Свойства серых лесных почв

Химические (содержание макро и микроэлементов, рН)

Химические свойства серых лесных почв отражают условия их формирования. Описываемые почвы имеют кислую или слабокислую реакцию почвенного раствора, не очень высокую насыщенность почв основаниями, пониженное количество илистых частиц в горизонте А1 А2 (или А2 в светло-серых почвах) при повышенной по сравнению с другими горизонтами почв величине гидролитической кислотности.

Признаки оподзоливания сравнительно легко определяются по морфологии почв и подтверждаются данными химического анализа. У темно-серых почв заметно значительное накопление перегноя, гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами, наблюдается накопление кальция в верхнем горизонте, полная насыщенность почв основаниями. Содержание гумуса в серых лесных почвах увеличивается с севера на юг и с запада на восток [Зеликов]. Химический состав и физико-химические свойства. Данные валового анализа (табл. 3) серых лесных почв показывают, что верхние горизонты их обеднены полутораокисями и обогащены кремнекислотой. Эта закономерность изменения валового состава по профилю серых лесных почв указывает на заметную оподзоленность. Наиболее четко она выражена у светло-серых почв и в меньшей степени у темно-серых. Содержание по профилю гумуса и азота свидетельствует о более интенсивном проявлении дернового процесса у темно-серых лесных почв и наиболее слабом его развитии у светло-серых. Общие запасы гумуса в метровом слое в среднем 200 т на 1 га с колебаниями от 100 — 150 т у светло-серых до 300 т у темно-серых почв. Светло-серые и серые почвы под лесом часто в верхнем горизонте (A1 ) еще имеют некоторое преобладание фульвокислот над гуминовыми кислотами, но уже в горизонтах A1 А2 и B1 преобладают гуминовые кислоты.

Физико-химические свойства серых лесных почв хорошо отражают особенности их генезиса (табл. 2). Светло-серые почвы кислые, не насыщены основаниями (V=70—80%). Емкость поглощения в гумусовом горизонте суглинистых разновидностей составляет 14 —18 м.=экв. и возрастает в иллювиальном горизонте в связи с обогащением его илистой фракцией.

Подтип серые лесные почвы также характеризуется кислой реакцией и некоторой ненасыщенностью основаниями, хотя и в несколько меньшей степени, чем светло-серые почвы. Емкость поглощения в зависимости от механического состава и содержания гумуса в горизонте A1 (Aп ) колеблется в пределах 18 — 30 м.=экв.

Таблица 3 – Валовой химический состав и физико-химические свойства серых лесных почв

химический состав и физико-химические свойства серых лесных почв

Более благоприятны физико-химические свойства у темно-серых почв. Емкость поглощения в верхнем горизонте составляет от 15 — 20 до 35—45 м.-экв. Они имеют более высокую насыщенность основаниями (V=80 — 90 %). Реакция солевой вытяжки чаще слабокислая. В отличие от светло-серых почв серые и темно-серые почвы характеризуются наибольшей емкостью поглощения в верхних горизонтах, что связано с большей гумусированностью и меньшим обеднением илом верхних горизонтов.

Гидролитическая кислотность у типа серых лесных почв обычно 2 — 5 м.-экв. на 100 г почвы [Кауричев].

Серые лесные почвы обладают слабокислой или почти нейтральной реакцией (рН водной вытяжки 5,5...6,5, солевой — 5...6). В верхних горизонтах наблюдается слабое накопление кремневой кислоты, а в горизонте В — полуторных окислов (табл. 4).

Темно-серые лесные почвы отличаются от серых и светло-серых более высоким содержанием гумуса, азота, фосфора и калия, менее ясно выраженным иллювиальным горизонтом и большей насыщенностью основаниями.

Таблица 4 – Данные анализа серой лесной суглинистой почвы (по Н. П. Ремезову)

Горизонт

Глубина взятия образца, см

Гумус, %

Содержание, прокаленную

% на почву

Содержание обменных катионов на 100 г почвы, м.-экв.

Степень насыщенности основаниями, %

рН суспензии

SiO2

Аl3О2

FeO2

Са

Mg

Н - гидр.

S

водной

солевой

А1 2...10 4,4 80,5 8,6 3,4 20 8 6 34 82 6,5 5,5
A1A2 20...30 1,8 80,3 8,5 4,5 16 6 4 26 85 6,2 5,7
B1 40...50 0,7 75,4 8,2 5,4 18 6 2 26 92 6,0 5,8
В2 70...80 0,4 75,6 10,1 5,7 17 6 1 24 91 6,2 6,0
В3 100...110 0,4 76,2 9,8 5,5 9 6 1 26 96 6,3 6,0

Светло-серые лесные почвы содержат несколько меньше питательных веществ для растений, имеют меньшую емкость поглощения, несколько более кислую реакцию, хорошо выраженный иллювиальный горизонт и относительно повышенное количество кремневой кислоты в верхнем слое.

Физические свойства серых лесных почв определяются прежде всего механическим составом, характером поглощающего комплекса, содержанием гумуса. От этих показателей зависит структура почв, их водный и воздушный режим, сложение и др. В целом физические свойства серых лесных почв следует считать в агрономическом отношении вполне удовлетворительными. Почвы обладают довольно высокой общей скважностью: в верхних горизонтах 50...55%, в нижних — 40...45%. Полевая влагоемкость их составляет 45% в горизонте А и 35...40% в горизонте В. Такие данные определяют действующую скважность серых лесных почв в 10...13%. Эти показатели дают основание заключить, что серые лесные почвы влагоемки, хорошо пропускают воду, хорошо аэрируют [Голубев].

Физические

Плотность твердой фазы серых лесных почв увеличивается вниз по профилю, что связано с уменьшением содержания гумуса. Темно-серые почвы, отличаясь большей гумусированностью, имеют и меньшую плотность твердой фазы. Плотность наименьшая у темно-серых почв благодаря их лучшей оструктуренности и большей гумусированности. Все серые лесные почвы характеризуются высокой плотностью уплотненных иллювиальных горизонтов (1,5— 1,65 г/см3). Общая пористость изменяется от 50 — 60 % в верхних горизонтах до 40 — 45 % в иллювиальных и породе. В светло-серых почвах капиллярная пористость резко преобладает над некапиллярной.

Неблагоприятные физические свойства светло-серых почв определяют их заметно худшую водопроницаемость по сравнению с другими подтипами. Темно-серые почвы благодаря лучшим физическим свойствам характеризуются большей влагоемкостью и большим содержанием доступной для растений влаги.

Агрофизические свойства серых лесных почв, особенно светло-серых, малоблагоприятны. Невысокое содержание гумуса, обеднение илом, обогащение пылеватыми фракциями способствуют быстрому обесструк-туриванию верхнего горизонта при распашке, поэтому такие почвы заплывают и образуют корку. Состояние спелости у серых лесных почв для условий одного и того же хозяйства и района наступает несколько позже, чем у черноземов [Кауричев].

По водопрочности макроструктуры пахотных горизонтов подтипы серых лесных почв значительно отличаются друг от друга. У светло-серых почв содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм такое же, как у дерново-подзолистых — 20—30 %, поэтому пахотный горизонт склонен к быстрому уплотнению и образованию после дождей на поверхности корки. У серых и темно-серых почв структурное состояние более благоприятное; водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм в их пахотных слоях соответственно около 40 и 50 %, а в подпахотных — около 60 и 80% (Ковриго).

Биологические

Некоторые микроорганизмы продуцируют сильные минеральные кислоты (нитрификаторы, бактерии, окисляющие серу), разрушающие минералы. Многие бактерии, а также плесневые грибы выделяют органические кислоты, разлагающие минералы или дающие с их компонентами хелатные соединения. Слово «хелаты» произошло от греческого «хела», что означает «клешня», поскольку парные комбинированные связи, захватывающие у отмеченных соединений металл, можно образно сравнить по форме и функциям с клешней рака.

В образовании гумуса микроорганизмы принимают самое активное участие. Гумус начинает накапливаться в почвенном слое с первых этапов развития почвообразовательного процесса. Под термином гумус объединяется целая группа родственных высокомолекулярных соединений, химическая природа которых до сих пор точно не установлена. Гумус составляет 85—90% всего органического вещества почвы. В нем аккумулировано значительное количество азота, фосфора и других элементов. Гумус образуется из растительного спада, имеющегося на поверхности почвы, и отмершей корневой системы растений [Мишустин].

Почвенные режимы

Тепловой режим

Тепловой режим лесных почв европейской части России в основном благоприятный. Почвы длительный период (апрель — декабрь) имеют положительные температуры по всему профилю. Замерзание их начинается с декабря, а иногда даже с января и охватывает слой до глубины 50—70 см. К началу полевых работ (апрель) почвы целиком оттаивают. В отдельные годы в центральных и западных провинциях зимой наблюдается периодическое оттаивание и замерзание верхнего слоя почвы, что может вызвать значительное выпадение клеверов и озимой пшеницы.

Серые лесные почвы этих территорий относятся по теплообеспеченности к фациальным подтипам теплых промерзающих (Молдавия, Предкавказье) и умеренно тепловых промерзающих (Украина, центральные провинции, Заволжье).

Существенно отличается тепловой режим почв сибирских провинций, где развиты фациальные подтипы умеренные длительно промерзающие (Западная Сибирь), умеренно холодные длительно промерзающие (Средняя Сибирь) и холодные длительно промерзающие (Забайкалье).

Меньший снеговой покров, суровые морозы длительных зим приводят к глубокому промерзанию почв и медленному их оттаиванию. К началу полевых работ (май) нижние горизонты еще сохраняют отрицательные температуры; здесь часто наблюдаются поздние весенние и раннеосенние заморозки. В Забайкалье почвы ежегодно промерзают до горизонта многолетней мерзлоты (3,5—4 м), которая здесь распространена повсеместно [Кауричев].

Воздушный режим

Воздушный режим почвы — это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в почве и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления и выделения отдельных газов живым населением почвы. Все эти явления находят отражение в изменении содержания и состава почвенного воздуха во времени.

Во всех почвах состав почвенного воздуха подвержен постепенным изменениям в течение года, причем на глубине 4–5 м еще отмечаются колебания в составе воздуха, хотя и более слабые, чем в пределах верхней толщи.

В серых лесных суглинистых почвах, не подверженных избыточному увлажнению, концентрация СO2 (в %) в слое 0—50 см обычно колеблется от 0,2 до 3,0, в слое 100—200 см — от 1,2 до 3,4, в более глубоких слоях — от 1,5 до 4—5. Большое влияние на абсолютное содержание диоксида углерода оказывает характер растительности (рис. 76). По данным Б. Н. Макарова (1966), максимально оно было под пологом смешанного леса, более низким в почве под люцерной, еще ниже в почве, засеянной зерновыми, и наиболее низким в почве чистого пара. Так, в почве под люцерной на глубине 15 см в среднем содержалось 1% СO2, на глубине 30 см— 1,5% СO2, под паром — соответственно 0,2 и 0,3% [Ковда].

Водный режим

В серых лесных почвах преобладает периодически промывной тип водного режима. Легкие почвы в районах повышенного увлажнения (Украинская лесостепь) могут иметь промывной водный режим. Обычно осенние осадки увлажняют лишь слой почвы до глубины 50 см. Наиболее глубокое промачивание происходит в период весеннего снеготаяния. Поэтому глубина промачивания в большей мере зависит от мощности снегового покрова и размеров поверхностного стока талых вод. Расход влаги в районах с пересеченным рельефом за счет поверхностного стока может достигать 20%. Максимальный расход влаги летом охватывает толщу почвогрунта до 1 м. Поэтому важное значение имеют летние осадки, увлажняющие главным образом пахотный слой почвы. Под однолетними сельскохозяйственными культурами используется часть влаги и во втором метре. В нижележащих слоях почвогрунта на пашне влажность обычно близка к НВ. Многолетние травы (люцерна) усваивают влагу до глубины 4 м и более.

Иначе складывается водный режим серых лесных почв под лесом. Здесь за счет накопления снега значительно больше поступает влаги весной. Однако из-за более интенсивного ее потребления и развития глубокой корневой системы почвогрунты под лесом за вегетационный период иссушаются до глубины 4—5 м и более. Поэтому на участках под лесом периодически промывной режим наблюдается реже, чем на пашне[Кауричев]

В целинных серых суглинистых и глинистых почвах под лесом преобладает периодически промывной тип водного режима, в легких по гранулометрическому составу — промывной. При распашке целинных лесных серых почв их водный режим изменяется. Промывание пахотных почв талой и дождевой водой происходит неежегодно. Серые почвы, залегающие на нижних частях малодренированных склонов, в весеннее и осеннее время переувлажняются, в результате сокращается продолжительность вегетационного периода растений [Ковриго].

Питательный режим

По условиям питательного режима в лучшую сторону выделяются темно-серые почвы, отличающиеся более высоким природным плодородием — большими запасами гумуса, азота, фосфора. Содержание общего азота тесно связано со степенью гумусированности почв и в верхнем горизонте у светло-серых почв колеблется от 0,1 до 0,25 %, у серых — от 0,15 до 0,3 % и у темно-серых — от 0,2 до 0,4 %.

Общие запасы фосфора в значительной мере определяются механическим и минералогическим составом почв, степенью их гумусированности. Для одних и тех же районов они больше у темно-серых почв.

Содержание подвижных форм питательных веществ сильно зависит от степени окультуренности почв и систематического применения удобрений.

Как общую закономерность можно отметить более высокое содержание гидролизуемого азота и лучшую нитрификационную способность у темно-серых почв. Особенно бедны подвижными формами азота светло-серые почвы. Содержание подвижного фосфора связано со степенью окультуренности почв. Систематическое унавоживание повышает количество подвижных фосфатов. Повышенным содержанием подвижного фосфора выделяются остаточно-карбонатные почвы.

Распределение микроэлементов и их содержание по профилю светло-серых и серых почв такие же, как и в дерново-подзолистых почвах: в гумусовом и иллювиальном горизонтах наблюдается увеличение валового содержания Zn, Сu и Со, а оподзоленные горизонты обеднены ими. У темно-серых почв такой четкой закономерности нет [Кауричев]

Под лесом в серых лесных почвах процесс нитрификации подавлен. Распашка лесных почв и окультуривание приводят к заметной активизации нитрификационных процессов, что способствует улучшению азотного режима почв и питания растений азотом. Содержание в почвах нитратного азота имеет выраженную сезонную динамику; в европейской части зоны серых лесных почв весной и осенью процессы нитрификации протекают слабо, в июле — наиболее активно. Динамика развития нитрификационных процессов имеет провинциальные особенности.

В серых лесных почвах довольно хорошо выражена динамика подвижного фосфора с нарастанием его количества во второй половине лета, динамичность обменного калия выражена слабее. После освоения лесных почв под пашню содержание доступного фосфора и калия в верхних гумусовых (Ап ) горизонтах возрастает, но степень их подвижности изменяется медленно.

В течение теплого периода года в результате развития биологических, химических и других процессов в пахотных почвах, а также питания растений происходят изменения их физико-химических показателей. В середине лета обменная и гидролитическая кислотность возрастает, сумма обменных оснований и степень насыщенности почв основаниями уменьшаются.

В течение лета наблюдается отчетливая динамика микробиологических и ферментативных процессов в пахотных почвах с нарастанием их активности к концу июля, что способствует улучшению пищевого режима почв. Повышение микробиологической и ферментативной активности почв к концу июля сочетается с возрастанием в это время концентрации диоксида углерода в почвенном воздухе, содержания нитратов и доступного фосфора, с ускорением процессов разложения клетчатки и накоплением в почвах аминокислот. По мере окультуривания серых почв микробиологическая активность и интенсивность биокаталитических реакций в пахотном слое возрастают [Ковриго].

Степень подверженности эрозионным процессам

В результате распашки серых лесных почв на месте горизонта A1 и частично А1 А2 создан пахотный слой. Естественный растительный покров нарушен, поэтому такая почва сильно подвержена действию ветровой и водной эрозии. Долголетнее применение трехпольной системы земледелия с культурой зерновых и паровым полем наложило существенный отпечаток на свойства почвы. Это выразилось в понижении содержания в пахотном слое, особенно за счет минерализации наиболее подвижных (деятельных) составных частей, перегнойных веществ, механическом разрушении при обработке почвы агрономически ценной зернистой структуры. Значение имело разрушение структуры дождевыми каплями, падавшими на незащищенную лесной подстилкой поверхность почвы. Все это приводило к обесструктуриванию пахотного слоя, снижению действующей скважности и водопроницаемости, возникновению после снеготаяния и ливневого выпадения осадков поверхностного стока, смыва и размыва почвы.

Для поднятия плодородия серых лесных почв необходимо проведение мероприятий по созданию структурного и глубокого пахотного слоя, устранению эрозии, восстановлению поврежденных эрозией почв [Макаров].

На целинных почвах развитие эрозионных процессов наблюдается в меньшей степени, т.к. почвенный слой защищен естественным растительным покровом.