Генезис, класифікація, склад і властивості чорноземів

В. В. Докучаєв назвав чорноземи «царем грунтів» в зв`язку з їх високою родючістю. Про походження чорноземів існують різні гіпотези і теорії. Одні дослідники схилялися до морського походженням чорноземів, тобто розглядали їх як морський мул, що залишився після відступу Каспійського і Чорного морів. Інші вчені вважали чорнозем продуктом переотложения льодовиковим морем і айсбергами чорної юрської сланцевої глини. Потім була висунута теорія болотного походження чорнозему, згідно з якою чорноземна зона в минулому представляла собою сильно заболочену тундру. При дренуванні території з настанням теплого клімату відбувалося розкладання болотної і тундрової рослинності, болотного мулу і поселення наземної рослинності, в результаті чого і сформувалися чорноземи.

Більш точні уявлення про походження чорнозему належать М. В. Ломоносову, який в роботі «Про шарах земних» (1763) писав, що чорнозем - НЕ первісна і не первозданна матерія, але походить від согнітія тварин і рослинних тел згодом.

Теорію ж рослинно-наземного походження чорноземів висловив Ф. Рупрехт у праці «Геоботанічне дослідження про чорноземі» (1866). Він розглядав виникнення чорноземів як результат поселення трав`янистих рослин і накопичення перегною при їх розкладанні, не надаючи значення іншим почвообразовательном факторам.

П. А. Костичев в роботі «ґрунти чорноземної області Росії »(1886) відводив особливу роль кореневих систем трав`янистих рослин в накопиченні гумусу.

В. Р. Вільямс вважав, що генезис чорноземів - результат розвитку дернового процесу під луговими степами.

Походження чорноземів на науковій основі було доведено В. В. Докучаєвим в праці «Російський чорнозем» (1883). Він вважав освіту чорноземів результатом накопичення в гірській породі перегною «від согніванія трав`янистої степової, а не лісової рослинності, при вплив клімату, віку країни, рослинності, рельєфу місцевості і материнських порід». Тип рослинності, темпи її розвитку, характер і швидкість процесів розкладання рослинних залишків він пов`язував з кліматом.

В подальшому Чорноземи вивчали багато дослідників (Н. М. Сибірцев, І. В. Тюрін, П. Г. Адеріхін, Е. А. Афанасьєва, Є. А. Самойлова, М. М. Коноково і ін.), Працями яких встановлено , що чорноземи - ґрунти, що сформувалися під багаторічною трав`янистою рослинністю лісостепу і степу в умовах непромивного або періодично промивного водного режиму. провідним процесом грунтоутворення є інтенсивний дерновий процес, в результаті якого розвивається потужний гумусово-акумулятивний горизонт А, накопичуються поживні елементи і оструктурівается грунт.

Трав`яниста співтовариство складається переважно зі злаків і різнотрав`я з потужною сетчато-мочковатой кореневою системою.

Щорічний опад становить 20 ... 30 т / га, більша ж його частина (65 ... 75%) припадає на кореневу масу, яка багата білковим азотом, підставами (кальцієм, магнієм). Опад розкладається в основному спороутворюючими бактеріями і актиноміцетами при достатньому доступі кисню, оптимальному зволоженні, без інтенсивного вилуговування в нейтральному середовищі. Щорічно з опадом надходить 600 ... 1400 кг / га азоту і зольних елементів. Зольність осаду 7 ... 8%.

Навесні при достатній кількості вологи органічна речовина швидко розкладається, вивільняються елементи живлення рослин. Влітку запас вологи знижується до вологості в`янення. В таких умовах призупиняється мінералізація органічних залишків, внаслідок чого утворюється і накопичується гумус. У зв`язку з неглибокої фільтрацією вод атмосферних опадів поживні елементи акумулюються в верхніх горизонтах. Закріпленню гумусу сприяє кальцій. Зимове охолодження і заморожування ґрунтів також сприяють накопиченню гумусу, так як при низьких температурах відбувається денатурація гумусу. Влітку в період осушення і взимку під час промерзання гумусові речовини закріплюються, ускладнюються. У їх складі переважають гумінові кислоти і гумати кальцію, що призводять до утворення водопрочной зернистої структури. Цьому сприяють і карбонатні почвообразующие породи, висока зольність рослинних залишків, насиченість золи підставами. Найбільш сприятливі умови черноземообразованія характерні для південної частини лісостепу. В степах відзначається дефіцит вологи, зменшується кількість надходить осаду, отже, інтенсивність гумусообразования знижується.

Класифікація чорноземів вперше була дана В. В. Докучаєвим, який виділив їх в самостійний тип і поділив на вододільні, схилові і терасові. Велика увага класифікації чорноземів приділяли Н. М. Сибірцев, С. І. Коржинський, Л. І. Прасолов, П. Г. Адеріхін і ін. Найбільш докладно ця проблема висвітлена в багатотомному виданні «Чорноземи СРСР». В даний час чорноземи об`єднані в фації: теплі Південноєвропейські, помірні східноєвропейські, холодні західно- і восточносибирские, глубокопромерзающіе восточносибирские. Фації зони поділяються на підзони-підтипи: в лісостепу - опідзолені, вилужені, типові, а в степу - звичайні і південні чорноземи. Оптимальні умови для утворення чорноземів складаються в південній частині лісостепу (типові чорноземи), де зосереджена найбільша кількість рослинної маси і встановився сприятливий гідротермічний режим.

На види чорноземи поділяють по потужності гумусового горизонту, по вмістом гумусу і за ступенем вираженості супутнього процесу. За потужністю гумусового горизонту (А + АВ) чорноземи поділяють на надпотужні (більше 120 см), потужні (80 ... 120 см), середньоглибокі (40 ... 80 см), малопотужні (25 ... 40 см), дуже малопотужні (менше 25 см). За вмістом гумусу виділяють огрядні (більше 9%), середньогумусні (6% ... 9%), малогумусні (4% ... 6%), слабкогумусований (менше 4%) чорноземи. За ступенем вираженості супутнього процесу чорноземні грунти можуть бути слабо-, середньо-сільносолонцеватие- слабо-, середньо-, сільновищелоченние і т. П.

Профіль чорноземів в узагальненому вигляді має наступне морфологічну будову: А_д - Степовий повсть потужністю до 5 см, складається з коренів і переплетених стебел трав на цілині, в орних грунтах отсутствует- А - гумусово-акумулятивний горизонт потужністю 40 ... 130 см і більше, темно-сірого або чорного кольору, зернистий або зерністо- грудкуватих, з намистом на коренях рослин-АВ - перехідний темно-сірий гумусовий горизонт, зернисто-грудкуватих за структурою, з помітним побурінням донизу горизонту або з темно-бурими пятнамі- В - горизонт гумусових затекло потужністю 40 ... 80 см, буро сірий, грудкуватих, часто підрозділяється по структурі і ступеню гумусірованності на Подгорізонт В₁, В₂, В₃- в цих горизонтах присутні карбонати кальцію у вигляді псевдомицелия, журавчіков, белоглазки (за винятком сільновищелоченних і опідзолених чорноземів) - ВС_До - Іллювіально-карбонатний перехідний до почвообразующей породі горизонт, буро-палевий, грудкувате-прізматіческій- С - палева грунтоутворюючих порід з карбонатними виділеннями, а в південних чорноземах і з гіпсом. По всьому профілю зустрічаються кротовини, переходи між горизонтами поступові.

Чорноземи опідзолені (рис., А) розвинені під широколистяними трав`янистими лісами на лесовидних і покривних суглинках, лесах. Потужність гумусового горизонту (А + АВ) варіює від 30 ... 50 см (холодна західна і Середньосибірська фації) до 70 ... 100 см (тепла південноєвропейських фация). Горизонт А переважно темно-сірий, зернистої структури, а при оранці - грудкуватої. У горизонті АВ спостерігається сивуватий відтінок (білястий наліт кремнеземистого присипки SiО₂ на структурних отдельностях). Горизонт В має ореховатую або ореховато-призматичну структуру, на гранях структурних окремо відзначаються коричневі плівки, гумусові примазки, кремнеземиста прісипка- більш щільний, з поступовим переходом в грунтоутворюючих порід С. Грунти скипають з глибини 130 ... 150 см. У горизонті ВС_До містяться карбонати у вигляді вапняних трубочок, журавчіков, дутиков.

Чорноземи слабооподзоленние мають кремнеземистими присипку в нижній частині горизонту АВ і в горизонті В, а середньо-опідзолені - по всьому гумусового шару і в горизонтах В₁, В₂.

Чорноземи опідзолені поділяють на основні пологи: звичайні, злиті, слабодіфференцірованние, бескарбонатних.

Реакція верхніх горизонтів слабокислая або близька до нейтральної (рН 5,5 ... 6,5). Ємність поглинання становить 30 ... 50 мг • екв / 100 г почви- грунтовий поглинаючий комплекс насичений підставами, а в горизонті АВ міститься обмінний водень (до 3%). У горизонті А присутній 5 ... 12% гуматного гумусу. У горизонті В спостерігається збільшення вмісту мулу.

Чорноземи вилужені (рис., Б) формуються під різнотравно-злакової рослинністю. В їх профілі добре виражений темно-сірий гумусовий горизонт А. Він пухкий або слабо ущільнений, має комковато-зернисту структуру. В цьому горизонті відсутня біляста кремнеземиста присипка. Горизонт АВ потужністю від 30 ... 50 см в восточносибирской фації до 80 ... 150 см в теплій фації, темно-сірий з бурим відтінком. Під ним залягає ущільнений бурий бескарбонатних горизонт В потужністю 20 ... 50 см, з гумусними затеками, прімазкамі і плівками по гранях комковато-ореховатой або грудкувате-призматичної структури-перехід поступовий. горизонт ВС_До - Іллювіально-карбонатний, палевий, ущільнений, ореховато-призматичний, з плямами, прожилками, міцелій, борошнистими скупченнями, журавчіков карбонатів. З_до - Палева карбонатная грунтоутворюючих порід. Гіпс і легкорозчинні солі відсутні.

Виділяють наступні види вилужених чорноземів: слабо-вилужені (лінія закипання проходить не більше ніж в 20 см від нижньої межі АВ), средневищелоченние (на глибині 20 ... 50 см від кордону гумусового шару), сільновищелоченние (нижче 50 см від кордону АВ). Особливістю цих ґрунтів є відсутність вільних карбонатів в горизонтах А і АВ.

Чорноземи типові (рис., В) утворюються під різнотравно-злакової рослинністю на лесах, лесовидних і покривних суглинках. Вони характеризуються великою потужністю гумусового шару - від 50 ... 70 см (холодна фация) до 100 ... 190 см (тепла фация), присутністю карбонатів в формі міцелію, вапняних трубочок в горизонті АВ. Найчастіше карбонати спостерігаються з глибини 60 ... 70 см. Горизонт А потужністю до 130 см, чорний або сірувато-чорний, зернистий, а АВ - темно-сірий з ледь помітним буруватим відтінком, часто з більш темними затеками. Нижче АВ залягає сірувато-бурий ущільнений іллювіально-карбонатний горизонт В_до з мовами і затеками гумусу, грудкувате-призматичної структури, з карбонатами переважно у вигляді міцелію, вигорівших, журавчіков. Цей горизонт поступово переходить в горизонт ВС_До - Палево-бурий, перехідний до породи, зі значною кількістю карбонатних прожилок і журавчіков. З_до - Карбонатна, грунтоутворюючих порід палевого кольору. Гіпс і легкорозчинні солі відсутні в усьому профілі грунтів. У грунтах багато кротовін.

Чорноземи звичайні (рис., Г) поширені під степовою різнотравно-типчаково-ковилового рослинністю. Ці грунту в порівнянні з типовими чорноземами менш потужні. Їх гумусовий горизонт коливається від 35 ... 45 см (холодна східносибірська фация) до 80 ... 140 см (тепла фация). Грунти мають бурий відтінок на загальному темно-сірого кольору і грудкувату структуру горизонту АВ. Горизонт В (гумусових затекло) часто збігається з карбонатним горизонтом або В_до, або ВС_До. Структура цього горизонту призматическая, колір буро-палевий. Карбонати представлені плямами белоглазки і псевдомицелия, борошнистої просочення. Іноді на глибині 200 ... 300 см виділяються легкорозчинні солі і гіпс. З_до - Палева карбонатная грунтоутворюючих порід. У профілі грунтів багато кротовін.

Мал. Будова профілю чорноземів: а - оподзоленного- б- вищелоченного- в - тіпічного- г - звичайного-д - південного

Чорноземи південні (рис., Д) сформувалися під типчаково-ковилового степовою рослинністю. Вони мають невеликий гумусовий шар (від 25 ... 30 до 70 ... 80 см). Горизонт А потужністю 20 ... 30 см, темно-сірий з коричневим відтінком, грудкуватої і зернисто-груднястій структурою. Горизонт АВ (30 ... 40 см) буро-темно-сірий, ореховато-грудкуватих, ущільнений. Нижче залягає карбонатний горизонт В_до, бурий з патьоками гумусу, ущільнений, ореховато-призматичний, що містить міцелії, вицвіти, борошнисті виділення карбонатів. ВС_До - Буро-палевий іллювіально-карбонатний горизонт, ущільнений, призматичний, з великою кількістю белоглазки. З - палева карбонатная порода, з глибини 150 ... 200 см зустрічаються виділення гіпсу, а з глибини 200 ... 300 см - легкорозчинні солі. У профілі грунтів спостерігаються кротовини.

Предкавказские чорноземи утворюють своєрідну групу. Вони мають з поверхні темно-сіру з коричневим відтінком забарвлення, потужний гумусовий горизонт (120 ... 150 см і більше). Ці грунту скипають вже в горизонті А.

Лучно-чорноземні грунти розвиваються в умовах підвищеного зволоження на слабодренованих рівнинах, в знижених елементах рельєфу (депресіях, потоках, лиманах) під злаково-різнотравною рослинністю. Грунтові води залягають на глибині З ... 6м. Лучно-чорноземні грунти відносяться до полугідроморфние аналогам чорноземів. Вони відрізняються більш темним забарвленням гумусового горизонту, підвищеної гумусностью, розтягнутістю гумусового горизонту, наявністю глибинної глееватих.

За типом водного режиму, ступеня вираженості гідроморфізма грунту поділяють на підтипи: луговато-чорноземні і лучно-чорноземні.

Луговато-чорноземні грунти формуються в результаті підвищеного тимчасового поверхневого зволоження при глибокому заляганні грунтових вод (4 ... 7 м). Профіль має наступну будову: А - гумусово-акумулятивний горизонт, чорний або темно-сірий, зернистий, рихлий, з підвищеною потужністю в порівнянні з чорноземами, містить масу коренів, кротовіни- перехід постепенний- АВ - нижній гумусовий горизонт, темно-сірий з бурим відтінком, зернистий або грудкувате-зернистий, рихлий, містить багато коренів рослин, кротовини, іноді в нижній частині спостерігаються псевдоміцелій карбонатів. Загальна потужність горизонтів А + АВ коливається від 50 ... 80 до 100 ... 120 см-В - неоднородноокрашенний (бурий з великою кількістю темно-сірих, буро-сірих гумусових затекло у вигляді язиків до глибини 100 ... 150 см) перехідний горизонт, ореховато і призматично-ореховато, може містити карбонати у вигляді псевдомицелия, кротовини, коріння рослин-С_до - Грунтоутворюючих порід жовто-бурого і палевого кольору, зустрічаються Псевдоміцелій, примазки карбонатів, з глибини 2 ... 3 м спостерігаються іржаво-охристі плями.

на види грунту підрозділяють по потужності, вмісту гумусу і супутнім процесам як чорноземи.

Для південноєвропейських чорноземів (Молдавії, півдня України, Передкавказзя) в зв`язку з теплим і м`яким кліматом характерні інтенсивний біологічний круговорот, велика переритими профілю в результаті діяльності дощових черв`яків, періодичне промивання профілю. Ці грунти відрізняються великою потужністю гумусового горизонту при невисокому вмісті гумусу (менше 8%), відсутністю легкорозчинних солей і гіпсу, рясної карбонатністю у вигляді нальотів, павутинок, жилок і ін. В верхніх горизонтах і міцелярних форм в нижніх. Міцелярні форми карбонатів свідчать про міграцію, сезонної пульсації їх в грунтах. Ці грунту називають «міцелярно-карбонатними».

У чорноземах східноєвропейської групи в зв`язку з більш сухим і холодним кліматом потужність гумусового горизонту менше, а гумусу міститься більше (7 ... 12%) - профіль промитий від легкорозчинних солей лише в лісостепу, тоді як в степах на глибині нижче 2 м спостерігаються новоутворення гіпсу.

Для чорноземів Західного Сибіру характерні глибокі патьоки гумусу по тріщинах, що утворюється при замерзанні грунтів, високий вміст гумусу (до 10 ... 14%) з швидким зменшенням його кількості з глибиною, а також присутність гіпсу в степовій частині.

У Східному Сибіру біологічний круговорот елементів значно пригнічений низькими температурами, тому вміст гумусу в них невелика (4 ... 9%), потужність гумусового горизонту незначна. Ці грунту часто називають малокарбонатні або бескарбонатних, так як в них міститься мало карбонатів (борошнисті) або вони зовсім відсутні.

Гранулометричний склад грунтів залежить від почвообразующих порід і змінюється від супіщаного до глинистого, однак домінують суглинні різновиди.

Для чорноземів характерна відсутність помітних змін гранулометричного складу при грунтоутворенні. Тільки в опідзолених і в вилужених чорноземах спостерігається збільшення кількості фракції тонкого пилу вниз за профілем. У всіх грунтах в порівнянні з почвообразующей породою профіль збагачується мулом. У складі мулу південноєвропейських чорноземів домінує монтморіллонітовую група, гидрослюд міститься менше 25%, каолініт не відзначається. У східноєвропейських чорноземах переважають гідрослюдисті мінерали і гідрослюдистої-монтморилонітові смешаннослойние освіти. У дуже невеликій кількості присутні мінерали каолінітової і хлоритового типу. Мікроморфологія глинистого речовини знаходиться в тісному зв`язку з глибиною залягання карбонатів в профілі. У грунтах, в яких карбонатний горизонт слід за гумусовим, глиниста речовина скоагульованого разом з гумусом і закріплено. Опускання карбонатного горизонту тягне за собою пептизацію глини і деякий пересування її за профілем.

Чорноземи характеризуються крихкістю, високою вологоємністю, хорошою водопроникністю. У структурному складі цілинних чорноземів домінують водопрочной зернисті агрегати, що особливо яскраво проявляється у типових, вилужених і звичайних чорноземів. Опідзолені і південні чорноземи містять менше водопрочних агрегатів. при використанні чорноземів в сільському господарстві відбувається зменшення вмісту комковато-зернистої, зернистою, пилувата фракцій, зниження водостійкості і зменшення розмірів структурних окремо.

Чорноземи характеризуються високим вмістом гумусу в гумусово-акумулятивний горизонті А, яке поступово зменшується з глибиною, за винятком грунтів Східного Сибіру (табл.). Кількість гумусу в чорноземах коливається від 3 ... 5% (запаси складають 270 ... 300 т / га) в південних до 5 ... 8% (450 ... 600 т / га) в типових южноевропейской групи, від 4 ... 7% (300 ... 450 т / га) в південних до 8 ... 12% (600 ... 750 т / га) в типових східноєвропейських, від 4 ... 6% (200 ... 300 т / га) в південних до 10 ... 12% (450 ... 500 т / га) в типових Західного Сибіру, від 3,5 ... 5,0% в південних до 5 ... 7% ( 200 ... 300 т / га) в вилужених Східного Сибіру. У складі гумусу горизонтів А і АВ переважають чорні гумінові кислоти, пов`язані з кальцієм. Кількість гумінових кислот, пов`язаних з R2O3 і глинистої фракцією, незначно. ставлення Стк ^: СФК ⁼ 1,5 ... 2,6. У чорноземах в порівнянні з іншими грунтами фульвокислоти найсвітліші, з найменшою оптичною щільністю і незначним вмістом агресивної фракції.

Реакція грунтів - слабокисла або близька до нейтральної в гумусових горизонтах вилужених і опідзолених чорноземів або нейтральна і слаболужна в чорноземах інших підтипів. В нижніх горизонтах реакція грунтів переважно слабощелочная, рідше лужна.

Зміст і запаси гумусу в чорноземах

Чорноземи мають високу ємність поглинання (50 ... 70 мг • екв / 100 г грунту для суглинних різновидів), значною насиченістю поглинаючогокомплексу підставами, високою буферностью. У складі обмінних катіонів домінує кальцій, потім магній (15-20% від суми). В опідзолених і вилужених чорноземах в поглинає комплексі присутня водень. У звичайних і південних чорноземах в складі поглинених катіонів крім кальцію присутній натрій, збільшується вміст магнію.

Ґрунти характеризуються значним валовим вмістом поживних речовин. Наприклад, в типових важкосуглинистих чорноземах кількість азоту досягає 0,4 ... 0,5% (10 ... 15 т / га), фосфору - 0,15 ... 0,35%. Вміст рухомих форм поживних елементів залежить від клімату, прийомів агротехніки і вирощуваних культур. Найбільша кількість їх міститься в орному шарі окультурених чорноземів.