Черноземы Западной Сибири

Продолжение таблицы 2

4.3. Химические и физико-химические свойства

Как считают В.А. Хмелев, А.А. Танасиенко (1983), что одним из наиболее важных показателей физико-химического состояния почв, как известно,  является реакция среды,  зависящая в черноземах от особенностей в первую очередь внутри профильного распределения углекислых солей (карбонатов кальция и магния).

Так, если верхняя бескарбонатная часть профиля выщелоченных и оподзоленных черноземов отличается слабокислой реакцией среды (величина рН водной суспензии изменяется от 5,7 до 6,7), то нижняя,  обогащенная карбонатами,  - слабощелочной или выщелочной (рН - 7,4 - 8,6). Следовательно,  в профиле выщелоченных и оподзоленных черноземов,  несмотря на неодинаковую интенсивность декарбонатизации верхней толщи,  четко выделяются две физико-химические зоны. Большая мощность бескарбонатной зоны профиля и, как следствие слабокислая в ней реакция среды характерны для выщелоченных и оподзоленных черноземов. Для типичных черноземов характерна нейтральная реакция среды (рН – 6,5-7,0), а в карбонатном горизонте – слабощелочная (рН 7,2).

В профиле обыкновенных и особенно южных черноземов меньшая мощность бескарбонатной зоны. Эта зона совмещается с нижней частью гумусовых горизонтов, в ней нейтральная реакция среды, в карбонатной – слабощелочная (Хмелев В.А., 1989).

Емкость катионного обмена, по сумме поглощенных катионов, в гумусовых горизонтах достигает 30-46 мг-экв./100 г сухой почвы, постепенно убывая с глубиной. В составе поглощенных катионов гумусовых горизонтов черноземов значительно преобладает обменный кальций вследствие,  вероятно, их высокой сорбции органическими коллоидам, и только в низлежащих горизонтах повышается содержания обменного магния. В предылистой фракции содержание поглощенных кальция и магния гораздо ниже, чем в илистой, хотя фракция, мелкой пыли накапливает примерно одинаковое количество гу­муса, еще меньше их в других, более крупных фракциях. Между содержанием обменного кальция и степенью гумусированности верхних горизонтов устанавливается прямая зависимость, т.е. чем больше в черноземах содержится гумуса, тем выше в них количества обменного кальция (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983).

В.П. Панфилов (1976) отмечает, что емкость обмена южных черноземов в связи с легким гранулометрическим составом и малой гумусностью невысокая и варьирует от 15-25 мг-экв/100г почвы, редко выше. В составе обменных катионов преобладает кальций и присутствует магний.

              В почвенно-поглощающем комплексе (ППК) южных, осолоделых и особенно солонцеватых черноземов появляется обменный натрий. В составе ППК выщелоченных и особенно оподзоленных черноземов – в небольших количествах обменный водород.

Черноземы отличаются большим содержанием гумуса, наиболее гумусированными являются типичные, выщелоченные и оподзоленные. Типичные черноземы обладают наиболее высоким естественным плодородием. Черноземный процесс у них максимально развит и проявляется в интенсивном накоплении гумуса, азота и зольных элементов питания растений. Запасы гумуса могут достигать 500-700т/ га, содержание его составлять 9-12% (Хмелев В.А., 1989). Для типичных черноземов характерно неглубокое вымывание карбонатов, отсутствие дифференциации профиля по илистой фракции, оксидам железа и алюминия. Гипс и легкорастворимые соли во всем профиле отсутствуют (Груздева Л.П., 1991).

Выщелоченные и оподзоленные черноземы в верхнем слое содержат 6-11% гумуса, с глубиной его количество резко уменьшается и в нижней части гумусового горизонта не превышает 2,5%. Пахотный слой содержит 0,2-0,6% валового азота, 0,2-0,8% валового фосфора и хорошо обеспечен подвижными формами питательных веществ. Следует отметить, что выщелоченные и оподзоленные черноземы, как и большинство других зональных почв Западной Сибири, заметно уступают по мощности гумусового горизонта и запасам гумуса своим аналогам из европейской части. Эти почвы практически не засолены легкорастворимыми солями.

Особенностью строения большинства южных черноземов Западной Сибири является относительно небольшая мощность их гумусового горизонта. Они отличаются пониженной и обычно резко уменьшающейся с глубиной гумусностью. Количество гумуса в горизонте А колеблется от 3-6%. Наиболее обеднены гумусом супесчаные и эродированные черноземы. Содержание валового азота и валового фосфора в верхней части гумусового горизонта равно соответственно 0,15 – 0,3 и 0,08-0,15%. Вниз по профилю содержание их быстро уменьшается. Профиль южных черноземов, особенно понижено-вскипающий, обычно не засолен легкорастворимыми солями (приложение).

Среди обыкновенных встречаются средне- и малогумусные черноземы. Первые наиболее распространены и верхней части гумусового профиля содержат 6-8% гумуса и 0,3-0,4% валового азота, вторые соответственно 3,8-4,5% и 0,4-0,3%. Содержание валового фосфора составляет 0,1-0,2%. Вниз по профилю количество гумуса, валового азота и фосфора довольно быстро убывает. На глубине 300см и более залегает солевой горизонт, а глубине 200-300см могут встречаться выделения гипса (Панфилова В.П., 1976) (приложение).

В.А. Хмелев (1989) отмечает, что в гумусовых горизонтах преобладают гуминовые кислоты и, в частности, их фракции, обменно связанные с кальцием. Из этого следует, что гумус характеризуется относительно высокой устойчивостью. Прослеживается тенденция повышения относительного содержания миграционно-активных гуминовых кислот (фракция 1) в оподзоленных черноземах. Относительное содержание группы фульвокислот с глубиной во всех подтипах увеличивается вследствие, очевидно их повышенной миграционной способности. В составе фульвокислот, как и в группе гуминовых кислот, явно преобладает фракция 2. Роль агрессивной фракции фульвокислот – фракции1а - незначительна, но все же сравнительно больше ее содержится в оподзоленных черноземах. Таким образом, в профиле черноземов создаются как бы 2 биохимические зоны: верхняя, явно гуматная, отличающаяся наибольшей активностью процессов гумусообразования, и нижняя, миграционная, гуматно-фульватная.

Силикатная основа черноземов отличается относительным постоянством состава. Даже в оподзоленных черноземах, в которых более или менее оглененный горизонт В, как утверждает В.А. Хмелев (1989), заметного накопления в этом горизонте полуторных окислов не наблюдается. Перемещение высокодисперсных частиц в профиле черноземов совершалось и, возможно, совершается в результате процесса лессиважа (Хмелев В.А., 1989).

В гумусовых горизонтах черноземов накапливаются те зольные элементы, которые необходимы растениям в большом количестве – CaO, MgO и особенно явно MnO, SO3, P2O5.

              Из всех компонентов валового химического состава минеральной части черноземов, различия в профильном распределении характерны лишь для биогенных элементов в связи с относительной их аккумуляцией в гумусовых горизонтах. Резерв элементов-органогенов в черноземах довольно высок. В черноземах подвергнувшихся процессам эрозии, элементов-органогенов, в первую очередь CaO и  P2O5, содержится заметно меньше (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983).

Черноземы Западной Сибири относятся к незасоленным почвам, сумма легкорастворимых солей не превышает 0,2%. Только в степном ядре Кузнецкой котловины и в зоне контакта Приобского плато с Кулундинской и Барабинской пониженными равнинами, где выклиниваются засоленные неогеновые глины – сумма легкорастворимых солей в черноземах достигает 0,6%.

Таким образом, богатство черноземов гумусом, интенсивная миграция биогенного кальция, высокая емкость поглощения, насыщенность основаниями, определяют их благоприятные химические и физико-химические свойства.

4.4. Водно – физические свойства

Водно-физические свойства черноземных почв в значительной мере определяются высоким содержанием в них гумуса, мощностью гумусового горизонтов и хорошей их структурностью.

Микроструктурность пахотного слоя черноземов удовлетворительна. В микроагрегатном составе преобладают железо-гуматные агрегаты, что является провинциальной особенностью западносибирских черноземов, связанной с реликтовой «луговостью». В подпахотных горизонтах микроагрегированность менее выражена. Важной положительной особенностью черноземов Предалтайской провинции является их способность сохранять удовлетворительную микроагрегированность в процессе длительной распашки. Это обусловлено богатством этих почв органическими коллоидами с преобладанием гуминовых кислот (Чащина Н.И., 1976).

При удовлетворительной микроструктурности черноземов макроструктурность их не высокая. Так, количество водопрочных агрегатов размером более 0,4 мм в пахотном слое редко превышает 20-30%, причем на долю агрегатов крупнее 1 мм приходится всего от 2 до 16%. Лучше всего оструктурены выщелоченные, типичные и обыкновенные черноземы тяжелосуглинистые и глинистые. Оподзоленные и южные черноземы отличаются пониженным содержанием водопрочных агрегатов.

В подпахотном слое черноземов, особенно с морфологически хорошо выраженной комковато зернистой структурой, содержание водопрочных агрегатов заметно возрастает. В пахотных черноземах макроструктура ухудшается, это происходит, очевидно, за счет изменения физико-химических свойств почвы. С разрушением и распылением макроструктуры снижается водопроницаемость и эрозионная устойчивость. В целинных почвах по сравнению с пахотными водопрочных агрегатов значительно больше, хотя содержание гуминовых кислот, играющих важную роль в образовании почвенной структуры, в нем меньше, а отношение суммы гуминовых кислот к фульвокислотам более узкое, чем в пахотных. Это можно объяснить значительным участием живых корней в образовании структурных структурностей в целинной почве. Макроагрегатное состояние черноземов имеет годичную и сезонную динамичность в зависимости от применяемых способов обработки, влажности почвы в момент обработки, вида и состояния посевов и метеорологических условий, определяющих интенсивность биоклиматических процессов в почве (Панфилов В.П., 1976).

Объемный вес пахотного слоя небольшой, его величина динамична и зависит от культурного состояния почвы, особенно от обработки, с глубинной объемный вес повышается (Чащина Н.И, 1976).

При распределении объемного веса по профилю разных подтипов черноземов имеются свои особенности. У оподзоленных черноземов объемный вес книзу резко увеличивается и в горизонте В достигает максимальных значений. У обыкновенных, типичных и слабовыщелоченных черноземов объемный вес с глубиной изменяется плавно, иллювиальный горизонт по его значениям практически не выделяется. Легкие по гранулометрическому составу и менее гумусные черноземы, а также супесчано-песчаные слои, встречающиеся в почвенном профиле или его подстилающие, характеризуются наибольшими значениями объемного веса.

Н.И. Чащина (1976) отмечает, что в целом профилю черноземов, сформированных на лессовидных суглинках, характерно слабое уплотнение. Так черноземы заподносибирской лесной провинции, сформированные на иловато-песчаных аллювиальных отложениях, имеют более высокий объемный вес. Слабое уплотнение профиля черноземов предалтайской лесостепи, очевидно, объясняется хорошей микроагрегированностью, а следовательно, слабой дисперсностью почвенной массы.

Удельный вес четко изменяется по профилю, в верхней части гумусового горизонта величина удельного веса, как правило, ниже, а в нижележащих она возрастает. Н.И. Богданов (1969) отмечают, что значения удельного веса в черноземах предалтайской провинции заметно выше, чем в аналогичных почвах западносибирской провинции, что связано, вероятно, с различиями в минералогическом составе почвообразующих пород этих провинций.