Чернозёмы карбонатные в Молдавии
Группа: САБ-2.13
Выполнила: ……. Е.М.
Проверил: ……. В.М.
Москва 2006
Содержание
1. ВведениеФакторы почвообразования:
2.1 Климат
2.2 Почвообразующие породы
2.3 Растительность
2.4 Биологические особенности
2. Свойства почв:
3.1 Карбонатность
3.2 Органическое вещество
3.3 Химический и минералогический состав
3.4 Гранулометрический состав
3.5 Строение чернозёмов
3.6 Почвенный раствор
3. МикроэлементыСельскохозяйственное использование
4. Заключение
5. Список литературы
1. Введение
Черноземы Молдавии издавна представляли важнейший объект для всесторонних исследований; особое внимание они привлекают к себе в настоящее время.
Черноземы карбонатные широко распространены в Молдавии и занимают 654,3 тыс. га, или 19,38% территории. Они широко представлены на равнинах и пологих склонах южных степей Молдавии, распространены на наиболее молодых надпойменных террасах Днестра, Прута и малых рек, по которым продвигаются далеко на север. Это самые молодые в геологическом отношении почвы. По гранулометрическому составу они преимущественно тяжелосуглинистые и суглинистые.
Черноземы карбонатные - наиболее сухие и теплые почвы.
Характеризуются наличием карбонатов в поверхностном слое, щелочной реакцией по всему профилю, повышенным известковым потенциалом, заметной оглиненностью профиля, относительно незначительной гумусированностью при довольно большой мощности гумусового горизонта, глубиной вскипания от HCl с 0 см. Эти признаки позволяют выделять их на уровне самостоятельного подтипа.
2. Факторы почвообразования
2.1 Климат
Климат характеризуется тёплым летом и умеренно холодной зимой. Неоднородность климата проявляется в различной обеспеченности теплом в период вегетации, в зимних температурах и характере увлажнения. По мере движения с запада на восток уменьшается количество тепла, нарастает континентальность климата, снижается количество осадков.
Количество атмосферных осадков обеспечивает успешное произрастание травянистой растительности и её высокую конкурентную способность по отношению к древесным растениям. Естественное увлажнение степной зоны обеспечивает успешное богарное (неорошаемое) земледелие, хотя в отдельные годы возможны засухи. Выпадающие осадки определяют периодически промывной водный режим почв, т.е. в отдельные влажные годы почва и кора выветривания промывается до грунтовых вод и освобождается от легкорастворимых солей и гипса. В годы с пониженным количеством осадков происходит промачивание почв только до определенной глубины без смыкания с грунтовыми водами. При таком водном режиме карбонаты остаются в почве и коре выветривания, т.к. их растворимость в воде незначительная, в то же время почвенно-грунтовая толща часто освобождается от легкорастворимых солей и гипса. Карбонаты Са2+ и Mg2+ предопределяют щелочную реакции среды.
Температурные условия определяют периодичность биологической активности биогеоценозов. Характерен период зимнего покоя (2-5 месяцев). Наибольшая активность живого вещества наблюдается в мае. Весенне-летне-осенний период обеспечивает длительный период вегетации растений и обилие ежегодно синтезируемой биомассы. Однако среднесуточные летние температуры, не превышающие 25оС, зимний покой, ранневесенняя и позднеосенняя прохладная погода не способствуют глубокому преобразованию минеральной коры выветривания и почв, характерному для тропических и субтропических условий. Для степной зоны типично образование сиаллитной коры выветривания, обогащенной вторичными глинистыми минералами.
2.2 Почвообразующие породы
Они в основном представлены лессовидными глинами и суглинками.
Характерная черта практически всех почвообразующих пород – карбонатность. Содержание CaCO3 в лессовидных отложениях 6-8%. Это влияет на характер почвообразования и создает благоприятные условия для развития травянистой растительности.
2.3 Растительность
Облик растительности степей представляется следующим образом. Наиболее красочна луговая степь со значительной долей разнотравья и бобовых. Широко распространены: пырей, мятлики, ковыли, степные овсы, костры, лядвенец, клевер, люцерна, вьюнки, и многие другие. Растительность разнотравно-ковыльных степей составляют узколистные дерновинные злаки – ковыли, типчак, тонконог и другие с широким участием разнотравья. Характерны для степей однолетние эфемеры, отцветающие и отмирающие весной и многолетние эфемероиды, у которых после отмирания надземных частей остаются клубни, луковицы, корневища. Типчаково-ковыльные степи формировались в более засушливых условиях и характеризовались менее мощной и разнообразной растительностью, основными представителями которой являлись ковыли, типчак, тонконог, житняки, а из бобовых и разнотравья: донники, люцерны, шалфеи, зверобой, полынь австрийская и другие. Меньшая фитомасса и проективное покрытие растительности типчаково-ковыльных степей, широкое участие в травостое эфемеров и эфемероидов, а также полыни – следствие заметного здесь дефицита влаги.
Степная растительность образует сплошной травянистый покров, полностью скрывающий почвенную поверхность. Основная биомасса сосредоточена в корневых системах растений (около 60-80%). Образно говоря, травы живут в основном в почвенной массе. Ежегодно синтезируемая биомасса отмирает на 95% этом же году, т.е. практически полностью превращается в растительные остатки и поступает в биологический круговорот, подвергаясь минерализации и гумификации.
Примечателен химический состав травянистой растительности. Характерно высокое содержание белковых и других питательных веществ для травоядных животных веществ (углеводы, жиры и др.), что создаёт предпосылки для успешного существования первичных консументов.
Травянистая растительность накапливает в своей биомассе значительное количество зольных элементов (Ca, Mg, K, Na, P и др.). Высокая зольность обеспечивает полную нейтрализацию всех кислот, образующихся при минерализации и гумификации.
Высокое содержание протеина в растительных остатках и другие благоприятные факторы способствуют успешной жизнедеятельности микробных форм микроорганизмов.
2.4 Биологические особенности
Щелочная реакция, обогащенность СаСО3, хорошая аэрация, повышенная сухость Чк и другие свойства существенно влияют на развитие в них микроорганизмов и мезофауны. Численность последней, в том числе и червей, в карбонатном черноземе ниже, чем в любом другом представителе типа. По средним данным, полученным в Молдавии, на 1 м2 приходится 38 представителей мезофауны, из них 14 червей (в обыкновенных – 44 и 23, типичных – 61 и 30).
По материалам, собранным в Башкирии, карбонатные черноземы значительно уступают выщелоченным по численности микронаселения и содержат в среднем аэробных микроорганизмов 65,4, анаэробных – 31,5 и споровых – 21,5 млн./1г почвы. Споровых м/о в Чк в два раза больше, чем в выщелоченных. Это свидетельствует о том, что для микроорганизмов в Чк складываются жесткие условия обитания (Почвы Башкирии, 1973).
Экспериментально показано, что наличие СаСО3 в почве положительно сказывается на развитии азотобактера и, следовательно, на фиксации азота (Сабельникова, 1960). Действительно, по интенсивности развития этого микроба карбонатные чернозёмы Молдавии вдвое превосходят обыкновенные и втрое – типичные (Черноземы СССР, 1974).
3. Свойства почв
3.1 Карбонатность
При исследовании СаС03 в разных подтипах черноземов выявлена следующая картина (Клещ, 1964; Крупеников, 1967; Мокану, 1973; Синкевич, 1973). Дополним это данными по влияниюгранулометрического состава в разрезе пяти его градаций (рис.1). Из рисунка видна однотипность в средних величинах по различным глубинам почвенного профиля. Однако связь с гранулометрией все же прослеживается. До глубины 50 см различия между разновидностями невелики, но ниже заметно, что более тяжелые содержат больше карбонатов: первое место занимают тяжелосуглинистые, последнее - легкосуглинистые; для них характерен вибрирующий ход профильного распределения карбонатов, что, вероятно, объясняется изначальной неоднородностью почвообразующего субстрата.
Рис. I. Профильное распределение содержания СаС03 в черноземе карбонатном:
I - пылевато-тяжелосуглинистые; 2 - тяжелосуглинистые; 3 - пылевато-суглинистые; 4 - суглинистые; 5 - легкосуглинистые; 6 – супесчаные
В пахотном слое содержится в среднем 2,9% СаСО3. Количество СаСО3 резко повышается на глубине 60-90 см, глубже оно выравнивается и колеблется в пределах 12-14%. Среди описываемых черноземов практически нет резко обогащенных СаСО3 с самой поверхности. Однако на глубине 50-60 см более 40% разрезов содержат больше
| Глубина, см | [CaCO3] |
| 0-20 30-40 40-50 50-60 70-80 90-100 110-120 140-150 190-200 | 2,9 5,5 6,7 8,2 12,1 13,1 12,5 11,2 11,6 |
10% карбонатов. В более глубоких слоях наблюдается сравнительно выровненная картина. Следует сделать вывод, что карбонатность этих черноземов носит в пределах разновидности однотипный, компактный характер.
Таблица 1. Содержание CaCO3 в черноземе карбонатном суглинистом, %
По массовым определениям объемного веса и карбонатов исчислены их запасы (в т/га) в отдельных слоях ряда подтипов чернозёмов (рис.2). Из зональных подтипов они занимают первое место по запасам карбонатов в слоях 0,5, 1 и 1,5 м; лишь черноземы солонцеватые (переходный подтип) перекрывают их. Сопоставим по послойным запасам СаС03 черноземы карбонатные и обыкновенные, стоящие в эволюционном ряду на следующем месте. В слое 0,5 м отмечено подтиповое диагностическое различие обеих почв, которое сохраняется в метровой и даже полутораметровой толще. Из этого следует, что проходит или происходило в прошлом не только перераспределение карбонатов в ее пределах, но и частичный их вынос в более глубокие слои.
Влияние гранулометрического состава на запасы СаС03 в почве видно из рис.2 (правая сторона). В легкосуглинистых разновидностях их меньше, а в остальных запасы близки между собой. Для черноземов обыкновенных установлена аналогичная закономерность, но по всем категориям гранулометрического состава запасы заметно ниже.
Рис.2. Запасы СаСО3 в чернозёмах Молдавии, т/га
I - подтипы чернозёмов:
1 – карбонатные,
2 – обыкновенные,
3 – ксерофитно-лесные,
4 – типичные,
5 – выщелоченные,
6 – оподзоленные,
7 – слитые;
II – карбонатные,
III – обыкновенные
а - легкосуглинистые,
б – суглинистые,
в – пылевато-тяжелосуглинистые,
д – тяжелосуглинистые
Для агрономической оценки почвы важное значение имеют связанные с её карбонатностью показатели активности ионов кальция и известкового потенциала. В.Г.Унгурян и М.Ф.Сафронова в 1973, используя соответствующую методику (Крупский и др., 1967), провели сравнительное изучение этих показателей по профилю ряда почв Молдавии: карбонатные чернозёмы, в сравнении с другими их подтипами, имеют наивысшую активность ионов кальция даже в нижних горизонтах, где все являются карбонатными (рис.3). Что же касается величины известкового потенциала, то она выражается близкими значениями для разных чернозёмов, а именно: рН – Ѕ, рСа – 5-7 (Унгурян, Сафронова, 1973). В литературе имеются также сведения о содержании в карбонатных чернозёмах так называемых «активных карбонатов» (Мокану, 1973).
Под влиянием СаСО3 среднее значение рН в слое 0-40 см карбонатных чернозёмов составляет 7,48 при максимуме 8,7 (Чернозёмы СССР, 1974).
Рис.3. Профильное распределение активности ионов кальция (мг*экв/л почвенного раствора) в плантажированных черноземах:
1 – выщелоченные;
2 - обыкновенные;
3 – карбонатные.
Карбонатность является главной диагностической особенностью Чк. Но важнейшей их генетической и одновременно агрономической характеристикой служит содержание гумуса.
3.2 Органическое вещество
| Глубина, см | [гумус] |
| 0-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 90-100 110-120 120-130 140-150 190-200 | 3,47 3,38 2,97 2,63 2,25 1,94 1,72 1,25 1,15 0,77 0,59 0,53 |
Известно, что средняя многолетняя урожайность большинства культур тесно коррелирует c количеством гумуса в почве, его запасами и мощностью гумусового горизонта; Чк не составляет в этом смысле исключения (Гаврилюк, 1974; Лунева, Рябинина, 1976). Содержание и профильное распределение гумуса приведены в таблице 2.
Таблица 2. Содержание гумуса в черноземе карбонатном пылевато-тяжелосуглинистом, %
Несколько пониженное содержание гумуса, в карбонатных черноземах является следствием присутствия СаС03 с поверхности. Тем не менее, их гумусовый профиль не специфичен, является типично черноземным и отражает особенности современной биоклиматической обстановки, что хорошо показано В.Р.Волобуевым (1973).
Сведения по качественному составу гумуса карбонатных черноземов немногочисленны. По единичным данным он более фульватный, чем в других подтипах, и Сг:Сф равно 1,5:2,0 (Крупеников, 1967). С глубиной доля фульвокислот нарастает, и кривая их профильного хода пересекается с кривой гуминовых кислот, образуя так называемые "ножницы" В.В.Пономаревой (1974). В карбонатных черноземах точка пересечения расположена выше всего (Круденаков, Ганенко, 1970; Черноземы СССР, 1974), что свидетельствует о стадийной их молодости.
Содержание гумуса с глубиной падает очень плавно: в пахотном слое его 3,47%, на глубине 40-50 см – 2,63, на метровой глубине – 1,25%. Следовательно, почва относится к категории мощных.
Таковы же более тяжёлые и более лёгкие разновидности (табл.3.). Суглинистые карбонатные черноземы принадлежат уже не к малогумусным, а к слабогумусированным (2,8% гумуса в слое 0-20 см).
Таблица 3.
Содержание гумуса в карбонатных черноземах разного гранулометрического состава
| Механический состав | Глубина, см | |||
| 0-20 | 40-50 | 90-100 | 140-I50 | |
| Тяжелосуглинистый | 4,05 | 2,74 | 1,26 | 0,46 |
| Пылевато-тяжелосуглинистый | 3,47 | 2,63 | 1,25 | 0,59 |
| Суглинистый | 2,80 | 2,19 | 1,12 | 0,39 |
В плантажированных карбонатных черноземах происходит искусственная инверсия в профильном распределении гумуса, но в целом его запасы уменьшаются мало (табл.4). Сопоставляя их с пашенными черноземами (см. табл.2), видим, что слой 0-20 см обедняется гумусом примерно на 0,5%. Начиная с 30-40 см его содержание в обоих случаях, примерно, одинаковое. Правилен вывод, что плантажная вспашка, применяемая перед посадкой винограда, выравнивает количество гумуса в слое 0,5 м (Унгурян, 1973).
| Глубина, см | [гумус] |
| 0-20 30-40 40-50 60-70 90-100 | 2,88 2,81 2,67 1,82 1,13 |
Таблица 4. Профильное распределение гумуса в черноземах карбонатных плантажированных, %
3.3 Химический и минералогический состав
Валовой химический состав карбонатных черноземов по полной схеме изучен для многих разрезов во всех рассмотренных географических областях. Отмечается достаточно строгая стабильность в профильном распределении основных окислов и величин отношений SiO2:R2O3; SiO2:Аl2О3 и SiO2:Fe2O3. Выявляется вторичная аккумуляция ряда биологически важных элементов в верхних горизонтах.
Минералогический состав карбонатных черноземов изучен в Молдавии Алексеевым в 1971. Эти исследования показали, что по сравнению с другими подтипами чернозема карбонатный характеризуется наименьшей преобразованностью своей минеральной части, наиболее высоким содержанием полевых шпатов в составе частиц крупнее 0,001 мм (особенно плагиоклазов) и слюд. Так, в горизонте А Чк содержится 9,8% мусковита (Алексеев, 1971).
Эти данные наводят на мысль о первичности карбонатных черноземов в эволюционном ряду их подтипов. Она подтверждается и количественными сопоставлениями состава глинистых минералов в разных черноземах. Карбонатный чернозем характеризуется аккумулятивным типом глинистого профиля, поскольку здесь глинообразование превалирует над разрушением глинистых минералов. Содержание глинистых минералов увеличивается вверх по профилю и обусловлено накоплением смектита и илпита.
Глинообразование в этих почвах осуществляется в условиях высокого нагрева поверхностных горизонтов и периодического их увлажнения, непромывного водного режима, щелочной реакцией и высокими концентрациями растворов. Повышение температуры и периодическое увлажнение сопровождается гидролитическим выветриванием. Происходит слабое выщелачивание оснований (Nа, К, Са, Mg, Fе). Слоистые силикаты претерпевают трансформацию. Накопление глины обусловлено дегидратацией слюд, в первую очередь серицита и триоктаэдрической слюды. Неустойчивый иллит-смектит переходит в смектит, чем обусловлено снижение его содержания в верхних горизонтах. Продукты гидролиза – Al2O3 и SiO2 – осаждаются основаниями также с образованием смектитовой фазы (Алексеев,1971; Алещенко, 1973).
3.4 Гранулометрический состав
| Глубина, см | [<0,001мм] |
| 0-20 20-30 40-50 70-80 80-90 110-120 140-150 160-170 180-200 260-300 300-350 350-400 |
Сведения о гранулометрическом составе и физических свойствах ЧК Молдавии опубликованы в двух опубликованных работах (Агрофизическая характеристика, 1977; Атаманюк и др., 1977) Данные, полученные по профильному распределению ила для четырёхметровой толщи черноземов карбонатных суглинистых, приведены в таблице 5.
Таблица 5. Статистические характеристики содержания фракции <0,001 мм в черноземе карбонатном суглинистом, %
Первый метр равномерно насыщен илом (23-25%), глубже его содержание начинает падать (140-150 см – 20%, 350-400 см – 15%), т.е. наблюдается вторичное оглинивание гумусированной части почвенного профиля (Черноземы СССР, 1974).
Микроагрегированность Чк Молдавии высокая: выход свободного ила по отдельным разрезам не превышает 2% (Крупенников, 1967), по многочисленным данным, в слое 0-20 см он составил 1,48%, до 150 см – 0,62-1,17% (Атаманюк, и др., 1977). Отмечена слабая тенденция возрастания плотности в слое 0-20 см, которая в среднем для ряда гранулометрических групп составляет 1,20; соответственно общая порозность равна 54,6%.
Различия в физических свойствах в сравнении с другими представителями типа при том же гранулометрическом составе незначительны, однако Чк имеют худшие физические свойства. Вероятно, здесь оказывает влияние карбонатности с поверхности.
Рис.4. Вещественный состав карбонатных черноземов:
1 - гумус, %;
2 – СО2, %;
3 - Са2++Mg2+, мг*экв/100 г почвы;
4 - ил, %;
5 - рН
3.5 Строение чернозёмов
Все чернозёмы имеют общее генетическое строение профиля, а именно:
Ад – гумусовый горизонт.
А – гумусовый переходный горизонт.
В1 – деструктивно-карбонатный иллювиальный горизонт.
В2 – иллювиальный горизонт гипса и легкорастворимых солей.
ВС – переходный горизонт.
С – почвообразующая порода.
Рис. 5. Строение чернозема карбонатного
Чернозем карбонатный (целинный)
Ад Серо-коричневый, темный; зернисто-порошистый; обилие корней; слабоуплотненный; суглинистый.
А Темно-бурый; зернистый; в нижней части профиля карбонатная плесень; переход постепенный, слабоуплотненный; суглинистый.
В1 Бурый, комковатый; карбонатная плесень и мицелий; переход постепенный; уплотненный; по всему профилю червоточины, копролиты, кротовины, суглинистый.
В2 Буровато-серый (белесоватый от карбонатной плесени), комковатый; обилие карбонатных новообразований; кротовины; переход постепенный; слабоуплотненный; суглинистый.
ВС Грязно-желтый, бесструктурный; обилие карбонатных новообразований; слабоуплотненный; суглинистый.
С Желто-бурый, карбонатные мицелий и плесень; суглинистый