Почвы степной зоны
Черноземные почвы расположены южнее зоны серых лесных почв. Они простираются в виде сплошной,, но неровной полосы, начиная от границы с Румынией до Алтая. Восточнее Алтая черноземная зона имеет островной характер. Черноземы распространены здесь по межгорным котловинам и впадинам. Основные массивы черноземов распространены в лесостепной и степной зонах России — центральные области, Северный Кавказ, Поволжье, Западная Сибирь.
Природные условия почвообразования
Климат. Он неоднороден, особенно в степной зоне. При движении с запада на восток количество тепла постепенно уменьшается, нарастают сухость и континентальность климата. Среднегодовая температура колеблется от 10 "С на западе до — 2 "С на востоке (Забайкалье). Сумма температур > 10 °С составляет в лесостепной части зоны 2400—3200 °С на западе, 1400—1600 "С на востоке, а в степной части соответственно 2500—3500 и 1500—2300 °С. Продолжительность периода с температурой > 10 °С составляет в западных районах лесостепи 150—180 дней, в восточных — 90—
120 Дней, а в степной зоне — соответственно 140—180 и 97—140 дней.
Годовое количество атмосферных осадков на западе и в Предкавказье составляет 500—600 мм, при продвижении на восток уменьшается: в Поволжье до 300—400 мм, в Западной Сибири и Забайкалье до 300—350 мм. Большая часть годовых осадков выпадает в летний период (40—60 %), которые неравномерно распределяются во времени и нередко имеют ливневый характер. Количество зимних осадков невелико, особенно в Сибири; они образуют маломощный, неустойчивый снеговой покров, что способствует глубокому и сильному промерзанию сибирских черноземов.
В лесостепной части зоны соотношение между количеством осадков и испаряемостью приближается к единице; здесь господствует периодически промывной режим. В степной части зоны в черноземах складывается непромывной водный режим; отношение количества осадков и испаряемости составляет 0,5—0,6. Глубина промачивания почв уменьшается в южном направлении.
В западных районах зоны с более продолжительным вегетационным периодом с многоснежной и мягкой зимой возделывают широкий ассортимент сельскохозяйственных культур. На востоке зоны суровые, продолжительные и малоснежные зимы, что ограничивает набор сельскохозяйственных культур, затрудняет и делает невозможным перезимовку озимых и возделывание многолетних бобовых трав, ограничивает выращивание плодовых.
Рельеф. Рельеф зоны черноземных почв равнинный, слабоволнистый или увалистый. Наибольшей расчлененностью характеризуются территории Средне-Русской, Приволжской возвышенностей, Общего Сырта и Донецкого кряжа.
В азиатской части черноземные почвы распространены на юге Западно-Сибирской низменности со слабо расчлененным рельефом. Восточнее черноземы встречаются на равнинных и предгорных территориях Алтая, Минусинской впадины и Восточных Саян.
Почвообразующие породы. В основном они представлены лёссами и лёссовидными суглинками (от легких до тяжелых суглинков).
Глинистые почвообразующие породы встречаются на территории Окско-Донской низменности, в Предкавказье, Поволжье и Заволжье, в ряде районов Западной Сибири. В некоторых районах черноземы развиваются на элювиальных плотных осадочных породах (мел, опоки и др.).
Лёссы и лёссовидные суглинки очень податливы процессам водной эрозии, что обусловливает смыв почв на крутых склонах и развитие оврагов.
Особенностью химического состава почвообразующих пород черноземной зоны является их карбонатность, в отдельных провинциях (Западно-Сибирская, частично Среднерусская) — засоленность.
Растительность. Та растительность, под влиянием которой сформировались черноземы, в настоящее время практически не сохранилась. Былая площадь черноземных почв распахана, остальную используют в качестве пастбищ и сенокосов.
Естественная растительность в прошлом в лесостепи характеризовалась чередованием лесных участков с луговыми степями.
Леса частично сохранились по водоразделам, балкам и речным террасам. В европейской части зоны лесная растительность представлена преимущественно дубом, в Западной Сибири — березовыми колками.
Травостой луговых степей был представлен мезофильными видами, разнотравьем, бобовыми: высокостебельные ковыли, типчак, тимофеевка степная, ежа сборная, шалфей луговой, таволга, горицвет, осока низкая, клевера, эспарцет, лядвенец и др. Проективное покрытие достигало 90 %.
Южнее луговые степи характеризовались разнотравно-ковыльными и типчаково-ковыльными ассоциациями. В их травостое относительно большее участие принимали ксерофитные растения, основной фон которых в разнотравно-ковыльных степях составляли узколистные ковыли, типчак, тонконог, степной овес, шалфей поникший, горицвет волжский, колокольчики, осока приземистая, подорожник степной, молочай, клевер горный и др. В тип-чаково-ковыльных степях преобладали низкостебельные перистые ковыли, тырса, типчак, житняк, осоки. Дефицит влаги способствовал развитию в этих степях эфемеров и эфемероидов — мортук, луковичный мятлик, тюльпаны, бурачок, полыни со степенью проективного покрытия 40—60 %.
К настоящему времени естественная растительность сохранилась в основном лишь на крутых склонах, в балках, каменистых почвах, заповедных участках.
Наиболее важными процессами образования черноземов являются дерновый и элювиальный. Последний выражен в основном в профильной миграции гидрокарбоната кальция, который образуется при разложении растительных остатков, богатых кальцием.
Эти процессы развиваются под многолетней растительностью травянистых степей в лесостепной и степной зонах в условиях периодически промывного и непромывного водных режимов и формируют гумусовый и карбонатный профили чернозема.
Ежегодный опад под растительностью луговых степей Алтая составляет 10—20 т органической массы на 1 га, из которых на долю корней приходится до 80 %. В биологический круговорот из этой массы вовлекается от 600 до 1400 кг/га азота и зольных элементов. Это значительно больше, чем поступает на каждый гектар с опадом широколиственных лесов (150—500 кг) или с опадом травянистой растительности сухой степи на каштановых почвах (200— 250 кг).
Развитие дернового процесса при формировании черноземов обусловило образование мощного гумусово-аккумулятивного горизонта, накопление элементов питания растений и оструктуривание профиля.
При минерализации органических остатков травянистых формаций в Черноземной зоне создаются близкие к оптимальным условия для гумусообразования. Особенно это проявляется весной и ранним летом, когда в почве достаточно влаги и наиболее благоприятная температура. В период летнего иссушения микробиологические процессы ослабевают, усиливаются реакции поликонденсации и окисления, приводящие к усложнению гумусовых веществ. Гумификация идет в условиях избытка кальциевых солей, насыщения гумусовых веществ кальцием, что практически исключает формирование и вынос водорастворимых органических соединений.
Для черноземного процесса почвообразования свойственны гуматный тип гумуса, сложность гуминовых кислот, преимущественное закрепление их в форме гуматов кальция, пониженное присутствие фульвокислот. Под воздействием гумусовых веществ разложения почвенных минералов практически не происходит; их взаимодействие с минеральной частью почвы приводит к образованию устойчивых органоминеральных соединений.
Вторичные минералы (монтмориллонит и др.) при черноземном процессе образуются как при выветривании первичных минералов, так и путем синтеза из продуктов разложения опада, но они не перемещаются по профилю почвы.
Вместе с накоплением гумуса при черноземообразовании идет закрепление в форме сложных органо-минеральных соединений важнейших элементов питания растений (N, Р, S, Са и др.), а также возникновение в гумусовом слое зернистых водопрочных агрегатов. Последние образуются не только в результате клеящей способности гумусовых веществ, но и при воздействии на почву живых корней травянистых растений и интенсивной жизнедеятельности почвенных животных, особенно червей.
Таким образом, важнейшими особенностями генезиса черноземов являются образование гумусовых веществ, преимущественно гуминовых кислот, взаимодействие их с минеральной частью почвы, образование органоминеральных соединений, водопрочной макроструктуры и вынос из верхних горизонтов почвы легкорастворимых продуктов почвообразования.
Неоднородность факторов почвообразования, изменения климатических условий, растительности определяют особенности черноземообразования в пределах зоны.
Наиболее благоприятные условия для черноземного процесса складываются в южной части лесостепной зоны с оптимальным гидротермическим режимом, приводящим к формированию максимальной биомассы. Севернее более влажные условия климата способствуют выносу оснований из опада, выщелачиванию и даже оподзоливанию черноземных почв.
Южнее уменьшается количество атмосферных осадков, нарастает дефицит влаги в почве, снижается количество поступающих в почву органических остатков, усиливается их минерализация, что приводит к снижению интенсивности гумусообразования и гумусонакопления.
В соответствии с особенностями факторов почвообразования в зоне черноземов выделяют следующие подзоны: оподзоленных и выщелоченных черноземов, типичных черноземов, обыкновенных черноземов, южных черноземов.
Первые две подзоны относятся к южной лесостепи, третья и четвертая — к степи.
Изменения климата, растительности в Черноземной зоне в направлении с запада на восток привели к фациальным различиям черноземных почв, проявляющимся в разной мощности гумусового слоя, содержании гумуса, формах выделения карбонатов, глубине промывания, особенностях водного и теплового режимов.
Черноземы южноевропейской фации, Придунайской и Предкавказской провинций формируются в условиях более мягкого и влажного климата. Они почти не промерзают, быстро оттаивают, глубоко промываются. Биологический круговорот протекает интенсивно; почвообразование охватывает более мощный слой почвы; формируется большая мощность гумусового горизонта при относительно невысоком содержании гумуса (3—6 %). Профиль почвы характеризуется большей промытостью, глубоким залеганием гипса и мицелярной формой карбонатов.
К востоку нарастает континентальность климата, сокращается период вегетации, увеличиваются время и глубина промерзания почв. Черноземы центральных провинций (Среднерусская, Заволжская) развиваются в умеренно континентальных условиях, относятся к средне- и высокогумусным (6—12 %).
Черноземы западносибирской и восточносибирской фаций глубоко промерзают и медленно оттаивают; уменьшаются глубина промачивания и распространение корневых систем растений; сокращается период активного разложения органических веществ. Мощность гумусового горизонта этих черноземов меньше, чем в центральных провинциях, а гумуса в верхнем горизонте несколько больше (5,5—14 %). Сильное растрескивание черноземов в холодное время (и вхождение Na+ в ППК) обусловливает языковатость гумусового профиля. Черноземы восточносибирской фации характеризуются наименьшей мощностью гумусового горизонта с содержанием гумуса от 4 до 9 %, которое резко снижается с глубиной.
С продвижением на восток от центральных провинций уменьшается количество атмосферных осадков и солевые горизонты залегают на меньших глубинах. Как следствие малой промытости почв наблюдается комплексность почвенного покрова.
Далее к востоку черноземные почвы развиваются в предгорных условиях и горных котловинах с большим выпадением осадков, что приводит к более глубокому вымыванию легкорастворимых солей.
Отмеченные зональные и фациальные особенности черноземо-образования находят отражение в степени выраженности основных признаков черноземного типа почв.
Сельскохозяйственное использование почв существенно изменяет природный процесс почвообразования. Прежде всего изменяются характер биологического круговорота веществ, условия формирования водного и термического режимов.
С пахотных угодий при выращивании сельскохозяйственных культур ежегодно отчуждается большая часть создаваемой биомассы, в почву поступает значительно меньше органических остатков. Почва при возделывании яровых и пропашных культур долгое время остается без растительного покрова, что приводит к уменьшению поглощения почвой зимних осадков, усилению промерзания, ухудшению водного режима.
При распашке целинных черноземов разрушается структура почвы как под влиянием усиления минерализации гумуса, так и механических обработок. Происходит снижение гумуса и азота в пахотном слое. Так, количество гумуса в обыкновенном черноземе за 300 лет уменьшилось на 27 % и азота — на 28 % (Адерихин, 1964). Среднегодовые потери гумуса из пахотного слоя типичных и выщелоченных черноземов составляют 0,7—0,9 т/га (Чесняк, 1983).
В пахотных почвах Центрально-Черноземной зоны по сравнению с целинными и залежными землями в пахотном слое произошло значительное снижение гумуса и общего азота