Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

мификации травянистых остатков происходит образование гумино- вых кислот. При их закреплении в почве верхние горизонты ее окрашиваются в темный цвет (серый, темно-серый, черный). Обра- зование гумуса, наличие коллоидов, оснований кальция и магния в почве способствуют созданию водопрочной комковатой структуры. При дерновом процессе почвообразования улучшаются физические, физико-химические свойства почвы и создаются благоприятные условия для развития полезной микрофлоры.

Дерновый процесс, протекающий под воздействием травянистой растительности, приводит к формированию в верхней части профи- ля подзолистой почвы дернового горизонта различной мощности, но даже при длительном проявлении дернового процесса в горизон- те A1 не накапливается большого количества гумуса и элементов питания. Органические остатки травянистой растительности, про- израстающей на подзолистой почве, имеют низкую зольность и не- большое содержание азота. Они промываются атмосферными осад- ками и еще больше обедняются (в том числе основаниями кальция, магния), что приводит к их замедленной минерализации. В процес- се гумификации из таких органических остатков образуются по- движные гумусовые вещества, которые лишь частично закрепляют- ся минеральными соединениями верхнего слоя почвы. Профиль

дерново-подзолистой почвы под естественной растительностью имеет следующее строение:

А0 – Ад – лесная подстилка или дернина мощностью 3–5 см;

A1 – дерновый или гумусово-аккумулятивный горизонт светло- серого цвета, более 5 см;

А2 – подзолистый, белесой окраски, сплошной мощностью 5–25 см и более;

В– иллювиальный, бурой окраски, 80–100 см, постепенно пере- ходящий в материнскую породу С.

При освоении дерново-подзолистых почв они пашутся на глуби- ну дернового горизонта. В пахотных почвах выделяется пахотный слой Апах.

Взависимости от степени проявления дернового и подзолистого

процессов дерново-подзолистые почвы подразделяются на виды. При этом учитывается мощность гумусового горизонта, степень подзолистости и глубина оподзоливания.

61

Почвы лесостепной и степной зон

Южнее таежно-лесной зоны простирается лесостепная зона, пе- реходная к степям. В европейской части России зона лесостепи представлена сплошной, но неровной полосой, за Уралом – она находится в пределах юга Западно-Сибирской низменности, во- сточнее эта зона расположена отдельными массивами, преимуще- ственно по межгорным впадинам. В северной части лесостепи рас- пространены серые лесные почвы. Остальная часть зоны представ- лена черноземами. В. П. Ковриго (2000) в зоне серых лесных почв выделяет шесть природно-сельскохозяйственных провинций: Сред- нерусскую, Предуральскую, Западно-Сибирскую, Северопредал- тайскую, Среднесибирскую и Забайкальскую.

Климат лесостепи неоднороден: на западе мягкий умеренно теплый и достаточно влажный, на востоке континентальный со зна- чительным уменьшением осадков. Средняя годовая температура воздуха от +7° на западе до -4° на востоке. Для климата лесостепи

характерно примерно равное отношение между выпадающими осадками и испаряемостью. Среднее годовое количество осадков колеблется от 600 мм на западе до 300 мм на востоке, основное ко- личество осадков выпадает в теплое время года (около 70 %). Ко- эффициент увлажнения на западе составляет 1–1,2, на востоке уменьшается до 1–0,7. Таким образом, на западе в северной части лесостепи господствует периодически промывной водный режим, а южнее и восточнее – непромывной.

Рельеф и почвообразующие породы. Рельеф лесостепи в евро-

пейской части представлен волнистой равниной, сильно и глубоко расчлененной речной сетью, балками и оврагами (следы эрозион- ных процессов). На западе почвообразующими породами служат лёссовидные суглинки и лёссы, в центральной части (до Урала) – покровные суглинки, и местами морены. Для юга Западной Сибири характерен рельеф равнинный, представленный слабодренирован- ной низменностью. В восточной части зоны рельеф становится ува- листо-равнинным, расчлененным и дренированным. Из почвообра- зующих пород наибольшее распространение в Сибири имеют лёс- совидные суглинки и глины. Большинство почвообразующих пород (лёссовидные суглинки, лёссы) богаты карбонатами.

Растительность представлена травянистыми лесами, чередую- щимися с безлесными участками северных луговых степей с преоб-

62

ладанием ковыля перистого, тимофеевки степной, келерии тонкой, овсяницы желобчатой и др. Древесные породы представлены в Среднерусской провинции дубом с примесью липы, ясеня и клена, в Предуральской – пихтой, елью сибирской, сосной, березой, липой, осиной, кленом и вязом (дуб встречается редко). В Западно- Сибирской и Предалтайской провинциях – березой, осиной и сос- ной. В Средней Сибири и Забайкалье в основном березой и лист- венницей.

Растительность лесостепи в прошлом характеризовалась чередо- ванием массивов травянистых лиственных лесов с участками луго- вых степей. В настоящее время под воздействием производственной деятельности человека те и другие претерпели значительные изме- нения, участки луговых степей полностью распаханы, освоены и значительные площади земель из-под леса. Леса произрастают в виде отдельных дубрав, рощ, сосновых боров.

Почвенный покров и образование серых лесных почв. Ос-

новной тип почв в северной части лесостепи – серые лесные почвы. Длительный период времени среди почвоведов шли споры по пово- ду происхождения серых лесных почв. В. В. Докучаев (1883) счи- тал, что это самостоятельный зональный тип почв, сформировав- шийся в условиях лесостепи. С. И. Коржинский (1887) отстаивал

гипотезу образования серых лесных почв в результате деградации черноземов при воздействии на них леса. В. И. Талиев и П. Н. Крылов разработали гипотезу образования серых лесных почв в результате улучшения дерново-подзолистых почв при смене био- климатических условий. Известный почвовед В. Р. Вильямс при- держивался этой же теории. И. В. Тюрин считал, что серые лесные почвы произошли в результате эволюции дерново-глеевых почв.

Современное понимание генезиса серых лесных почв заключает- ся в том, что этот тип почв сформировался под преобладающим

влиянием дернового процесса в сочетании со слабым развитием подзолистого процесса и лессиважем (т. е. перемещением глини-

стых частиц из верхних горизонтов почвы в нижние без изменения химического состава). В Западной Сибири с дерновым и подзоли- стым процессами сочетается третий процесс – болотный, который проявляется в профиле почв в виде оглеения.

От дерново-подзолистых почв профиль серых лесных почв отли- чается более мощным гумусовым слоем, отсутствием сплошного

63

подзолистого горизонта, наличием сероватых тонов в оподзоленном и нижележащих слоях.

Строение профиля серых лесных почв. В профиле серых лес-

ных почв выделяют следующие горизонты: А0 или Ад – слой подстилки или дернины;

А1 – гумусовый, серой окраски, структура водонепрочная, мел- кокомковатая, мощностью 25–30 см;

А2 – элювиальный или горизонт вымывания, гумусово- оподзоленный, белесоватого цвета, имеет признаки оподзоливания

– кремнеземистую присыпку на гранях структурных отдельностей, мощностью около 20 см. Цвет горизонта более светлый по сравне- нию с гумусовым, структура пластинчатая или листоватая к низу переходящая в ореховатую;

В – иллювиальный или горизонт вмывания, мощностью 90– 100 см. Цвет коричневато-бурый, структурность ореховатая, с глу- биной размеры отдельностей увеличиваются, поверхность струк- турных отдельностей покрыта темно-коричневой железо- марганцевой пленкой;

С – почвообразующая порода бурого или желтоватого цвета (лессовидный суглинок), структура призматическая.

Пахотные почвы имеют сверху пахотный слой – Апах распылен- но-комковатой структуры, мощностью 20–25 см.

Классификация и свойства серых лесных почв. Тип серых лесных почв делят на три подтипа: светло-серые, серые и темно- серые. Наибольшие отличия между подтипами проявляются в мощ- ности гумусового слоя, содержании гумуса и степени оподзоливания.

Содержание гумуса в серых лесных почвах колеблется от 3 до 8 % (светло-серые 2–3 %, темно-серые 4–9 %). В составе гумуса от- ношение гуминовых кислот к фульвокислотам равно 0,9–1,3 у се- рых почв и 1,2–1,9 у темно-серых. Содержание общего азота воз- растает от светло-серых к тёмно-серым. В пахотном слое серых лесных почв количество подвижных форм Р2О5 колеблется от недо- статочной до высокой обеспеченности, содержание обменного ка- лия приближается к средней обеспеченности. Их наличие во мно- гом определяется степенью окультуренности почв.

Серые почвы не насыщены основаниями (70–85 %), имеют слабо- кислую реакцию (рН солевой вытяжки от 5,0 до 6,5). Гидролитическая кислотность в этих почвах хорошо выражена, и ее величина может

64

достигать 5–7 мг-экв. на 100 г почвы. Емкость поглощения колеблется от 18 до 30 мг-экв. на 100 г почвы. Лучшими свойствами (физически- ми, физико-химическими и др.) обладают темно-серые почвы.

Сельскохозяйственное использование. Серые лесные почвы отличаются высоким плодородием и при правильном использова- нии дают хорошие урожаи сельскохозяйственных культур. В запад-

ных районах зоны серых лесных почв выращивают в открытом грунте раннеспелые, среднеспелые и некоторые позднеспелые по- левые, пропашные, овощные, плодовые и ягодные культуры. К во- стоку от Урала в результате уменьшения продолжительности веге- тационного периода возделывание среднеспелых культур ограниче- но. Используются сорта главным образом раннеспелых культур.

Серые лесные почвы подвержены водной эрозии, так, например, в Предуральской провинции деградировано 70–80 % пашни. Поэто- му здесь необходимы противоэрозионные мероприятия. Для под-

держания бездефицитного баланса гумуса в почвах и улучшения структуры необходимо ежегодно вносить не менее 10 т/га органи- ческих удобрений в виде навоза, торфа, различных органических компостов, сидератов, соломы и т. д. Важным мероприятием при земледельческом использовании серых лесных почв является из- весткование, оно способствует нейтрализации кислых почв, по- ступлению питательных веществ в корни растений, усилению мик- робиологической активности, улучшению структурности почвы и качеству растениеводческой продукции. Однако следует учитывать, что при внесении повышенных доз известковых удобрений снижа- ется подвижность бора, цинка, меди, марганца, а иногда и калия.

Большинство серых лесных почв содержит недостаточное коли- чество усвояемых форм азота, фосфора и калия, поэтому примене- ние минеральных удобрений является мощным фактором повыше- ния урожайности сельскохозяйственных культур. Наибольшей эф- фективности мероприятий по повышению плодородия серых лес- ных почв достигается только при их комплексном применении.

Почвы степей. Черноземные почвы на территории России име- ют широкое распространение, встречаются они южнее серых лес- ных почв.

Климат. Изменение климата в зоне черноземных почв происхо-

дит от умеренно теплого и сравнительно влажного на западе до умеренно холодного и сухого на востоке.

65

Среднегодовая температура колеблется от +10° на западе до -2° С на востоке. Продолжительность периода вегетации на западе со- ставляет 150–180 дней, на востоке – 90–140 дней. Сумма темпера- тур выше 10° С в лесостепной зоне достигает в западных районах 2400–3200 0С, в восточных – 1400–1600 °С, в степной части зоны соответственно изменяется от 2300–3500 до 1500–2300 °С. Годовое количество осадков в европейской части составляет 500 мм (наибольшее в Предкавказье – 600 мм) и постепенно уменьшается на востоке до 300–350 мм. Выпадают они преимущественно в лет- ний период. В целом зона характеризуется недостаточным увлаж- нением. В лесостепной зоне распространения черноземов отноше- ние количества осадков к испаряемости равно 0,77–1, в этих усло- виях периодически проявляется промывной водный режим. Южнее в степной зоне возрастает дефицит влаги, преобладает испаряе- мость над количеством осадков и отношение между ними составля- ет 0,50–0,66. В степной зоне господствует непромывной водный режим, часто наблюдаются засухи в весенне-летнее время, сопро- вождаемые суховеями и пыльными бурями.

Рельеф. В европейской части рельеф зоны равнинный, слегка волнистый, в северной части расчленен оврагами, балками и доли- нами рек, в южных районах он наиболее спокойный, но среди ров- ных массивов встречаются замкнутые понижения – поды, западины.

На территории зоны в европейской части встречается и несколь- ко возвышенностей – Волыно-Подольская, Средне-Русская, При- днепровская, Донецкий кряж, Приволжская и Общий Сырт. За Ура- лом равнинный рельеф Западно-Сибирской низменности сменяется Казахским мелкосолочником, восточнее черноземы встречаются на равнинных участках предгорий Алтая и межгорным впадинам.

Почвообразующие породы представлены в основном лессами и лессовидными суглинками. Местами преобладают глинистые поро- ды, (Предкавказье, Поволжье и Заволжье и др.) и засоленные (За- падная Сибирь и др.). Большинство почвообразующих пород харак- теризуются карбонатностью и значительным содержанием пылева- тых частиц (размер от 0,05 до 0,001 мм), последнее способствует проявлению водной и ветровой эрозии.

Растительность. В естественном состоянии растительность юга лесостепи представляет сочетание небольших участков лесов, пре- имущественно дубовых, с массивами луговых степей, богатых раз-

66

нотравьем. Образование черноземов происходит под травянистой лугово-степной растительностью. Естественная растительность лу- говых степей представлена главным образом ковылями (несколько видов); типчаком, тонконогом, из бобовых – лядвенцем, желтой люцерной, эспарцетом и др., из разнотравья – шалфеем, колоколь- чиком, таволожкой и др. Травянистый покров густой и степень по- крытия почвы достигает 90 %. В степной зоне в связи с недостатком влаги растительность менее пышная и разнообразная, она представ- лена разнотравно-ковыльной и типчаково-ковыльной ассоциация- ми. Степень покрытия почвы составляет от 70 до 40 %. Немалая роль в образовании черноземов принадлежит почвенной фауне.

Происхождение черноземов. Черноземные почвы образовались под травянистой растительностью луговых степей (по Вильямсу, под воздействием дернового процесса). Процесс черноземообразо- вания имеет ряд особенностей. Для него характерно ежегодное по- ступление большого количества органических остатков травяни- стых растений (100–200 ц на 1 га), из них на долю корней прихо- дится 40–60 %. Органические остатки обладают высокой зольно- стью, богаты азотом и основаниями. Таким образом, в биологиче-

ский круговорот веществ поступает ежегодно большое количество азота и зольных элементов (600–1200 кг на 1 га).

Разложение травянистых остатков и процесс гумификации про- текают в благоприятных условиях, которые создаются в этой зоне.

Процесс гумификации происходит весной и ранним летом при наличии достаточного количества тепла и влаги, затем этот период сменяется летним иссушением, что способствует сохранению и накоплению гумуса Гумус в черноземах прочный, слабо поддается минерализации. Образование гумусовых веществ протекает в массе почвы до глубины проникновения корневых систем в слабощелоч- ной или нейтральной среде. Преобладающая форма гумусовых ве- ществ в черноземах – гуминовые темноокрашенные кислоты. Они быстро нейтрализуются кальцием растительных остатков и карбо- натов почвообразующей породы, поэтому не оказывают разлагаю- щего действия на минеральную часть почвы. Отсутствие промывно- го водного режима, богатство почвы и породы кальцием способ- ствуют закреплению гумусовых веществ в верхних горизонтах.

Образующиеся гуминовые кислоты взаимодействуют с мине- ральными коллоидами, что способствует образованию водопрочной

67

комковато-зернистой структуры почвы в слое максимального раз- вития корней.

Интенсивность черноземообразования в зоне неодинакова.

Наилучшие условия для развития черноземов создаются в южной части лесостепи, но в черноземах лесостепи при наличии периоди- чески промывного водного режима и при участии в процессах поч-

вообразования лесной растительности наблюдается выщелачивание (вымывание) карбонатов в нижележащие слои и некоторое оподзо- ливание. Таким образом, для черноземообразования характерны накопление большого количества гумуса и элементов питания, мощный гумусовый слой и водопрочная структура.

Классификация черноземов. После работ Л. И. Прасолова,

Н. Н. Розова и Е. И. Ивановой сложилось представление о едином

типе чернозема и разделении его на пять подтипов в соответствии с природной зональностью на Русской равнине, где с севера на юг более или менее закономерно прослеживается смена подтипов чер- нозема: оподзоленные и выщелоченные в северной лесостепи, чер- ноземы типичные в южной лесостепи, черноземы обыкновенные в

северной степи и черноземы южные в южной степи на переходе к сухим степям. Каждому подтипу черноземов свойственна самостоя- тельная подзона. Подзоны четко прослеживаются с севера на юг, особенно в европейской части.

В соответствии с «Классификацией и диагностикой почв СССР» 1977 г., различия между черноземами разных родов отражают раз- личия материнских пород и истории развития почв. Виды чернозе- мов выделяются:

по мощности гумусовых горизонтов А+В (в см):

Различают также черноземы, перерытые землероями и слитые, орошаемые и плантожированные. По степени смытости различают черноземы слабосмытые (смыта поверхностная часть гумусового

68

горизонта А), среднесмытые (смыта верхняя половина горизонта А), сильносмытые (смыт весь горизонт А). Кроме того, в балках, западинах встречаются намытые черноземы с повышенной мощно- стью перегнойного горизонта и всей почвы.

Строение профиля черноземов. Профиль типичных черноземов имеет следующее строение:

Ао – степной войлок (1–3 см), остатки травянистой растительности; А – гумусовый горизонт, однородной насыщенной черной или темно-серой окраски, структура зернистая, комковато-зернистая,

насыщен корнями растений; В1 – гумусовый переходный горизонт с неравномерной чернова-

то- бурой окраской, комковато-зернистый; В2 – переходный горизонт, неоднороден по окраске, с преобла-

данием бурых тонов. Встречаются языки и затеки гумуса, гумусо- вые пятна. Интенсивно перерыт землероющими животными, при- сутствуют кротовины и червороины. В нижней части присутствуют карбонатные новообразования в виде карбонатной плесени, прожи- лок, псевдомицелия;

ВС (Вк) – переходный к породе, карбонатно-иллювиальный с обилием конкреционных новообразований извести в виде белоглаз- ки, журавчиков и др. Общее накопление CaCO3 достигает 10–14 %, с глубиной количество извести уменьшается до стабильных значе- ний, характерных для материнской породы. Структура обычно призматическая;

С – почвообразующая порода.

В строении профиля всех подтипов черноземов имеются общие признаки, характерные для черноземного типа. Первый признак – в профиле черноземов выделяют мощный темноокрашённый гумусо- вый слой (от 50 до 100 см); у некоторых видов черноземов он может достигать 150–200 см.

Второй признак, характерный для строения черноземов, – слабая дифференциация профиля на генетические горизонты. Мощный гуму- совый слой постепенно переходит в почвообразующую породу. Одна- ко гумусовый слой на всем протяжении имеет неодинаковую окраску, поэтому его подразделяют на несколько горизонтов: гумусовый черно- го или темно-серого цвета и переходный гумусовый. Мощность гори- зонтов A+B1 составляет общую мощность гумусового слоя.

У черноземов оподзоленных и выщелоченных ниже В2 залегает иллювиальный горизонт В3, выщелоченный (т. е. вымытый) от кар-

69

бонатов, постепенно переходящий в почвообразующую породу С, в которой на глубине 130–150 см находится скопление карбонатов в виде известковых трубочек и журавчиков.

Черноземы оподзоленные имеют в гумусовом слое признаки оподзоливания в виде кремнеземистой присыпки (SiO2) по граням структурных отдельностей (в B1). Кремнеземистая присыпка –

главный отличительный морфологический признак оподзоленных черноземов, она придает профилю пепельный оттенок.

Учерноземов типичных, обыкновенных и южных ниже гумусо-

вого слоя и горизонта В2 выделяется горизонт максимального скоп- ления карбонатов – карбонатно-иллювиальный Вк, постепенно пе- реходящий в почвообразующую породу С.

Третий признак, свойственный профилю черноземов – наличие зернистой (в целинных черноземах) и зернисто-комковатой струк- туры в верхней части гумусового слоя, переходящей затем в ниж- ней части в крупнокомковатую.

В профиле целинных черноземов выше поверхности почвы

обычно еще выделяют слой степного войлока А0 (наземная масса отмерших растений). На пахотных почвах выделяют пахотный слой Апах (верхняя часть горизонта А).

Учернозема южного мощность гумусового горизонта сокраща- ется до 25 см, карбонаты присутствуют уже в гумусовом горизонте.

Внизу профиля в нижней части горизонта ВС часто содержатся мелкие новообразования гипса и легкорастворимых солей.

Черноземы Западной Сибири отличаются от равных им подтипов европейской части маломощностью, большей гумусностью и силь- ной языковатостью, что связано с их глубоким промерзанием. Ил-

лювиальные горизонты этих черноземов обладают уплотненностью (признак солонцеватости).

Состав и свойства черноземов. Черноземы содержат гумуса от 4–9 до 10–13 % и более. Запасы его составляют от 270 до 750 т на 1 га. По профилю почв он убывает постепенно. В гумусе чернозе- мов преобладают гуминовые кислоты на фульвокислотами в отно- шении 1,5–2, они преимущественно связаны с кальцием. Чернозем-

ные почвы среди других почв выделяются высоким потенциальным запасом элементов питания и особенно азота. Содержание послед-

него в черноземах колеблется от 0,2 до 0,5 %, Р2О5 – от 0,15 до

0,30 % и К2О – от 2,0–2,5 %.

70