CC BY
81
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.445.4: 631.416.7
КАРБОНАТЫ В НЕКОТОРЫХ ПОЧВАХ КАМЕННОЙ СТЕПИ Е.В. Рогожникова, Ю.Н. Зборищук
В данной работе представлен сравнительный анализ условий формирования и распределения карбонатов в почвенном профиле обыкновенных черноземов и лугово-черноземных почв заказника Каменная степь Воронежской обл.
Ключевые слова: карбонаты, почвенный профиль, чернозем.
Более 100 лет назад территория нынешней Каменной степи представляла собой сухую мелкоковыльную степь [2], сейчас это — агроландшафт, состоящий из системы лесных полос разного возраста, конфигурации, состава, а также полей между ними и водохранилищ. В геоморфологическом отношении обследуемый участок — водораздельное пространство между притоками рек Битюг и Хопер, рассеченное системой балок и оврагов.
Четвертичные отложения представлены мореной днепровского оледенения. Моренные отложения часто окарбоначены, содержат прослои песка и охристые соединения железа. Ледниковые отложения перекрыты карбонатными лёссовидными суглинками, которые и являются основными почвообразующими породами. Мощность этих отложений составляет в среднем 2—3 м. Происхождение карбонатных лёссовидных суглинков некоторые исследователи [16, 23] связывают с отложением взвешенных частиц из талых вод в перигляциальной области ледника. Основными их свойствами являются высокая карбонатность, обогащенность минералами смектитовой группы и гидрослюдами, которые входят в число основных источников питательных элементов для растений и обусловливают благоприятные водно-физические свойства формирующихся на них черноземов. Среднее содержание карбонатов в карбонатных лёссовидных суглинках составляет 8—12% [1, 3—5, 23].
Климатические условия Каменной степи типично степные континентальные, с теплым или жарким, нередко засушливым летом и умеренно холодной или холодной зимой. С середины XIX столетия на всей территории черноземного центра были часты засухи, сильные жаркие ветра (суховеи), обильные ливневые дожди, что совместно с другими факторами (расчлененность рельефа, слабая задернованность склонов, распашка) усиливало процессы дефляции и водную эрозию почвенного покрова [12].
За последние годы, по данным наблюдений местных метеорологических станций, климатические условия изменились в сторону увеличения степени увлажненности. Возросло годовое количество осадков с 350—400 до 550—600 мм, в основном за осенне-зимний период [19, 21, 27]. Уровень грунтовых вод
за 100-летний период наблюдений повысился на 1,5—1,6 м (по данным наблюдений 1892—2001 гг. за уровнем воды в Докучаевском колодце) [21].
Причинами увеличения увлажненности на обследуемом участке, как полагают, являются глобальные изменения климата и антропогенное воздействие. Автодороги наряду с поперечными лесными полосами перегораживают внутрипочвенные и поверхностные потоки; зарегулирование стока рек и ручьев приводит к тому, что они перестают дренировать территорию; применение тяжелой сельскохозяйственной техники приводит к переуплотнению почв и формированию верховодки. Последнее приводит к развитию глеевых процессов. Миграция железа, преобразование состава гумуса, изменение минералогического состава также сказываются на поведении карбонатов.
Карбонаты являются частью сложной динамичной карбонатно-кальциевой системы. Временная и сезонная динамика их распределения зависит от таких факторов, как парциальное давление углекислоты в почвенном воздухе, степень насыщенности почвенного раствора кальцием, состав почвенного поглощающего комплекса и др. [10, 11, 13].
Как известно, сезонная динамика и перераспределение карбонатов в почвенном профиле проявляются прежде всего в увеличении зоны выщелачивания в ве-сенне-зимний и осенне-зимний периоды и ее сужении в летний период в связи с цикличностью процессов вегетации и миграции этих соединений [9, 14].
Для исследования в разных точках были заложены разрезы для отбора образцов: на пашне, в микропонижении (разр. 17); в средней части склона восточной экспозиции, недалеко от лесополосы, с близким к поверхности уровнем грунтовых вод (разр. 45); на заброшенной пашне в верхней части склона (разр. 47); в нижней части склона юго-западной экспозиции (разр. 51); на выровненной территории (разр. 27). Кроме того, в 102-летней широкой лесной полосе находились разрезы 7, 18, 38 и 50; в 56-летней — разрезы 16 и 46; в 40-летней — разр. 34. Растительность старых лесных полос — дуб, клен, орешник; молодых — однорядная посадка дубов с травяным покровом.
На заповедных степных участках: разр. 48 — косимая «степь», и разр. 52 — некосимая «степь». И,
наконец, лугово-черноземные почвы сенокосов в верховьях — разр. 11 и на склоне балки — разр. 49 (УГВ — 70 см).
В карбонатной части профиля черноземов принято выделять несколько зон: верхнюю — выщелачивания карбонатов (содержание менее 1%), диффузионно-миграционную и консервативную (содержание карбонатов 15—20%). Особенно интенсивно процессы вымывания карбонатов из почвенного профиля обыкновенных черноземов происходят в старых лесных полосах.
К особенностям развития обыкновенных черноземов под лесными полосами относятся: повышенная влажность верхних горизонтов, пониженная и более ровная суточная температура, большая растворимость и подвижность органо-минеральных соединений и другие. При этом изменяются их некоторые свойства, но это не выходит за пределы черноземного типа почвообразования.
В обыкновенных черноземах, как и выщелоченных и южных, наблюдается большое разнообразие форм карбонатов [20]. Максимально оно в обыкновенных черноземах, развивающихся на лёссовидных отложениях (миграционные формы). Многие авторы связывают это с особенностями структуры лёссов и лёссовидных пород (высокая пористость, наличие тонких вертикальных трещин) [26]. Самыми распространенными являются новообразования типа псевдомицелия: прожилки, трубочки. Они характерны для верхней части карбонатного профиля и располагаются над горизонтом максимальной аккумуляции карбонатов [18]. Формирование белоглазки связано с испарением в пустоты, поры и трещины концентрированных растворов вследствие быстрого и сильного весенне-летнего иссушения верхней и средней частей почвенного профиля.
Как показано в работах последних лет, строение карбонатного профиля и формы карбонатных новообразований зависят от положения почв в ландшафте, характера почвообразующих пород и набора элементарных почвообразовательных процессов [10, 22, 26].
По происхождению карбонатные новообразования разделяют на литогенные и педогенные. Литогенные карбонаты наследуются почвой от почвообразующей породы. Унаследованные карбонаты могут быть представлены обломочным или ракушечным кальцитом, арагонитом, доломитом. Педогенные (рассеянные и сегрегированные) формы карбонатов образуются в результате жизнедеятельности живых организмов, при разложении органического вещества и являются результатом почвообразовательного процесса [22, 26].
Данные по общим химическим свойствам почв Каменной степи представлены в табл. 1; по содержанию гумуса они согласуются с таковыми многих авторов [6—8, 24].
Наиболее существенные различия в свойствах черноземов лесных полос и травянистых фитоценозов диагностируются по значениям рН. Реакция среды!
чернозема обыкновенного изменяется от нейтральной и слабокислой в верхней части профиля до слабощелочной в карбонатной. Нейтральная и слабокислая реакция гумусного профиля черноземов обусловлена присутствием преимущественно гуминовых кислот, их солей и других органических кислот, вырабатываемых растениями и микроорганизмами. Слабощелочная реакция карбонатной части профиля связана с присутствием здесь водорастворимых гидрокарбонатов кальция и магния. Увеличение рН, как известно из литературных данных, связано также и с тем, что в этой части профиля происходит осаждение гуминовых кислот кальцием (содержание которого увеличивается с глубиной); гуматы кальция нерастворимы в воде и поэтому реакция среды смещается в щелочную область. Кислотность среды в нижних горизонтах зависит от состояния карбонатно-кальциевой системы, так как здесь мала доля органических веществ. Основной вклад в величину кислотности вносят гидрокарбонат-ионы, имеющие при прочих равных условиях большую растворимость в воде, чем карбонат-ионы.
Для черноземов, находящихся в лесных полосах, рН верхних горизонтов смещается в слабокислую область (разрезы 7, 51, 16), что во многих работах объясняется формированием здесь лесной подстилки и развитием специфической грибковой микрофлоры, а также усилением под лесными сообществами процессов выщелачивания в связи с их большей увлажненностью [21, 24, 25, 29]. В 100-летней лесополосе в слое 0—20 см величина рН солевой вытяжки заметно снижена по сравнению с водной вытяжкой, что свидетельствует о присутствии в ППК обменного водорода.
Для лугово-черноземных почв рН водной вытяжки верхних горизонтов слабощелочной, что связано с влиянием обогащенных гидрокарбонатами грунтовых вод. Такая реакция среды может приводить к пептизации органического вещества и повышению его подвижности. В разрезах 17 и 45, находящихся на пашне, гидрокарбонатная щелочность заметно повышена по сравнению с другими разрезами, что, возможно, связано с близким залеганием грунтовых вод, насыщенных карбонатами.
Черноземы обыкновенные Каменной степи характеризуются высокой емкостью катионного обмена — 40— 55 мг-экв/100 г почвы в верхних гумусовых горизонтах; с глубиной ЕКО уменьшается до 12—20 мг-экв/100 г почвы. В верхних горизонтах разрезов 52 (некосимая залежь) и 49 (лугово-черноземная почва) емкость ка-тионного обмена заметно понижена до 25—27 мг-экв/ 100 г почвы, что скорее всего связано со снижением количества коллоидных частиц, способных участвовать в реакциях катионного обмена вследствие присутствия карбонатов, которые образуют пленки на частицах, способствуют коагуляции (слипанию) коллоидов в крупные агрегаты.
Распределение гумуса в почвенном профиле исследуемых черноземов обыкновенных прогрессивно-
Таблица 1
Результаты исследования химических и физико-химических свойств почв Каменной степи
Разрез, глубина, см рНвод. Гумус, % ЕКО, мгэкв/100 г почвы СаСО3,% НСО3-, мгэкв/100 г почвы Са2+, мгэкв/100 г почвы Мв2+, мгэкв/100 г почвы
Пашня
Разр. 17 0-38 7,23 6,1 46,7 1,82 0,47 0,2 0,1
61-85 8,25 2,9 45,3 6,13 1,53 0,4 0,23
85-120 8,44 1,1 33,3 10,22 1,8 0,43 0,33
Разр. 27 0-26 6,3 7,1 45,3 0,45
26-50 6,5 7 56 0,68
50-65 7 4,4 49,4 5,9
65-77 7,4 2,6 42,2 9,53
77-95 7,5 0,9 30,5 14,53
95-132 7,5 0,6 26,7 17,7
Разр. 45 0-10 7,5 6,8 45,7 0,85 1,25 0,17 0,13
0-20 7,9 7,6 34 0,77 0,27 0,4 0,33
20-30 8,22 7,1 33 0,37 0,29 0,23 0,27
30-40 8,4 5,2 26,5 1 0,21 0,4 0,47
40-50 8,4 4,3 22,3 0,37 0,24 0,37 0,53
50-60 8,5 4 20,1 0,75
60-88 1,9 20,1 6,8
88-130 1,2 10,4
Разр. 47 0-10 6,8 7,1 45,7 0,19 0,24 0,17 0,13
0-20 6,9 6,4 45,7 0,19 0,19 0,2 0,17
20-30 6,9 7,4 45,1 0,1 0,35 0,2 0,13
30-40 7 8 29 0,13 0,24 0,13 0,12
40-50 7,6 5,8 26 0,29 0,45 0,93 0,28
50-60 8,6 4,8 23,2 0,09 0,45 0,93 0,28
60-70 8,6 3,9 23,2 0,14
70-80 8,6 3 22,0 0,69
80-90 8,6 2,2 21,2 8,19
90-100 1,2 21,0 8,25
100-110 1,2 7,8
Разр. 51 0-20 7,09 6,6 39,6 0,25 0,11 0,27 0,18
20-30 7,5 6,2 38,3 0,19 0,13 0,3 0,25
30-40 7,3 3,9 31,4 1,23 0,13 0,3 0,27
40-50 7,97 4,7 18,7 0,35 0,21 0,9 0,52
50-60 8,22 3,4 14,5 0,72 0,24 0,45 0,3
60-70 8,20 2 14,0 10
70-80 8,22 1,8 14,1 9,84
80-90 8,27 1,4 9,78
Лесные полосы
Разр. 7 0-43 6,3 7,9 56,6 0,45 0,55 0,33
43-71 6,7 4,6 46,5 0,68 0,55 0,3
71-93 7,1 2,3 33,6 6,58 1 0,4
93-112 7,2 1 25,7 11,12 1,1 0,65
Разр. 16 0-55 6,3 3,4 41,4 0,41 0,96 0,46
55-87 6,5 1,6 32,8 4,99 0,9 0,5
87-121 7,9 0,9 26,5 12,49 0,8 0,6
Разр. 18 0-62 6,2 7,8 51,1 0,41 0,27 0,94 0,32
62-83 7,3 3,7 36,9 5,9 0,53 0,92 0,48
83-102 7,9 1,1 25,7 12,94 0,51 0,74 0,6
Продолжение табл. 1
Разрез, глубина, см рНвод. Гумус, % ЕКО, мгэкв/100 г почвы СаСО3,% НСО3-, мгэкв/100 г почвы Са2+, мгэкв/100 г почвы Мв2+, мгэкв/100 г почвы
Разр. 38 0-52 6,1 7,7 50,1 0,43 0,31 0,78 0,3
52-66 7,2 4,2 32,1 6,6 0,54 0,84 0,54
66-92 7,5 1,7 301 12,7 0,51 0,98 0,66
92-122 8 1,1 26,5 14,8 0,49 0,8 0,6
Разр. 46 0-10 7,1 7,4 42 0,79 0,87 0,53 0,33
0-20 7,6 7,3 37,7 0,79 1,4 1,2 1,03
20-30 8,03 7,3 23,4 0,79 1,33 0,83 0,7
30-40 8,2 5,7 16,8 0,26 0,27 0,7 0,57
40-50 8,15 4,7 12,2 2,74 1,53 0,53 0,5
50-60 3,6 3,1
60-70 3,7 7,1
Разр. 34 0-30 7,7 4,9 46 0,88 1,2 0,37 0,33
30-91 8,08 3,5 22,3 6,94 1,47 0,47 0,3
90-115 8,48 1,1 20,4 10,6 2,07 0,53 0,3
Разр. 50 0-20 5,72 8,1 40,2 0,21 0,16 0,27 0,17
20-30 6,48 7,8 32,6 0,36 0,27 0,27 0,28
30-40 6,22 6,8 27,6 0,3 0,11 0,23 0,1
40-50 6,85 5,3 24,5 0,8 0,19 0,17 0,1
50-60 8,07 4,2 19,7 5,96 0,27 0,4 0,32
60-70 3,3 6,8
70-80 1,9 7,3
80-90 1,8 7,4
90-100 1,2 8,1
Залежь
Разр. 48 0-40 6,46 8,5 46,9 0,33 0,13 0,17 0,13
40-50 6,68 5,1 35,9 0,4 0,27 0,2 0,15
50-60 7 2,9 25 0,1 0,27 0,4 0,33
60-70 7,99 2,2 22 0,2 0,21 0,37 0,33
70-80 8,25 1,9 16,3 0,5 0,21 0,37 0,3
80-90 5,56 1,7 16,8 5,7 0,24 0,5 0,23
90-100 8,4 0,9 16,9 5,7 0,21 0,9 0,17
100-110 8,36 0,9 17 7,5 0,28 0,67 0,5
110-120 8,58 0,7 15,9 10,2 0,28 0,53 0,5
120-130 8,39 0,7 15,9 8,1 0,6 0,53
130-140 8,39 0,8 15,8 10
140-150 8,41 0,7 15,5 7,9
150-160 8,40 0,6 15,5 10,1
160-170 8,38 0,7 15,5 10,2
170-180 8,44 0,7 10,1
180-190 8,46 0,7 9,1
190-200 0,6 10,1
200-210 0,6 10
Разр. 52 0-30 6,82 9,1 26,9 0,46 0,29 0,47 0,3
30-40 6,7 6,4 27,6 0,1 0,21 0,43 0,27
40-50 7,6 3,9 30,1 1,1 0,21 0,5 0,3
50-60 8,18 2,8 24 5,1 0,21 1 0,3
60-70 8,4 2,2 2,6 8,8 0,19 2,8 0,27
70-80 8,38 1,5 14,5 9,8 0,24 0,7 0,27
80-90 8,4 0,8 13,5 9,9 0,19 1,77 0,7
Окончание табл. 1
Разрез, глубина, см РНвод. Гумус, % ЕКО, мг-экв/100 г почвы СаСО3,% НСО3-, мг-экв/100 г почвы Са2+, мг-экв/100 г почвы мг-экв/100 г почвы
90—100 8,51 0,8 16,9 9,9 0,24 0,97 0,37
100—130 8,55 0,8 16,0 9,9
140—150 8,55 0,8 16,0 9,8
150—160 8,55 0,7 15,2 8,8
160—170 1 15,4 10
170—180 0,8 15,2 11,1
180—190 0,6 11
Лугово-черноземные почвы
Разр. 11 0—54 7,2 7,6 43,3 0,15 0,73 0,27 0,43
54—88 7,43 2,3 30,1 0,6 0,8 0,3 0,13
88—122 7,8 1,9 26,9 7,5 1,2 0,27 0,23
122—126 8,6 1,2 25,5 7,5 1,6 0,27 0,33
Разр. 49 0—33 7,77 7,2 25 0,75 0,48 0,3 0,27
33—60 8 5,1 33,8 1,83 0,51 0,4 0,23
60—77 8,18 4 33 3,56 0,53 0,5 0,3
аккумулятивное. Максимальное количество гумуса в черноземах залежей — 8,5—9,2%, что вызвано интенсивной деятельностью микроорганизмов, активным разложением растительных остатков.
В верхних горизонтах пахотных черноземов содержание гумуса составляет 6,0—6,5%. Такое снижение количества гумуса связано с их сельскохозяйственным использованием, в результате которого скорость минерализации органических веществ почвы доминирует над скоростью процессов гумификации растительных остатков.
Высоко общее содержание гумуса в черноземах под 100-летними лесонасаждениями (около 8%), несколько меньше (7%) — в 50-летней лесополосе. Лугово-чер-ноземные почвы (разрезы 11 и 49) имеют высокое содержание гумуса — 7—8%, что связано с интенсивным развитием дернового процесса.
Тип гумуса в исследуемых разрезах гуматный или фульватно-гуматный. Максимальное соотношение Сгк/Сфк в верхних частях гумусового горизонта разрезов 48, 49 и 50 — 1,8—2,2. С глубиной оно сужается до 1,0—0,6. Доля негидролизуемого остатка около 45—30%. Среди фракций гуминовых кислот во всех разрезах преобладает ГК-2 и составляет 45—65% от суммы гу-миновых кислот. В черноземах на пашне и в лесной полосе, помимо фракции ГК-2, заметна фракция ГК-3. Низкое содержание фракции ГК-1 (свободных гуминовых кислот) связано с высокой карбонатностью и насыщенностью черноземов основаниями, и поэтому гуминовые кислоты связаны преимущественно в малорастворимые гуматы кальция. Самое низкое содержание фракции ГК-1 — в черноземе на пашне (4—5% от суммы ГК).
Особенность состава гумуса чернозема под лесными насаждениями — повышенное количество свободных гуминовых кислот (доля ГК-1 — 16%) и
относительно невысокая доля гумина — около 30% от содержания углерода.
Среди фракций фульвокислот преобладают ФК-2 и ФК-3, доля «агрессивной» фракции ФК-1а минимальна. Сумма фульвокислот увеличивается с глубиной, и состав гумуса меняется на гуматно-фульватный. Точка перехода находится в пределах гор. АВ, но на разных глубинах. Наиболее растянут гумусовый профиль в черноземе под 100-летней лесной полосой — более 80 см, на пашне — 60, в некосимой степи — 70 см.
По сравнению с другими разрезами в лугово-черноземной почве содержание гуминовых кислот максимально. Тип гумуса гуматный, соотношение Сгк/Сфк наибольшее — 2,4. Среди фракций гуминовых кислот преобладают ГК-2 (60—70% от суммы ГК), велика доля ГК-1 (24% от суммы ГК) и связанной с ней ФК-1. Содержание ГК-2 и ФК-2 заметно возрастает с глубиной в связи с увеличением количества карбонатов. Повышенное содержание фракции бурых гуминовых кислот (ГК-1), возможно, связано с переувлажнением этих почв, что вызывает развитие анаэробных процессов и слабую минерализацию растительного материала.
Как правило, в верхних горизонтах содержание Са2+ и Mg2+ наименьшее, с глубиной оно несколько возрастает, так как увеличивается количество карбонатов (особенно гидрокарбонатов) и уменьшается таковое гуминовых кислот, связывающих кальций в нерастворимые гуматы.
Распределение карбонатов в почвенном профиле чернозема обыкновенного регрессивно-элювиальное. Наименьшее количество карбонатов в верхних 50—80 см, с глубиной в гор. Вса оно возрастает до 10-12%.
В разр. 52 (некосимая залежь) содержание Са2+ и Mg2+ в водной вытяжке высокое, что, по-видимому,
обусловлено интенсивными процессами разложения растительных остатков, при которых почвенные растворы насыщаются углекислотой, и карбонатно-кальциевое равновесие смещается в сторону перехода малорастворимых форм карбонатов (СаСО3, возможно, обменный кальций и кальций в виде гуматов) в растворимую форму - Са(НСО3)2.
В почве на пашне количество водорастворимых форм кальция и магния понижено (0,2—0,3 мг-экв/ 100 г почвы) по сравнению с некосимой степью (0,47—0,43 мг-экв/100 г почвы). Низкое содержание водорастворимых форм кальция может быть связано с тем, что на пашне усиливаются процессы нисходящей миграции почвенных растворов и подвижные карбонаты из верхних горизонтов вымываются. Пахотные горизонты также обедняются доступными для растений формами кальция и магния в связи с отчуждением растительных остатков с урожаем.
Повышенное относительно «эталонных» почв содержание подвижных форм кальция и магния наблюдается в верхних горизонтах разрезов лесных полос - 0,55—0,96 мг-экв/100 г почвы. Большое количество водорастворимых карбонатов в черноземе под лесными насаждениями, возможно, связано с процессами выщелачивания и разложения лесной подстилки, основу которой составляют листья дуба, относительно обогащеные подвижными формами кальция и магния.
В зоне выноса карбонатов содержание СаСО3 минимальное - десятые доли процента, так как здесь мало свободных карбонатов. В большинстве разрезов на пашне и на залежных участках зона выщелачивания составляет 80—85 см, в почвенных разрезах лесных полос она снижается до 50—70 см. Наиболее плавный характер перехода зоны выщелачивания в собственно карбонатную можно проследить в разрезах на пашне. В «эталонных» разрезах степных залежей переходная зона сужена и выражена резче, чем в черноземах лесных полос и пашни. В иллювиальной карбонатной толще разр. 48 наблюдаются признаки выноса карбонатов, что подтверждается работами некоторых авторов [28].
Водный режим обыкновенных черноземов характеризуется значительным преобладанием, особенно в летний период, восходящих токов влаги над нисходящими. При восходящих токах насыщенные углекислотой почвенные растворы, переводя карбонат кальция в гидрокарбонат, переносят углекислые соли из карбонатного в нижнюю часть гумусового горизонта. Верхняя часть карбонатной толщи при этом «растягивается».
В разрезах на пашне происходит расширение зоны выноса карбонатов, что, вероятно, связано с усилением процессов нисходящей миграции почвенных растворов, выносом карбонатов в глубь профиля в осенне-зимний период и ослаблением десукции корневыми системами растений в летний период. Увлажнение пахотной почвы происходит более равномерно, чем целинной. При
отсутствии растительного покрова, незащищенности поверхности почвы дождевые воды быстрее просачиваются в нижние горизонты и способствуют выносу карбонатов. В то же время в условиях пара происходит интенсивное испарение влаги в результате капиллярного ее поднятия из более глубоких слоев.
В пахотном горизонте разрезов 17 и 45 содержание СаСО3 заметно повышено (1,5—2%) по сравнению с другими разрезами, где количество карбонатов в гумусовом горизонте не превышает десятых долей процента. Возможно, это связано с дополнительным притоком карбонатов с грунтовыми водами и поверхностным стоком, так как данные разрезы находятся в микропонижениях и уровень грунтовых вод находится в 80—90 см от поверхности.
Максимум СаСО3 в черноземах под степной растительностью находится на уровне 90—120 см, в лесных полосах - 60—100 см, что, возможно, связано с различным характером распределения корневых систем растений. В травяных ценозах наибольшее количество корней сосредоточено в слое 0-30 см, в лесных полосах они распределены по профилю более равномерно. Поэтому в черноземах под лесонасаждениями подтягивание почвенных растворов происходит более интенсивно.
В лугово-черноземной почве (разр. 49) общее содержание карбонатов в профиле выше, чем в черноземах обыкновенных. Граница вскипания лежит близко к поверхности, в гор. А, что скорее всего связано с активной восходящей миграцией влаги, так как профиль почвы находится в зоне капиллярной каймы грунтовых вод. Отчетливо видимые карбонатные новообразования в черноземах обыкновенных появляются в гор. Вса в виде псевдомицелия, трубочек и прожилок по ходам корней растений, мелких и крупных плотных карбонатных стяжений или в виде размытых пятен разной формы и диаметра (четко ограниченная или диффузная белоглазка). Максимальное количество белоглазки и других форм карбонатных образований в разрезах залежей находится на глубине 120—200 см. Наличие их различных миграционных форм свидетельствует об интенсивных процессах перемещения почвенных растворов в этой части почвенного профиля.
Одним из способов оценки соотношения педоген-ных и литогенных форм карбонатов является подсчет общего запаса карбонатов в почвенной толще и в почвообразующей породе. Е.А. Афанасьевой [5] был разработан метод определения возраста черноземов по запасам карбонатов в почвенном профиле. Исходя из положения, что весь запас карбонатов в почве накопился в луговую стадию ее развития, рассчитывается время, в течение которого это происходило. Метод оценки является приблизительным и основывается на ряде допущений.
При концентрации СО2 в почвенном растворе 0,3% (растворимость СаСО3 по Вигнеру составляет 0,138,
при 1%-й концентрации СО2 — 0,210 мг/л), испаряемость — 425 мм/год (коэффициент увлажнения (КУ), по Иванову, для данной территории принят равным 0,85, современная сумма осадков за год — 500 мм) в столбе грунта площадью сечения 1 дм2 и высотой, равной мощности почвенного профиля 150 см, в первом случае накапливается 0,59 г, во втором — 0,90 г СаСО3 ежегодно.
Запасы карбонатов за год в среднем составляют 1800 г/дм3. Значит, при концентрации СО2 0,3% возраст их накопления — около 3000, при 1% —1400 лет.
Таким образом, продолжительность луговой стадии развития данных черноземов составляет 2—3 тыс. лет. Время формирования поверхности из моренных отложений и лёссовидных суглинков, на которых развиты обыкновенные черноземы, относится к днепровскому оледенению (300 тыс. лет назад). При таянии ледниковой толщи и отложении материала процесс почвообразования происходил параллельно с постепенной сменой характера растительного покрова [15, 17]. Предполагается, что после таяния ледника, по мере потепления климата, растительные формации сменяли друг друга, вместе с этим происходило изменение направленности почвообразовательных процессов. Можно предположить, что обыкновенные черноземы в своем развитии проходили болотную, луговую и степную стадии.
Вероятно, что такое количество карбонатов в почвенном профиле чернозема обыкновенного могло накапливаться лишь в течение 2—3 тыс. лет, тогда как большую часть времени данные почвы формировались в степном режиме.
Представляется целесообразным оценить корреляционные связи как между отдельными свойствами черноземов, так и между содержанием в черноземах карбонатов кальция и некоторыми свойствами почв.
Для исследованных заповедных участков обыкновенных черноземов прямая отрицательная связь обнаруживается между содержанием гумуса и содержанием карбонатов, рН водной вытяжки и содержанием гумуса, емкостью катионного обмена и рН. Положительная корреляция наблюдается между содержанием гумуса и ЕКО, значениями рН водной вытяжки и содержанием карбонатов, кроме почв степных залежей и лесных полос. Отсутствует какая-либо связь для почв под лесными полосами и пашней между следующими парами признаков — карбонаты и ЕКО, карбонаты и содержание Са2+ в водной вытяжке. Во всех фракциях отобранных образцов лесной подстилки и в дубовых корнях высоко содержание кальция (табл. 2).
В листьях дуба происходит выпадение кристаллов вевеллита (щавелевокислого кальция). Следовательно, в этой форме кальций выщелачивается из листьев подстилки, что способствует нейтрализации ее кислых продуктов разложения органических веществ и обогащению верхних горизонтов почвы водорастворимым кальцием [8].
Таблица 2
Результаты определения зольных элементов во фракциях подстилки лесных полос Каменной степи, %
Составляющие лесной подстилки СаО МвО
100-летняя лесная полоса
Листья (>10 мм) 1,2 0,3
Детрит (<2 мм) 1,6 0,3
Ветки 1,6 0,3
50-летняя лесная полоса
Листья (>10 мм) 1,7 0,7
Детрит (<2 мм) 2,6 0,2
Ветки 2,6 0,7
Однорядное дубовое насаждение
Листья (>10 мм) 1,7 0,2
Детрит (<2 мм) 1,7 0,3
Ветки 1.5 0,3
Желуди 1,1 0,6
Выводы
Определение основных свойств обыкновенных черноземов и содержания карбонатов в почвах, растениях, растительных остатках, грунтовых водах агро- и естественных ландшафтов позволило с использованием определенной методики оценить по запасам карбонатов вероятную продолжительность луговой стадии почвообразования, которая составила для почв Каменной степи около 30% времени голоцена.
В гумусовой части почвенного профиля черноземов обыкновенных кальций фиксируется в составе органических и органо-минеральных соединений как биологически накопленный.
В минеральных горизонтах черноземов карбонаты находятся в основном в свободном состоянии — в виде углекислотных солей, в составе ППК и различных формах в составе почвенного раствора.
Обнаруженная изменчивость границы залегания карбонатов в черноземах обыкновенных, по нашему мнению, довольно отчетливо связана с характером ландшафта и ролью лесных полос. В весенне-летний период создаются условия (высокие температуры, низкая влажность), ослабляющие выщелачивание карбонатов, и преобладающими становятся процессы восходящей миграции. В годовом цикле верхняя граница залегания карбонатов в черноземах относительно постоянна и для обыкновенных черноземов находится в пределах гор. АВ.
В пахотном горизонте в разной степени увлажненных разрезов, в профиле которых возможно развитие процесса осолонцевания, количество карбонатов заметно повышено по сравнению с другими разрезами, а в карбонатной части профиля пахотных черноземов увеличена зона выщелачивания.
В черноземах под лесными полосами гумусовый профиль наиболее растянут; возрастает доля подвижных форм кальция и магния в верхних 20 см; в
карбонатной части почвенного профиля зона выщелачивания сужается до 50—70 см, переходная зона расширяется.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адерихин П.Г. Почвы Воронежской области, их генезис, свойства и краткая агропроизводственная характеристика. Воронеж, 1963.
2. Алехин В.В. Центрально-черноземные степи. Воронеж, 1934.
3. Афанасьева Е.А. Водно-солевой режим обыкновенных и южных черноземов юго-востока европейской части СССР. М., 1980.
4. Афанасьева Е.А. Происхождение и эволюция черноземных почв // Почвоведение. 1946. № 6.
5. Афанасьева Е.А. Режим мощных черноземов под травяными и лесными ценозами // Там же. 1966. № 6.
6. Ахтырцев Б.П. Изменение обыкновенного чернозема под влиянием 80-летнего дубового насаждения // Там же. 1956. № 11.
7. Байко А.С. Воздействие лесных полос на почвы Каменной степи // Вопросы травопольной системы земледелия. Т. 2. М., 1953.
8. Бобрицкая М.А. Зольный состав листьев дуба разного возраста // Почвоведение. 1953. № 7.
9. Гончарова Т.Н., Алексеев В.Е. О миграционной способности карбонатов в профиле черноземов // Почвы Молдавии, их использование в условиях интенсивного земледелия. Кишинев, 1978.
10. Демкин В.А., Иванов И.В. Особенности формирования карбонатного профиля почв сухостепной зоны юго-востока европейской части СССР // Почвоведение. 1987. № 1.
11. Добровольский В.В. Карбонатные стяжения в почвах и почвообразовательный процесс ЦЧП // Там же. 1956. № 5.
12. Докучаев В.В. Происхождение растительно-наземных почв вообще и русского чернозема в частности // Русский чернозем. М., 1952.
13. Ендовицкий А.П., Минкин М.Б. О корреляционной связи между аналитически определяемыми и расчетными концентрациями СО3 в водных вытяжках // Почвоведение. 1980. № 2.
14. Зеличенко Е.Н., Соколенко Э.А. Вычисление скорости формирования карбонатных новообразований в почве // Там же. 1982. № 2.
15. Иванов И.В. Эволюция почв степной зоны в голоцене. М., 1992.
16. Ковда В.А., Самойлова Е.М. О возможности нового понимания истории почв Русской равнины // Почвоведение. 1966. № 9.
17. Комаров Н.Ф. Этапы и факторы эволюции растительного покрова черноземных степей. М., 1951.
18. Кречетов П.П. Трансформация соединений кальция в черноземах в условиях интенсивного земледелия: Автореф. канд. дис. М., 1991.
19. Николаева С.А., Рождественская С.О. Вторичный гидроморфизм в степных ландшафтах и его влияние на состояние и функционирование черноземных почв // Мат-лы Междунар. науч. конф. «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция». Воронеж, 2004.
20. Овечкин С.В. Генезис и минеральный состав карбонатных новообразований черноземов Левобережной Украины и Заволжья: Автореф. канд. дис. М., 1976.
21. Рымарь В.Т., Покудин Г.П. Прошлое, настоящее и будущее чернозема. Каменная степь. Воронеж, 1997.
22. Рысков Я.Г., Борисов А.В. и др. О соотношении пе-догенных и литогенных карбонатов в степных почвах и закономерности их профильной динамики за последние 4000 лет // Почвоведение. 1991. № 3.
23. Самойлова Е.М. Происхождение черноземов // Русский чернозем: 100 лет после В.В. Докучаева. М., 1983.
24. Соловьев П.Е. Изменение почвообразовательного процесса степных почв под влиянием лесной растительности // Науч. докл. высш. школы. Биол. науки. 1960. № 1.
25. Тумин И.В. Влияние лесных полос на почву Каменной степи. Воронеж, 1930.
26. Хохлова О.С., Ковалевская И.С. Состояние карбонатного материала почв Ставропольской возвышенности // Почвоведение. 1996. № 11. С. 1310-1319.
27. Чевердин Ю.И., Поротиков И.Ф. и др. Роль лесных насаждений в сезонной переувлажненности почв Каменной степи // Мат-лы Междунар. науч. конф. «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция». Воронеж, 2004.
28. Щеглов Д.И. Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов. М., 1999.
29. Щербаков А.П. Антропогенная эволюция черноземов. Воронеж, 2000.
Поступила в редакцию 18.04.08
CARBONATES IN KAMENNAYA STEPPE'S SOILS E.V. Rogozhnikova, Yu.N. Zborischuk
Complex investigation of carbonates' behavior in steppe ecosystems gave the carbonates supply estimation. The approximate duration of the meadow soil forming stage in Kamennaya steppe was calculated. The upper boundary of carbonates' layer is changeable due to landscape and forest strips influence. In the arable moistened chernozems carbonates quantity is noticeably higher. In carbonates part these chernozems have bigger enleaching zone. Key words: carbonates, chernozemes, soil profile.
Сведения об авторах
Рогожникова Евгения Владимировна, аспирант каф. общего почвоведения. Тел.: 939-27-40 (сл.). Зборищук Юрий Николаевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения.
