Генезис черноземов
Существует несколько теорий происхождения черноземов.
Впервые гипотеза о растительно-наземном происхождении чернозема была сформулирована М.В. Ломоносовым в трактате «О слоях земных» (1763). Наиболее обстоятельная работа в этом направлении – «Геоботанические исследования о черноземе» Ф. Рупрехта (1866), который рассматривал возникновение черноземов как результат поселения травянистых растений и накопления перегноя при их разложении. Завершающее развитие эта гипотеза получила в работе В.В. Докучаева «Русский чернозем». В.В. Докучаев рассматривал черноземы как почвы растительно-наземного происхождения, образовавшиеся при изменении материнских горных пород под действием климата и степной растительности.
Второй по времени возникновения считают морскую гипотезу происхождения черноземов, высказанную академиком П.С. Палласом (1773) по отношению к черноземам Ставропольского края, которые, по его мнению, образовались из морского ила и гниющих масс тростника и другой растительности при отступлении Черного и Каспийского морей.
Третья гипотеза – это представление о болотном генезисе черноземов. Геолог Ф.Ф. Вангенгейм фон Квален (1853) высказал предположение о том, что черноземы образовались из измельченного материала торфяных болот и растительных остатков, принесенных ледниковым потоком с севера на юг и смешавшихся с минеральным илом. Позже В.Р. Вильямс вернулся к этой гипотезе. Он считал, что черноземы могли образоваться при обсыхании и развевании торфяных болот. Но такой вариант болотной гипотезы, который связывает образование черноземов с привносом торфа извне, несостоятелен. В.Р. Вильямс также рассматривал происхождение черноземов как результат развития дернового процесса под луговыми степями черноземной зоны.
Академики Э.И. Эйхвальд (1850) и Н.Д. Борисяк (1852) предположили, что черноземы возникли из болот при их постепенном обсыхании. Они считали, что в прошлом черноземная зона представляла собой тундровые сильнозаболоченные пространства. При последующем постепенном дренировании территории в условиях теплого климата шел процесс энергичного разложения болотной и тундровой растительности (Эйхвальд) и болотного ила и поселения наземной растительности (Борисяк), что обусловило формирование черноземов. Это вариант болотной гипотезы является первым шагом на пути создания более широкой гипотезы палеогидроморфного прошлого черноземов, которая была сформулирована В.А. Ковдой (1933, 1966, 1974).
Черноземы – сравнительно молодые почвы, они образовались в послеледниковое время в течение последних 10–12 тыс. лет. Возраст гумуса верхних горизонтов составляет в среднем не менее 1 тыс. лет, а возраст глубоких горизонтов – не менее 7–8 тыс. лет.
В настоящее время считается, что черноземы – это самостоятельный тип почв наземно-растительного происхождения, однако на некоторых территориях они могли пройти гидроморфную стадия (например, черноземы Западной Сибири).
Ведущим процессом почвообразования при формировании черноземов является гумусоаккумулятивный процесс, обусловливающий развитие мощного гумусового горизонта, накопление элементов питания и оструктуривание профиля.
Наиболее благоприятно образование гумуса при разложении опада растений протекает в следующих условиях:
при щелочной реакции почвенного раствора,
при достаточном доступе кислорода,
при оптимальном увлажнении,
без интенсивного выщелачивания,
в условиях обогащенности растительных остатков белковым азотом и основаниями.
Близкие к этим условиям как раз и наблюдаются в черноземах. Наилучшие условия для процесса гумификации в черноземной зоне создаются весной и ранним летом. В это время в почве благоприятные температуры и еще достаточный запас влаги от осенне-зимних осадков и весеннего снеготаяния. В период летнего иссушения и прерывистого увлажнения микробиологические процессы заметно ослабевают, что способствует предохранению формирующихся гумусовых веществ от их быстрой минерализации. Одновременно повышение температуры и некоторое иссушение почвы летом усиливают процессы усложнения гумусовых веществ вследствие реакций поликонденсации и окисления (М.М. Кононова).
Некоторое улучшение водного режима осенью активизирует микробиологические процессы, но этот период ограничивается быстрым понижением температур. Зимой при промерзании почвы происходят процессы денатурации гумусовых веществ.
В черноземообразовании велика роль кальция. Богатство опада растительности черноземной зоны кальцием приводит к непрерывному образованию в почвах биогенного кальция и к его миграции в форме Са(НСО3)2. Поэтому гумификация идет в условиях избытка кальциевых солей и насыщения образующихся гумусовых веществ кальцием, что почти полностью исключает формирование и вынос свободных водорастворимых органических продуктов.
Таким образом, особенность биологического круговорота под травяными сообществами черноземов заключается в том, что гидротермические условия зоны благоприятствуют разложению богатого основаниями и азотом опада по типу гумификации с возникновением сложных высококонденсированных перегнойных соединений типа гуминовых кислот, закреплению которых в почве способствуют непрерывное образование в среде биогенного кальция и формирование карбонатного иллювиального горизонта.
Поскольку при черноземообразовании гумусовые кислоты быстро нейтрализуются основаниями опада и кальцием почвенного раствора, то не наблюдается разложения почвенных минералов под воздействием гумусовых веществ. Слабо этот процесс протекает лишь в оподзоленных и выщелоченных черноземах.
Вместе с накоплением гумуса при черноземообразовании идет закрепление в форме сложных органо-минеральных соединений важнейших элементов питания растений – N, P, S, Ca и др.
Развитие мощных корневых систем лугово-степной и степной растительности и образование гуматов кальция оказывают благоприятное влияние на оструктуривание профиля почвы.
Характерной чертой генезиса черноземов является сезонная динамика карбонатов в их профиле.
К северу от типичных черноземов (в подзоне оподзоленных и выщелоченных черноземов) более влажные условия климата способствуют большему выносу оснований из опада. Это приводит к образованию более кислых органических продуктов превращения растительных остатков, нейтрализация которых частично идет уже за счет разложения почвенных минералов. В этих условиях возможно проявление некоторого оподзоливания.
Фациальные особенности почвообразования оказывают существенное влияние на формирование черноземов, их признаки и свойства (мощность гумусового слоя, содержание гумуса, форма выделения карбонатов, глубина промачивания, водный и тепловой режимы).
Так, черноземы южноевропейской фации (Придунайская и предкавказская провинции) формируются в условиях более мягкого и влажного климата. Они почти не промерзают, быстро оттаивают, получают глубокую влагозарядку. Биологический круговорот протекает интенсивнее, процессы почвообразования охватывают более мощный слой почвы, что приводит к формированию черноземов с большой мощностью гумусовых горизонтов при относительно невысоком содержании гумуса (3–6%). Черноземы этих провинций отличаются большей промытостью профиля, глубоким залеганием гипса и мицелярной формой карбонатов, в связи с чем они получили название мицелярно-карбонатных.
К востоку нарастает континентальность климата, уменьшается общее количество тепла, сокращается период вегетации, увеличиваются время и глубина промерзания почв.
Черноземы центральных провинций (Украинская, Среднерусская, Заволжская) развиваются в умеренно континентальных условиях и относятся к средне- и высокогумусированным (6–12%).
Черноземы западносибирской и восточносибирской фации глубоко промерзают и медленно оттаивают. В восточных провинциях уменьшается глубина промачивания почв и распространения корневых систем растений, сокращается период активного и наиболее полного разложения органических веществ. Черноземы западно- и среднесибирской фаций отличаются меньшей мощностью гумусовых горизонтов, но более высоким содержанием гумуса (5,5–14%). Для них характерна языковатость гумусового профиля, обусловленная сильным растрескиванием почвы в холодное время.
Черноземы восточносибирской фации еще менее мощные (35–45 см гумусовый горизонт), содержание гумуса в них колеблется от 4 до 9% и резко снижается с глубиной. Эти почвы отличаются широким распространинем мучнистой формы карбонатов и глубокой промытостью профиля летними осадками.