Состав и свойства черноземных почв

Механический и минералогический состав

Черноземные почвы весьма разнообразны по механическому составу, что определяется составом почвообразующих пород.

Общая особенность почв черноземного типа – отсутствие заметных изменений механического состава в процессе почвообразования. Лишь в оподзоленных черноземах и частично в выщелоченных наблюдается небольшое увеличение илистой фракции вниз по профилю. Некоторое обеднение илом верхней части профиля отмечается также в солонцеватых и осолоделых черноземах.

В минералогическом составе черноземов преобладают первичные минералы. Из вторичных минералов в большинстве черноземных почв встречаются минералы монтмориллонитовой и гидрослюдистой групп, в которых доминирует монтмориллонит.

В илистой фракции черноземов содержатся также окристаллизованные полуторные окислы, аморфные вещества и небольшое количество высокодисперсного кварца.

Высокодисперсные минералы распределены по профилю равномерно. Различие в минералогическом составе черноземов связано с особенностями пород и условиями выветривания первичных минералов.

Физико-химические свойства черноземных почв

Химический состав.

Важнейшие его особенности – богатство черноземов гумусом, биогенная аккумуляция в гумусовом профиле элементов питания растений. Относительная однородность валового состава минеральной части по профилю, иллювиальный характер распределения карбонатов и выщелоченность почв от легкорастворимых солей.

В распределении гумуса наблюдается постепенное уменьшение его содержания с глубиной, что подчеркивает теснейшую связь гумусообразования с распределением корневых систем травянистой растительности. Гумус черноземов в воде растворим мало.

Содержание гумуса сильно зависит от условий почвообразования и механического состава материнских пород. Максимальные запасы гумуса имеют глинистые и тяжелосуглинистые типичные, обыкновенные и выщелоченные черноземы центральной фации.

В соответствии с содержанием гумуса колеблется и количество азота (0,2-0,5%). Валовое содержание кремнекислоты и полутораокисей равномерно по профилю, что свидетельствует об отсутствии процессов разрушения почвенных минералов. Небольшое обеднение R2 O3 и обогащение кремнекислотой верхней части профиля отмечаются в оподзоленных и в меньшей мере в выщелоченных черноземах, а также у солонцеватых и осолоделых обыкновенных и южных черноземов, что связано с особенностями их генезиса.

Иллювиальный характер распределения карбонатов кальция в черноземах обусловлен особенностями их водного и термического режимов, динамики СО2 в почвенном воздухе и почвенном растворе. Весной, в период наибольшего развития нисходящих токов, происходит вымывание карбонатов. Однако если оно не достигает глубины максимального промачивания, как это отмечается для легкорастворимых солей, а задерживается из-за очень слабой растворимости карбонатов кальция и низких концентраций углекислоты в почвенном воздухе и почвенном растворе, поскольку в это время в почве еще не протекают активные биологические процессы. Последующее повышение температуры активизирует дыхание корней и активизирует деятельность микроорганизмов, что приводит к увеличению концентрации СО2 в почвенном растворе и, как следствие, к большему образованию бикарбоната кальция, который с восходящими токами начинает подниматься вверх по профилю. Вследствие повышения температуры при движении растворов вверх по профилю и удалению углекислоты бикарбонат переходит в карбонат и выпадает из раствора. Выпадение карбонатов по мере их поднятия с восходящими токами также связано с расходом воды на испарение и потребление растениями.

Так складывается характерное для черноземов сезонное колебание верхней границы распространения карбонатов: она опускается весной и осенью и опускается летом. Масштабы этих колебаний зависят от зональных и фациальных условий почвообразования, а также от механического состава почв.

Богатство черноземов гумусом, интенсивная миграция биогенного кальция определяют их благоприятные физико-химические свойства: черноземы характеризуются высокой емкостью поглощения, насыщенностью поглощающего комплекса основаниями, близкой к нейтральной реакцией верхних горизонтов и высокой буферностью. В составе обменных катионов главная роль принадлежит кальцию. Магний составляет 15-20% от суммы. В оподзоленных и выщелоченных черноземах в поглощающем комплексе присутствует водород и гидролитическая кислотность может достигать заметной величины. В обыкновенных и южных черноземах в составе поглощенных катионов находится небольшое количество Na+ и несколько возрастает доля Mg2+ по сравнению с другими подтипами черноземов. В черноземах солонцеватых отмечается большое количество поглощенного иона натрия. Горизонты, содержащие свободные карбонаты, имеют слабощелочную реакцию.

Физические свойства черноземных почв в значительной мере определяется высоким содержанием в них гумуса, мощностью гумусовых горизонтов и хорошей структурированностью. Поэтому черноземы характеризуются благоприятными физическими свойствами: рыхлым сложением в гумусовом слое, высокой влагоемкостью и хорошей влагопроницаемостью.

Лучше всего оструктурены выщелоченные, типичные и обыкновенные черноземы тяжелосуглинистые и глинистые. Оподзоленные и южные черноземы отличаются пониженным содержанием водопрочных агрегатов. При распашке черноземов и длительном их сельскохозяйственном использовании количество водопрочных агрегатов в пахотном горизонте снижается, однако в типичных и обыкновенных черноземах оно сохраняется еще на довольно высоком уровне.

Благодаря хорошей оструктуренности плотность черноземов в гумусовых горизонтах невысокая и колеблется в пределах 1-1,22 г/см3 и лишь в подгумусовых возрастает до 1,4-1,5 г/см3. Плотность может заметно увеличиваться в выщелоченных иллювиальных горизонтах обыкновенных и южных черноземов. Солонцеватые черноземы отличаются повышенной плотностью в горизонте В1.

Плотность твердой фазы в черноземов в верхних горизонтах невысокая (2,4-2,5 г/см3), что обусловлено богатством верхних частей профиля гумусом. В подгумусовых горизонтах и в породе ее величина возрастает до 2,55-2,65. Хорошая структурированность черноземов определяет их высокую пористость в гумусовых горизонтах (50-60%), которая постепенно уменьшается с глубиной. Для черноземных почв характерно благоприятное содержание капиллярной и некапиллярной пористости.

Некапиллярная пористость может составлять 1/3 общей пористости, что обеспечивает хорошую воздухо- и водопроницаемость черноземов.

Наибольшая водопроницаемость у пахотных горизонтов А и верхней части горизонта В1, где хорошо выражена водопрочная комковатая и зернистая структура. Пахотная часть горизонта А впитывает влагу в 1,5-2,5 раза медленнее, чем подпахотная, что обусловлено распылением структуры и уплотнением горизонта. Глубокая обработка черноземных почв и поддержание их поверхности в рыхлом состоянии способствует наилучшему поглощению осадков. Мощный гумусовый слой определяет высокую влагоемкость черноземов.