Характеристика почв зоны сухих и пустынных степей

Условия почвообразования

Каштановые почвы развиваются в области суббореального субаридного (семиаридного) климата, для которого характерны теплое засушливое лето и холодная зима с незначительным снежным покровом. Температура июля 20—25°С, января от -5 до -25°С. Среднегодовая температура 2—10°С. Сумма активных температур (> 10°С) — 2200—3500°С. Ежегодное количество осадков 200— 400 мм, максимум осадков приходится на лето, они часто выпадают в виде ливней. Испаряемость превышает количество осадков, коэффициент увлажнения составляет 0,25—0,45. Часты суховеи. Климатические показатели обусловливают непромывной тип водного режима, благодаря чему перемещение веществ происходит лишь в пределах почвенного профиля. Рельеф зоны каштановых почв преимущественно равнинный или слабоволнистый, связанный с древними водно-аккумулятивными низменностями. Широко распространены степные западины, в которых формируются засоленные почвы, солонцы, солоди, лугово-каштановые почвы, создавая большую комплексность почвенного покрова. Почвообразующими породами являются лёссовидные карбонатные суглинки, засоленные морские породы, элювий-делювий различных коренных пород — засоленных и незаселенных, карбонатных и бескарбонатных.

Каштановые почвы формируются в зоне сухих степей, под пологом низкорослого изреженного комплексного травянистого покрова. Степень покрытия 50—70%; она уменьшается по мере того, как климат зоны становится более сухим. В пределах Прикаспия и Казахстана выделяют три подзоны сухих степей: с севера на юг сменяют друг друга типчаково-ковыльные, полынно-типчаковые, типчаково-полынные степи. На засоленных и солонцеватых каштановых почвах формируются своеобразные ассоциации из полыни, прутняка, ромашника. Поверхность почвы покрыта корочками лишайников и синезеленых и диатомовых водорослей. В сухих степях биомасса растительных сообществ составляет в среднем около 200 ц/га, при этом более 90% приходится на корни. Ежегодный прирост зеленой массы около 30 ц/га, прирост корней 110 ц/га. Ежегодно в биологический круговорот вовлекается около 600 кг/га зольных элементов и около 150 кг/га азота; возврат приблизительно равен потреблению. Среди элементов, участвующих в круговороте, преобладают N, Si, К. По численности микроорганизмов каштановые почвы мало отличаются от черноземов, но суммарная за год биологическая активность здесь слабее вследствие более длительного засушливого периода.

 Общая характеристика и генезис

Каштановые почвы — это почвы с профилем типа А-Вса-С, формирующиеся в условиях сухих степей суббореального пояса. Гумусовый горизонт А этих почв имеет каштановую окраску, в первом метре почвенного профиля наблюдаются обильные выделения карбонатов, а во втором—(во многих случаях) гипса. Каштановые почвы на северной границе распространения по строению и свойствам близки к южным черноземам (темно-каштановые почвы), а на южной границе — к бурым полупустынным почвам (светло-каштановые почвы). Отделение их от почв соседних типов производится по совокупности биоклиматических показателей. Термин ≪каштановые почвы≫ введен В. В. Докучаевым в 1883 г. Как особый тип каштановые почвы выделены им в классификации 1900 г. вместе с бурыми полупустынными. В исследование географии, генезиса, свойств, способов рационального использования этих почв большой вклад внесли С. С. Неуструев, А. А. Роде, Е. Н. Иванова и др. Каштановые почвы занимают на земном шаре 262,2 млн. га (Е. В. Лобова, А. В. Хабаров, 1983), располагаясь почти исключительно в северном полушарии. В Евразии они образуют полосу южнее черноземной зоны, в Северной Америке — западнее черноземной зоны на более высоких абсолютных отметках. В СССР площадь каштановых почв составляет 107 млн. га (4,8%).

Начиная с В. В. Докучаева и Н. М. Сибирцева, происхождение каштановых почв связывалось с засушливостью климата и ксерофильным характером растительности, активной минерализацией растительных остатков и гумуса, ослаблением гумусонакопления по сравнению с черноземами. Аридность обусловливает также слабую выщелоченность профиля от карбонатов, гипса и легкорастворимых солей. В. А. Ковдой была высказана точка зрения о палеогидроморфном прошлом каштановых почв, формирующихся на пониженных равнинах сухой степи. Эта точка зрения была подтверждена для ряда регионов, в частности для каштановых почв Прикаспийской низменности (И. В. Иванов и др., 1980). Так, установлено, что на протяжении последних 9 тыс. лет светло-каштановые почвы бессточной равнины Северного Прикаспия прошли в своем развитии этапы и стадии луговости, засоления, рассоления, осолонцевания, остепнения. В формировании каштановых почв участвуют те же процессы, что и в формировании черноземов. Главнейшие из них — дерновый, а также процесс миграции и аккумуляции карбонатов. В каштановой почве дерновый процесс развит слабее, чем в черноземах. Для зоны каштановых почв характерно развитие комплексности почвенного покрова. Каштановые почвы образуют комплексы с солонцами и лугово-каштановыми почвами. Причиной высокой комплексности почвенного покрова являются микрорельеф, который обусловливает различия в водно-солевом режиме почв, а также пестрота в свойствах почвообразующих пород, деятельность землероев, пятнистость растительности на фоне сухого климата и бессточности территории.

Систематика и классификация

Каштановые почвы в соответствии с традиционной советской классификацией делятся на 3 подтипа: темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые. Основным критерием для их разделения является степень гумусированности (табл. 1). Каждый подтип делится на несколько фациальных подтипов в соответствии с различиями в свойствах, обусловленных термическим режимом. Почвы различных фациальных подтипов различаются по мощности гумусовых горизонтов и глубине аккумуляции карбонатов кальция и гипса. Светло-каштановые почвы в отличие от темно-каштановых и каштановых обладают осветленным бесструктурно-слоеватым гумусовым горизонтом А. В типе каштановых почв выделяются роды: обычные, глубоко-вскипающие, карбонатные, карбонатные перерытые, солончаковатые, солонцеватые, глубокосолонцеватые, остаточно-солонцеватые, неполноразвитые. Разделение на виды осуществляется с учетом мощности гумусовых горизонтов (А + АВ), см: мощные ( > 5 0 ), среднемощные (30—50), маломощные (20—30), очень маломощные (<20). Среди каштановых почв много солонцеватых, т. е. содержащих обменный Na+ в количестве от 3 до 15% от емкости поглощения, обладающих уплотненным горизонтом АВ с комковато-призмовидной или глыбистой структурой, с лакировкой граней структурных отдельностей.

По содержанию обменного Na+ (в % от ЕКО) солонцеватые почвы делятся на 3 вида:

слабосолонцеватые 3—5,

среднесолонцеватые 5—10,

сильносолонцеватые 10—15.

Солонцеватые каштановые почвы имеют профиль, несколько дифференцированный по содержанию ила, SiО2, R2Оз. Горизонт АВ обогащен этими компонентами, а глубже расположенные горизонты содержат повышенное количество гипса и легкорастворимых солей. Классификация каштановых почв остается дискуссионной. М. А. Глазовская предлагает отделить светло-каштановые почвы от типа каштановых, полагая, что по своим свойствам они ближе к бурым полупустынным. Е. В. Лобова подразделяет каштановые почвы мира на 3 фации:

субконтинентального климата (Крым, Предкавказье, Америка, Прикаспий),

континентального климата (Заволжье, Казахстан)

резко континентального климата (котловины восточной Сибири, Центральная Азия).

В. И. Волковинцер (1978) полагает, что почвы одной из этих фаций — резко континентального климата — настолько сильно отличаются от остальных каштановых почв, что целесообразно их выделение в качестве особого типа степных криоаридных почв. В соответствии с международной классификацией ФАО/ЮНЕСКО светло-каштановые почвы отделены от каштановых и темно-каштановых на самом высоком таксономическом уровне. Каштановые и темно-каштановые почвы объединены в группу каштаноземов, подразделяющуюся на подгруппы нормальных, известковых, лювиковых почв. По классификации США каштановые и темно-каштановые почвы отнесены к подпорядку устоллей порядка моллисолей с большими группами гаплустоллей, кальциустоллей и аргиустоллеи. Светло-каштановые почвы относятся к порядку аридисолей.

Таблица 1. Разделение каштановых почв на подтипы по степени гумусированности

Подтипы Содержание гумуса в горизонте 0-15 см (дерновом или пахотном)*, %
Глинистые, тяжело- и среднесуглинистые Легкосуглинистые и пылеватосупесчаные
Темно-каштановые

Каштановые

Светло-каштановые

3,2-4,0 (5)

2,2-3,2 (4)

1,5-2,2 (2,5)

2,5-3,0 (4)

1,5-2,5 (3)

1,0-1,5 (2)

Строение почвенного профиля

Профильная характеристика каштановой почвы

Рис.1. Профильная характеристика каштановой почвы

Профиль каштановой суглинистой почвы имеет следующее строение: А — гумусовый горизонт, каштановый с буровато-серым или коричневато-серым оттенком, пороховато-мелкозернистой структуры, нередко с поверхности слоеватый; мощность 15—30 см;

АВ1 — слабее прокрашенный гумусом горизонт, серовато-бурый, комковатый или призмовидно-комковатый, обычно вскипает от НС1; мощность около 10 см;

АВ2 — неоднородно окрашенный, с темными серовато-бурыми гумусированными языками на буровато-палевом фоне, призмовидно-крупно-комковатый; характерны ходы крупных червей, редкие кротовины; вскипает от НС1; мощность около 10 см;

Вса — буровато-желтый, плотный, призмовидный или призмовидно-ореховатый, пропитанный карбонатами; карбонаты выделяются в виде обильной белоглазки, прожилок или мучнистых скоплений в зависимости от термического режима и свойств почвообразующих пород; мощность 50—100 см;

Bcs — более светлый и однородный по окраске, более рыхлый, с очень редкими выделениями карбонатов и вкраплениями гипса в виде друз, гнезд, прожилок; в нижней части горизонта выделения легкорастворимых солей; в почвах некоторых фаций и провинций этот горизонт отсутствует;

С — материнская порода.

По своим свойствам каштановые почвы во многом сходны с черноземами (рис. 1). Их профиль состоит из гумусового и карбонатного (часто также гипсового и солевого) горизонтов; он не дифференцирован по содержанию SiО2 и R2О3. Содержание гумуса в пахотном горизонте составляет 3—4% в суглинистых почвах и постепенно уменьшается вниз по профилю, отношение

Сгк : Сфк > 1 в верхних горизонтах и менее 1 в подгумусовом горизонте. Запас гумуса 120—300 т/га. Отношение C:N = 6 — 11. Почвенный поглощающий комплекс полностью насыщен катионами Са2+ и Mg2+, реакция нейтральная или слабощелочная по всему профилю. Каштановые почвы всегда имеют карбонаты непосредственно под гумусовым горизонтом, на глубине 1 —1,5м многие из них накапливают также гипс и легкорастворимые соли. Профиль не дифференцирован по илу. В составе илистой фракции в почвах, развитых на лёссовидных породах, преобладают гидрослюды, затем смешаннослойные смектит-гидрослюдистые минералы, содержание каолинита низкое. Каштановые почвы обладают удовлетворительными водно-физическими свойствами, близкими к свойствам черноземов. Плотность их возрастает с глубиной от 1,2 до 1,5—1,6 г/см3, соответственно уменьшается и порозность от 50—55% в гумусовом горизонте до 40—45% ниже.

Генетические особенности

Как следует из данных химических анализов генетических горизонтов каштановых почв, состав прокаленной безгумусной и бескарбонатной массы по профилю почв существенно не меняется. Отдельные минералогические анализы показывают, что перераспределение основных минеральных компонентов по профилю темно-каштановых и каштановых почв не происходит. В ряде случаев констатируют увеличение содержания высокодисперсных минералов снизу вверх, однако это явление обычно унаследовано от почвообразующих пород и связано с изменением режима их формирования.

В светло-каштановых почвах иногда замечается небольшое накопление высокодисперсных частиц в горизонте В. Более отчетливо это выражено в бурых пустынно-степных почвах. Поэтому при химических анализах бурых почв в уплотненном горизонте В отмечается очень небольшое уменьшение содержания кремнезема и соответственно увеличение остальных компонентов.

Таким образом, если на большей, северной, части зоны сухих и пустынных степей, так же как и в черноземах, не происходит перераспределения минералов по профилю почв, то в светло-каштановых и бурых почвах намечается слабое перемещение высокодисперсных глинистых частиц из верхней части профиля в горизонт В.

В условиях ландшафтов сухих и пустынных степей в почву поступает значительно меньше органического вещества, чем в черноземах. Ежегодный опад растительности сухих степей равен около 40 ц/га, т. е. несколько меньше половины биомассы. В составе опада в значительном количестве содержатся зольные элементы, ежегодное поступление которых в почву, согласно Л. Е. Родину и Н. И. Базилевич (1965), составляет 161 кг/га. В северной части зоны в растительном опаде доминируют кремний, кальций и калий, а в южной приобретает большее значение натрий.

Содержание гумуса в почвах сухих и пустынных степей невелико—2—5%. Принято считать, что в гумусовом горизонте темно-каштановых почв гумуса содержится от 3,5 до 5%, в каштановых почвах — 3—4, в светло-каштановых — 2—3 и в бурых —около 2%. Изменение количества гумуса по профилю происходит постепенно, как в черноземах. Однако состав гумуса каштановых почв отличается от гумуса черноземов пониженным содержанием гуминовых кислот. Уменьшение гуминовых кислот в почвах сухих и пустынных степей нарастает с севера на юг. В бурых почвах фульвокислот больше, чем гуминовых кислот. С этим обстоятельством в значительной мере связана слабо выраженная окраска гумусового горизонта светло-каштановых и бурых почв.

Непромывной режим и промачиваемость почвы на 50—100 см (в отдельные годы до 10—180 см) обусловливают обогащение почвенного профиля водорастворимыми солями, в первую очередь солями натрия. Количество водорастворимых соединений, в почвах сухих и пустынных степей увеличивается с глубиной. Одновременно с увеличением содержания водорастворимых солей повышается рН водной вытяжки. Обилие солеи натрия обусловливает вхождение этого химического элемента в состав поглощенных катионов. Сорбирование катионов натрия высокодисперсными частицами способствует разрушению почвенных агрегатов и диспергированию почвенной массы, что создает возможность для перемещения высокодисперсных частиц. Содержание солей натрия в почве увеличивается с севера на юг, поэтому в бурых почвах, несмотря на то что в области их развития выпадает наименьшее для сухих и пустынных степей количество осадков, имеет место небольшое перераспределение высокодисперсных частиц с образованием уплотненного горизонта В. Вместе с тем отсутствие водопрочных агрегатов благодаря диспергирующему воздействию натрия приводит к образованию слоеватой поверхностной корочки.

Распределение рассеянных химических элементов по профилю каштановых почв напоминает таковое в черноземах. Однако в каштановых почвах менее выражена их аккумуляция в гумусовом горизонте, а иногда обнаруживается накопление этих элементов в горизонте В в связи с солонцеватостью.

Особенности географии почв сухих степей

Характерная особенность почвенного покрова сухих степей — чрезвычайная его пестрота. Это связано с перераспределением по формам мезо- и микрорельефа теплоты и особенно влаги, а вместе с ней и водорастворимых соединений. Изменение гидротермических условий и концентрации некоторых химических элементов по формам рельефа отражается на комплексности растительности. Недостаток влаги обусловливает очень чувствительную реакцию растительности и почвообразования даже на слабое изменение увлажнения.

По данным Д. Н. Виленского (1961), в пределах зоны сухих и пустынных степей зональные автоморфные почвы занимают лишь 70% всей территории, остальная часть приходится на солонцы и солончаки. Области, где на обзорных почвенных картах показано распространение каштановых почв, как правило, представляют собой сложный комплекс каштановых почв различной степени солонцеватости, солонцев, в различной мере засоленных лугово-каштановых почв и солончаков. Сложность освоения и использования почв сухих степей для земледелия объясняется как небольшим содержанием перегноя, так и весьма неблагоприятными физическими свойствами этих почв. При распашке поверхности слоеватая корка создает, с одной стороны, глыбистость, а с другой — пылеватость, способствуя легкой развеваемости почв. После дождей эти почвы заплывают, при высыхании уплотняются с поверхности, в результате чего они сильно иссушаются.

В земледелии используются в основном темно-каштановые почвы, которые приурочены к наиболее увлажняемым районам и обладают довольно высокой степенью плодородия. В годы с обильными осадками на этих почвах получают высокие урожаи; в годы с недостаточным увлажнением посевы гибнут от засухи. Однако почвы этой зоны содержат в общем достаточное количество основных элементов питания для растений и поэтому при надлежащей афотехнике и необходимой мелиорации могут давать устойчивые урожаи. Так как основной причиной неурожаев является недостаток воды, то особую остроту приобретает проблема орошения.

В медико-геофафическом отношении каштановые и особенно бурые почвы местами перефужены легкорастворимыми соединениями и обладают повышенным содержанием некоторых рассеянных химических элементов, в первую очередь фтора. Это может иметь отрицательные последствия для человека.

Отсутствие заметного перераспределения соединений по профилю почв сухих степей благоприятствует поверхностно-геохимическим методам поисков рудных месторождений, поэтому на площади распространения каштановых и бурых почв Казахстана широкий размах получили металлометрические работы.

Лугово-каштановые почвы

Лугово-каштановые почвы — это полугидроморфные почвы с профилем A-AB-Bca-Bcs-Cg, формирующиеся в зоне каштановых почв на таких геоморфологических элементах, которые обусловливают избыточное по сравнению с каштановыми почвами увлажнение. Их площадь в зоне каштановых почв Евразии составляет 6,6 млн. га (Н. Н. Розов, 1967). Лугово-каштановые почвы образуются в такой же климатической обстановке и на таких же материнских породах, что и каштановые почвы. В отличие от последних они формируются в относительно пониженных точках макро-, мезо- и микрорельефа на надпойменных речных террасах, в межсопочных долинах, на подгорных шлейфах, в больших западинах, ложбинах, степных блюдцах и т. п. Избыточное увлажнение определяется притоком вод с поверхностным стоком, большей мощностью снежного покрова, повышенным уровнем почвенно-грунтовых вод. Растительный покров в понижениях более сомкнутый и высокорослый, чем на окружающих зональных почвах; преобладают высокорослые злаки, мезофильное разнотравье, кустарники —караган, спиреи. Лугово-каштановые почвы отличаются от каштановых большей прокрашенностью и мощностью гумусового горизонта. В горизонте АВ очень хорошо выражена потечность гумуса, уплотнение его за счет вмывания гумусно-минеральных компонентов под влиянием нисходящих токов воды в период обильного увлажнения с поверхности. Лугово-каштановые почвы близки к каштановым по всему комплексу свойств. Они отличаются друг от друга лишь по содержанию гумуса, которое повышено в полугидроморфных почвах.

В верхнем горизонте количество гумуса в подзоне темно-каштановых и каштановых почв достигает 4—6%, в подзоне светло-каштановых — 4% (при тяжелом гранулометрическом составе). Если увлажнение только поверхностное, лугово-каштановые почвы характеризуются более низкой глубиной вскипания и пониженным залеганием гипсового и солевого горизонтов. Обладая слабо выраженными различиями в свойствах, луговокаштановые и каштановые почвы существенно отличаются друг от друга по режиму увлажнения. Водный режим лугово-каштановых почв пульсирующий, с чередованием кратковременных периодов обильного увлажнения, которое обусловливает нисходящее движение воды до глубины 2 м и более, и периодов иссушения верхней части профиля и подъема капиллярно-подвешенной воды или даже пленочно-капиллярной воды почвенно-грунтовых вод. Лугово-каштановые почвы подразделяются на 2 подтипа в соответствии с характером режима увлажнения. Разделение лугово-каштановых почв на виды производится по содержанию гумуса (в % ): темные (>4) и светлые ( < 4 ), а по мощности гумусового горизонта аналогично каштановым почвам. Лугово-каштановые почвы более продуктивны, чем каштановые, вследствие дополнительного увлажнения, что в условиях аридности климата имеет первостепенное значение. Однако дополнительное увлажнение часто в этих условиях несет и дополнительные опасности — засоление, осолонцевание, осолодение, слитизацию. Поэтому земледельческое использование лугово-каштановых почв часто осложнено необходимостью дорогостоящих мелиораций, что на малых площадях их распространения не всегда является рентабельным, вынуждая отводить эти почвы больше под сенокосы и пастбища.

Сельскохозяйственное использование почв

В соответствии с целевым назначением все земли подразделяются на:

1. земли сельскохозяйственного назначения

2. земли населенных пунктов;

3. земли промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного назначения;

4. земли природоохранного, рекреационного и оздоровительного назначения;

5. земли лесного фонда;

6. земли водного фонда;

7. земли запаса.

Охрана земель предусматривает:

1. Защиту земель от водной и ветряной эрозии, солей, подтопления, заболачивания, вторичного засоления, иссушения, уплотнения, загрязнения отходами производства, других процессов разрушения, к которым относят:

– рекультивацию нарушенных земель, повышения их плодородия и других полезных свойств;

– снятие и сохранение плодородного слоя почвы (при планировке участков), с тем чтобы использовать его для рекультивации земель или повышения плодородия малопродуктивных угодий;

– установление особых режимов пользования для земельных участков, имеющих природоохранное и историко-культурное значение.

Распаханность территории разная в различных подзонах каштановых почв. В пределах России территория темно-каштановых почв, наиболее близких к черноземам, распахана на 53%; резервы расширения пахотных площадей здесь довольно велики (1,2 млн. га) (Н. Н. Розов, С. А. Шувалов, 1974). В подзоне каштановых почв обрабатывается 17% площади, дополнительно может быть вовлечено 3 млн. га. В подзоне светло-каштановых почв обрабатывается 4% площади, дополнительно может быть распахано около 5 млн. га при наличии пресной воды для орошения. Каштановые почвы потенциально плодородны, урожай сельскохозяйственных культур лимитирует недостаток воды. Успешное земледелие в этой зоне возможно только при условии влагонакопления на полях путем снегозадержания, полезащитного лесоразведения и особых агротехнических приемов, включающих зяблевую вспашку, пары, глубокое безотвальное рыхление, посев кулис из высокостебельных культур. Важную роль в подъеме продуктивности сельскохозяйственных культур играет орошение. На светло-каштановых почвах земледелие без орошения нерентабельно. На каштановых почвах тяжелого гранулометрического состава важным фактором снижения продуктивности является водная эрозия, а на почвах легкого гранулометрического состава — ветровая дефляция. Необходимо использование противоэрозионной защиты почв. Солонцеватые каштановые почвы нуждаются в химической мелиорации. Все обрабатываемые почвы нуждаются в применении удобрений, предпочтительно физиологически кислых. Сильносолонцеватые почвы и комплексы с высоким (до 50%) содержанием солонцов должны использоваться как пастбища. Необходимо создание на них густого продуктивного травостоя из засухоустойчивых и солеустойчивых культур (донник, люцерна, житняк и т. п.).