Влияние разных способов стерилизации на биологическую активность почв

Севернее более влажный  климат способствует большему выносу оснований из опада, образованию  более ненасыщенных гумусовых кислот, что приводит к некоторому разрушению первичных минералов и появлению  слабых признаков оподзоливания  почв.

К югу при нарастании дефицита влаги происходит уменьшение растительного  опада, ухудшение его состава, что  приводит к формированию менее богатых  органическим веществом и элементами питания подтипов черноземных почв(Вальков, Казеев, Колесников, 2012).

Новообразования карбонатов в виде белоглазки, мучнистых выделений округлой формы представляют собой более старые выделения и присущи, как правило, черноземам обыкновенным и южным. Выделения карбонатов в виде твердых конкреций — журавчиков и дутиков — приурочены к черноземам типичным. В черноземах Восточной Сибири выделения карбонатов имеют мучнистую форму и часто образуют сплошной мучнистый горизонт.

Для химического состава  черноземов характерно высокое содержание гумуса (от 6 до 15% и выше), которое постепенно убывает с глубиной параллельно сокращению числа корней в почве. В составе гумуса преобладают гуминовые кислоты, связанные преимущественно с кальцием. Отношение Сг :Сф = 1,5-2. Такой состав гумуса способствует формированию водопрочной структуры черноземных почв.

Реакция перегнойно-аккумулятивных горизонтов черноземов близка к нейтральной (pH 6,5-7,5), иллювиальных карбонатных горизонтов — слабощелочная (pH 7,5-8,5) (Вальков и др., 2008).

Емкость обмена черноземных почв значительна и в разных подтипах в зависимости от механического состава колеблется от 35 до 55 мг-экв на 100 г почвы. Книзу емкость обмена падает. В составе обменных оснований преобладает кальций, на долю которого приходится 75-80% емкости обмена, и магний, на долю которого приходится 15-20% емкости обмена. Иногда в южных вариантах черноземных почв в числе обменных оснований появляется в незначительных количествах натрий, а в северных вариантах черноземных почв — некоторое количество поглощенного водорода.

Черноземные почвы имеют водопрочную структуру, благодаря чему в этих почвах создается оптимальный водно-воздушный режим. Правда, в пахотных почвах прочность структурных агрегатов понижается, происходит распыление пахотного слоя (Кулижский и др., 2004).

Черноземы степей России по биоклиматическим особенностям разделяются  на четыре фации; для некоторых специфичны экологические особенности земледельческого использования (табл. 1).

Таблица 1 - Биоклиматическая оценка фаций черноземов по экологическим особенностям земледельческого использования

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 внутрипочвенноеоглиниванне. 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 (Ковда и др., 1986).

Фациальность черноземов проявляется в неоднородности их карбонатного профиля. Южноевропейская фация черноземов отличается повышеннойкарбонатностью. 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).

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(Костычев, 1949).

Рис. 1. Строение черноземов южноевропейской фации: 1 - чернозем обыкновенный (карбонатный); 2 - чернозем типичный; 3 - чернозем выщелоченный; 4 - черноземно-луговая почва.

2. Каштановые почвы

В Южном федеральном округе каштановые почвы занимают сухие  и пустынные равнины и низменности  Предкавказья и Нижнего Поволжья.

Географически к югу от черноземных степей простираются сухостепные  пространства с каштановыми почвами: от низовий Дуная до Монголии и  Китая. Каштановые 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  (Кулунда); отдельными массивами каштановые почвы  встречаются и Средней Сибири (Минусинская впадина, Тувинская  котловина) и Забайкалье.

Условия почвообразования

Каштановые почвы формируются  в сухом континентальном климате  с теплым засушливым продолжительным  летом и холодной зимой с незначительным снежным покровом. Средняя годовая  температура воздуха около 9°C. Средняя температура января около -6– -7° и июля от +20 до +25° С. Сумма температур выше 10°С составляет 3300-3500°. Осадков выпадает мало: на севере зоны – 350 - 400 мм, в центре – 320 - 350 мм и на юге около 250 - 300 мм. Коэффициент увлажнения составляет 0,25 - 0,40. Часты суховеи, оказывающие губительное влияние на развитие растительности. Количество выпадающих осадков лимитирует развитие травянистой растительности. Незначителен объем фитомассы. Травы представлены засухоустойчивыми ценозами и не образуют сплошного покрова. Для него характерны низкорослость, комплексность и изреженность. Проективное покрытие не превышает 70 %. К югу с усилением засушливости климата и солонцеватости почв пестрота растительного покрова увеличивается.

В северных частях зоны растительность представлена типчаково-ковыльными степями, в состав которых входят различные  виды злаков: ковыли, типчак, тонконог с примесью разнотравья. В Центральной  части зоны преобладают полынно-типчаковые и полынно-типчаково-ковыльные степи. На юге – типчаково-полынные и  полынно-типчаковые степи со значительной примесью эфемеров и эфемероидов. Среди  них наибольшее распространение  имеют мятлик луковичный, тюльпаны, ирисы, маки. Большое место занимают кустарники карагана, спирея. На солонцеватых почвах произрастают типчак, различные  виды полыни, а также разнотравье  – прутняк, ромашник, грудница шерстистая, тысячелистник благородный. Климатические  условия обуславливают резкую периодичность  биологических циклов. Они подавляются  зимой и затухают летом в периоды  длительных засух.

Фации каштановых почв

Каштановые почвы Юга  России относятся к двум фациям: южно-европейской и восточно-европейской. Для каштановых почв типично количество выпадающих осадков 250–350 мм при коэффициенте увлажнения Кy = 0,33–0,55. Однако у фаций  существенно отличаются зимние температуры. Профиль каштановых почв восточно-европейской  фации находится в состоянии  мерзлотного покоя в течение 2–3 месяцев. Наиболее суровые и континентальные  условия в пределах Заволжской провинции (северо-восточная часть Волгоградской  области). Донская провинция темно-каштановых и каштановых почв (Ростовская, Волгоградская  области, Ставропольский край, северная часть Кабардино-Балкарии) и Прикаспийская  светло-каштановых почв (Астраханская, частично Дагестан и Чечня) отличаются теплой зимой, а почвы промерзают на 2–3 месяца.

Почвы южно-европейской фации  зимой промерзают не всегда. Распространение  этих почв не велико: небольшие площади  в Ставрополье, Дагестане (Махачкала, Кизляр), на Тамани. К этим почвам приурочены ценные плантации винограда. Отличительная  фациальная особенность: незначительное распространение солонцеватых почв и солонцов, почти повсеместная карбонатность  профиля и невыраженность комплексности  почвенного покрова.

Главные черты каштановых почв восточно-европейской фации: континентальность  климата, зимнее промерзание около  трех месяцев, сильное развитие солонцеватости и обилие солонцовых комплексов, отсутствие карбонатности у целинных почв.

Диагностика почвообразовательных процессов

Рис. 2.Профиль каштановых почв.

В большой степени каштановые почвы формируют процессы, сходные  с черноземами. Это касается дернового  процесса, гумификации и выщелачивания.

Дерновый процесс протекает  в ослабленной форме по сравнению  с черноземной зоной. Степень  выраженности процесса связана с  условиями увлажнения и резким сокращением  участия травянистой массы.

Гумификация и накопление гумуса также количественно ограничены малой мощностью гумусовых горизонтов, невысоким его содержанием и  запасами. Однако сущность явлений  гумификации повторяет черноземообразование с той поправкой, что в каштановых почвах значительна доля участия  фульвокислот. Если в верхней части  гумусового горизонта гумус фульватно-гуматный, то в нижней – гуматно-фульватный. Запасы гумуса в профиле ограничены – 90–160 т/га.

Выщелачивание и миграция простых солей детерминируется  господством непромывного водного  режима в почвах. Все осадки от дождей и таяния снега остаются в профиле  почв и не поступают в грунтовые  воды. При этом все простые соли, существовавшие в материнской породе, а также образующиеся в результате минерализации высокозольных растительных остатков сухостепной растительности, остаются замкнутыми в пределах почвы  и коры выветривания и имеют тенденцию  постоянного накопления. В результате явлений выщелачивания и миграции простых солей в каштановых почвах формируются два четко дифференцированных солевых горизонта: карбонатный  иллювиально-десуктивный (ВCa) и иллювиальный горизонт простых солей и гипса. Нижняя граница солевого профиля находится на глубине 150–200 см.

Солонцовый процесс в  разной степени интенсивности и  распространенности постоянно сопровождает каштановые почвы. При разложении растительных остатков, особенно полынных группировок, образуется большое количество щелочных металлов, в первую очередь натрия. Это служит причиной развития солонцеватости. Наложение солонцового процесса на зональное проявление дернового  процесса и гумификации – одна из важнейших особенностей в зоне каштановых почв. Солонцовый процесс  обусловлен внедрением в почвенные  коллоиды обменного натрия. Это приводит к образованию соды, почва приобретает  щелочную реакцию, возникают свойства солонцеватости. В присутствии поглощенного натрия, предопределяющего щелочные свойства почв и образование соды, почвенные коллоиды приобретают  высокую дисперсность и большую  подвижность в воде. Структурные  элементы под действием воды разрушаются, размокают.

Формирование комплексности  почвенного покрова – характерная  черта каштановых почв. Основные причины  комплексности: микрорельеф, различный  характер увлажнения и солонцового  режима, солонцеватость почв, вынос  землероями на поверхность засоленного  грунта и, как следствие, пятнистая  неоднородность почв и растительности. Как правило, главные составляющие пятнистого комплекса таковы: каштановые обычные почвы, каштановые солонцы, лугово-каштановые почвы. Главная черта  комплексности – резкая контрастность  почв, образующих этих комплексы, контрастность  по экологии, генезису и плодородию. Следует отметить важную географическую специфику равнинных сухих степей Евразии – именно биогеоценотическую комплексность ландшафтов. Комплексность  исчезает по мере увлажнения, при переходе к черноземам, и по мере опустынивания, при переходе к бурым полупустынным  и серо-бурым пустынным почвам, заменяясь сочетаниями.