Генезис чернозема

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Башкирский Государственный Университет"

Сибайский Институт (филиал)

Курсовая работа

по дисциплине "Наука о Земле"

на тему: "Генезис чернозёма"

Выполнила: студентка III курса ЕТФ ОЗО

Специальность биология

Чигринова Анастасия Мираловна

Проверил: к.б.н., профессор

Суюндуков Ялиль Тухватович

Сибай 2008

Содержание

Введение

1. Условия почвообразования

2. Почвообразующие породы

3. Биоценозы чернозёмных степей

4. Генезис и строение чернозёмов

5. Классификация, диагностика и свойства чернозёмов

6. Валовой состав и карбонатный профиль черноземов

7. Лугово-черноземные почвы

8. Горные чернозёмы

9. Использование чернозёмов

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

Почва является сложнейшей биокосной системой, образовавшейся в результате тесного взаимодействия природных факторов во времени. Оставаясь основным и незаменимым средством сельскохозяйственного производства, почва в тоже время выступает и как один из основных компонентов биогеоценоза, а следовательно, и биосферы в целом. В результате сельскохозяйственного использования в почве происходят глубокие, а порой необратимые процессы, переводящие почвенную среду в иное качественное состояние. Находясь в неразрывном единстве с другими компонентами экосистемы, антропогенно преобразованная почва меняет свои связи и соотношения с ними. Важно и необходимо знать, в каком направлении идут современные эволюционные процессы в почвах.

Почвенным эталоном, наиболее ярко и полно отражающим факторы почвообразования и свойства почв является чернозем. Основные массивы чернозёмов находятся в Венгрии, Болгарии, Румынии, Молдове, на Украине, в центральных областях европейской части России, Поволжье, Северном Кавказе, Западной Сибири и Северном Казахстане. В России и в Украине сосредоточено около 50% мирового распространения этих почв. Эти почвы, занимая около 9% площади в пределах СНГ, составляют основу пахотного фонда (60%) и производства товарного зерна (80%), а также других видов сельскохозяйственной продукции.

Черноземы - наиболее плодородные почвы земледельческих районов страны. В.В. Докучаев называл их «царем почв», сравнивал с «никем не обогнанным арабским скакуном», утверждая, что чернозем для России дороже золота, каменного угля, нефти. И действительно, представить наше сельское хозяйство, основу жизни страны без черноземных почв невозможно. Большая широтная и меридиональная протяженность территории черноземных почв определяет значительную неоднородность ее природных условий.

Черноземы, несмотря на их природное совершенство, неизбежно эволюционируют под воздействием естественных и, особенно антропогенных факторов.

Цель настоящей работы заключается в изучении основных свойств и состава обыкновенных черноземов.

1. Условия почвообразования

В азиатской части почвы распространены на южной оконечности слабодренированной Западно-Сибирской равнины с развитым микрорельефом, в междуречьях Зауральского плато, на Приобском плато. Отдельные массивы черноземов встречаются на предгорных равнинах Алтая, в межгорных котловинах Забайкалья.

Почвообразующими породами в европейской части являются преимущественно лёссы, лёссовидные суглинки, реже глинистые отложения, красно-бурые песчано-глинистые суглинки и глины. В пределах Поволжья широко распространен щебнистый элюво-делювий коренных плотных пород, часто засоленный. Нередки засоленные суглинки и глины в Западной Сибири. В северных частях зоны встречаются покровные глины ледникового происхождения. Реже наблюдаются третичные глины, продукты выветривания различных горных пород. Лессы и лессовидные отложения весьма податливы процессам водной эрозии. Особенностью химического состава почвообразующих пород черноземной зоны является содержание в них карбонатов кальция и магния.

Растительность. К настоящему времени естественная растительность сохранилась частично. В европейской части России лесные участки представлены в основном дубом с липой, ясенем и кленом, в Западной и Восточной Сибири по колкам - березой с примесью осины и ивы. Остепненные луга и луговые степи отличаются высокой видовой насыщенностью и представлены разнотравно-злаковой густой растительностью.

В степной зоне с севера на юг выделяют разнотравно-типчаково-ковыльные и типчаково-ковыльные степи. С севера на юг травостой разреживается, уменьшается роль многолетних растений и увеличивается роль однолетних, снижается видовая насыщенность, увеличивается количество ксерофитов; наибольшее обилие ковылей наблюдается в южных степях. В Западной Сибири растительный покров однообразный, разнотравье немногочисленно. Задернованность почв составляет 60-88%.

В Восточной Сибири ковылей меньше. В межгорных впадинах доминируют крупнополынные степи. На юго-востоке Забайкалья преобладают пионовые степи, в Даурии - пижмовые степи. На солонцах формируются группировки галофитов. Степи почти повсеместно распаханы.

Климат России характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой. В восточных областях зима холодная и суровая. Неоднородность климата проявляется в различной обеспеченности теплом в период вегетации, в зимних температурах и характере увлажнения. По мере движения с запада на восток уменьшается количество тепла, нарастает континентальность климата, снижается количество осадков. Это позволило разделить черноземы на отдельные фации (табл. 1).

Таблица 1. Фациальные биоклиматические условия черноземообразования в России

Фация	Сумма активных температур. >10°С	Температура холодного месяца, °С	Глубина промерзания почвы, см	Годовая норма осадков, мм
Южноевропейская	3000-3600	-1...-5	0-40	400-660
Восточноевропейская	2000-3000	-7...-16	60-100	270-500
Западносибирская	1850-2300	-16...-18	150-170	300-360
Восточносибирская	1600-1800	-18...-20	300-250	300-400

Количество атмосферных осадков обеспечивает успешное произрастание травянистой растительности и ее высокую конкурентную способность по отношению к древесным растениям. Естественное увлажнение степной зоны обеспечивает успешное богарное (неорошаемое) земледелие, хотя в отдельные годы возможны засухи. Выпадающие осадки предопределяют периодически промывной водный режим почв, т. е. в отдельные влажные годы почва и кора выветривания промывается до грунтовых вод и освобождается от легкорастворимых солей и гипса. В годы с пониженным количеством осадков происходит промачивание почв только до определенной глубины без смыкания с грунтовыми водами. При таком водном режиме карбонаты остаются в почве и коре выветривания, так как их растворимость в воде незначительная, в то же время почвенно-грунтовая толща часто освобождается от легкорастворимых солей и гипса. Карбонаты Са и Mg предопределяют нейтральную и слабощелочную реакции среды, и создает благоприятные условия для развития травянистой растительности. Содержание СаСО₃ в лессовидных отложениях 6 - 8%. Однако иногда встречаются и безкарбонатные глины и суглинки, на которых формируются своеобразные роды черноземов.

Температурные условия определяют периодичность биологической активности биогеоценозов. Характерен период зимнего покоя (2 - 5 месяцев). Наибольшая активность живого вещества наблюдается в мае. Весенне-летне-осенний период обеспечивает длительный период вегетации растений и обилие ежегодно синтезируемой биомассы. Однако среднесуточные летние температуры, не превышающие 20°С, зимний покой, ранневесенняя и позднеосенняя-прохладная погода не способствуют глубокому преобразованию минеральной части коры выветривания и почв, характерному для тропических и субтропических условий. Для степной зоны типично образование сиаллитной коры выветривания, обогащенной вторичными глинистыми минералами.

2. Почвообразующие породы

В пределах черноземных областей России почвы сформировались на разных по генезису и свойствам материнских породах, обладающих пестрым литологическим и гранулометрическим составом. Девонские, каменноугольные, меловые и юрские отложения в качестве почвообразующих пород встречаются чрезвычайно редко.

Несколько чаще в степной и лесостепной зонах в качестве почвообразующих пород выступают неогеновые глины. Для них характерны зеленовато-оливковый цвет, значительная карбонатность, призмовидная структура. Во влажном состоянии они становятся липкими, вязкими. Неогеновые глины содержат 60-80% физической глины и 45-55% ила.

Плотные глины неогена при близком залегании к поверхности создают геохимические барьеры на пути нисходящих потоков растворов, аккумулируют соли способствуют образованию солонцеватых почв, солонцов, солодей.

Также в качестве почвообразующих пород выступают продукты разрушения писчего мела. На глубине 70-100 см мелкозернистый элювий переходит в грубый рухляк мела и глубже подстилается плотным писчим мелом. Элювий мела неоднороден по механическому составу и физико-химическим свойствам. Содержание физической глины в нем колеблется от 40-65%, крупной пыли - от 30-45%. Реакция среды щелочная (рН 7,8-8,4), карбонатность очень высокая (60-70% СаСОз). Эти породы бедны элементами питания, обладают плохими физическими и водно-физическими свойствами. На них образовались черноземы остаточно-карбонатные имеющие заметное распространение в Белгородской и Воронежской областях.

Древнеаллювиальные отложения в качестве почвообразующих пород выступают местами на террасах рек. Они отличаются неоднородным составом и свойствами. Легкие по гранулометрическому составу породы имеют следующие показатели: содержание SiO₂ - 90 - 95%, полуторных окислов 1,5 - 6%; реакция среды колеблется от кислой до слабощелочной. Наряду с ними встречаются суглинистые и глинистые древнеаллювиальные почвообразующие породы со значительным содержанием глинистых частиц и поглощенных оснований, на которых формируются черноземно-луговые почвы высокого естественного плодородия.

По днищам балок распространены аллювиально-делювиальные отложения, сложенные материалом, смытым со склонов, а также вынесенным из оврагов временными водотоками.

Лессы по гранулометрическому составу относятся к классу крупно пылеватых средних суглинков с резким преобладанием фракции 0,05 - 0,01 мм, на долю которой приходится более половины всей массы породы. Иловатая фракция занимает второе место (20 - 28%). Физические свойства лессов хорошие. Плотность сложения составляет 1,29 - 1,31 г/см³, удельная масса 2,67-2,70, общая порозность превышает 50%.

Лессы содержат 80% SiO₂, 13% R₂Оз, 1,5% окислов кальция и магния и 4% окислов калия и натрия в пересчете на прокаленную бескарбонатную навеску.

Лессы карбонатны (содержат 10 - 12% СаСОз), имеют слабощелочную реакцию (рН 7,6 - 8,2). Почвенный поглощающий комплекс их насыщен кальцием и магнием, сумма которых колеблется от 15 до 20 мг - экв/100 г.

3. Биоценозы чернозёмных степей

Высокое плодородие черноземов было создано почти 10-тысячелетней предшествующей послеледниковой историей развития. Многие столетия они развивались в тесном экологическом единстве с буйной лугово-степной и степной растительностью.

Прошлый облик растительности степей представляется следующим образом. Наиболее красочна луговая степь со значительной долей разнотравья и бобовых. Широко распространены: пырей, мятлики, ковыли, степные овсы, костры, лядвенец, клевер, люцерна, вьюнки, и многие другие. Растительность разнотравно-ковыльных степей составляли узколистные дерновинные злаки - ковыли, типчак, тонконог и другие с широким участием разнотравья. Характерны для степей однолетние эфемеры, отцветающие и отмирающие весной и многолетние эфемероиды, у которых после отмирания наземных частей остаются клубни, луковицы, корневища. Типчаково-ковыльные степи формировались в более засушливых условиях и характеризовались менее мощной и разнообразной растительностью, основными представителями которой являлись ковыли, типчак, тонконог, житняки, а из бобовых и разнотравья: донники, люцерны, шалфеи, зверобой, полынь австрийская и др. Меньшая фитомасса и проективное покрытие растительности типчаково-ковыльных степей, широкое участие в травостое эфемеров и эфемероидов, а также полыни - следствие заметного здесь дефицита влаги. Некоторые особенности растительности как фактора почвообразования:

Степная растительность образует сплошной травянистый покров, полностью скрывающий почвенную поверхность. Травы создают значительный объем биомассы, превышающий ежегодный прирост таежного леса в 3-5 раз. Основная биомасса сосредоточена в корневых системах растений (около 60-80%). Образно говоря, травы живут в основном в почвенной массе. Ежегодно синтезируемая биомасса отмирает на 95% в этом же году, т. е. практически полностью превращается в растительные остатки и поступает в биологический круговорот, подвергаясь минерализации и гумификации.

Примечателен химический состав травянистой растительности. Характерно высокое содержание белковых и других питательных веществ для травоядных животных веществ (углеводы, жиры и др.), что создает предпосылки для успешного существования первичных консументов.

Травянистая растительность накапливает в своей биомассе значительные количества зольных элементов (Са, Mg, К, Na, P и др.). Высокая зольность обеспечивает полную нейтрализацию всех кислот, образующихся при минерализации и гумификации, что наряду с климатическими особенностями, создает нейтральную и слабощелочную реакцию почв, почвообразующих пород и грунтовых вод.

Высокое содержание протеина в растительных остатках и нейтральная реакция среды благоприятствуют жизнедеятельности микробных форм микроорганизмов.

4. Генезис и строение чернозёмов

Все существующие гипотезы о происхождении русского чернозема можно разбить на следующие три группы: одни ученые допускают водное происхождение рассматриваемой нами почвы, другие - болотное, третьи - растительно-наземное. Паллас и Петцгольдт говорят, что чернозем образовался главным образом за счет прибрежных морских отложений, причем первый представлял себе эти отложения в виде болотного соленого ила, а второй - в форме продуктов разрушения третичных и меловых песчаников. Мурчисон же, напротив, полагает, что четвертичный период наша черноземная Россия была почти сплошь покрыта морем, по которому и разносились во взмученном состоянии те черные юрские глины, которые, по словам автора, довольно широко распространены к северу от северной черноземной границы; впоследствии этот ил осел как раз в районе черноземной полосы и преобразовался здесь в современный чернозем.

В.В. Докучаев считал образование черноземов результатом накопления в горной породе перегноя от согнивания травянистой степной, а не лесной растительности, при взаимодействии климата, возраста страны, растительности, рельефа и материнских пород.

В настоящее время утвердилась точка зрения, согласно которой черноземы являются почвами, развивающимися под многолетней травянистой растительностью лесостепи и степи в условиях непромывного или периодически промывного водного режима. Чернозем как тип почвообразования формируется в результате следующих ведущих процессов: дерновый процесс; образование и накопление гумусовых веществ (гумификация); выщелачивание и миграция простых солей; оглинивание почвенной массы.

Дерновый процесс наблюдается во многих почвах, однако наиболее ярко он проявляется в черноземах, особенно в типичных и обыкновенных, где охватывает мощную толщу почвы.

Злаки и разнотравье с мощной корневой системой ежегодно дают 20 - 30 т/га органических остатков, причем большая их часть (65 - 75%) приходится на корневую массу. Растительные остатки богаты белковым азотом, кальцием, магнием. Зольность опада составляет 7 - 8%. Опад разлагается при достаточном доступе кислорода, оптимальном увлажнении, без интенсивного выщелачивания в нейтральной среде.

Весной, когда в почве достаточно влаги, происходит быстрое разложение органического вещества. В летний засушливый период приостанавливается минерализация органических остатков, вследствие чего образуется и накапливается гумус. Питательные элементы аккумулируются в верхних горизонтах. Закреплению гумуса способствует кальций. Зимнее охлаждение и замораживание почв также способствуют накоплению гумуса, усложнению гумусовых веществ. В составе их доминируют гуминовые кислоты и гуматы кальция, что приводит к образованию водопрочной зернистой структуры. Большую роль в оструктуривании играют карбонатные почвообразующие породы, высокая зольность растительных остатков, насыщенность золы основаниями. Наиболее благоприятные условия черноземообразования характерны для южной части лесостепи.

Здесь создается максимальное количество растительной массы и в почвах складывается оптимальный гидротермический режим для интенсивной гумификации растительного опада и гумусонакопления (подзона типичных черноземов).

К югу от типичных черноземов постепенно нарастает дефицит влаги и уменьшается глубина проникновения корней в почву, уменьшается количество опада. Процесс гумусонакопления становится менее интенсивным, а углекислый кальций выносится на меньшую глубину (подзоны обыкновенных и южных черноземов).

К северу от типичных черноземов выпадает больше осадков, сильнее выносятся основания опада и СаСО₃. Образуются более кислые продукты превращения растительных остатков, которые участвуют в разложении минералов. В этих условиях возможно проявление некоторого оподзоливания почв (подзона выщелоченных и оподзоленных черноземов).

В черноземах процесс выщелачивания обязательно сопровождается явлениями вертикальной восходящей миграции солей в сухие периоды года. Это приводит к новообразованиям конкреций СаСО₃, CaS0₄ и легкорастворимых солей. Выщелачивание и миграция солей при непромывном водном режиме являются условиями формирования солевых иллювиальных горизонтов (белоглазка, гипс, легкорастворимые соли). Подобные условия характерны для каштановых почв, обыкновенных и южных черноземов. При периодически промывном водном режиме (черноземы оподзоленные, выщелоченные, типичные) складываются следующие условия: легкорастворимые соли и гипс вымываются за пределы почвы и коры выветривания, т. е. в грунтовые воды, а труднорастворимые карбонаты кальция остаются в профиле почвы и формируют иллювиально-десуктивный горизонт карбонатных новообразований (белоглазка, журавчики).

Главный генетический почвообразующий результат выщелачивания - формирование карбонатного профиля чернозема. Это карбонатный иллювиально-десуктивный горизонт В_Са (С_Са), образующийся ниже гумусовых горизонтов А+АВ. Процессы выщелачивания сопровождаются растворением СаС0₃, переходом карбоната кальция в бикарбонат Са(НС0₃)₂ и дальнейшим осаждением извести в форме мучнистых скоплений СаС0₃ (белоглазки) и твердых конкреций (журавчиков). Содержание СаС0₃ здесь достигает 12 - 15%. Выше этого горизонта и глубже количество СаС0₃ снижается.

Следовательно, черноземы отличаются высокой карбонатностью, богатством извести в нижних горизонтах профиля. Почвенные растворы всегда насыщены Са(НС0₃)₂. Для растений-ацидофилов условия неблагоприятные.

Карбонатность профиля черноземов генетически связана с карбонатностью материнских пород. Широко распространенные лессовидные глины и суглинки всегда карбонатны, содержание в них СаСО₃ достигает 6 - 7%.

С процессами выщелачивания связано формирование в черноземах горизонта гипса и легкорастворимых солей B_CsSa (C_CsSa). Появляются друзы CaS0₄, прожилки легкорастворимых солей в слабозаметной форме и просто пропитка ими массы материнской породы. Образование иллювиального горизонта гипса и легкорастворимых солей происходит на глубине среднего многолетнего промачивания черноземов.

Строение черноземов. Все черноземы имеют общее генетическое строение профиля независимо от географического распространения (см. приложение)

А - гумусовый горизонт. Однородной темно-серой окраски иногда со слабым буроватым оттенком. Буроватый тон хорошо заметен только в южных черноземах. Интенсивность темного окрашивания увеличивается от южного чернозема через обыкновенные и типичные к выщелоченному тучному чернозему. В целинных и длительно залежных почвах могут формироваться горизонты А₀ (степной войлок) и А_д (дерновый горизонт), имеющий прекрасную зернистую структуру без порошистых фракций'. Горизонт А в пахотных черноземах разделяется на А_пах (пахотный горизонт) и А (подпахотный горизонт). Пахотный горизонт, как правило, имеет разрушенную структуру. Она глыбистая после распашки под зябь, после зимы становится порошистой. Ценные зернистые и комковатые фракции или практически отсутствуют. Подпахотный горизонт сохраняет строение целинных вариантов чернозема;

АВ - гумусовый переходный горизонт. Однородное гумусовое темно-серое окрашивание ослабевает. Горизонты А+АВ определяют мощность гумусового профиля. Она изменяется в широких пределах от 40 до 150 см. Горизонт имеет хорошо выраженную комковатую структуру;

В (ВС) - переходный горизонт. Неоднороден по окраске, с преобладанием бурых тонов. Встречаются затеки гумуса, гумусовые пятна. Неоднородность окраски создается также интенсивной перерытостью землероющими животными, наличием червороин и кротовин, обилием прожилок и мицелия карбонатов;

В_Са (С_Са) - десуктивно-карбонатный иллювиальный горизонт с обилием конкреционных новообразований извести в виде белоглазки, журавчиков и др. Общее накопление СаСО₃ достигает 10-14%. С глубиной количество извести уменьшается. Нижняя граница профиля чернозема определяется стабильным количеством СаС0₃, характерным для материнской породы;

B_СsSa (C_CsSa) - иллювиальный горизонт гипса и легкорастворимых солей. Он обнаруживается только в черноземах южных и обыкновенных. Хорошо промытые атмосферными осадками оподзоленные, выщелоченные и типичные черноземы этого горизонта не имеют;

С - почвообразующая порода.

Таким образом, общая мощность чернозема как типа почвообразования определяется горизонтами A+AB+B+B_Ca+C_Sa или А+АВ+В+В_Са. Она простирается до материнской породы С и составляет у разных подтипов от 150 до 450 см. Самые мощные в мире черноземы наблюдаются в районе Краснодара. Это выщелоченные и типичные подтипы. Кроме общей мощности всего профиля, обозначают отдельно мощность гумусовых горизонтов, А+АВ, нижняя граница которых совпадает с содержанием гумуса около 1,0%. В быту мощность чернозема ассоциируется с мощностью гумусовых горизонтов. В классификации принято видовое разделение на маломощные, среднемощные, мощные и сверхмощные черноземы именно по мощности А+АВ.

Типовое строение чернозема характерно для рода обычные. Другие черноземы имеют те или иные отклонения.

5. Классификация, диагностика и свойства чернозёмов

Черноземы степей России по биоклиматическим особенностям разделяются на четыре фации; для некоторых специфичны экологические особенности земледельческого использования (табл. 2).

Таблица 2. Биоклиматическая оценка фаций черноземов по экологическим особенностям земледельческого использования

Фация	Основные направления земледельческого использования
Южноевропейская.	Благоприятные условия для возделывания озимых и яровых хлебов, подсолнечника, сахарной свеклы, плодовых культур. Возможна промышленная культура укрывного винограда
Восточноевропейская	Благоприятные условия для озимых и яровых хлебов, сахарной свеклы, садов. Менее оптимальны для кукурузы и подсолнечника. Исключается промышленная культура винограда
Западносибирская	Исключаются из возделывания озимые хлеба, кукуруза, подсолнечник. Оптимальные условия для картофеля, яровых хлебов. Для садов условия неблагоприятные
Восточносибирская	Возможны яровые хлеба, картофель. Сады исключаются

Черноземы южно-европейской фации характеризуются как почвы очень теплые, кратковременно и периодически промерзающие только в верхнем горизонте. Значительная толща чернозема в течение зимнего периода пребывает в активном состоянии. Это отличает их от всех других черноземов России. Территориально черноземы южно-европейской фации распространены в Краснодарском и Ставропольском краях, в Кабардино-Балкарии, Чечне, Ингушетии, Северной Осетии, на юго-западе Калмыкии и на юго-западе Ростовской области. За рубежом подобные черноземы встречаются в Молдавии, Румынии, Болгарии и Венгрии.

Важнейшим фациальным генетическим признаком черноземов южно-европейской фации является внутрипочвенное оглиниванне. В процессе почвообразования почвенная масса становится более глинистой, чем исходная материнская порода. Оглинивание генетически сближает южно европейские черноземы с умеренно-влажными почвами субтропического ряда. Необходимо отметить еще одну также субтропическую экологическую особенность черноземов: на них возможна промышленная культура типично субтропического растения - винограда, чего практически нет на черноземах других фаций.

Фациальность черноземов проявляется в неоднородности их карбонатного профиля. Южноевропейская фация черноземов отличается повышенной карбонатностью. Известь присутствует уже в гумусовых горизонтах. Гумусовый профиль мицелярно-карбонатный, а содержание СаСО₃ в горизонте А+АВ является четким подтиповым диагностом при классификации черноземов этой фации.

По экологическим особенностям и потенциальному плодородию черноземы Предкавказья по праву считаются первыми в мире и превосходят черноземовидные почвы североамериканских прерий (бруниземы).

Черноземы восточноевропейской фации, находящиеся в центральных областях европейской России (ЦЧО), Поволжье, на Украине и Северном Казахстане, относят к теплым промерзающим. В зимний период они пребывают в состоянии мерзлотного покоя. Главные фациальные черты характеризуются тем, что в сравнении с почвами южно-европейской фации они менее мощные и более гумусированные; миграционно-мицелярные новообразования карбонатов, как правило, отсутствуют, а горизонт белоглазки выражен четко и резко; оглинивание профиля не фиксируется, что связано с меньшей биологической активностью, из-за более холодного климата и большего периода промерзания зимой.

Специфика черноземов сибирских фаций определяется прежде всего термическими особенностями климата. Суровая зима, глубокое промерзание и позднее оттаивание, часто длительно сохраняющийся на глубине 2-3 м мерзлый слой, сокращенный вегетационный период приводят к тому, что активные биологические процессы протекают сравнительно короткое время и затрагивают небольшой почвенный слой.

Несмотря на краткость вегетационного периода растительные остатки разлагаются полно, так как совпадение периодов наиболее высоких температур и наибольшего увлажнения способствует весьма активной микробиологической деятельности. Низкие зимние температуры благоприятствуют консервации гумуса и приводят к высокому его накоплению (8-12%) в гумусовом горизонте небольшой мощности. Состав гумуса гуматно-кальциевый; часто наблюдается повышенное содержание нерастворимого остатка. Для черноземов этой фации характерно наличие глубоких языков и карманов у нижней границы гумусового горизонта, проникающих иногда до глубины 100-150 ем. Образование их связано с морозобойными трещинами, засыпанными материалом гумусовых горизонтов.

Другая особенность профиля черноземов этой фации, за исключением наиболее аридных форм, - глубинное оглеение, связанное с временным повышенным увлажнением в нижней части профиля, обусловленным наличием здесь длительно-сезонномерзлого слоя. В черноземах сибирских фаций горизонт гипса и легкорастворимых солей, как правило, отсутствует.

В пределах каждой фации тип чернозема разделяется на подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные и южные, за исключением восточносибирских длительно промерзающих черноземов, где подтипы оподзоленных и типичных черноземов не фиксируются.

Фациальная специфика подтипов черноземов показана в табл. 3 и на рис. 1 и 2.

Таблица 3. Фациальная специфика подтипов черноземов

Фации
Восточноевропейская	Южноевропейская
Черноземы оподзоленные Профиль:
A1+A1A2+ABi+B+CCa	A1+A1A2+ABi+BCa+CCa
Типична элювиально-иллювиальная дифференциация минеральной массы. Обязательна кремнеземистая присыпка на структурных агрегатах
Типичен безгумусовый и безкарбонатный горизонт. В между гумусовым профилем А+АВ и иллювиальным карбонатным горизонтом СCa	Безгумусовый горизонт В отсутствует: карбонаты присутствуют сразу ниже гумусового горизонта в ВСа
Черноземы выщелоченные Генетический профиль:
А+АВi+В+ССа	А+АВ+ ВСа +ССа
Характерна элювиально-иллювиальная дифференциация минеральной массы (горизонт Вi). Между гумусовым горизонтом А+АВ обязателен безгумусовый и безкарбонатный горизонт В. Преобладают среднемощные и мощные черноземы с содержанием гумуса 5-6%. Легкорастворимые соли и гипс в профиле отсутствуют	Дифференциация минеральной массы отсутствует. Безгумусовый и безкарбонатный горизонт В отсутствует: вскипание начинается в нижней части гумусового профиля. Преобладают сверхмощные черноземы с содержанием гумуса около 4%. Легкорастворимые соли и гипс в профиле отсутствуют
Черноземы типичные Генетический профиль:
А+АВ+ ВСа +ССа	А+АВ+ВСа+ССа
Преобладают мощные черноземы с содержанием гумуса 5-8%. Легкорастворимые соли и гипс в профиле отсутствуют	Преобладают сверхмощные черноземы с содержанием гумуса около 4%. Легкорастворимые соли и гипс в профиле отсутствуют
Черноземы обыкновенные Генетический профиль:
А+АВ+ ВСа +CCa+Cs	А+АВ+ ВСа +CCa+(Cs)
Преобладают мощные и среднемощные черноземы с содержанием гумуса 5-6%. Вскипание от HCL начинается в горизонте АВ. Иллювиальный горизонт гипса и легкорастворимых солей Cs типичен	Преобладают мощные и сверхмощные черноземы с содержанием гумуса» 4%. Вскипание от НСl начинается с поверхности почвы. Иллювиальный горизонт гипса и легкорастворимых солей не типичен
Черноземы южные Генетический профиль:
А+АВ+ ВСа +CCa+Cs	А+АВ+ ВСа +CCa+(Cs)
Преобладают среднемощные черноземы (А+АВ около 60 см) с темно-серой окраской профиля и содержанием гумуса 4-5%. Гипсовый горизонт типичен. Вскипание от НСl в средней части профиля, а у распахиваемых почв часто с поверхности	Преобладают мощные черноземы (А+АВ - 90-100 см) с каштановой окраской профиля и содержанием гумуса около 2,5-3,0%. Гипсовый горизонт не типичен. Вскипание от HCl c поверхности почвы

Рис. 1. Строение черноземов восточноевропейской фации:

1 - оподзоленный; 2 - выщелоченный; 3 - типичный;

4 - обыкновенный; 5 - южный

Согласно Классификации почв, тип черноземы подразделяется на подтипы: с севера на юг формируются черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные в лесостепной зоне и обыкновенные и южные - в степной. Внутри подтипов выделяются роды:

1) обычные;

2) глубоковскипающие;

3) карбонатные;

4) остаточно карбонатные;

5) солонцеватые;

6) осолоделые;

7) щельные.

На виды почвы делят по мощности гумусового горизонта, по содержанию гумуса, по степени выщелоченности.



Рис. 2. Строение черноземов южноевропейской фации:

1 - чернозем обыкновенный (карбонатный); 2 - чернозем типичный;

3 - чернозем выщелоченный; 4 - черноземно-луговая почва

Оподзоленные черноземы имеют мощность гумусового горизонта (А+АВ) от 30 - 50 см (холодная среднесибирская фация) до 70 - 100 см (теплая южноевропейская фация). Горизонт А темно-серый, зернистый. В горизонте АВ наблюдается седоватый оттенок. В горизонте В1, имеющем ореховатую или ореховато-призматическую структуру, на гранях отдельностей отмечаются коричневые пленки, гумусовые примазки, кремнеземистая присыпка. Вскипание с глубины 130 - 150 см, иногда с выделением горизонта ВСк, карбонатные новообразования в виде известковых трубочек, журавчиков, дутиков.

Выщелоченные черноземы. Горизонт (А+АВ) от 30 - 50 см (холодная восточносибирская фация) до 80 - 150 см (теплая фация). Горизонт А темно-серый, комковато-зернистый, кремнеземистая присыпка отсутствует. Горизонт АВ отличается буроватым оттенком. Под ним залегает уплотненный буроватый бескарбонатный горизонт В (20 - 50 см) с гумусовыми затеками, примазками и пленками, комковато-ореховатый или комковато-призматический. ВСК - иллювиально-карбонатный горизонт, уплотненный, с выцветами, прожилками, журавчиками карбонатов. СК - палевая карбонатная порода.

Эти почвы разделены на виды: слабовыщелоченные, средневыщелоченные, сильновыщелоченные.

Типичные черноземы характеризуются большой мощностью гумусового слоя - от 50 - 70 см (холодная фация) до 100 - 190 см (теплая фация). Горизонт А черный или серовато-черный, зернистый; АВ - темно-серый с буроватым оттенком. Ниже залегает серовато-бурый иллювиально-карбонатный горизонт Вк с языками и затеками гумуса, комковато-призматический, с карбонатами в виде мицелия, журавчиков. Горизонт ВСк - палево-бурый, со значительным количеством карбонатных прожилок и журавчиков. Гипс и легкорастворимые соли отсутствуют. В почвах много кротовин.

Обыкновенные черноземы имеют меньшую мощность гумусового слоя - от 35-45 см (холодная восточносибирская фация) до 80-120 см (редко 140 см) (теплая фация), буроватый оттенок на темно-сером фоне и комковатую структуру горизонта АВ. Горизонт гумусовых затеков часто совпадает с карбонатным горизонтом Вк, и его структура призматическая. Карбонаты представлены пятнами белоглазки (в горизонте Вк) и прожилок (в горизонте АВ). Иногда на глубине 200-300 см выделяются легкорастворимые соли и гипс. В профиле почв много кротовин.

Морфологической особенностью обыкновенных, а также южных черноземов, отличающей их от черноземов лесостепи, является характер выделения карбонатов в форме белоглазки.

В подтипе обыкновенных черноземов преобладают среднегумусные среднемощные черноземы; встречаются солонцеватые, солонцевато-солончаковатые и осолоделые.

Южные черноземы имеют небольшой гумусовый слой - от 25-30 до 70-80 см. Горизонт А темно-серый с коричневатым оттенком, комковатый и зернисто-комковатый; горизонт АВ буровато-темно-серый, ореховато-комковатый, уплотненный. Ниже залегает карбонатный горизонт, бурый с потеками гумуса, уплотненный, ореховато-призматический, содержащий мицелий, выцветы, мучнистые выделения карбонатов. ВСк - буровато-палевый иллювиально-карбонатный, уплотненный, призматический, с большим количеством белоглазки. С - палевая карбонатная порода; на глубине 150-200 см встречаются выделения гипса, а с 200-300 см могут отмечаться и легкорастворимые соли. В профиле почв наблюдаются кротовины.

Морфологической особенностью южных черноземов является укороченный гумусовый профиль, высокое положение линии вскипания и выделение карбонатов в форме белоглазки.

Среди южных черноземов преобладают малогумусные среднемощные. Осолонцевание и солончаковатость проявляются у южных черноземов чаще.

Особо выделены предкавказские черноземы, имеющие с поверхности темно-серую с коричневатым оттенком окраску, мощный гумусовый слой (120-150 см и более) и вскипающие в горизонте А.

Для черноземов Предкавказья характерны интенсивный биологический круговорот, большая перерытость профиля, периодическое промывание профиля. Эти почвы отличаются большой мощностью гумусового горизонта при невысоком содержании гумуса (менее 8%), отсутствием легкорастворимых солей и гипса, обильной карбонатностью в виде налетов, паутинок, жилок в верхних горизонтах и мицеллярных форм в нижних. Последние свидетельствуют о миграции, сезонной пульсации их в почвах. Эти почвы называют мицеллярно-карбонатными.

В черноземах азиатской части России в связи с более сухим и холодным климатом мощность гумусового горизонта меньше, а гумуса содержится больше (7-12%); профиль промыт от легкорастворимых солей лишь в лесостепи, тогда как в степях на глубине ниже 2 м наблюдаются новообразования гипса.

Для черноземов Западной Сибири характерны глубокие потеки гумуса по трещинам, высокое содержание гумуса (до 10-14%) с быстрым уменьшением его количества с глубиной, а также присутствие гипса в степных почвах.

В Восточной Сибири биологический круговорот элементов подавлен низкими температурами вследствие чего содержание гумуса в почвах невелико (4-9%), мощность гумусового горизонта незначительная. В почвах мало карбонатов или они отсутствуют.

Свойства. Гранулометрический состав почв колеблется от супесчаного до глинистого с преобладанием суглинистого. Общая особенность черноземов - отсутствие заметных изменений гранулометрического состава при почвообразовании, лишь в оподзоленных и в некоторой степени в выщелоченных подтипах увеличивается содержание ила вниз по профилю. Во всех почвах по сравнению с почвообразующей породой профиль обогащается илом.

Черноземы - рыхлые, высоковлагоемкие почвы с хорошей водопроницаемостью. В структурно-агрегатном составе преобладают агрегаты зернистой формы. Эти особенности в наибольшей степени проявляются у типичных, выщелоченных и обыкновенных черноземов. Оподзоленные и южные содержат меньше водопрочных агрегатов. Черноземы характеризуются высоким содержанием гумуса в горизонте А, которое постепенно уменьшается с глубиной, за исключением почв Восточной Сибири. В составе гумуса горизонтов А и АВ преобладают черные гуминовые кислоты, связанные с кальцием.

Наибольшие запасы гумуса имеют типичные или выщелоченные черноземы Восточно-Европейской фации и наименьшие - черноземы Восточносибирской фации.

Реакция почвенного раствора слабокислая или близкая к нейтральной в гумусовых горизонтах выщелоченных и оподзоленных черноземов или нейтральная и слабощелочная в других подтипах. В нижних горизонтах реакция почв слабощелочная, реже щелочная.

Почвы обладают высокой емкостью катионного обмена (45-70 мг-экв/100 г почвы), насыщенностью ППК основаниями, высокой буферностью. В составе обменных катионов доминирует Са2+, затем Mg2+. В оподзоленных и выщелоченных черноземах в почвенном поглощающем комплексе присутствует Н+. В обыкновенных и южных черноземах в ППК, кроме Са2+, присутствует Na+, увеличивается содержание Mg2+. Почвы характеризуются значительным валовым содержанием питательных веществ. Так, в типичных тяжелосуглинистых черноземах количество азота достигает 0,4-0,5% (10-15 т/га), фосфора - 0,15-0,35%. Наиболее благоприятный пищевой режим для культурных растений создается в хорошо окультуренных черноземах.

6. Валовой состав и карбонатный профиль черноземов

Однородность гранулометрического состава черноземов по всему профилю адекватна однородности валового состава и обусловлена однотипным составом как первичных, так и вторичных глинистых минералов.

Во всех подтипах, кроме выщелоченных и оподзоленного, наблюдается равномерное распределение по генетическим горизонтам Si0₂, Fe₂0₃, Аl₂0₃ (табл. 48) и других элементов, повторяющее особенности материнской породы.

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-десуктивного 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 сегрегированны 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.)

Почва	Содержание, %
	Очень низкое	Низкое	Среднее	Повышенное	Высокое
Восточноевропейская фация: Чернозем оподзоленный	<4,0	4,1-4,5	5,1-6,0	6,1-7,0	>7,0
Чернозем выщелоченный	<5,0	5,1-6,0	6,1-7,0	7,1-8,0	>8,0
Чернозем типичный	<6,0	6,1-7,0	7,1-8,0	8,1-9,0	>9,0
Чернозем обыкновенный	<5,0	5,1-6,0	6,1-7,0	7,1-8,0	>8,0
Чернозем южный	<3,0	3,1-3,5	3,6-4,0	4,1-4,5	>4,5
Южноевропейская фация: Черноземы выщелоченные, типичные и обыкновенные	<3,5	3,5-4,0	4,1-4,5	4,6-5,0	>5,0

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 100 г 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, органоминеральных 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.