Черноземы: где и как образуются самые плодородные почвы России

Черноземы, — пожалуй, самые известные почвы. Они у каждого на слуху, так как считаются эталоном плодородия. О том, что отличает эту почву, порталу Vokrugsveta.ru рассказал старший научный сотрудник лаборатории экологической безопасности кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ, кандидат географических наук Иван Семенков.

Черноземы и начала науки о почвах

В 1889 году кубическая сажень российского чернозема, экспонируемая на Всемирной выставке в Париже вместе с остальной коллекцией российских почв, представляемой Василием Докучаевым, удостоилась Золотой медали выставки. Это была та самая выставка, где публика лицезрела Эйфелеву башню и автомобили Даймлера и Бенца.

Черноземы являются одним из первых объектов исследований почвоведов. Именно по итогам изучения черноземов Европейской части Российской империи Василий Васильевич Докучаев сформулировал основные принципы генетического (от греческого γένεσις — «происхождение») почвоведения как новой науки! Эти исследования были обобщены в 1883 году в фундаментальном труде «Русский чернозем», где представлена и первая карта распространения черноземов в Европейской части Российской империи.

Стоит отметить, что в этой книге Василий Докучаев понятие «чернозем» употребляет в нескольких смыслах:

• особая почва, характерная для степных регионов:

• гумус сам по себе:

• для обозначения гумусового горизонта как места сосредоточения основных запасов гумуса.

Отчасти все эти три смысла слова «чернозем» (особенно первый и последний) употребимы и в современном русском языке. Но только первое значение используется в научной терминологии.

Как классифицирует чернозем современная наука

Среди всех почв мира самыми плодородными являются темноцветные почвы (black soils), для инвентаризации, изучения и сохранения которых при международной продовольственной организации (FAO) была организована отдельная научная группа. Среди темноцветных почв наиболее широко распространенными являются (приведена международная терминология) Chernozems, Kastanozems и Phaeozems.

Первые две группы почв в российской терминологии большей частью соответствуют черноземам и каштановым почвам, распространенным в степях. Phaeozems можно условно назвать черноземовидными почвами. Большей частью им соответствуют темноцветные почвы (почвоведы называют их серыми), распространенные на междуречье к северу от черноземной зоны, в отличие от каштановых, встречающихся южнее черноземов, а также в понижениях рельефа в степи и лесостепи.

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), большая часть (45%, или 327 млн га) высокоплодородных темноцветных почв (black soils) находится в России. Из всех российских темноцветных почв треть, или точнее 113 млн га, составляют собственно черноземы.

Их часто можно встретить в южной и срединной частях Центрального и Приволжского федеральных округов, западной части Южного федерального округа, на равнинных территориях Предкавказья и в приграничных с Казахстаном, Китаем и Монголией регионах Уральского и Сибирского округов, в Новороссии.

6 факторов, благодаря которым формируется чернозем

Чернозем славится плодородием: у этой почвы необычайно мощный гумусовый горизонт — все благодаря уникальному сочетанию факторов почвообразования, которые идеальным образом сложились в своеобразный черноземный пазл именно в степях Восточно-Европейской равнины.

Почвообразующие породы

Представленные преимущественно карбонатными покровными суглинками, они богаты минеральными элементами питания, хорошо структурированы, что обеспечивает хорошие условия для миграции воды и газообмена. Состав и структура этих пород таковы, что они обеспечивают хорошее поглощение воды, достаточный уровень накопления в верхней части профиля и миграции вниз, но при этом застоя влаги не происходит. Кроме того, в этих породах много кальция и магния, которые образуют устойчивые соединения с гумусом, что способствует его накоплению в верхней части почвы и препятствует его миграции.

Климат

Климат таков, что осадков выпадает примерно столько, сколько может испариться. То есть, с одной стороны, нет избытка влаги, которая бы могла выносить полезные элементы из почвы или приводить к застою влаги и разрушению структуры, тем самым ухудшая воздухообмен. С другой стороны, не наблюдается и дефицита влаги, который бы стал ограничивающим фактором для произрастания растений.

Зимнее промерзание и летнее иссушение верхней части почвы способствует тому, что отмершие растительные остатки не разлагаются до воды и углекислого газа или не сохраняются в виде торфа, а превращаются в гумус. Причем в периоды иссушения и промерзания гумусовые вещества становятся невкусными для микроорганизмов, поэтому стабилизируются, формируя прочные связи с кальцием и магнием. В таком виде они способны к образованию и нахождению в виде особых зернистых агрегатов, характерных именно для гумусового горизонта чернозема.

Такая агрегированность очень благоприятна для растительности, так как позволяет поддерживать оптимальный уровень увлажнения и аэрации. В более влажных условиях снижается доля кальция и магния, поэтому образуются не столь прочные соединения с железом или алюминием. Кроме того, такие соединения гумусовых веществ с металлами существенно более подвижные.

Отсутствие ярко выраженного периода иссушения приводит к тому, что гумусовые вещества сами по себе становятся менее устойчивыми. В более сухих же условиях появляется существенное количество натрия, с которым гумус также образует подвижные соединения. Если Chernnozems не промерзает зимой или не подвергается иссушению летом, то это не чернозем в российской терминологии, а черноземовидная почва, встречающаяся в прериях Северной Америки или пампасах Южной Америки.

Биота

В степях, на черноземах, формируются травянистые сообщества. Ученые до сих пор точно не знают, почему в степях не растут деревья, но для формирования черноземов важен факт того, что они образуются под травянистыми сообществами. Дело в том, что в травянистых сообществах подземная биомасса корешков больше надземной массы вершков. Все эти сочные и тонкие корешки обожают почвенные беспозвоночные. В частности, дождевые черви.

Заглатывая корни вместе с некоторым количеством почвы, они частично переваривают растительные остатки, а заодно хорошенько склеивают их с минеральной массой поглощенной земли. В результате на выходе из пищеварительного тракта дождевых червей образуются характерные шарики, которые и становятся частями зернистых агрегатов гумусового горизонта чернозема.

В зависимости от погоды, черви то поднимаются к поверхности почвы (в наиболее влажное время), то прячутся от холода и сухости вглубь почвы. В результате, черви переносят на глубину и гумус. Так могут формироваться мощные и сверхмощные черноземы, у которых гумусовый горизонт может достигать 2-3 метров!

Рельеф

В центральной и южной части Восточно-Европейской равнины, где распространены черноземы, рельеф достаточно расчлененный. Нет обширных ровных как стол пространств. Но в то же время отсутствуют и огромные перепады высот. В результаты поверхность достаточно хорошо дренирована, но и не пересушена.

Время

Регионы современного распространения черноземов освободились от ледникового покрова как минимум 250 тысяч лет назад. За это время они успели побывать и тундростепью (особой экосистемой, сочетающей в себе признаки и современных степей, и тундр), и лесом. Однако все же длительное время черноземы развивались в условиях наподобие тех, что и сейчас характерны для степей. За счет этой длительности все вышеописанные взаимодействия привели к формированию такого устойчивого природного образования, как чернозём.

Человек

Такое совершенное образование и весьма полезный ресурс, как чернозем, конечно же, стал активно использоваться человеком. В результате большую часть черноземов распахали. Черноземные регионы стали не только российской житницей, но и житницей всего мира! В некоторых регионах человек несколько столетий использует дармовые природные богатства, вложенные в течение десятков тысячелетий в черноземы, не возмещая изымаемого. В результате такого потребительского, а порой и просто хищнического отношения черноземы теряют свое плодородие.

Почему так происходит? Если постоянно изымать с урожаем надземную фитомассу (зерна злаков или плоды подсолнечника) и подземную фитомассу (корнеплоды сахарной свеклы), то в почву не поступает необходимое количество органического вещества для восполнения того, которое так или иначе разрушается. При постоянном использовании тяжелой сельскохозяйственной техники нарушается структура верхнего горизонта. Нарушение же целостности напочвенного покрова приводит к усилению смыва верхнего плодородного слоя.

Почвенный профиль черноземов

Классификация черноземов в советской науке: где находится карбонат?

Со времен основоположника генетического почвоведения — Василия Васильевича Докучаева — эти горизонты принято обозначать латинскими буквами А, В и С. А — гумусовый горизонт, В — горизонт переходный от породы (С) к гумусовому. Между горизонтами А и В может быть переходный АВ. Кроме того, по каким-то признакам горизонты могут разделяться на подгоризонты. В таком случае почвоведы применяют цифры и апострофы: В1, В2, В1’, В1’’ и др.

Наличие новообразований карбонатов кальция и магния обозначают строчной буквой «к» (сокращение от слова «карбонаты») после индекса соответствующего горизонта. В зависимости от того, в каком горизонте начинали фиксироваться карбонатные новообразования, в Классификации и диагностике почв СССР (1977) выделялось 5 подтипов черноземов (черноземы были одним из 81 типов почв): оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные.

На Восточно-Европейской равнине они последовательно сменяют друг друга с севера на юг в связи с нарастанием сухости климата. Если на севере зоны распространения черноземов выпадает так много осадков, что они способны выносить соединения карбонатов кальция и магния из верхней и средней части почвы в самую нижнюю, то на юге карбонаты мигрируют лишь на небольшую глубину, да и то в пределах гумусового горизонта.

Классификация черноземов сегодня: формы карбонатов в срединном горизонте

В начале XXI века подходы к классификации почв поменялись. Российские почвоведы выделили более высокий иерархический уровень в систематике почв, и теперь черноземы входят в один из 27 отделов — отдел аккумулятивно-гумусовых почв. Теперь черноземы разделяют не по приуроченности появления карбонатных новообразований к тому или иному почвенному горизонту, а по особенностям срединного горизонта В и тому, в каком виде в нем встречаются эти новообразования карбонатов.

Среди крупных карбонатных новообразований почвоведы выделяют белоглазку (плотные или рыхлые шарики диаметром от 5 мм, которые напоминают глазки), журавчики (несколько сросшихся белоглазок диаметром 1-5 см) и куклы (несколько сросшихся журавчиков диаметром от 5 см). Среди мелких карбонатных новообразований выделяют карбонатную плесень (карбонатный псевдомицеллий) и просто пропитку карбонатами.

Ареал черноземов в мире

Ареал черноземов простирается от Венгрии на западе до Большого и Малого Хингана в Китае и соответствует территории распространения степей. На севере черноземы переходят в серые почвы под широколиственными лесами, так как там увеличивается увлажнение, и между гумусовым горизонтом и горизонтом B появляется осветленный горизонт. Сам же горизонт B полностью теряет карбонаты кальция и магния.

На юге черноземы сменяются каштановыми почвами под сухими степями. За счет уменьшения количества осадков и повышения испаряемости условия становятся более сухими, поэтому гумусовый горизонт теряет черную окраску и становится более светлым — каштановым. Кроме того, в нижней части профиля почв сухих степей обычен гипс — сульфат кальция.

Согласно классическим российским подходам, гумусовый горизонт настоящего чернозема должен каждую зиму промерзать, а летом иссушаться. Это приводит к тому, что в нем за счет удаления воды, связанной с гумусом, формируются менее подвижные и поэтому более устойчивые гумусовые кислоты — гуминовые, которые обеспечивают черный цвет этого горизонта и уникальную зернистую структуру. Если же эти условия не выдерживаются, то формируется больше фульвокислот. Они проще устроены, образуют более подвижные соединения, имеющие более светлый цвет.

По международным же подходам Chernozems — это более широкое понятие, чем чернозем в понимании российских почвоведов.

Черноземы сегодня

Так как черноземы на протяжении длительного времени активно и не всегда рационально и рачительно использовались для выращивания сельскохозяйственной продукции, то их плодородие снизилось. Часть черноземов безвозвратно исчезла, так как их разрушили овраги и пыльные бури. Созданная при ФАО ООН команда своей целью ставит не только инвентаризацию всех имеющихся на данный момент высокоплодородных black soils мира, но и разработку управленческих приемов, направленных на поддержание и восстановление естественного плодородия этих уникальных почв.