Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

В процессе почвообразования в черноземных почвах не проис- ходит изменений механического и минералогического состава. Су- глинистый механический состав и высокое содержание гумуса обу- словливают высокую емкость поглощения – 30–70 мг-экв. на 100 г почвы. В составе обменных катионов преобладает кальций (более 80 % от суммы) и магний (<20 %). Однако в северных черноземах (оподзоленных и выщелоченных) в состав обменных катионов вхо- дит небольшое количество водорода, а в южных черноземах встре- чается натрий. Степень насыщенности черноземных почв основани- ями достигает 85–100 %. Для гумусовых горизонтов черноземов характерна благоприятная реакция: рН водной вытяжки составляет 6,0–7,5 и только в горизонтах скопления карбонатов (Вк) реакция слабощелочная: рН = 7,5–8,5.

Мощный гумусовый слой с хорошо выраженной водопрочной зернисто-комковатой структурой обусловливает благоприятные фи- зические и водно-воздушные свойства черноземов. В верхней ча- сти гумусовых горизонтов объемная масса почвы не превышает 1– 1,2 г/см3, что определяется их рыхлым сложением. В нижних гори- зонтах (иллювиальном выщелоченном и карбонатном) объемная масса почвы увеличивается до 1,3–1,5 г/см3. Гумусовые горизонты черноземов обладают благоприятной пористостью, равной 50–60 %; в нижних горизонтах она снижается до 40–45 %.

Черноземы обладают высокой водопроницаемостью и влагоем- костью, а также хорошей аэрацией. Они способны удержать в слое 0–150 см до 500 мм влаги, то есть все годовое количество осадков.

Сельскохозяйственное использование. Зона черноземных почв является зоной старой земледельческой культуры. Издавна здесь возделывают зерновые, технические, масличные культуры, широко развито животноводство и плодоводство. О степени сельскохозяй-

ственного использования почв зоны можно судить по следующим данным: пашня занимает 63 %, сенокосы – 6,8, пастбища и выгоны – 13,7 %, леса и кустарники – 3,2 %, остальная часть площади – не- удобные и занятые земли (по Н. Н. Розову).

Основная задача при интенсивном использовании черноземных почв – сохранение и повышение их плодородия. Главными меро-

приятиями в повышении эффективного плодородия черноземных почв являются накопление влаги и правильное ее использование (агротехнические приемы, снегозадержание, орошение и др.), предохранение почв от эрозии и борьба с ней.

71

Черноземные почвы обладают высоким потенциальном плодоро- дием, но в доступных формах они содержат немного элементов пита- ния, поэтому отзывчивы на применение минеральных удобрений и в первую очередь фосфорных. Эффективны также азотные удобрения, особенно в виде весенних подкормок озимых; на калийные удобре- ния лучше отзываются технические культуры и масличные (подсол- нечник). Наиболее эффективны минеральные удобрения на чернозе- мах лесостепи при более благоприятном водном режиме.

Почвы сухих степей

К югу от черноземных степей простираются сухие степи. Основ- ной зональный тип почв в зоне сухих степей – каштановые. Данные почвы распространены на юге Молдавии и Украины, по побережью Черного и Азовского морей, в Восточном Предкавказье, в Среднем и Нижнем Поволжье. Казахстане, южной части Западной Сибири;

отдельными массивами каштановые почвы встречаются в Средней Сибири (Минусинская впадина, Тувинская котловина) и Забайка- лье. Встречается сухая степь на севере Испании и на западе США. Наряду с каштановыми почвами, в зоне сухих степей широко рас- пространены засоленные почвы, которые в комплексе с каштано- выми солонцеватыми составляют 30 % площади зоны.

Климат. Зона сухих степей характеризуется засушливым конти- нентальным климатом, с продолжительным летом и холодной ма- лоснежной зимой. Средняя годовая температура изменяется от 9 ° С на западе европейской части до 2–3 °С на востоке азиатской части страны. Вегетационный период продолжается 170–220 дней. Сумма температур выше 10 ° С колеблется от 3500 ° С на западе до 1600 ° С на востоке. Количество выпадающих осадков уменьшается с севера на юг (от 350 до 250 мм) и с запада на восток (от 300 до 200 мм). Осадки имеют летний максимум. Испаряемость в зоне превышает количество выпадающих осадков в 3–4 раза. Часто наблюдаются засухи с суховеями.

Рельеф и почвообразующие породы. На большей части терри-

тории зоны рельеф равнинный (Заволжская сыртовая равнина, При- каспийская низменность и др.), но встречаются и возвышенности (Тургайская и Казахский мелкосопочник). В равнинной части силь- но развит микрорельеф, что оказывает влияние на комплексность почвенного покрова.

72

Почвообразующие породы разнообразны по происхождению и со- ставу. В европейской части преобладают лессовидные желто-бурые суглинки, в Прикаспийской низменности – пески и суглинки, которые подстилаются морскими засоленными отложениями (шоколадными глинами). Большинство почвообразующих пород зоны карбонатны, многие засолены или подстилаются засоленными породами, что также оказывает влияние на комплексность почвенного покрова.

Растительность. Для сухой степи характерна периодичность ве- гетации растений: растения произрастают ранней весной и осенью, летом степь «выгорает», вегетация прекращается из-за недостатка влаги. Одна из особенностей растительного покрова – его изрежен- ность, растения покрывают поверхность почвы всего на 50–70 %. Травянистый покров представлен преимущественно низкостебель- ными плотнодерновинными злаками – типчаком, тонконогом, ко- вылями; к югу увеличивается видовой состав полыней. Много встречается эфемеров.

Происхождение каштановых почв. Образование каштановых почв происходит под воздействием дернового процесса, который несколько ослабленно проявляется в условиях сухой степи. Здесь ежегодно создается небольшая масса органических остатков – от 40 до 80 ц на 1 га, в биомассе преобладают остатки корней. В биологи- ческий круговорот вовлекается 250–450 кг зольных элементов и азота на 1 га, в 2–3 раза меньше, чем на черноземах.

Процессы разложения и гумификации органических остатков происходят преимущественно в весенний период, в условиях нейтральной и щелочной реакции почвы. В составе гумусовых ве- ществ преобладают гуминовые кислоты. Гумусовые вещества за- крепляются основаниями в верхних горизонтах почвы. В условиях сухой степи на дерновый процесс накладывается солонцовый про- цесс, что является одной из главных особенностей процесса почво- образования. Развитие солонцеватости связано с избытком натрие- вых солей в почвенном растворе.

Классификация и строение профиля каштановых почв. Каш-

тановые почвы делят на три подтипа: темно-каштановые с содержа- нием гумуса 4–5 % и мощностью гумусовых горизонтов (A+B1) 35–45 см; каштановые – гумуса 3–4 %, мощность гумусовых гори- зонтов A+B1 равно 30–40 см и светло-каштановые – гумуса 2–3 %, A+B1 составляет 25–35 см.

73

Близость залегания карбонатов и солонцеватость в профиле почв увеличиваются от темно-каштановых к светло-каштановым почвам.

Впрофиле каштановых почв четко выделяются генетические го- ризонты:

Aд – дернина (целинные почвы);

А – гумусовый каштанового цвета, комковатой структуры, мощ-

ностью 18–22 см (в пахотных почвах – Апах мощностью 20–22 см); B1 – гумусовый переходный;

В2 – горизонт гумусовых затеков; Вк – горизонт максимального скопления карбонатов на глубине

50–60 см (преимущественно в виде «белоглазки»); С – почвообразующая порода с пятнами карбонатов и гипса. Со-

лонцеватость в почвах морфологически проявляется в виде призмо- видной и столбчатой структуры, в уплотненности сложения и ин- тенсивности бурой окраски.

Состав и свойства каштановых почв. В несолонцеватых поч-

вах гранулометрический состав по профилю мало изменяется, или- стая фракция распределена по горизонтам равномерно. Лучшими агропроизводственными свойствами обладают темно-каштановые почвы, которые формируются в северной, более увлажненной части зоны. Суглинистые разновидности каштановых почв содержат больше гумуса, элементов питания, у них выше емкость поглоще- ния, но, как правило, они обладают большей степенью солонцева- тости и карбонатности. Каштановые песчаные и супесчаные почвы несолонцеваты или слабосолонцеваты.

Вгоризонте А темно-каштановых суглинистых почв содержится

4–5 % гумуса, 0,25–0,35 азота, 0,1–0,2 фосфора и 1–2 % калия. Каче-

ственный состав гумуса характеризуется преобладанием гуминовых кислот над фульвокислотами. Содержание гумуса по профилю уменьшается постепенно. Величина емкости поглощения составляет 30–35 мг-экв. на 100 г почвы. Емкость поглощения, содержание гу- муса и валовых форм азота, фосфора, калия уменьшаются от темно- каштановых почв к каштановым и светло-каштановым, а внутри под- типа – от суглинистых разновидностей к супесчаным и песчаным.

Каштановые почвы относятся к почвам, насыщенным основани- ями, в почвенно-поглощающем комплексе содержатся кальций, магний и натрий. По содержанию обменного натрия определяют степень их солонцеватости.

74

Верхние горизонты каштановых почв имеют слабощелочную ре- акцию (рН водной вытяжки 7,2–7,3), в нижних горизонтах щелоч- ность увеличивается. Количество элементов питания в доступных формах колеблется в широких пределах и составляет на 100 г почвы

от 5 до 20 мг Р205 и от 10 до 40 мг К2О.

Физические свойства каштановых несолонцеватых почв вполне удовлетворительны. Водно-физические свойства солонцеватых почв резко ухудшаются. Лучшими по физическим свойствам и увлажнению являются почвы с легким механическим составом.

Сельскохозяйственное использование. Сухие степи – это зона зернового хозяйства и значительно развитого животноводства. В подзонах темно-каштановых и каштановых почв структура земель- ных угодий следующая: пашня составляет 30,9 %, сенокосы – 4,4 %, пастбища и выгоны – 51,5 %, неудобные и занятые земли – 13,2 %. До освоения целинных земель пашня в этой золе составляла неболь- шой процент. В южной части на светло-каштановых почвах по преж- нему основной отраслью является пастбищное животноводство.

Возделывание зерновых, подсолнечника, бахчевых культур и дру- гих сосредоточено преимущественно на темно-каштановых и кашта- новых (с орошением) почвах. Получение устойчивых урожаев воз- можно при условии сохранения и накопления влаги путем снегоза- держания, полезащитного лесоразведения, применения рациональной системы обработки почвы и поливов. Каштановые почвы нуждаются в минеральных удобрениях, особенно в фосфорных и азотных, и от- зывчивы на их внесение. Эффективность минеральных удобрений в наибольшей степени проявляется во влажные годы и при орошении. На каштановых почвах с высокой степенью солонцеватости необхо- димо проводить химическую мелиорацию – гипсование.

В зоне сухих степей сильно проявляется ветровая эрозия, осо- бенно в районах массовой распашки земель. Для предупреждения ветровой эрозии необходимо проводить комплекс агромероприятий, включающий обработку почвы с оставлением стерни на поверхно- сти, полосное земледелие, посев кулис, введение специальных про- тивоэрозионных севооборотов с посевом многолетних трав, посадку полезащитных лесных полос и т. д. При освоении новых земель необходимо учитывать их агропроизводственные свойства: содер- жание гумуса, мощность гумусовых горизонтов, механический со- став, солонцеватость и др.

75

Засоленные почвы

К засоленным почвам относятся солончаки (и солончаковые почвы), солонцы (и солонцеватые почвы). Засоленные почвы не имеют самостоятельной почвенной зоны, они встречаются во мно- гих зонах, поэтому получили название интразональных почв. Наиболее распространены они в зонах сухих и пустынных степей, а также в зоне пустынь.

Солончаки. К солончакам относятся почвы, весь профиль кото- рых, в том числе и поверхностные горизонты, содержат много лег- корастворимых солей (от 0,6 до 3 % и более). При высокой концен-

трации их в почвенном растворе нарушается снабжение растений водой и элементами питания. Поэтому растительность на солонча- ках отсутствует или представлена лишь галофитами – солянками.

Солончаки формируются преимущественно по пониженным элементам рельефа (впадины, приозерные террасы и т. д.), а также по берегам морей и соленых озер. Основное условие, способствую- щее образованию солончаков – накопление солей в почвообразую- щих породах (автоморфные солончаки) и в грунтовых водах (гид- роморфные солончаки). При близком залегании минерализованных вод, в условиях выпотного водного режима, развивается солончако- вый процесс.

Солончаки подразделяются по химическому составу, в плотном остатке (т. е. в остатке, который получается после выпаривания водной вытяжки этих почв) которых содержатся легкорастворимые соли. Выделяются следующие подтипы солончаков:

1)хлоридные;

2)сульфатные;

3)содовые;

4)сульфатно-хлоридные;

5)хлоридно-сульфатные.

Кроме того, солончаки подразделяются по характеру корки на поверхности почвы на подтипы: корковые с плотной коркой на по- верхности; пухлые с пухлым слоем на поверхности; мокрые, имею- щие на поверхности гигроскопические соли; СаС12; черные, содер- жащие Na2CO3. Наиболее вредны для растений соли NaCl и NaHC03+Na2C03. Профиль солончаков слабо дифференцирован на генетические горизонты, в нем можно выделить гумусовый слой А, переходный горизонт В и почвообразующую породу С.

76

Состав и свойства солончаков. Солончаки относятся к почвам с малым содержанием гумуса и элементов питания. Реакция этих почв слабощелочная (рН 7,3–7,5), в содовых солончаках щелоч- ность резко увеличивается и рН достигает 9–11. Солончаки харак- теризуются низким природным плодородием.

Сельскохозяйственное использование. В орошаемых районах в результате неправильного орошения могут образовываться солон- чаки, которые называются вторичными или ирригационными. Мас-

сивы почв с вторичными солончаками полностью выпадают из сельскохозяйственного использования. В естественном состоянии солончаки и солончаковые почвы используют под пастбища с низ- кой продуктивностью. Освоение этих почв возможно при сложных дорогостоящих мелиоративных мероприятиях, направленных на удаление солей. Таким мероприятием является промывка с отводом промывных вод. На промытых почвах для повышения их плодоро- дия необходимо внесение органических и минеральных удобрений. В начале освоения проводится посев солеустойчивых культур (лю- церна, донник белый, суданская трава, затем просо, ячмень и др.).

Солонцы. Солонцами называют почвы, в иллювиальном (В) го-

ризонте которых в поглощенном состоянии содержится обменного натрия в количестве более 15 % от емкости катионного обмена. Почвы с количеством обменного натрия менее 15 % относятся к солонцеватым Легкорастворимые соли в солонцах, в отличие от со- лончаков, накапливаются на некоторой глубине, а верхняя часть профиля горизонт А их практически не содержит.

Обменный натрий встречается практически во всех почвах, но его количество обычно не превышает 3 %. Развитие солонцового процесса происходит при количестве обменного натрия более 5 % от емкости обмена. При этом возникают неблагоприятные для рас- тений свойства солонцеватости: щелочность, дисперсность колло- идов, набухаемость, дефицит влаги, высокая плотность, физиологи- ческая ядовитость катиона натрия. Солонцы имеют дифференциро- ванный профиль, в котором выделяются следующие горизонты:

А – надсолонцовый гумусово-элювиальный, с облегченным гра- нулометрическим составом, относительно благоприятными агроно- мическими признаками, от 3до 25 см;

B1 – иллювиальный солонцовый гумусовый, темно-бурой окрас- ки, со столбчато-призматической или глыбистой структурой, силь-

77

ноплотного сложения, тяжелого гранулометрического состава.

Имеет крайне неблагоприятные для растений физические и водные характеристики, высоко щелочной, практически непроницаем для корней растений;

В2 – подсолонцовый иллювиальный, содержащий гипс и карбо- наты в виде белоглазки;

С – почвообразующая порода (в верхней ее части – скопление солей).

Столбчатые отдельности горизонта В1 легко распадаются на оре- ховатые, на гранях которых отмечается глянцевидная лакировка. В сухом состоянии – плотный, трещиноватый, во влажном – вязкий, бесструктурный, мажущийся. При высыхании горизонт В1 отлича- ется большой плотностью. При рытье ямы его приходится проби- вать ломом. В сыром же состоянии он набухает, закупоривает тре- щины и становится почти непроницаемым для воды. Солонцы ха- рактеризуются низкой пористостью и водопроницаемостью. Вес- ной, после таяния снега, и осенью, после дождей, солонцы раз- мокают и превращаются в липкую вязкую грязь, становясь совер- шенно непроходимыми и непроезжими.

Общая мощность солонцов варьирует в зависимости от их геогра- фического распространения от 40 до 100 см. Солонцы классифици- руются по двум признакам – по составу солей и характеру структуры горизонта В. По составу солей солонцы подразделяются так же, как и солончаки. В зависимости от мощности горизонта А и, следователь- но, от глубины залегания горизонта В различают следующие разно- видности солонцов: корково-столбчатые – мощность горизонта А 3–7 см, среднестолбчатые – 7–15 см, глубокостолбчатые солонцы – 15–25 см. По характеру структуры горизонта В солонцы бывают призматические, столбчатые, глыбистые и ореховатые.

Солонцеватость снижает урожаи большинства сельскохозяй- ственных культур. Для защиты почв при орошении от ощелачива- ния, содового засоления, осолонцевания необходимо: периодически

вносить в почву или с поливной водой небольшие дозы химических мелиорантов (гипс, минеральные кислоты); применять физиологи- ческие кислые азотные (сульфат аммония, аммиачная селитра, сульфат-нитрат аммония, аммофос и др.) и кальцийсодержащие (суперфосфат простой и двойной) удобрения; вводить в севооборо- ты многолетние бобовые травы.

78

Восстановление почв содового засоления требует применения целого комплекса мероприятий: промывок почв с глубоким дрена- жем; внесения высоких доз химических мелиорантов (серной кис- лоты, гипса); внесения больших норм органических и физиологиче- ски кислых азотных удобрений.

Контрольные вопросы

1. Раскрыть принципы построения современной классификации почв.

2. Каковы были подходы к классификации почв до работ В. В. Докучаева?

3.Как проявляется горизонтальная зональность почв?

4.Как проявляется закон вертикальной поясности почв?

5.Охарактеризовать закон аналогичных топографических рядов

почв.

Литература

1.Добровольский В. В. География почв с основами почвоведе-

ния. – М., 2007. С. 160, 339–351.

2.Геннадиев А. Н., Глазовская М. А. География почв с основами почвоведения. – М., 2007. С. 187–231.

3.Серебряков А. К. География почв с основами почвоведения: курс лекций. Ч. 2. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 1999. С. 4–11.

4. ГОРОДСКИЕ ПОЧВЫ

Цель: рассмотреть трансформацию почв в условиях города; дать характеристику экологии, современную классификации городских почв. Раскрыть существующие подходы к восстановлению город- ских почв.

Особенности городских почв

Современные города являются специфическими урбаноэкоси- стемами, в которых одной из базовых компонентов является почва. Выполняя важные средообразующие функции, почва влияет на хи- мический состав воздуха, атмосферных осадков и подземных вод,

79

выступает универсальным физико-химическим и биологическим адсорбентом, поставщиком и регулятором содержания углекислого газа, кислорода и азота в воздухе. Высокий уровень антропогенной

итехногенной нагрузки на почвы в крупных мегаполисах приводит к их деградации, снижению плодородия и средозащитных функций. В городах на почвенный покров идет селитебное, промышленное, транспортное, сельскохозяйственное, лесотехническое, водохозяй- ственное и рекреационное воздействие. Современные городские почвы значительно отличаются от естественных почв. При этом на

сегодняшний день естественный почвенный покров большей части крупных городов фактически уничтожен. Он сохранился лишь ост- ровками в городских лесопарках. Вместо естественных почв в горо- дах сформировались урбаноземы, возникающие в результате пере-

мешивания и загрязнения естественной почвы несвойственными ей строительными материалами, бытовым мусором, нефтепродуктами

иотходами промышленного производства. Значительное уплотне- ние, нарушение структуры и загрязнение почв влияют на состав и развитие растительных сообществ в черте города.

Городские почвы – это антропогенно измененные почвы, име- ющие созданный в результате человеческой деятельности поверх- ностной слой мощностью более 50 см, полученный перемешивани- ем, насыпанием, погребением или загрязнением материалами урба-

ногенного происхождения (в т. ч. строительно-бытовой мусор).

В городских почвах отчетливо проявляются два вида техногенного воздействия: загрязнение и преобразование. Загрязнение почв про- исходит в результате привнесения не свойственных им элементов, нарушения местами внутрипочвенных связей, не затрагивая при этом ведущих (зональных) геохимических процессов. Преобразова- ние почв происходит в результате их полной деградации (эволюции) с коренным изменением консервативных показателей (валового со- става, рН, почвенного поглощающего комплекса и др.).

Отличительные черты городских почв Материнской породой часто являются насыпные, намывные

или перемешанные грунты, культурный слой. Грунт – субстрат,

состоящий из минерального и органического вещества природного и антропогенного происхождения. Плодородный грунт – грунт, ис- кусственно формируемый из минерального и органического мате-

80