Морфологический анализ агрогенных трансформаций черноземов

Морфологический анализ агрогенных трансформаций черноземов начнем с наиболее значимых для них временных изменений мощности гумусовоаккумулятивных горизонтов. Столетние изменения этих показателей в представительной части проанализированных нами объектах В.В.

Данные по состоянию почв основной массы объектов на конец прошлого века были взяты из «Русского чернозема» (1883, 1952) и отражают результаты полевых исследований 1877-1878 гг. Усредненные данные по исходному состоянию объекта № 49-91 из Каменной Степи были рассчитаны нами из первичных материалов по обследованиям 1892-1893 гг., содержащихся в «Трудах экспедиции, снаряженной Лесным Департаментом, под руководством проф. В.В. Докучаева» (1894). Данные по современному состоянию объектов были получены в ходе экспедиционных работ 1991-1992 гг. и являются усредненными значениями по опорному разрезу и 4 (2) прикопкам, имеющим случайное распределение.

Столетнее изменение мощности черноземов на основных «реперных» объ-

ектах В.В. Докучаева в ЦЧО

Таблица 3.1.

За исключением объекта № 53-91 (Михайловка) в таблице 3.1 сведены данные по объектам наиболее точного попадания экспедиции 1991-1992 гг. в «точки» В.В. Докучаева (с устойчивыми координатами в виде речной сети, сохранившихся дорог и населенных пунктов, конкретных форм мезорельефа). Большинство анализируемых объектов занимает совершенно ровные места или характеризуется очень слабо выраженным уклоном.

Отдельного пояснения требует объект № 17-91 с оподзоленным среднесуглинистым черноземом из Понырей Курской области. Проведенное детальное обследование разреза, множественное опробование почв в пределах поля (практически единственного в непосредственной близости от станции), соседних полей, анализ архивов и консультации в Курском Филиале ЦЧОНИИЗемПроект привели нас к мысли, что иногда небольшие ошибки в поле могут делать и классики.

Карбонатные черноземы совершенно нетипичны для этого места. Почвенный покров представлен практически исключительно оподзоленными черноземами, сформированными на покровном суглинке, гранулометрический состав которого облегчается с глубиной. Фракции очень тонкого песка и крупной пыли частично отмыты от пленок и формируют присыпку, хорошо выраженную от нижней части горизонта А1 до горизонта В2. В пахотном горизонте отмечаются точечные включения карбонатов как результат характерного для этих мест известкования. На первый взгляд, и ниже встречающаяся тонкая присыпка производит впечатление карбонатных выделений, особенно на поверхности мелких ореховатых педов в горизонтах А1В-В. Только мезоморфологические наблюдения с помощью лупы и опробование с НС1 показывают ошибочность первого впечатления.

Возможно и В.В.

Анализ временного сопоставления мощности гумусово-аккумулятивных горизонтов проанализированных разрезов свидетельствует о преобладании незначительных изменений мощности за последние 100-120 лет. Исключение составляют лишь почвы с явными признаками эрозии: чернозем типичный слабосмытый среднесуглинистый у Волконской (объект № 52-91), занимающий верхнюю часть сильно выпуклого и распаханного склона с отчетливыми следами струйчатой эрозии на поверхности пашни; чернозем типичный слабосмытый тяжелосуглинистый на склоне крутизной в 2-3° в непосредственной близости от известного старого парка села Зубрилово (объект № 15-92); чернозем обыкновенный среднесмытый легкосуглинистый, преобладающий в почвенном покрове под Михайловкой (объект №53-91).

Среднее значение в изменении мощности гумусовоаккумулятивных горизонтов остальных объектов сопоставления составляет -2 (при а=±3) см. В половине проанализированных объектов наблюдается слабое уменьшение мощности гумусовоаккумулятивных горизонтов - на 1-5 см. В четвертой части объектов изменения мощности основных верхних горизонтов не наблюдалось. В остальных объектах было зафиксировано увелчение мощности до 2-7 см.

Безусловно, столь незначительные отклонения мощности статистически недостоверны. К аналогичным результатам ранее пришла Е.К. Дайнеко при статистическом анализе масовых материалов по мощности гумусовых горизонтов черноземов в районе Центральночерноземного Биосферного ГосЗаповедника (Табл. 3.2).

Мощность гумусовых горизонтов черноземов в различных геосистемах Центральной лесостепи (из Дайнеко, 1989)

Таблица 3.2.

Отмечаемые незначительные отклонения в мощности гумусовоаккумулятивных горизонтов могут являться следствием как субъективных причин, так и реально наблюдаемых процессов.

Морфологический анализ почвенно-литологической стратиграфии парных разновременных профилей показал их принципиальную близость и возможность интерпретации выявляемых при сопоставлении различий как суммарного результата действовавших в них за последнее столетие почвенных (в том числе и почвообразовательных) процессов, часто активизированных или даже спровоцированных изменениями в системе землепользования.

Удалось обнаружить и проанализировать лишь единичные объекты, сохранившие со времен В.В. Докучаева близкий к естественному (несельскохозяйственный) вид землепользования: типичные черноземы на целинном степном участке в Каменной Степи (объект № 4-92) и выщелоченные черноземы в лесопарке старинного имения князей Голицыных (объект № 14-92). Отметим, что их почвы не имеют явных отличий от весьма кратких описаний В.В. Докучаева и последующих исследователей (Никанорова, 1953).

Они имеют принципиальное сходство и с детально описанными целинными черноземами под лесом и луговой степью ЦЛБГЗ (Марголина, Ильичев, 1985). Характеризуются вертикальной дифференциацией горизонта А1 и наличием сложной структурной организации гумусовой части профиля, с четкой дифференциацией поверхности педов (ПП) от внутрипедной массы (ВПМ).

Правда, в данном случае анализируемые разрезы сильно удалены друг от друга территориально и находятся в восточной, более засушливой, части Центрально-Черноземной Области. Возможно, с этим связано отсутствие присыпки в их профиле и некоторая «поджатость» карбонатного субпрофиля к поверхности, по сравнению с черноземами Центрально-Черноземного Заповедника.

Гумусовый горизонт типичного чернозема на целинном степном участке в Каменной Степи дифференцирован на три слоя по выраженности зернистой структуры и степени дифференциации между ПП и ВПМ. Вниз по профилю наблюдается постепенное огрубление структуры и усиление буроватого оттенка породы во внутрипедной массе, вскрываемой на срезе. Горизонт В не имеет признаков орехо- ватой структуры и плотных карбонатных стяжений. Даже на глубине 130 см они точечные, мелкие, рыхлые и приурочены к порам.

Чернозем в лесопарке Зубрилово выщелочен до глубины 90-100 см, но при этом имеет горизонт с обильными плотными карбонатными стяжениями. Зернистая структура в гумусовом горизонте лучше выражена, чем под степью. В его нижней части появляются глинисто-гумусовые пленки. Гумусовые затеки доходят до горизонта В и ограничены снизу карбонатным горизонтом с бурным вскипанием от НС1. Дождевые черви активно прорабатывают всю верхнюю часть почвенного профиля вплоть до горизонта А1В.

Интересно сопоставить целинный степной чернозем Каменной Степи с близлежащим черноземом в центре широкой (100-метровой) лесополосы, посаженной около 100 лет назад (объект № 50-91). Их положение в рельефе аналогично. Расстояние между ними не превышает 200 метров.

Основные отличия почвы лесополосы состоят в большей однородности по профилю почвообразующей породы (точнее - в меньшем ее утяжелении на глубине более 1 метра), меньшей мощности, лучшей оструктуренности и выщелоченности гумусово-аккумулятивных горизонтов. Переходный горизонт В, в основном, отмыт от карбонатов и приобрел элементы ореховатой структуры. В него по ходам корней стали внедряться прогумуссированные языки, которые составляют уже четвертую часть площади среза. Опускание основной части подвижных карбонатов на 30 см способствовало их относительной концентрации на глубине около 1 метра. Глубина и степень биогенной проработки материала гумусовых горизонтов характеризуется промежуточными значениями между рассмотренными выше целинными профилями.

Сопоставление профилей позволяет предположить активный характер современного почвообразования под столетней лесополосой в направлении усиления степени выщелоченности почв и элювиально-иллювиальной дифференциации их верхних горизонтов, которая отражается и в структурной организации горизонтов.

Перейдем к сводному анализу современных морфологических описаний пахотных черноземов на объектах В.В. Докучаева в ЦЧО (табл. 3.3). Основное внимание при этом будет уделено верхним почвенным горизонтам по горизонт В1 включительно, как наиболее чувствительным к агрогенным трансформациям.

Сформированный в верхней части профиля пахотный горизонт, как правило, сильно дезагрегирован и переуплотнен. В большинстве описанных объектов он находится в сильно уплотненном, плотном или даже очень плотном состоянии (с примерно равной встречаемостью этих вариантов). Нетипичные случаи с меньшим уплотнением чаще встречаются на почвах более легкого гранулометрического состава и/или определяются местными особенностями объекта. Так, рыхлый пахотный горизонт у Волконской (объект № 52-91) был описан нами после вспашки. Объект № 6-91 в Моховом относится к полю прифермского севооборота, а разрез № 55-91 под Чернью был заложен на клеверном поле.

В каждых двух из трех проанализированных объектов в пахотном горизонте доминирует глыбистая структура. Характерная для целинных черноземов зернистость описана лишь в трех разрезах из шестнадцати, но и в них она имеет второстепенное значение. Размер глыб в выщелоченном черноземе под Ливнами превышает полметра. Местные механизаторы метко называют такие крупные монолитные глыбы «чемоданами». Один из таких «чемоданов» с наименьшим диаметром 65 сантиметров демонстрировался нами на Всероссийской конференции «Русский чернозем» в Курске и Юбилейной До- кучаевской сессии РАСХН в Каменной Степи.

Характер структуры и степень переуплотнения не имели в данном случае четкой корреляции с обилием корневой системы. Вероятно, это было связано и с очень высокой влажностью в начале лета, когда деградация структуры верхних горизонтов не служила серьезным препятствием нормальному развитию корневой системы.

Отдельно отметим формирование кремнеземистой присыпки в пахотных горизонтах большинства выщелоченных черноземов. Уровень ее проявления имеет прямую корреляцию со степенью глыбистой деградации структуры и снижается при облегчении гранулометрического состава (последнее, возможно, в связи с меньшей стабильностью сложных педов и более частым обновлением их поверхности).

Таблица 3.3.

Краткая морфологическая характеристика верхних горизонтов пахотных черноземов на основных “реперных” объектах Докучаева в ЦЧО

Примечание к таблице 3.3. П- плотность (рыхлый - 0, уплотненный - 1, сильно уплотненный - 2, плотный - 3, очень плотный -4); Стр - структура (порошистая - П, зернистая -3, комковатая - К, грубокомковатая - гК, ореховатая - О, призмовидная - Пр, глыбистая - Г); К - обилие корней (нет - О, мало - 1, среднее количество - 2, много - 3); Пр - присыпка (отсутствует - 0, слабо выражена - 1, отчетливо выражена - 2, ярко выражена - 3) или глинисто-гумусовые кутаны, органо-минеральные натеки (К); В - вскипание от НС1 (отсутствует - 0, слабое -1, бурное -2).

дезагрегации, уплотнения и сезонной агрогенной «цементации», ускоренной минерализации гумуса и связанные с нею явления побурения-осветления внутрипедной массы (ВПМ) и поверхности педов (ПП), выщелачивания и отмывки поверхности крупных минеральных зерен от гумусовых и органо-минеральных пленок.

Подпахотный гумусовый горизонт А1" примерно с равной вероятностью может находиться как в сильно уплотненном, так и в плотном состоянии. Это относится к горизонту в целом. Подплужная подошва не всегда отчетливо выражена. В половине проанализированных профилей в подпахотном горизонте также отмечаются элементы глыбистой структуры. В основном, это касается оподзолен- ных и выщелоченных черноземов. Доминирует же, как правило, зернисто-комковатая, реже - порошисто-комковатая структура. Поро- шистость, в отличие от целинных почв, отчетливо выражена в черноземах более легкого гранулометрического состава, где структура характеризуется пониженной прочностью.

Все подпахотные горизонты характеризуются небольшим количеством корней, заметно меньшим чем в их природных аналогах. Тем не менее, именно к ним обычно приурочены «гроздья» зернистой структуры и относительно разрыхленные микрозоны.

Кремнеземистая присыпка на поверхности педов и трещин подпахотного гумусового горизонта отчетливо выражена во всех разрезах оподзоленных черноземов, в большинстве профилей выщелоченных черноземов и отдельных случаях типичных черноземов. Она оказалась лучше выражена на территории лесостепной, чем собственно степной зоны.

Переходный гумусовый горизонт А1В бывает чаще плотный, чем сильно уплотненный; в единичных случаях - просто уплотненный или очень плотный. В нем преобладает комковатая структура, часто с элементами ореховатости и порошистости, что не характерно для целинных черноземов и вероятно является результатом глубоко зашедших процессов дезагрегации и выщелачивания. В отдельных разрезах встречаются глыбистые и призмовидные педы. Микрозоны зернистой структуры приурочены к редким скоплениям корней.

В переходном горизонте А1В большинства пахотных черноземов, в отличие от целинных, отмечается наличие кремнеземистой присыпки. В большинстве черноземов лесостепной зоны она выражена отчетливо, в степной зоне встречается значительно реже. Важно также отметить отчетливые языки прогумуссированного материала в большинстве переходных горизонтов пахотных черноземов, опускание в них глубины вскипания от НС1 (только в двух разрезах типичных черноземов отмечается бурное вскипание в этом горизонте) и появление в одном из разрезов выщелоченных черноземов отчетливых органо-минеральных кутан на поверхности педов и трещин (объект № 48-91).

Переходный горизонт В1 пахотных черноземов - наиболее однородный на горизонтальном срезе. В большинстве случаев он плотный, реже - сильно уплотнен, иногда - очень плотный. Преобладает грубокомковатая структура. В оподзоленных и выщелоченных черноземах могут преобладать ореховатые и даже призмовидные отдельности. Корни единичны. Присыпка отмечается лишь в оподзоленных и выщелоченных черноземах, преимущественно лесостепной части ЦЧО. В трех разрезах отчетливо выражены гумусовые и органо-минеральные пленки и кутаны. В типичных черноземах наблюдается вскипание от НС1.

Морфологический анализ обследованных пахотных черноземов показывает глубокое распространение в их профиле агрогенных трансформационно-деградационных процессов. Процессы дезагрегации и структурно-агрегатной перестройки распространяются вплоть до горизонта ВI, вызывая частичное разрушение зернистокомковатых педов, частичное их «слипание» в более крупные и монолитные глыбистые структуры, частичную трансформацию в ребристые, ореховатые или призмовидные структурные отдельности.

Процессы уплотнения и некомпенсированной минерализации гумуса часто распространяются на весь гумусово-аккумулятивный горизонт, который постепенно теряет свою знаменитую зернистую структуру и интенсивно черный (темно-серый) цвет.

Активизация процессов выщелачивания сопровождается опусканием глубины вскипания от НС1 и верхней границы карбонатных выделений, отмыванием поверхности у части крупных минеральных зерен и элювиально-иллювиальным переносом наиболее мобильных гумусовых и органо-минеральных соединений из верхних в переходные горизонты.

Одновременно происходит опускание-углубление фронта активного трансформационно-элювиального почвообразования и рост почвенного профиля в глубину. Правда, это почвообразование и этот профиль отличаются от исходного (целинного) педогенеза и профиля чернозема. В сочетании ЭПП снижается удельная роль поверхностно-аккумулятивных процессов, возрастает роль процессов минерального метаморфизма и вертикального перераспределения продуктов почвообразования. В верхних горизонтах почвы происходит упрощение педной организации на фоне усложнения вертикальной дифференциации профиля и усложнения структурной организации переходных к породе горизонтов.

Интересно проследить эти изменения на примере ряда парных объектов, в которых каждому объекту интенсивного использования ставится в соответствие контрольный объект целины (лес, степь) или менее интенсивного использования (сенокос, пастбище, лесопарк, сад - табл. 3.4).

Сравнение по плотности пахотного горизонта с поверхностным гумусовым горизонтом контроля выявляет его сильное агрогенное уплотнение: на 2-3 качественные градации. Если верхний гумусовый горизонт на контроле обычно рыхлый или уплотненный, редко - сильно уплотненный (пастбище на объекте № 1 -92) или плотный (сад на объекте № 20-92); то пахотный горизонт парных разрезов в равновесном состоянии, как правило, плотный или даже очень плотный. Являющиеся исключением разрезы №№ 27-91, 4-92 и 10-92 описывались на свежеобработанной пашне.

Верхние гумусовые горизонты контрольных объектов характеризуются комковато-зернистой или даже просто зернистой структурой. В пахотных горизонтах зерна исчезают или отходят на второй план. Важную роль начинают играть глыбистые или порошистые отдельности.

В результате распашки резко снижается содержание корней - более, чем на качественную градацию. В пахотных горизонтах корней, в основном, бывает мало. Проведенное сопоставление не выявило существенной разницы в выраженности кремнеземистой присыпки между контролем и основным вариантом использования. Возможно, это связано с близостью процессов поверхностного осветления в лесу, на пастбище интенсивного использования, в саду и на пашне.

Таблица 3.4.

Краткая морфологическая характеристика верхних горизонтов парных разрезов черноземов с

контролем (К)

Примечание к таблице 3.4. смотри в таблице 3.3.

ста, а окультуренный чернозем Марьинского спецхоза (объект № 27- 91) даже менее уплотнен, чем почвы близлежащего сенокоса (сказывается постоянная технологическая колея). Правда, на трех объектах сохраняются существенные различия - на одну, две и даже три градации. Важно подчеркнуть, что именно в этих парах контроль наиболее близок целинным условиям: степь и лесополоса в Каменной Степи (объекты №№ 5-92, 50-91), лесопарк в Зубрилово (объект № 14-92).

Структура контрольных объектов, как правило, зернисто-комковатая или комковато-зернистая. На объектах основного использования уменьшается выраженность зернистости, огрубляются комки, появляются порошистая и глыбистая структуры. Среднее количество корней на контроле сменяется их малым количеством в подпахотных горизонтах.

Существенных различий в выраженности кремнеземистой присыпки обычно не наблюдается. Возможно, это связано с территориальной близостью объектов сопоставления и наличием в их истории общих этапов использования-развития. Так, пашня объекта № 19-92 тридцать лет назад была тоже под садом, как и ее контроль. И наоборот, известно, что в первые годы формирования тридцатилетнего сада его межрядья интенсивно обрабатывались, как на пашне. Можно отметить появление отчетливой присыпки в подпахотном горизонте окультуренного чернозема (объект № 27-91) и усиление ее проявления в случае супесчаной черноземной почвы на пашне (объект № 10-92).

В переходном горизонте А1В вновь отмечается существенная разница по плотности - на градацию, между объектами основного использования и контроля. В почвах контроля доминирует комковатая структура. Под пашней она обычно трансформируется в грубокомковатую, иногда с элементами ореховатой. Количество корней практически не изменяется. Разница в выраженности присыпки не однозначна. В почве пастбища она лучше выражена, чем на соседней пашне. В двух случаях лучше выражена на пашне, чем в соседнем лесу и саду. На поверхности педов в почве сада, при отсутствии присыпки, отмечаются отчетливые гумусовые и органо-минеральные натеки. Во всех объектах основного использования отмечается полная или почти полная отмытость переходного горизонта от карбонатов. В двух случаях она сильнее развита в почвах контрольной лесополосы и сада.

Переходный горизонт В1 характеризуется наименьшей дифференциацией по плотности между почвами основных объектов и контроля. Большинство объектов не имеют различий. В остальных они обычно не превышают одной градации и могут иметь разнонаправленный характер. Повышенная плотность В1 под интенсивным пастбищем, интенсивной пашней или садом может иметь агрогенное объяснение, а может и просто быть результатом исходной пространственной неоднородности.

Наиболее распространенный вариант структуры - грубокомковатая. На двух участках пашни она имеет явно выраженную орехо- ватость, которая хорошо согласуется с распространением гумусовоглинистых и органо-минеральных натеков. Последние имеют преимущественное распространение в пахотных черноземах. Дифференциация по степени выщелоченности от карбонатов определяется, прежде всего, характером контроля и степенью гранулометрической облегченное™ чернозема. Почва пашни бывает сильнее отмыта, чем сенокоса, но слабее, чем леса или сада. Супесчаная черноземная почва может сильнее промываться на пашне, чем в лесу.

Таким образом, проведенное сравнение парных разрезов подтвердило справедливость основных замечаний, сделанных ранее. Оно показало наличие трансформационно-элювиального тренда в агрогенной динамике черноземов, правда в несколько сглаженном виде его проявления - по сравнению с использованием системы региональных контролей. Вероятно, это зависит и от времени существования местных контролей. Во всяком случае, наибольшие различия наблюдаются в парных разрезах со старыми целинными или условно целинными контролями, которым заведомо больше ста лет (Каменная Степь, Зубрилово). Парные разрезы с молодыми контрольными объектами (молодой сад или сенокос со следами старо- пашки) показывают менее четкие и глубокие различия между вариантами сопоставления.

* * *

В заключение отметим следующие основные выводы из раздела: В ходе экспедиционных работ 1991-1992 годов удалось провести полевые обследования черноземов в непосредственной близости от мест их исходного описания В.В. Докучаевым, а также подобрать парные разрезы черноземов с абсолютным или относительным местным контролем. Большинство проанализированных объектов расположены на выровненных позициях по рельефу. Мощность их почвенного профиля существенно не изменилась за последнее столетие. Результаты сопоставления современных исследований с исходными и промежуточными описаниями и анализами могут быть интерпретированы как инситные трансформации почвенного профиля. Сопоставление морфологических описаний по парным разрезам подтверждает их принципиальное стратификационно-литологическое сходство и возможность использования для анализа агро- генных трансформаций черноземов. Морфогенетический анализ контрольных (непахотных) вариантов черноземов показывает близость их структурной организации при наличии существенных различий в характере карбонатного субпрофиля между почвами целинной степи и разновозрастного леса-лесопарка. Чернозем под столетней широкой лесополосой имеет промежуточные характеристики и находится в состоянии дальнейшего выщелачивания. В пахотных горизонтах черноземов активно развиваются процессы (i) дезагрегации, уплотнения и сезонной «агрогенной» цементации; (И) ускоренной минерализации гумуса и осветления почвенной массы; (iii) выщелачивания и отмывки поверхности зерен. Спровоцированные и/или активизированные распашкой транс- формационно-деградационные процессы глубоко внедряются в профиль чернозема. Активизация выщелачивания сопровождается опусканием карбонатов, отмывкой поверхности минеральных зерен и элювильно-иллювиальным переносом подвижных органоминеральных соединений. Уплотнение и ускоренная минерализация гумуса распространяются на весь гумусовый горизонт. Процессы дезагрегации и структурно-агрегатной перестройки затрагивают и горизонт В1. В пахотных горизонтах происходит опускание фронта трансформационно-элювиального почвообразования и рост почвенного профиля в глубину, который сопровождается усложнением его вертикальной дифференциации и усложнением структурной организации переходных к породе горизонтов. Современные исследования агрогенной трансформации черноземов требуют внимательного обращения к контролю. Необходим тщательный анализ возможности использования в качестве контроля известных, но к сожалению, очень редких в ЦЧО небольших целинных участков или близлежащих объектов менее интенсивного использования (пастбища, сенокосы, межрядья в старых садах). Он включает в себя сопоставление объектов на исходную близость их почвенно-литологической стратификации, положения в ландшафте, а также выявление возможного сходства и различия в истории землепользования. Приведенные объекты обладают необходимой степенью сходства и могут быть использованы для последующих аналитических исследований на предмет выявления агрогенных трансформаций черноземов за последнее столетие или последние десятилетия.