Генезис ґрунтів Степу

Формування ґрунтів степової зони України відбувається в умовах помірно теплого клімату з недостатнім зволоженням, за рівнинного рельєфу, під наметом трав'янистої, переважно злакової рослинності на карбонатних ґрунтотворних породах (лесах і лесовидних суглинках).

Сучасні уявлення про ґрунтотворення в Степу склались внаслідок досліджень Л.І.Прасолова, І.М.Антипова-Каратаєва, В.І.Тюрина, М.А.Димо, О.М.Афанасьєвої, М.М. Кононової, Г.Я.Чесняка, М.І.Полупана, В.Д.Мухи та ін. вчених.

Ведучим процесом ґрунтотворення в степовій зоні є дерновий гумусо- акумулятивний, який протікає з формуванням гумусових горизонтів і накопиченням біофільних елементів.

Прояв даного процесу пояснюється тим, що коренева система злакових асоціацій за масою в 4-20 разів перевищує надземну, а степова повстина і поверхневі рослинні рештки у 2-5 разів перевищують зелену фітомасу. В середньому опад трав'яних асоціацій степу становить 150-200 ц/га.

Такий розподіл фітомаси в ґрунті та на його поверхні обумовлений динамікою розвитку рослинних асоціацій і трансформацією органічної речовини. В період максимального розвитку травостою (навесні та восени) в коріння надходить 30-35% продуктів фотосинтезу. В міру затухання росту рослин внаслідок дефіциту ґрунтової вологи на долю коренів припадає 70-90% асимілянтів. В результаті підземна фітомаса в посушливі періоди зростає, а надземна усихає і поповнює органічними рештками степову повстину. В ґрунті, майже з поверхні і до глибини 30-40 см корені змикаються між собою і утворюють суцільний шар, який здійснює практично повне перехоплення потоку вологи. Відмерлі корені частково мінералізуються, збагачуючи ґрунт зольними елементами, а решта муміфікується, збагачуючи ґрунт органічною речовиною, яка взаємодіючи з твердою фазою ґрунту оструктурює його.

Коренева система злакових багаторічних трав відновлює до 65% маси, а у однорічних повністю. Відмирає вона пізніше за надземну частину. Це запобігає повній мінералізації свіжої органічної речовини ґрунту у період сприятливий для розвитку мікрофлори (достаток тепла і вологи).

Навесні, коли у верхньому шарі ґрунту достатньо вологи для розвитку мікробіологічних процесів, степова повстина перешкоджає проникненню тепла в глиб ґрунту. Тому трансформація кореневих решток відбувається повільно, а поверхневі органічні рештки інтенсивно мінералізуються і лише частково (до 5%) гуміфікуються. Внаслідок швидкої мінералізації наземного опаду зменшується його товщина, збільшується проникнення тепла в ґрунт і в ньому посилюються мікробіологічні процеси.

Процеси накопичення і склад органічної речовини в ґрунтах Степу має ряд особливостей:

– кореневі і наземні органічні рештки багаті на зольні та біофільні елементи;

– степова повстина служить буфером, який запобігає мінералізації кореневих решток в ґрунті;

– органічні речовини не надходять в ґрунт, а знаходяться в ньому, відділення коренів від ґрунту практично неможливе;

– мінералізація органічної речовини співпадає у часі з періодом інтенсивного росту і розвитку рослин, забезпечуючи їх необхідними поживнимі елементами;

– органічна речовина надходить до ґрунту постійно з максимумом ближче до поверхні.

Органічні речовини ґрунту під впливом різних факторів зазнають трансформації – мінералізуються або гуміфікуються. На ці процеси суттєво впливають контрасні погодні умови степової зони. Опади випадають не рівномірно. Дні з різною кількістю опадів чергуються з посушливими періодами, які тривають від 3 до 40 днів. Періоди з опадами тривають від 1 до 5 днів.

За таких перепадів погоди проходить процес ускладнення і стабілізації гумусових речовин в степових ґрунтах і формування гумусово-акумулятивних горизонтів. Ускладнення гумусових речовин пов'язано з процесами окислення і поліконденсації. В складі гумусу степових ґрунтів переважають гумінові кислоти з високим ступенем окисленості та ароматизації, а фульвокислоти більш складні порівняно з аналогами ґрунтів лісової зони.

Ускладнення гумусових речовин відбувається при нейтральній або слаболужній реакції ґрунтового розчину, обумовленій наявністю солей кальцію Са(НСО₃)₂. При цьому відбувається насичення гумінових кислот і закріплення їх в ґрунті. Формуються стійкі органо-мінеральні сполуки, які обумовлюють водостійкість структурних окремостей і закріплення в ґрунті поживних речовин.

Гумусонакопичення послаблюється з півночі на південь степової зони. Воно краще проявляється в чорноземах звичайних і в меншій мірі в чорноземах південних. Це чітко простежується у зменшенні потужності гумусових горизонтів та вмісті гумусу Відбуваються зміни і якісного складу гумусу: знижується вміст гумінових кислот, зв'язаних з кальцієм, внаслідок збільшення вмісту фульвокислот.

Послаблення гумусонакопичення в південній частині степової зони, порівняно з північною, обумовлено зростаючим дефіцитом вологи і підвищенням теплозабезпеченості ґрунтів, що приводить до зменшення фітомаси, звуження зони розподілу кореневої системи злаків і росту чисельності бактеріальної мікрофлори, яка мінералізує органічну речовину ґрунту.

Другим важливим процесом ґрунтотворення в степовій зоні єкарбонатизація – накопичення і перерозподіл карбонатів кальцію в профілі ґрунту.

Форма карбонатних скупчень (новоутворень) і глибина їх залягання служать однією з діагностичних ознак чорноземів. Якщо в чорноземах типових (лісостепових) це псевдоміцелій, «журавчики», «дутики», то в чорноземах звичайних в перехідних горизонтах карбонати представлені у вигляді вицвітів і прожилок, а в ґрунтотворній породі у формі рихлих конкрецій – білозірки. Для чорноземів південних характерною є розпливчаста або борошниста білозірка, а в чорноземах південних міцелярно-карбонатних крім білозірки карбонати знаходяться у вигляді плісняви або тонкогольчастих форм.

Для формування ґрунтового профілю і родючості чорноземів степової зони велике значення мають молоді новоосаджені форми карбонатів – псевдоміцелярні. Переміщення карбонатів за профілем обумовлено водно-термічним режимом, виділенням СО₂ степовою рослинністю, його динамікою у ґрунтовому повітрі та розчині і високим похідним вмістом карбонатів кальцію у ґрунтотворній породі.

Навесні пересування карбонатів в нижні шари ґрунту відбувається під впливом нисхідних токів вологи. Проте глибина переміщення карбонатів не співпадає з глибиною максимального промочування ґрунту, бо розчинність карбонатів кальцію зменшується при зниженні концентрації продукованого рослинами СО₂ з глибиною. Підвищення температури ґрунту, за наявності вологи, посилює ріст і розвиток рослин, життєдіяльність мікрофлори, внаслідок чого зростає кількість СО₂ в ґрунтовому повітрі і розчині. Карбонати переходять у гідрокарбонати кальцію. Подальше підвищення температури повітря і ґрунту створює умови для посилення висхідних токів вологи з розчиненими в ній бікарбонатами кальцію. Розвиток рослин активізує споживання вологи. Посилення евапотранспірації призводить до підвищення концентрації ґрунтового розчину, а дифузія СО₂ з ґрунту обумовлює перехід бікарбона в карбонат, осадження його з розчину з наступною кристалізацією.

Верхня межа карбонатів зазнає сезонних коливань. Вона знижується навесні і восени. Влітку бікарбонати кальцію підтягуються ближче до поверхні ґрунту. Поява карбонатів у верхньому гумусовому горизонті у формі псевдоміцелію або прожилок обумовлена в першу чергу біогенним фактором (степовою рослинністю) та гідротермічним режимом місцевості.

Наявність новоосаджених карбонатів та іх пульсація сприяють процесам акумуляції і закріпленню гумусових речовин, формуванню стійких органомінеральних комплексів, оструктуренню ґрунту, утворенню водотривкої грудкувато-зернистої структури і сприятливих водно-фізичних властивостей.

Карбонатизація ґрунту в степових умовах має ряд особливостей:

– новоосаджені карбонати кальцію відновлюються щорічно і мають високу здатність до зв^’язування органічних сполук ґрунту;

– висота підтягування карбонатів і кількість новоосаджених солей кальцію зменшується з півночі на південь;

– з півночі на південь знижується глибина старих менш реакційно здатних форм карбонатів кальцію.

Гумусо-акумулятивний процес і карбонатизація профілю протікають разом, але залежно від факторів ґрунтоутворення, прояв їх різний.

На міжрічкових плато, схилах і лесових тересах рік у північній і центральній частинах степової зони сформувалися чорноземи звичайні, а на півдні – чорноземи південні. У задністровському і кримському степу, на міжріччі Дунай-Дністер за специфічних біокліматичних умов сформувались чорноземи звичайні і південні міцелярно-карбонатні. Чорноземи звичайні і південні найбільш поширені ґрунти Степу України, на їх припадає до 90% площі зони.

Поряд з провідними ґрунтотворними процесами (гумусово-акумулятивним (дерновим), карбонатизацією) в степовій зоні за відповідних умов протікають й інші. Це осолонцювання, засолення, олучнення, осолодіння та ін.

Невелика кількість опадів, особливості водного режиму та наявність легкорозчинних солей натрію в ґрунтотворній породі, або підґрунтових водах створюють умови для їх накопичення і перерозподілу за профілем ґрунту.

Відповідну роль виконує рослинність. Степові трави маючи глибоку кориневу систему, проникаючи на 2-3 м, разом з поживними речовинами засвоюють і солі. Їх рослинні рештки містять велику кількість лужних металів, які після мінералізації надходять на поверхню та у верхній генетичний горизонт, обумовлюючи осолонцювання ґрунту.

Певне значення має іконтинентальне соленакопичення – надходження солей з порід, які вивітрюються, а також солей, що утворюються при дії прісних гідрокарбонатно-кальцієвих вод на осадові породи. Поява карбонату натрію в підземних водах пояснюється обмінними реакціями, які протікають при витесненні увібраного натрію порід іоном кальцію води, а також процесом сульфатредуктації.

При близькому заляганні прісних підґрунтових вод формувалися чорноземи звичайні лучнуваті. Є в зоні алювіальні, лучні та лучно-чорноземні і їх солонцюваті види, солоді та ін. ґрунти. Їх генезис буде охарактеризовано в наступних розділах.

Відбиток на ґрунтовий покрив зони вносять ґрунтотворні породи. В степовій зоні багато чорноземів на лесових породах, що формувались на щіль­них глинах різного віку, елювії крейдо-мергельних порід, вапняків, корінних і давніх пісках та супісках, елювії глинистих сланців і масивно-кристалічних порід, на давньому передгірському делювії та інших породах.

Чорноземи на лесових породах багато в чому подібні до чорноземів на лесах. Гумусована частина профілю розподіляється приблизно на ті ж самі генетичні горизонти. Перерозподіл колоїдів відсутній. Гумус рівномірно розподілений за профілем. В його складі переважають гумінові кислоти. Видимі форми карбонатів, як правило, відсутні.

Чорноземи на нелесових породах віднесено до однієї групи, бо їх генезис недостатньо вивчено, а розподіл їх в зональному і фаціальному аспектах на підтиповому рівні не розроблено.

За втручання людини в природні фітоценози в степовій зоні широко поширилисьпроцеси деградації ґрунтів. При надто високій розораності території на значних площах протікала і протікає ерозія та дефляція ґрунтів. Дегуміфікація і агрофізична деградація спостерігається повсюдно. Внаслідок зрошення мінералізованими водами з'являються вторинно-солонцюваті і солончакуваті ґрунти, значні площі зазнають підтоплення та ін. видів деградації.

Ці процеси не є обов'язковими в розвитку ґрунтів, але на теперішній час вони дуже поширені в степовій зоні і їх необхідно враховувати.