влаги (750 мм), которую они способны удерживать в двухметровом слое почвы, только менее 50% относятся к категории активной или продуктивной влаги. Но и этого ее количества оказывается вполне достаточно для получения высоких урожаев сельскохозяйственных растений. Однако следует иметь в виду, что указанный запас почвенной влаги в черноземах может находиться только при условии насыщения их до наименьшей влагоемкости на глубину не менее двух метров. Черноземы не всегда содержат в своем профиле такое количество влаги. Поэтому главной задачей земледелия является применение такой агротехники, которая направлена на максимальное накопление и рациональное использование осенне-зимних осадков.

2. Лугово-черноземные почвы

Лугово-черноземные почвы являются полугидроморфными аналогами черноземов, формирующимися под травянистыми ценозами лесостепи и степи в относительно пониженных элементах рельефа. Они развиваются в условиях повышенного увлажнения за счет временного скопления вод поверхностного стока при глубоких грунтовых водах или за счет относительно неглубоких грунтовых вод. Эти почвы распространены пятнами среди черноземов на плоских слабодренированных водоразделах и надпойменных террасах степных рек, на хорошо дренированных возвышенностях занимают понижения мезорельефа.

Морфологическое строение лугово-черноземных почв в общих чертах сходно со строением черноземов. Однако они имеют ряд отличительных признаков: нарастание влажности сверху вниз по профилю, наличие железомарганцевых образований и пятен оглеения в нижней части профиля, более интенсивная (обычно черная) окраска гумусового горизонта при повышенной его гумусности и растянутости.

Классификация лугово-черноземных почв