Идти за плугом: как выглядят и чем отличаются пахотные почвы

Один взгляд на срез земли может открыть почвоведу, как вели сельское хозяйство в том или ином регионе и что происходило с этим ландшафтом до того, как человек занялся земледелием. Увидеть все это на одном образце «Вокруг света» помог старший научный сотрудник лаборатории экологической безопасности кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ, кандидат географических наук Иван Семенков.

Иван Семенков

почвовед

Что такое пахотные почвы

На протяжение тысячелетий человек меняет экосистемы. Его вмешательство в почвы связано с перемешиванием и перемещением их верхней части, внесением разнообразных веществ. Верхнюю часть почвы, как правило, перемешивают для придания ей свойств, необходимых для выращивания определенных растений.

Такие почвы называют пахотными или распахиваемыми. Их можно специально создать на совершенно неплодородном субстрате, если привезти необходимое количество рыхлого материала. Сейчас такие почвы в международной терминологии называют Anthrosols (от греч. ἀγρός «поле»).

Пахотные почвы можно сделать из абсолютно любой естественной почвы. Распашка целинных почв степей в середине XX века получила название «Подъем целины». Превращение целинных лесных почв в пахотные требовало сначала вырубить деревья и кустарники, сжечь их и только потом приступить к распашке. Зато такое ведение хозяйства на Европейской территории России дало возможность называть появляющиеся почвы подзолистыми или подзолами от сочетания «под золой», так как какое-то время они действительно находились под золой.

Согласно советским подходам середины XX века, предполагавшим исключительно позитивное влияние человека на природу, выделялись целинные (никогда не распахиваемые) почвы, пахотные и окультуренные. От пахотных почв окультуренные отличались повышенным уровнем плодородия за счет специальных технических мероприятий, например, внесения удобрений, орошения. В ряду «целинные — пахотные — окультуренные» почвы увеличивалось плодородие, то есть урожайность сельскохозяйственных культур.

Позднее почвоведы стали выделять деградированные почвы, потерявшие свое плодородие в силу влияния природных или человеческих факторов.

Пример деградации черноземов

Черноземы, как правило, имеют достаточно мощный гумусовый горизонт, поэтому по фотографиям часто сложно понять, где заканчивается пахотный горизонт и начинается никогда не распахиваемый. При хищническом освоении черноземов они теряют свое плодородие за счет смыва верхней части гумусового горизонта. В результате начинается распашка менее гумусированных нижележащих слоев. Сравните цвет гумусовых горизонтов двух распахиваемых черноземов (фото 1 и 2). Один из них всё так же продолжает быть черным, а второй стал уже темно-бурым!

Если полностью распахивается гумусовый горизонт чернозема и исчезает естественный природный гумусовый горизонт, то такую почву сейчас российский почвовед назовет агроземом (фото 3). Если же под пахотным горизонтом сохранятся остатки естественного природного гумусового горизонта чернозема, то это агрочернозем.

Фотография сделана в 2009 году в Плавском районе Тульской области

Агрочернозем. Фотография сделана в 2011 году в Ростовской области

1 из 3

Фотография сделана в 2009 году в Плавском районе Тульской области

Источник:: ИВАН СЕМЕНКОВ

Вариантов пахотных почв достаточно много. Практически каждой естественной природной почве можно сопоставить одну распахиваемую. Исключением являются те почвы, которые отличаются по составу горизонтов в верхних 20 сантиметрах, так как именно эта толща обычно и превращается в однородный пахотный горизонт (за наличие такого горизонта почву и называют пахотной).

Целинные почвы Смоленского Поозерья

И в подзоле, и в серогумусовой почве основные генетические горизонты находятся в пределах верхних 40 см. Если бы эти две почвы распахивали до глубины 40 см, то из них образовалась бы одинаковая почва — агрозем. В обеих целинных почвах мощность гумусового горизонта менее 15 см. (Фотографии сделаны в 2022 и 2001 году в национальном парке «Смоленское Поозерье» (северо-запад Смоленской области) в рамках экспедиции по проекту РНФ № 21-74-20171).

Особые приметы: как «устроена» пахотная почва

Давайте взглянем на одну очень показательную распахиваемую почву из национального парка «Смоленское Поозерье». Похожую почву можно встретить на месте вырубленных хвойных или хвойно-широколиственных лесов на Европейской территории России, в Западной или Восточной Сибири. В данной почве есть четыре особенности, характерные для пахотных почв. Обычно в одном и том же профиле встречаются две таких характеристики, а тут сразу четыре!

Наличие пахотного горизонта

В первую очередь результатом многолетней распашки является сам пахотный горизонт (на фото это самый верхний серый слой от поверхности до глубины 40 см). В естественных горизонтах природных почв с глубиной постепенно меняются свойства. Например, становится светлее или темнее окраска, увеличивается или уменьшается размер почвенных частиц, один горизонт постепенно сменяется другим, увеличивается доля камней. Созданный же человеком пахотный горизонт обычно весьма однороден. Связано это с ежегодным перемешиванием и гомогенизацией материала в результате работы плуга или лопаты.

Ровная граница

Вторая особенность данной почвы — очень ровная нижняя граница пахотного горизонта и резкий переход к нижележащему горизонту. Подобная неестественно ровная граница (нехарактерная для природных объектов) формируется, если из года в год перепашка идет на одну и ту же глубину. На главном фото серый пахотный горизонт простирается до 40 см и резко сменяется светлым материалом. Может даже возникнуть ощущение, будто кто-то срезал макушку природной почвы и вместо нее поместил чужеродный темный материал. И толика правды есть в этой мысли!

Существенная толщина пахотного горизонта

Столь мощный (40 см — это очень много для почв Смоленского Поозерья!) пахотный горизонт очень редко можно встретить за пределами зоны распространения черноземов. И это третья особенность данной почвы. Формирование такого мощного и темного за счет прокраски гумусом горизонта в зоне распространения лесов возможно только за счет активной и вдумчивой работы агронома в течение десятилетий, а то и столетий! Для образования такого прекрасного горизонта необходимо вносить много органических и минеральных удобрений, в том числе и известь, чтобы вносимые вещества оставались в верхней части почвы, а не мигрировали вниз.

Контакт слоев

Последним следствием распашки, которое можно увидеть в почве на этом фото, является контакт пахотного горизонта с нижележащим. Там заметны «захваты» светлого материала в пахотный горизонт и пятна серого, гумусированного материала в нижележащем светлом горизонте. Осветленный материал оказался подпаханным к пахотному горизонту за счет того, что несколько раз плуг заглубляли сильнее обычного. Серые пятна на светлом фоне возникли за счет деятельности почвенных животных, которые переместили его вниз. Скорее всего, это были личинки майских жуков или дождевые черви.

Еще одной особенностью, свойственной исключительно пахотным почвам, является так называемая плужная подошва. Она возникает в том случае, если для снижения расхода горюче-смазочных материалов почву распахивают на глубину, меньшую той, на которую распространяется уплотнение от используемого трактора. Если так повторяется из года в год, то пахотный горизонт остается достаточно рыхлым, а ниже него формируется очень плотный слой. Почва в нем теряет свою структуру. Кроме того, плужная подошва может замедлять перемещение воды по почве, что будет снижать и плодородие. Однако на данной фотографии это явление незаметно, да и не характерно для рассматриваемой почвы.

Что лежит еще ниже

А что же находится ниже пахотного горизонта? Собственно, остатки естественного профиля целинной почвы, существовавшей до вмешательства человека. Она формировалась в полном соответствии с условиями среды (факторами почвообразования по В.В. Докучаеву), поэтому отражает природные условия данной местности.

В зоне распространения ландшафтов хвойных и хвойно-широколиственных лесов, на месте которых и появлялись такие почвы, выпадает так много осадков, что все они не смогли бы испариться. Поэтому «лишняя» влага проходит тысячелетиями сквозь почвы и выносит вниз наиболее растворимые вещества. Вместе с водой перемещаются и гумусовые кислоты, образуемые при разложении органического вещества.

Кислоты растворяют многие красящие пигменты почвенного материала. Например, такая судьба постигает окрашенные в бурые цвета неорганические соединения железа и алюминия. В результате в верхней части почв под многими хвойными и хвойно-широколиственными лесами севера Евразии и Северной Америки формируется осветленный горизонт вымывания. Его еще называют подзолистым горизонтом. На главном фото он расположен на глубине 40–60 см.

Ниже подзолистого находится более бурый горизонт, куда поступают и где аккумулируются вымытые вещества. Это горизонт вмывания. Почвоведы его еще называют текстурным за счет того, что в нем образуются агрегаты в форме параллелепипедов или кубиков.

Retisols — почвы с «сетчатой» границей между слоями

Между подзолистым и текстурным горизонтами на нашей фотографии видна своеобразная переходная зона с белесыми пятнышками и вертикальными язычками. За такую особенность границы в международном лексиконе почвоведов такие почвы называют Retisols (от латинского rete — «сеть»). Такая сетчатая граница формируется за счет того, что почва (в самом узком понимании этого термина) растет вниз.

Почвой (Topsoil в международной терминологии) называют самые верхние горизонты, которые «отвечают» за плодородие и которые обычно вовлекают в распашку (то есть гумусовый и подзолистый), в противовес «подпочве» (Subsoil в международной терминологии), к которой относят все нижележащие горизонты. Так вот в случае Retisols текстурный горизонт разрушается не равномерно по всему фронту соприкосновения с вышележащей толщей, а лишь по участкам предпочтительного перемещения кислых растворов — своеобразным языкам, если делать продольный срез от поверхности вглубь почвы.

То есть в первую очередь растворяются и выносятся вещества с боковых поверхностей почвенных агрегатов (частиц размером 1-10 мм), которые становятся сначала светлыми, а потом потихоньку превращаются в вышележащий подзолистый горизонт. Внутреннее же наполнение наиболее устойчивых почвенных агрегатов так и остается незатронутым кислотным воздействием, поэтому сохраняет свою бурую окраску.

Retisols широко распространены на равнинах северных частей Евразии и Северной Америки, покрывавшихся в последние десятки тысяч лет ледниками. Так как материнские породы этих почв перемывались или промывались водой, то сами почвы имеют слабокислую реакцию среды. На них прекрасно произрастают хвойные и хвойно-широколиственные леса. Однако почвы имеют низкий уровень плодородия.

Связано это тем, что образующийся гумус не задерживается в верхних горизонтах почвы, так как весьма мобилен ввиду избыточного атмосферного увлажнения. Кроме того, с собой из почвы он еще прихватывает микроэлементы, необходимые для нормального роста и развития растений. Образующийся гумус могли бы закрепить соединения кальция и магния. Но этих металлов слишком мало в Retisols, так как они образовались из пород, из которых эти металлы были вымыты. Именно поэтому для повышения плодородия Retisols проводят известкование, то есть вносят соединения карбонатов кальция и магния.

Подзолы и подзолистые почвы — какая между ними разница?

Чтобы повысить плодородие Retisols, человек вырубал леса и сжигал древесину. В результате почва на некоторое время оказывалась под золой, за что и получила сначала народное имя подзол, или подзолистая. Позднее оба этих слова прочно вошли в российскую почвенную терминологию. Сначала они были абсолютными синонимами. Причем в народе чаще употребляли и употребляют до сих пор слово подзол. Однако до конца XX века в почвоведении более универсальным термином был «подзолистая почва». Подзолы выделяли лишь как вариант названия подзолистых почв на песчаных отложениях.

В более поздних российских классификациях подзолы и подзолистые почвы стали разделять как совершенно разные типы почв за счет принципиально отличающихся процессов преобразования материнских пород. Если в подзолистых почвах гумусовые кислоты относительно мягко воздействуют на минеральные вещества, то в подзолах наблюдается коренное преобразование. Например, в подзолах гумусовые кислоты растворяют и выносят в глубь почвенного профиля не только соединения железа, но даже алюминия.

Такие различия в поведении гумусовых кислот обусловлены содержанием металлов в породах, способных нейтрализовать гумусовые кислоты. В суглинках, из которых формируются подзолистые почвы, кальция и магния хоть и немного, но вполне ощутимое количество. В песках же, из которых образуются подзолы, кальция и магния лишь следовые количества, поэтому гумусовые кислоты и начинают взаимодействовать с менее активным, но имеющимся в весомом количестве металлами — железом и алюминием.

На фотографиях выше — типичные целинные почвы Смоленского Поозерья, которые можно встретить в регионе под никогда не распахиваемыми лесами. (Обе фотографии сделаны в 2021 году в национальном парке «Смоленское Поозерье» (северо-запад Смоленской области) в рамках экспедиции по проекту РНФ № 21-74-20171)