Генезис ґрунтів Лісостепу

Формування ґрунтів Лісостепу України проходить в умовах помірно теплого і помірно вологого клімату, складного розчленованого рельєфу, під наметом широколистяної лісової і лучно-степової трав'яної рослинності на карбонатних ґрунтотворних породах (переважно лесах і лесовидних суглинках).

Ґрунти лісостепової зони мають ґрунтовий профіль, диференційований за елювіальним типом (крім чорноземів вилугованих і типових). Провідними ґрунтотворними процесами в зоні є дерновий (гумусо-акумулятивний) і підзолистий. Крім них протікають процеси лесиважу, вилуговання і реградації.

Питанню походження лісостепової зони і зональних ґрунтів присвячено багато досліджень. Вивчення генезису сірих лісових ґрунтів пов'язано з іменами В.В.Докучаєва, С.І.Коржинського, І.В.Тюрина, В.Р.Вільямса, В.І.Танфільєва і багатьох інших вчених. Про походження лісостепового ландшафту відповідних йому ґрунтів існує декілька гіпотез.

Природно-історична гіпотеза формування сірих лісових ґрунтів під корінними широколистяними лісами, а чорноземів під лучно-степовою рослинністю сформульована В.В.Докучаєвим. На його думку сірі лісові ґрунти самостійний тип: ясно-сірі і сірі ґрунти утворювалися під впливом переважно лісової рослинності, а темно-сірі зазнали слабкого впливу лісу, при більш інтенсивному впливі трав'яної рослинності.

Гіпотеза заліснення території (деградації) висвітлена С.І.Коржинським і підтримана П.А.Костичевим, М.М.Сибірцевим, К.Д.Глинкою. Згідно положень даної гіпотези сірі лісові ґрунти мають вторинне походження і утворилися з чорноземів. Спочатку з півночі відбувається наступ лісової рослинності, яка витіснює степову трав'яну рослинність, викликаючи деградацію чорноземів і утворення на їх основі сірих лісових ґрунтів.

Гіпотеза остепнення території (проградації) про поступове витіснення лісу степовою рослинністю була започаткована В.І.Танфільєвим, П.М.Криловим, її дотримувалися В.Р.Вільямс, В.О.Францисон, І.В.Тюрин та ін. За уявленнями прихильників даної гіпотези на території сучасного Лісостепу росли шпилькові і дрібнолистяні ліси, які внаслідок потепління клімату змінювались широколистяними лісами, а слідом і трав'яною рослинністю. Такі зміни сприяли затуханню підзолистого процесу ґрунтотворення і посиленню дернового. За таких умов сірі лісові ґрунти поступово трансформувались в чорноземи. Там де ліс зберігся, залишились сірі лісові ґрунти.

В.В.Докучаєв відстоював своюідею про генетичну самостійність сірих лісових ґрунтів. Це підтвержують сучасні експериментальні дані вивчення біологічного кругообігу речовин і розвитку дернового та підзолистого процесів, які свідчать про вірність поглядів Докучаєва. Встановлено, що ландшафтно-географічна зона поширення сірих лісових ґрунтів стабільна у просторі і часі. Ґрунтотворення під наметом широколистяних, переважно дубових, лісів за участю лучно-степової трав'яної рослинності приводить до формування сірих лісових ґрунтів, які слід вважати як самостійний генетичний тип.

Разом з тим допускається, що процеси висвітлені в гіпотезах С.І.Коржинського і В.І.Танфільєва мають локальне значення. Процес деградації чорноземів (в їх розумінні) спостерігається в південних, а проградації в північних районах лісостепової зони.

В лісостеповій зоні під наметом широколистяних лісів підзолистий процес протікає повільніше ніж в зоні Полісся, а добре розвинута трав'яниста рослинність створює кращі умови для дернового процесу За умов періодичного промивного водного режиму змінюється характер і інтенсивність кругообігу речовин та умови гуміфікації. В ґрунт та на його поверхню щорічно надходить значна маса рослинного опаду, багатого азотом, основами і особливо кальцієм.

В північній частині Лісостепу під широколистяними лісами органічні сполуки, що утворюються в процесі мікробіологічної трансформації мінералізуються повільно. Частково вони нейтралізуються основами, які містяться в опаді з утворенням складних органо-мінеральних речовин, однак значна їх частина припадає на гумінові кислоти не зв'язані з кальцієм, які здатні до міграції. У верхньому горизонті нерозчинних гумусових речовин утворюється мало.

Розчинні органічні сполуки повільно руйнують силікати, утворюють комплексні сполуки з залізом і разом з ним в періоди достатнього зволоження мігрують вниз по профілю ґрунту, полімеризуючись в ілювіальному горизонті. Так утворюються ясно-сірі і сірі лісові ґрунти, які мають чітку диференціацію за елювіально-ілювіальним типом.

Далі на південь Лісостепу під зрідженими освітленими дубовими лісами збільшується частина трав'яної рослинності, процес гумусонакопичення посилюється. Зростання сухості території, коливань добових і сезонних температур посилює розклад мікроорганізмами багатого зольними елементами опаду і утворення гумінових кислот, пов'язаних з кальцієм. За таких умов утворюються темно-сірі опідзолені ґрунти. Для них характерно збереження розподілу профілю на зони вимивання і акумуляції. Однак в цих ґрунтах важко встановити ознаки руйнування органо-мінеральних сполук і утворення нових ґрунтових мінералів в ілювіальному горизонті.

Таким чином, в лісостеповій зоні під широколистяною деревною і розвинутою трав'яною рослинністю процес гумусонакопичення має свою особливість. Надходження органічних речовин в сірі лісові ґрунти пов'язано з переносом їх нисхідними потіками вологи з лісової підстилки. Гумусовий горизонт цих ґрунтів поширюється глибше в низ.

Гумусо-акумулятивний (дерновий) процес в умовах Лісостепу протікає не самостійно. При формуванні сірих лісових ґрунтів він поєднується з процесами опідзолення і лесиважу.

Підзолистий процес ґрунтотворення в лісостеповій зоні послаблений, бо лісовий опад широколистяних лісів, багатий зольними елементами і особливо кальцієм, а ґрунтотворними породами є леси і лесовидні суглинки, які мають значний вміст карбонатів.

Лесиваж – процес механічного виносу колоїдів в слабогумусованому, біологічно активному, середньо- або слабокислому середовищі. Кислоти, які утворюються в лісовому опаді, малоагресивні і руйнівної дії щодо мінеральної частини ґрунту не виявляють. При лесиважі глинисті і мулисті частинки зазнають лише механічного переносу без будь-яких хімічних трансформацій. Це підтвержується однорідністю валового і мінералогічного складу мулистої фракції по генетичних горизонтах сірих лісових ґрунтів. Співвідношення SiО₂:FeО₃ в мулистій фракції лесивованих ґрунтів з глибиною майже не змінюється.

В лісостеповій зоні поширенийпроцес реградації, суть якого полягає в тому, що при потеплінні клімату, вирубці лісів і розорюванні земель відбувається заміна деревної рослинності на трав'яну або культурну. За таких умов змінюється гідротермічний режим ґрунту. Висхідні токи вологи набувають переваги над нисхідними. Вологи випаровується більше, ніж надходить з атмосферними опадами. Органічні рештки, що надходять в ґрунт частково мінералізуються, а решта гуміфікується у вигляді фульово- і гумінових кислот. Склад гумусу стає гуматно-фульватним.

Глибоко проникаюча коренева система трав'яної рослинності використовує кальцій з низчих горизонтів ґрунту, який після їх відмирання накопичується в формі СаСО₃ у верхній частині профіля. Гідрокарбонати кальцію [Са(НСО₃)₂] надходять угору по капілярах ґрунту з висхідними токами вологи. Відбувається насичення вбирного комплексу основами, змінюється реакція середовища від кислої до нейтральної, лінія «закипання» піднімається в ілювіальний горизонт, а іноді вище, покращуються водно-фізичні та фізико-хімічні властивості. В гумусо-елювіальному горизонті утворюється дрібногрудочкувата або зерниста структура. Загальний вміст гумусу підвищується. За рахунок активізації життєдіяльності мікро- та мезофауни ґрунт стає пухкішим, пронизаним густою мережею червориїн.

Проте ознаки елювіально-ілювіальної диференціації профілю зберігаються За морфологією в гумусо-елювіальному горизонті на структурних окремостях присутня борошниста крем'янка. Ілювіальний горизонт має буре забарвлення і призматичну структуру, а за даними хімічних аналізів спостерігається перерозподіл мулу та півтораоксидів по профілю. Так утворюються сірі та темно- сірі реградовані ґрунти.

Отже сірі лісові ґрунти утворюються під впливом сумісного протікання трьох основних процесів: гумусо-акумулятивного (дернового), опідзолення (підзолистого) і лесиважу. За певних умов проявляється процес реградації. Характер проходження і інтенсивність процесів змінюються залежно від факторів ґрунтотворення.

Походження чорноземів довгий час знаходилось у центрі уваги дослідників. Вивчення чорноземів степів в свій час відіграло провідну роль у створенні в Росії ґрунтознавства як науки.

Першим дослідником чорнозему на території Російської імперії був М.В.Ломоносов. Він перший розробив в основному вірну теорію походження чорноземів. Ще у 1763 р. він відзначав, що походження чорнозему пов'язано з гниттям тваринних і рослинних тіл.

Однак вчення М.В.Ломоносова про походження чорнозему тривалий час лишалось непоміченим. Навіть після опублікування В.І.Вернадським (1900р.) висловлювань М.В.Ломоносова частина вчених не знайшла можливим визнати його першим дослідником, який дав практично вірну теорію походження чорноземів.

Про походження чорноземів існує понад двадцять гіпотез, проте їх можна звести до декількох основних. Так, Палас (1799р.), Мурчинсон (1842р.), Петцольд (1851р.) та ін. пов'язувалипоходження чорноземів з морськими відкладеннями: мулом і тваринними залишками. Ехвальд (1850р.), Борисяк (1852р.), Романовський (1863р.) та ін. висловлювалисьза болотне походження чорноземів. Тюльденштедт (1787р.), Болотов (1791р.), Терман (1832р.), Еверсман (1870р.) вважали що чорнозем маєназемне рослинне походження. Однак Докучаєв «батьком» наукової постановки питання про походження чорнозема вважав Ф.Рупрехта (1866р.). Відомо, що Рупрехт дійшов висновку, щочорнозем утворився з степової рослинності шляхом просочування перегною згори до низу.

П.Карпинський(1873р.), Г.І Таперильєв (1894р.) основним фактором в утворенні чорнозему вважали лес – ґрунтотворну породу. Ч.Дарвин надавав вирішальну роль в утворенні чорноземів не рослинам, а тваринам, як населяють ґрунт, і в першу чергу дощовим червам.

В.Докучаєв в своїй класичній праці «Русский чернозем» (1883р.) після критичної оцінки всіх теорій походження чорнозему дійшов висновку, що чорнозем утворюється під впливом степової трав^чяної рослинності на будь якій породі, як шляхом просочування перегною зверху, так і гуміфікацією кореневих решток у масі ґрунту, і що ні ліс, ні болото не здатні створити чорнозем. Докучаєв походження чорнозему сформулював як результатсукупної дії клімату, віку країни, рослинності, рельєфу місцевості і материнської породи, але по суті в утворенні чорнозему надавав визначного значення кліматичним умовам.

В протилежність цьому П.А.Костичев (1885) провідну роль в утворенні чорнозему надавав властивостям самої маси ґрунту, біологічній діяльності організмів, рельєфу; стану вологості або сухості ґрунту; він ставить це у залежність не від клімату, а від пухкості і щільності ґрунту, рівнинності і нахилу місцевості. Своїми спостереженнями Костичев показав, що межі поширення чорноземів не співпадають з кліматичними границями. Досить переконливо критикуючи Рупрехта і частково Докучаєва про вимивання перегною зверху, Костичев висловлювався за утворення перегною в масі ґрунту лише за рахунок розкладу кореневих решток на місці.

В.Р.Вільямс, розвиваючи точку зору Костичева, вважав чорнозем продуктом історичного розвитку, пов'язуючи його походження з еволюцією болотних і дерново-підзолих ґрунтів. Враховуючи історичні і біологічні моменти, Вільямс надавав великого значення властивостям материнської породи, її хімічному складу, на що не звернув відповідної уваги Костичев. В зв'язку з цим він розрізняв чорноземи на карбонатній і некарбонатній моренах.

За сучасних уявлень в лісостеповій зоні чорноземний (гумусо-акумулятивний) процес ґрунтотворення протікає під наметом трав'яної рослинності в умовах помірно вологого клімату (ГТК=1), переважно на пухких карбонатних ґрунтотворних породах (лесах і лесовидних суглинках). Суть процесу полягає у збагаченні ґрунтотворної породи або ґрунтової товщі (особливо верхньої частини специфічними гумусовими речовинами кислотної природи (переважно гуміновими і фульвокислотами та гуміном). Складовими гумусо-акумулятивного процесу є гумусотворення і гумусонакопичення.

Гумусотворення– процес мікробіологічного розкладу рослинних решток на місці їх відмирання і наступної іх гуміфікації без переміщення по профілю грунту. Воно характеризується утворенням гумусових плівок темного забарвлення на поверхні і в середині агрегатів грудочкуватої або зернистої структури та потемнінням верхніх горизонтів загалом, які містять найбільшу кількість живих і відмерлих коренів.

Гумусонакопичення – процес акумуляції гумусу у поверхневому горизонті ґрунту внаслідок розкладу рослинних решток, гумусоутворення, переміщення і поступового збагачення ним горизонтів ґрунту Цей процес призводить до утворення поверхневого найбільш темного і оструктуреного у профілі гумусового горизонту, грудковатої або зернистої структури.

Помірне або періодичне зволоження за непромивного водного режиму, яке характеризується чергуванням нисхідних і висхідних токів ґрунтової вологи, призводить до рівномірного насичення товщі гумусовими речовинами вилуговування легкорозчинних сполук гідрокарбонатів кальцію та магнію.

Карбонати кальцію та магнію вимиваються з верхньої частини профілю у перехідні до ґрунтотворної породи горизонти. Насиченість ґрунтового вбирного комплексу Са⁺⁺ і Mg⁺⁺ та закріплення ґрунтових колоїдів (коагуляція) сприяє створенню агрономічно цінної водотривкої зернисто–грудочкуватої структури. Накопичення гумусу супроводжується підвищенням запасів азоту, вуглецю, сірки, фосфору, кальцію, магнію та інших біофільних елементів. Руйнування мінеральної частини ґрунту не спостерігається.

Отже гумусово-акумулятивний процес призводить до формування чорноземних ґрунтів, які характеризуються високою гумусованістю, насиченістю ґрунтового вбирного комплексу Са⁺⁺ і Mg⁺⁺, нейтральною або близькою до неї реакцією ґрунтового розчину, сприятливими фізичними, водно-фізичними і фізико-хімічними властивостями. Профіль ґрунтів являє собою поступовий перехід від гумусового горизонту до негумусованої ґрунтотворної породи. Перерозподіл колоїдів у профілі відсутній. Так утворюються чорноземи типові.

За певних умов коли гумусово-акумулятивний процес протікає сумісно з підзолистим утворюються чорноземи опідзолені. Вони поширені в північній частині Лісостепу і приурочені до периферії існуючих або колишніх широколистяних просвітлених лісових масивів.

У своєму розвитку чорноземи опідзолені пройшли дві фази – нетривалу лісову (підзолисту) і степову (чорноземну). Тому їх профіль має ознаки підзолистого процесу (диференціація профілю за елювіально-ілювіальним типом, наявність кремнеземнистої присипки в гумусовому горизонті, ущільнення і оглинення в середній частині профіля, горіхувату структуру в ілювіальному горизонті, сліди коренів дерев'яних порід, глибока вилугованість від карбонатів) і гумусово-акумулятивного (рівномірна, глибока і висока гумусованість, сліди землериїв на глибині до 2 м).

За сумісного протікання процесів гумусово-акумулятивного і вилуговування утворюються чорноземи вилуговані.

Вилуговування – процес збіднення того чи іншого горизонту основами внаслідок їх виходу з ґрунтового вбирного комплексу, розчинення і наступного виносу. Вилуговані з верхніх горизонтів основи можуть бути винесені за межі ґрунтового профілю або акумульовані у відповідному ілювіальному горизонті

Вилуговуванню карбонатів сприяють періоди з відносно великою кількістю опадів, полегшений механічний склад ґрунтотворних порід та формі рельєфу, за яких акумулюються води поверхневого стоку.

Утворилися чорноземи вилуговані під рідкостійними широколистяними лісами на периферії лісових масивів під лучною різнотравно-злаковою рослинністю в атмосферних умовах з додатковим внутріґрунтовим дренажем. Їх формування пов'язано з вимиванням карбонатів нисхідними токами води Вилуговування кальцію супроводжується збільшенням глибини гумусових горизонтів і профілю в цілому при зменшенні вмісту гумусу.

Чорноземи вилуговані невеликими масивами зустрічаються по всій лісостеповій зоні, але основні їх ареали зосереджені на Правобережжі, особливо на Подільській височині та у західному Лісостепу. Вони оплямовують чи вклинюються в масиви чорноземів опідзолених або типових і за ознаками займають проміжне положення між ними.

Як і в сірих лісових ґрунтах, так і в чорноземах опідзолених може відбуватися процес реградації. Чорноземи реградовані формуються виключно в атмосферних умовах на увалистих вододілах або схилах південної та південно-західної експозиції, на околицях чорноземів опідзолених чи серед них, займаючи вершини пагорбів

Це ґрунти складного генезису, вони утворилися переважно з чорноземів опідзолених звільнених з-під лісу і сильно змінених давньою землеробською культурою, яка відновила дерновий (гумусо-акумулятивний) процес. Заміна дерев'яної рослинності на трав'яну викликає зміну гідрологічного режиму ґрунту, посилює висхідні токи вологи, разом з якими відбувається піднесення карбонатів з ґрунтотворної породи (лесу) і вторинне закарбоначування раніше вилугованих горизонтів, йде інтенсивне насичення колоїдного комплексу увібраним кальцієм, підвищується гумусованість, покращується оструктуреність, спостерігається деяке зрихлення ґрунтової маси, реакція ґрунтового розчину стає нейтральною або наближаується до неї. В цілому покращуються водно-фізичні і агрономічні властивості раніше опідзолених ґрунтів. Проте ознаки, набуті при проходженні підзолистого процесу, зберігаються. Це наявність елювіально-ілювіальноі диференціації і перерозподілу оксидів по профілю ґрунту.

Чорноземи реградовані у ґрунтовому покриву Лісостепу за площею знаходяться на третьому місці після чорноземів типових і сірих лісових ґрунтів. Поширені вони серед чорноземів вилугованих і опідзолених. Зустрічаються в правобережному (на Придніпровській височині), лівобережному і західному Лісостепу.

Формування ґрунтів лісостепової зони протікає в умовах нестійкого атмосферного зволоження, складного розчленованого рельєфу, під впливом широколистяної лісової і трав'яної різнотравно-злакової рослинності, переважно на карбонатних ґрунтотворних породах (лесах і лесовидних суглинках). Тому за протікання дернового і підзолистого процесів та багатовікової діяльності людини ґрунтотворний процес проходив неодночасно і по-різному. Зональними ґрунтами Лісостепу є – сірі лісові ґрунти і чорноземи типові, опідзолені, вилуговані, реградовані. По долинах річок поширені лучні і лучно- болотні ґрунти, зустрічаються болотні. На Лівобережжі є масиви солончакуватих і солонцевих ґрунтів.

Ясно-сірі і сірі лісові ґрунти поширені в північній частині Лісостепу і займають площу 1635,5 тис.га або 12,4%, відповідно темно-сірі й чорноземи опідзолені 3271,0 тис.га або 24,7% і найбільші площі 7213,7 тис.га або 54,6% орних земель приходиться на чорноземи типові. Решта ґрунтів займає 4,4% від площі ґрунтів зони.