профилем А-АС-Сса — вертисоли (слитоземы), сформировав шиеся под растительностью саванн субтропического и тропического поясов в диапазоне суммы активных температур от 4000° до 8000° при ярко выраженном чередовании сухих и влажных сезонов в условиях затрудненного дренажа на глинистых наносах. Переходное положение между этими двумя группами типов почв занимают слитые черноземы, формирующиеся в наиболее теплых фациях черноземной зоны.
А.ЧЕРНОЗЕМЫ
8.1.Введение понятия о типе черноземов
Черноземы стали объектом исследования с самого зарождения науки о почве. Еще М. В.Ломоносов (1763) сформулировал поло жение о происхождении чернозема «от согнития животных и рас тительных тел со временем». После М. В. Ломоносова шло посте пенное накопление фактического материала о свойствах и распро странении черноземов, был высказан ряд интересных гипотез об их происхождении.
Подлинно научное изучение черноземов началось с В. В. Доку чаева, 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. До кучаевым в классификации почв 1896 г.
Большой вклад в изучение происхождения, состава и свойств черноземов внес П. А. Костычев, показавший в своей работе «Поч вы черноземной области России» (1886), что в образовании чер нозема ведущую роль играют биологические процессы, что основ ным фактором гумусонакопления и структурообразования в черно земе является разложение корней травянистых растений.
Первые фундаментальные исследования водно-физических свойств и водного режима черноземов были проведены А. А. Изма ильским и Г. Н. Высоцким в конце прошлого и начале текущего столетия.
В последующее время широко развернулись работы по глубоко му изучению свойств, процессов и способов рационального исполь зования черноземов СССР (Л. И. Прасолов, П. Г. Адерихин, И. А. Крупеников, Е. А. Афанасьева, А. Ф. Большаков, Ф. Я. Гаврилюк, К. П. Горшенин, Н. А. Ногина, Н. Н. Розов и др.). Плодород нейшие почвы Земли, житница человечества, — черноземы в наше время — один из наиболее хорошо изученных типов почв.
8.2. Распространение |
черноземов |
|
||
Черноземы распространены на материках северного по |
||||
лушария — в Евразии и |
Северной |
Америке. |
Они занимают |
|
260 млн. га (1,7 % суши), |
в том числе 23 млн. |
га — горные |
чер |
|
ноземы. Почти половина |
площади |
черноземов |
приходится |
на |
долю СССР, где они образуют пояс, вытянутый островами с
запада на восток на расстояние около 7 тыс. |
км, |
занимая |
163 млн. га, или 7,4% площади страны. Кроме того, |
10,5 |
м. ч. га |
в СССР принадлежит горным черноземам. |
|
|
8.3. Экология черноземообразования
Черноземы развиваются в условиях суббореального слабоарид ного климата с хорошо выраженной сезонной контрастностью.
При большой широтной протяженности черноземной зоны раз личные фации черноземов существенно различаются между собой по климатическим показателям (табл. 19). Однако по условиям летнего периода — температуре и количеству осадков, а также по наличию зимнего промерзания все черноземы близки между собой.
Черноземы распространены преимущественно на платформен ных 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. Гра
нулометрический состав |
в большинстве случаев суглинистый или |
|||||
Т а б л и ц а 19. |
Климатические показатели |
черноземов |
|
|||
различных географических областей |
|
|
||||
(по Г. В. Добровольскому, Н. Н. Розову, М. Н. Строгановой, 1983) |
||||||
|
|
|
|
|
||
Географическая область |
Сумма |
Температура |
Годовая |
Коэффи |
||
активных |
наиболее холодного |
норма |
циент |
|||
|
температур |
|
месяца, °С |
|
осадков, |
увлажне |
|
>10°С, °С |
|
|
|
мм |
ния, КУ |
|
|
|
|
|
||
Украинская |
2500—3200 |
от —1 до —9 |
300—640 |
0,6—1,0 |
||
Восточно-Европейская |
2000—3000 |
от —7 до —16 |
270—500 |
0,5—1,0 |
||
Западносибирско-Казах |
1850—2300 |
от |
—16 до |
—18 |
300—360 |
0,4—1,0 |
станская |
|
|
|
|
|
|
Восточно-Сибирская |
1600—1800 |
от |
—18 до |
—20 |
300—400 |
0,5-1,0 |
Забайкальская |
1500—2000 |
от — 24 до —28 |
300 370 |
0,6—1,0 |
||
Южно-Канадская |
1800—2400 |
от |
—12 до |
—16 |
350--550 |
0,5—1,0 |
Дакотс кая |
2400—3000 |
от —8 до — 12 |
400—550 |
0,5—1,0 |
||
Дунайско-Понтическая |
3000—4000 |
от 0 до —3 |
|
450—650 |
0,5—1,0 |
|
Предкавказская |
3000—3500 |
от —1 до —5 |
450—600 |
0,6—1,0 |
||
Маньчжурская |
2900—3800 |
от —12 до — 16 |
380—700 |
0,6—1,2 |
||
Небраско-Канзасская |
3000—4000 |
от |
0 до —8 |
|
400—600 |
0,6—0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
119
глинистый, в редких случаях более легкий. Небольшая часть чер ноземов развита и на элювии плотных горных пород — грани тов, базальтов, песчаников, мергелей, однако в этих случаях они весьма специфичны.
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 систе мой.
В СССР в черноземной зоне по характеру растительности вы деляют три подзоны; лесостепь с луговой степью и остепненными лугами, разнотравно-дерновинно-злаковую степь, дерновинно-зла- ковую степь.
Основные особенности биологического круговорота степных и лугово-степных травяных растительных сообществ заключаются в том, что: 1) ежегодно с отмирающими частями в почву возвра щается 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 сооб ществ на черноземах высокое: в лесостепи Русской равнины 30—40 ц/га надземной фитомассы и 200 ц/га корней, в степи 8—24 ц/га надземной фитомассы и 150—300 ц/га корней. Еже годный прирост надземной фитомассы на черноземах в 1,5—2 раза выше количества биомассы в период максимального развития. Прирост корней составляет 50—60% их общей массы. В среднем
опад травяных |
сообществ черноземной зоны |
составляет |
200 ц/(га • год) |
(А. А. Титлянова, Н. И. Базилевич, |
1978). |
Средняя зольность растительной массы степей 3,5—4,5%. Еже годное 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 расте ний степи, сколько его высокой интенсивностью (большим коли чеством ежегодно обращающихся химических элементов), поступ лением основной массы опада внутрь почвы, активным участием в разложении бактерий, актиномицетов, беспозвоночных, для которых благоприятен биохимический состав опада и общая биоклимати ческая обстановка.
Большую роль в формировании свойств черноземов играет мезофауна, особенно велика роль дождевых червей. Их числен ность в профиле типичных черноземов достигает 100 и более на 1 м2 . При таком количестве дождевые черви ежегодно выбрасыва ют на поверхность до 200 т почвы на 1 га и в результате суточ ных и сезонных миграций проделывают большое количество ходов. Вместе с отмершими частями растений дождевые черви захваты-
120
вают частицы почвы и образуют в процессе переваривания проч ные 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 перемешива ли и выбрасывали на поверхность большое количество земли. Устраивая в почве норы, они образовывали кротовины — ходы, за сыпанные массой верхнего гумусного слоя. Благодаря перемеши ванию почвы грызуны постепенно обогащали гумусовые горизон ты карбонатами, чем замедляли процессы выщелачивания, а глубо кие горизонты — гумусом, что приводило к опусканию границы гумусового горизонта. Таким образом, их деятельность способ ствовала формированию наиболее характерных свойств чернозе мов.
В настоящее время целинных черноземов практически не оста лось. Большая часть их распахана: в лесостепной зоне СССР — 75% площади, в степной — 67%. Биологический фактор почвооб разования при вовлечении черноземов в земледелие существенно изменился. Сельскохозяйственная растительность покрывает почву не более 4 мес в году, за исключением посева многолетних трав. Био логический 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. Так, в зерносвекловичном севообороте при низком применении удобрений емкость биологиче ского круговорота составляет всего около 500 кг/га при среднезональных дозах удобрений 600 кг/га. В результате отчуждения уро жая 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 (Б. С. Носко и др., 1983).
На пашне значительно увеличивается численность микрофлоры (табл. 20), но при этом резко уменьшается численность и особенно биомасса беспозвоночных, прежде всего дождевых червей (табл.
21). Позвоночные землерои на пашне не обитают.
Та б л и ц а 20. Микроорганизмы в типичном мощном черноземе Средне-Русской возвышенности (А. В. Рыбалкина, 1957)
Угодье |
Глубина, см |
Бактерии, |
Грибы, |
Актиномице- |
|
|
млн. /г |
ТЫС./Г |
ты, млн./г |
|
|
|
|
|
Степь |
5—8 |
2,6 |
14 |
2,9 |
Пар |
5—8 |
15,4 |
25 |
2,4 |
Степь |
30—32 |
1,5 |
0 |
1,5 |
Пар |
30—32 |
0,6 |
0 |
1,5 |
|
|
|
|
|
121
Т а б л и ц а 21. Общая зоомасса и численность беспозвоночных в типичном мощном черноземе Средне-Русской возвышенности
(Р. И. Злотин, 1969)
Угодье |
Общая зоо |
Численность |
|
масса, г/м2 |
на 1 м2 |
|
|
|
Степь некосимая |
96,5 |
1460 • 104 |
Озимая пшеница |
5,8 |
354 • 104 |
Однолетний пар |
7,2 |
393 • 104 |
|
|
|
8.4. Строение почвенного профиля
Для черноземов характерно наличие двух генетических горизон тов: 1) гумусового прогрессивно-аккумулятивного, характеризую
щегося большой мощностью, высоким содержанием гумуса |
при |
его постепенном падении с глубиной, зернистой структурой; 2) |
кар- |
бонатно-аккумулятивного. Однако встречаются и бескарбонатные черноземы (в Восточноазиатском и Североамериканском секторах, на элювии плотных силикатных пород, в горах) и, наоборот, чер ноземы карбонатные с поверхности во всем профиле.
В наиболее типичном выражении профиль целинного чернозе ма представлен следующим набором генетических горизонтов:
О— степной войлок;
А— гумусовый однородный темноокрашенный горизонт с зер
нистой структурой; АВ — гумусовый, темноокрашенный с некоторым побурением, уси
ливающимся книзу, с темно-бурыми, серо-коричневыми пят нами, заклинками, затеками, кротовинами; структура ореховатоили комковато-зернистая;
В — горизонт, переходный к породе, имеет преимущественно бу рую (до палевой) окраску; с языками и затеками гумуса, призмовидную структуру; по степени гумусированности, признакам иллювиирования веществ, наличию и формам вы деления карбонатов, характеру структуры, обилию кротовин обычно разделяется на несколько подгоризонтов; в оподзоленных и выщелоченных черноземах разделяется на гори зонты — Bt в верхней части и Вса в нижней, а в других подтипах выделяется как Вса;
С— материнская порода, обычно Сса.
До сих пор дискуссионным является вопрос об отнесении к типу черноземов почв, сходных с черноземом по гумусности, мощности и структуре гумусового горизонта, но не имеющих горизонта карбо натной аккумуляции, т. е. бескарбонатных или остаточно-карбонат- ных (на известковых плотных породах).