Чорноземи Лісостепу

Чорноземи– багаті темнозабарвлені гуматним гумусом грунти, насичені основами, із зернистою або грудкуватою структурою, що не мають ознак сучасного перезволоження і сформувались під багаторічною трав'янистою рослинністю в континентальному суббореальному поясі.

Чорноземи розповсюджені на материках північної півкулі. В Україні вони утворюють широку чорноземну смугу в межах лісостепової та степової зон, яка тягнеться з заходу на схід через усю територію країни, займаючи площу 27,8 млн. га ( лісостеп – 11,3 млн. га, степ – 16,5). На території СНД чорноземи також утворюють смугу, що починається в Молдові, а потім прямує через Україну, південну Росію (Воронезька, Курська області, Ставропольський та Краснодарський краї), північний Казахстан до Алтаю, площею ~180 млн. га. У світі площа чорноземів складає ~314 млн. га, це 2% суші: центральна Європа (Німеччина, Польща, Румунія, Угорщина, Чехія, Словаччина, схід Австрії), центральна частина Північної Америки (південь Канади – провінція Манітоба, північні регіони центральних штатів США – Міннесоти, Міссурі, Дакоти, Арканзасу, в межах Великих рівнин).

Умови грунтоутворення в зоні розповсюдження чорноземів характеризуються наступною сукупністю факторів. Клімат суббореальний, континентальний, слабоаридний, сезонно контрастний. Сума опадів складає від 350 до 500 мм на рік, Кз = 0,6-1,1, тип водного режиму непромивний. Рельєф різноманітний – у степу рівнинний з добре вираженим мікрорельєфом, у лісостепу – горбисто-хвилястий. Грунтотворні породи переважно леси та лесоподібні суглинки, рідко – елювій вапнякових порід та щільні глини. Щодо останніх питання залишається спірним. Майже всі породи карбонатні, інколи засолені. Чорноземи утворюються під густою трав'янистою степовою рослинністю зпотужною кореневою системою. У чорноземній зоні спостерігається явно виражена зональність рослинного покриву. Так, для лісостепу характерне чергування широколистяних лісів з ділянками лучної рослинності, які раніше були зайняті ковилою, типчаком, костром тощо.

Чорноземи стали об'єктом досліджень ще до початку зародження грунтознавства. М.В.Ломоносов у 1763 р. у трактаті "Про шари земні писав": "Чорноземи утворились від зігниття тваринних і рослинних тіл^:з часом..." У додокучаєвський період існувало цілий ряд гіпотез щодо утворення чорноземів:

Гіпотеза морського походження.Ак. П.С.Паллас (1779) та ак. А.Петцгольд стверджували, що чорноземи утворились з морського мулу та перегнилих мас очерету й іншої рослинності при відступі Чорного та Каспійського морів. Англійський вчений Р.Мурчісон (1840) вважав, що чорнозем – продукт перевідкладення льодовиковими водами чорної морської глини.

Гіпотеза болотного походження.Геолог фон Кваллен вважав, що чорноземи утворились із подрібненого матеріалу торфових боліт та рослинних залишків, принесених льодовиковими потоками з півночі, які змішались з мінеральним мулом. Академіки Е.І.Ейхвальд та М.Д Борисяк висунули гіпотезу про виникнення чорноземів при поступовому обсиханні боліт.

Гіпотеза рослинно-наземного походження чорноземів.Адептом цієї гіпотези, що переросла в теорію, був Ф.І.Рупрехт (1866), який, розвиваючи ідеї М.В.Ломоносова, стверджував, що чорноземи – результат поселення трав'янистої рослинності й накопичення перегною в верхніх шарах породи.

Але тільки в праці В.В.Докучаєва "Російський чорнозем" (1883) уперше були сформульовані основні наукові ідеї про генезис чорноземних грунтів. Автор виділив чорнозем як окремий грунтовий тип, що утворився в результаті зміни материнських порід під впливом степової рослинності та клімату.

Теорію рослинно-наземного походження чорноземіврозвивали П.А.Костичев, який розкрив роль кореневої системи трав'янистої рослинності в чорноземоутворенні; В.Р.Вільямс, що вивчав роль лугової степової рослинності в утворенні перегною та цілий ряд інших вчених. Сучасна точка зору в найбільш узагальненому вигляді фіксує проходження при чорноземоутворенні таких найголовніших процесів:

1. Дернового, що йде з максимальною інтенсивністю. Суть його, як відомо, полягає в акумуляції гумусу, поживних речовин та утворенні агрономічно цінної водостійкої структури. Максимальний прояв цього процесу в даному типі грунту пояснюється рядом причин. Перша – особливості біологічного кругообігу речовин під трав'янистою рослинністю в лісостепу та степу – він дуже потужний та інтенсивний. Щорічно з відмерлими частинами рослин у грунт попадає практично та ж кількість поживних речовин, що була використана на приріст біомаси, опад складає 100-200 ц/га, він високозольний (7-8%), містить багато N (1-1,4%). Причому більша частина рослинних решток, а разом з ними і поживних елементів, повертається не на поверхню грунту, а безпосередньо в нього, тому що 40-60% степової рослинності складає їх коренева маса. Другою причиною є особливості гідротермічного режиму в суббореальному лісостепу та степу. Він характеризується чергуванням коротких періодів оптимального зволоження грунту з досить тривалими засушливими або холодними. У перші періоди (весною та восени) активно йдуть процеси розкладу, гуміфікації та мінералізації органічних решток, а в другі (літо та зима) – закріплення утворених гумусових речовин у грунті, ускладнення їх будови. Третя причина інтенсивного дернового процесу – насиченість грунту Са, джерелами якого є високозольна рослинність, карбонатна материнська порода. Це призводить до нейтралізації гумусових кислот, утворення стійких органо-мінеральних сполук та водостійкої структури. Четвертою причиною є надзвичайно велика в недалекому минулому роль гризунів, які активно перемішували грунт, збагачуючи верхні горизонти карбонатами, що підсилювало дерновий процес грунтоутворення.

2. Міграції гідрокарбонату кальцію в профілі. Цей процес забезпечує високу ступінь насиченості колоїдів кальцієм, формування гуматно-кальцієвого гумусу, нейтральну та слабо лужну реакцію середовища – а це, як відомо, головні умови оптимального проходження дернового процесу грунтоутворення. Міграція карбонатів визначається характером водного, теплового та газового режимів чорноземів. Вона найяскравіше йде в лісостепу, який вирізняється періодично промивним типом водного режиму. З водою виносяться вниз розчинні речовини та Са(НСО₃)₂ Але вміст останнього весною в грунті невеликий, адже в цей період низькі температури – біологічна активність пригнічена, в грунтовому повітрі мало СО₂, тому розчинність СаСО₃ низька, винос Са(НСО₃)₂ з карбонатного горизонту невеликий. Влітку в чорноземах переважають висхідні потоки води. Вони менш інтенсивні, ніж низхідні весною, зате вміст Са(НСО₃)₂ в грунтовому розчині значний. Він повертається назад у карбонатний горизонт. Цими процесами підтримується існування вказаного горизонту, високий вміст Са в грунтовому розчині та у твердій фазі. Степові чорноземи характеризуються менш інтенсивною міграцією карбонатів, винос їх слабкий. Загалом максимальна амплітуда коливань лінії карбонатів становить 10-20 см.

Найбільш сприятливі умови для чорноземоутворення складаються в південній частині лісостепової зони, де утворюються типові чорноземи та на півночі степу, де розповсюджені чорноземи звичайні. На південь від указаних підзон збільшується дефіцит вологи, зменшуються кількість рослинного опаду та глибина кореневої системи, внаслідок чого зменшується потужність гумусового профілю й кількість гумусу. На північ, навпаки, кількість вологи збільшується, зростає вилуговування лужноземельних катіонів, Са, тому починає розвиватись опідзолення – кількість гумусу також зменшується. Із заходу на схід збільшується континентальність клімату, збільшуючи в чорноземах кількість гумусу та зменшуючи потужність гумусованого горизонту при стабільних загальних запасах гумусу в профілі. Будова профілю чорнозему в найтиповішому вигляді така (рис. 43):

Не – степова повсть;

Н – гумусовий, темно-сірий горизонт, зернистий, пухкий, перехід поступовий;

Нр – верхній перехідний, темно-сірий, дещо світліший за попередній, з плямами, кротовинами, грудкувато-зернистий, перехід поступовий;

Рhк –нижній перехідний, сірувато-бурий до палевого, язики і затікання гумусу, кротовини, грудкуватий, переважно карбонатний, перехід поступовий;

Рк –материнська порода, переважно палевий пухкий карбонатний лес.

Рис. 43. Чорнозем типовий

Незважаючи на те, що чорноземи добре вивчені, деякі питання їх систематики залишаються дискусійними. У наш час найпоширеніша класифікація грунтового інституту ім. В.В.Докучаєва (1977), хоча в ній є деякі протиріччя (табл. 24). Поділ на підтипи проводиться відповідно з природною зональністю чорноземів на Руській рівнині, де з півночі на південь більш-менш закономірно простежується їх зміна: опідзолені, вилугувані, типові.

Типова будова профілю чорноземів описана вище, але кожен з підтипів має певні морфологічні особливості. Опідзолені чорноземиособливо часто зустрічаються в західному лісостепу на високих добре дренованих вододілах. Головна морфологічна ознака – наявність білястої присипки в нижній частині Н, де виділяється самостійний опідзо-лений горизонт Н(е), під яким залягає буруватий Нр(і) із зачатками горіхуватої структури, незначним лакуванням граней структурних відмін, гумусовими примазками, присипкою SiO₂ Карбонати вимиті аж у материнську породу, де знаходяться у вигляді журавчиків, часто грунт взагалі не закипає у зв'язку з сильною вилугуваністю.

Таблиця 24. Класифікація чорноземів Лісостепу

Вилугувані чорноземитакож лісостепові грунти. За морфологічними ознаками займають проміжне положення між опідзоленими й типовими. Відсутня елювіально-ілювіальна (Е-І) диференціація профілю, тобто не спостерігається присипки та ознаки ілювійованості, але карбонати вимиті глибоко (глибше 60 см), найчастіше – в нижній перехідний горизонт.

Типові чорноземи.Зустрічаються в південній частині лісостепу. Мають найхарактерніші морфологічні ознаки чорноземів: потужний гумусований профіль (>80 см), неглибоке залягання карбонатів (у верхньому перехідному горизонті або в його нижній частині), Е-І перерозподіл відсутній, СаСО₃ у вигляді псевдоміцелію або трубочок.

За гранулометричним складом чорноземи переважно суглинкові, у більшості підтипів відсутні помітні зміни мулистої фракції за профілем, лише в опідзолених існує невеликий її перерозподіл. Хімічний склад чорноземів характеризується рівномірним розподілом SiО₂ та R₂О₃ за профілем, за винятком опідзолених. У Н-горизонті акумулюються N, P, S та інші біофільні елементи, більшістю грунти вилугувані від водорозчинних сполук. Гумусу в чорноземах багато, до 12%, гумусовий профіль прогресивно-акумулятивний, склад гумусу гуматний, гумусові кислоти високо конденсовані, переважають їх фракції, пов'язані з Са, майже цілком відсутні вільні фульвокислоти. Максимальний вміст гумусу в чорноземах типових, на північ та на південь від зони їх розповсюдження кількість гумусу зменшується (табл. 25).

Таблиця 25. Порівняльна характеристика підтипів чорноземів Лісостепу

Фізико-хімічні властивості чорноземів відмінні. Ці грунти мають потужний грунтово-поглинальний комплекс з великою ЄП (30-70 мг-екв), СНО коливається від 93 до 100%, ГПК майже повністю насичений Са та Mg, реакція середовища близька до нейтральної, нейтральна або слаболужна, висока буферність. Фізичні та водно-фізичні властивості чорноземів добрі, консистенція нещільна, висока вологоємність, добра водопроникність. Щільність твердої фази складає 2,4 г/см куб у Н-горизонті й збільшується до 2,7 г/см куб у материнській породі. Щільність грунту 1,0-1,6 г/см куб, пористість 55-60%.

Чорноземи мають оптимальний тепловий режим: добре поглинають енергію сонця, довго зберігають тепло. У західних провінціях вони практично не промерзають, дуже теплі, на північ і на схід тривалість промерзання збільшується, зате зменшується довжина теплого періоду. Водний режим чорноземів сприятливий для процесу гумусоакумуляції, але з точки зору їх сільськогосподарського використання є основним лімітуючим фактором родючості. Чорноземна зона характеризується нестабільним або недостатнім зволоженням. У формуванні водного режиму можна виділити два періоди:

1 – висушування грунту, яке спостерігається влітку та на початку осені;

2 – промочування грунту з перервою на промерзання з осені до весни.

У чорноземах лісостепу тип водного режиму періодично промивний. Поживний режим чорноземів оптимальний: дуже високий вміст валових їх форм, основна частина N знаходиться в органічній формі, але легко вивільняється при мінералізації, багато рухомого фосфору.

Чорноземна зона найбільш освоєна, у ній вирощуються всі районовані сільськогосподарські культури, особливо ефективно ці грунти використовуються під зернові високої якості, соняшник, цукровий буряк.

Чорноземи – потенційно найродючіші грунти. Головною проблемою їх використання є несприятливий водний режим, тому велике значення має система накопичення та зберігання вологи в грунті, створення лісосмуг, снігозатримання і т.п. Важливим заходом є боротьба з водною (в лісостепу) та вітровою (в степу) ерозією, дотримання правильних сівозмін, насичених грунто-зберігаючими культурами; введення чистих парів, безполицевого обробітку грунту. Хоча грунти добре забезпечені поживними речовинами, внесення мінеральних добрив – умова одержання високих урожаїв. Важливо вносити органічні добрива, щоб зберегти стабільну кількість гумусу, водно-фізичні властивості.

При сільськогосподарському використанні дещо змінюється грунтотворний процес: розмикається біологічний кругообіг, значно зменшується кількість рослинного опаду, особливо підземного, тому грунти одержують значно менше органічної речовини, N, Ca, P, К та інших елементів. Зменшується кількість мікрофлори, слабкіше йде оструктурювання, зменшується (і значно) кількість гумусу.