Дифференциация дернового процесса по профилю почв

позволяет выделять собственно дерновые горизонты и гумусо­вые горизонты. Эффект дернового процесса ослабевает по мере уменьшения количества корней. Деградация явлений дернового процесса происходит до некоторой степени и на пашне, где раз­рушается образованная травами структура и ослабевают темпы гумификации.

Дерново-гумусовые горизонты могут вмещать в себя или со­четаться с другими явлениями. Наиболее распространены сле­дующие комплексные горизонты:

- дерновый грубогумусный, гетерогенный по составу. Пред­ставляет растительные и животные остатки различной сте­пени разложения и минеральные компоненты почвы. Общее количество органических веществ и остатков около 30­40 %. Горизонт имеет небольшую мощность и представляет переходный слой почвы от степного войлока к собственно дерновому горизонту. Типичен для целинных и залежных степей и лугов;

- пахотный горизонт, возникающий на месте дернового, до некоторой степени утрачивает агрономически ценные черты исходного слоя. Образующийся пахотный горизонт вместо

недерновых горизонтов любого происхождения (элювиально­го, иллювиального, текстурного, материнской породы и т. д.) приобретает признаки дернового горизонта и тем в большей степени, чем менее подвержен машинной обработке;

- гумусово-элювиальный горизонт типичен для дерново-под­золистых и серых лесных почв, солонцов, солодей и др.;

- гумусово-иллювиальный в почвах с элювиально-иллювиаль­ной дифференциацией продуктов почвообразования;

- гумусовый переходный является продолжением поверхност­ных гумусовых и дерновых горизонтов;

- каштановый метаморфический типичен для сухостепных почв;

- гумусовый метаморфический характерен для почв с огли- ниванием в средней части профиля (коричневые, бурые, лесные, черноземы южно-европейской фации и др.);

- гумусовый и слитой в обширной группе слитоземов. Экологическая значимость трав.

зии почв, формирующихся с участием травянистой растительно­сти, все они имеют общие черты и обязаны дерновому процессу, т. е. длительному воздействию корневых систем трав и сопутст­вующих им организмов. Травянистая растительность вовлека­ет в биологический круговорот большие количества углерода, азота, фосфора, кремния, кальция, магния, серы и других эле­ментов. При этом образуется гумусовые горизонты различной мощности, вплоть до 2-метровой толщи, как у кубанских черно­земов, с высокими потенциальными энергетическими и пище­выми ресурсами, что обеспечивает регулярность и стабильность плодородия.

Корневая система травянистых растений при огромной раз­ветвленности, суммарной длине и поверхности корней и их по­глощающих корневых волосков крайне сильно действует на поч­венную массу, механически и биохимически создавая особую прикорневую ризосферную зону. Здесь происходит интенсивное насыщение микрофауной и микрофлорой, создается богатая фер­ментами среда со спецификой газового, водного, окислительно­восстановительного и кислотно-щелочного режимов.

Травянистая растительность принесла в биосферу свой прин­ципиально своеобразный животный мир. Это связано, прежде всего, с двумя факторами:

1. Корневые системы фитоценозов, как это звучит не пара­доксально, занимают больший объем почвенной и почвооб-

разующей массы коры выветривания, чем древесные, что связано с экологическими условиями влагообеспеченности растений. Леса довольствуются поверхностными горизон­тами почвы. Влажные условия обитания способствуют этому. В нетипичных для деревьев условиях, например на черноземах, в поисках влаги корни деревьев проникают глубоко в материнскую породу. Это учитывается в агро­экологическом почвоведении. Для яблони как типично лес­ного растения на почвах лесного генезиса (серые лесные, бурые лесные, желтоземы и др.) успешное обитание обес­печивает мощность корнеобитаемой толщи около 100 см и даже менее. В то же время на черноземах и каштановых почвах корнеобитаемая толща без негативных экологиче­ских показателей должна быть около 250-300 см.

2. Травянистая растительность своей мощной корневой сис­темой создает пищевое благоприятствование по изобилию корневой массы и ее качественному составу (белки, угле­воды, жиры и т. д.). При глубоком проникновении корней, а с ними и животных, увеличивается биологическое раз­нообразие трофического, а вместе с тем и экологического плана, возникает контрастность по генетическим горизон­там численности и биомассы животного мира. В единой системе находятся гумусовое состояние почвы, фитомасса и животный мир. Количественная контрастность по гене­тическим горизонтам увеличивается обратно пропорцио­нально биологической активности веществ органической природы: более контрастно разделение по генетическим горизонтам обитателей животного мира, менее - корне­вых систем растений и, наконец, постепенные переходы в генетическом профиле почв типичны для содержания гумуса.

Численность почвенных беспозвоночных, микроорганизмов, ферментативная активность и скорость протекания других био­химических процессов в дерновых горизонтах почв максималь­ны, что, несомненно, связано с особенностями травянистой рас­тительности, особенно со значительным содержанием корней в этом горизонте. В результате высокой интенсивности биологиче­ских процессов в верхних 10-20 см дерновых почв накаплива­ется значительно больше гумуса, чем в лесных почвах. Кроме того, характер профильного распределения почвенной биоты (фауны, микрофлоры) и биохимических процессов в почвах, за­нятых травянистой растительностью, несомненно, отличается от такового в лесных почвах. Уменьшается «прижатость» биологи­ческих процессов к поверхности, характерная для лесных почв. Биологические процессы интенсивно протекают в большем объ­еме почвы.

В почвах, занятых травянистой растительностью, несколько изменяется и качественный состав биоты. Существенно возрас­тает роль крупных млекопитающих, особенно копытных. При этом общая зоомасса разных почв изменяется незначительно (Криволуцкий и др., 1985). В травянистых сообществах среди беспозвоночных по сравнению с лесными возрастает роль фито­фагов и уменьшается доля сапрофагов, снижается роль дожде­вых червей, особенно в сухих местообитаниях.

Ферментативная активность почв под травами в целом выше, чем лесных почв, особенно если учитывать весь почвенный про­филь. Обычно возрастает роль окислительно-восстановительных реакций по сравнению с гидролитическими. Соответственно в травянистых местообитаниях активность каталазы, дегидроге­назы в целом выше, а активность инвертазы, фосфатазы, уреа- зы ниже. Но высокая ферментативная активность отмечается не только в приповерхностных горизонтах, но и значительно ниже, вплоть до почвообразующей породы, постепенно снижаясь вниз по почвенному профилю.

Дерновый процесс почвообразования следует рассматривать как часть сложной биогеценотической и ландшафтной системы круговорота веществ и энергии, в котором главным, определяю­щим компонентом всей совокупности является травянистая рас­тительность. Этот тип фитоценозов появился на планете Земля в третичный период и проявил высокую жизнестойкость и при­способленность к самым разнообразным экологическим услови­ям - от полярных до тропических поясов, от пустынно-аридных до гумидных. Однако природное географическое совершенство дерновый процесс почвообразования приобрел при установлении особого травянистого биологического круговорота в распростра­нении большой группы темных гумусовых плодородных почв в степях, саваннах, прериях, пампах и т. д.

Сопоставление биологической продуктивности травянистых сообществ с лесными, выполненное В. А. Ковдой (1973) и други­ми исследователями, показывает, что травы на единицу площа­ди содержат в 5-6 раз меньше фитомассы, чем лес. Но форми­руются значительные запасы зоомассы - намного больше, чем в лесных сообществах.

Высокое содержание белков и зольных элементов в составе травянистой растительности, близкая к нейтральной реакция среды - все это создает условия для процессов гумификации по гуматному и фульватно-гуматному типам. Преобладание гу- миновых кислот нерастворимых в воде способствует постбио­логическому накоплению органического вещества в почвенных горизонтах. Уровень накопления гумуса различен и зависит в конечном итоге от продолжительности и интенсивности биоло­гических процессов.

Многочисленные исследования показывают, что скорость гу­мусообразования под травянистой растительностью и скорость достижения равновесного гумусового состояния дерновых почв измеряется несколькими столетиями. Возраст гумуса в верхних слоях климаксной черноземной почвы с естественным дерновым процессом около 100-200 лет. Образовавшийся ранее гумус за­меняется новым. В нижних же слоях возраст гумусовых фрак­ций в несколько раз больше, глубокие горизонты всегда старше по гумусовому состоянию и сохраняют углерод древних (более 1000 лет) стадий процесса почвообразования.

Важным экологическим фактором дернового процесса явля­ется то, что большая часть атмосферных осадков (40-80 %) в ко­нечном итоге удерживается почвой и в дальнейшем расходуется растительностью на транспирацию. Необходимость водоудержи­вания и свободной водоотдачи создается в значительной степе­ни самой травянистой растительностью и воспринимается как рыхлость сложения и оструктуренность почвенных горизонтов. Основная вода, доступная растениям, представлена в почвах, оструктуренных травянистой растительностью, капиллярной влагой в агрегатах и влагой на стыках между агрегатами.

Велико значение физической разрыхляющей способности корневых систем травянистой растительности, их структурооб­разующих функций. Благодаря травам в результате дернового процесса почвенная масса увеличивается в объеме, почва как бы растет вверх, оптимизируется ее плотность. Плотность почвооб­разующей породы лессовидного суглинка составляет 1,50 г/см³; плотность дернового горизонта черноземной почвы - 1,15 г/см³.

Структурообразующий эффект трав связан с формированием мелко комковатой (5-10 мм) и зернистой (1-5 мм) структуры. Это структурные элементы, комки почвы со слабо выраженными гранями, что характерно для комковатой структуры, и с ясно выраженными гранями у зернистой. При дерновом почвообразо­вании в наиболее типичной форме образуется мелкокомковато­зернистая или зернисто-мелкокомковатая структура. Типичная комковатая структура с размером граней от 1 до 5 см, как пра­вило, не типична для дернового процесса и имеет вторичное про­исхождение разного генезиса. Чаще всего структура дернового горизонта называется зернисто-комковатой, причем размеры комков не указываются.

Мочковатая корневая система растений всей своей массой разрыхляет почву, переводя ее из сплошного состояния в раз­дельно-агрегатное. Это первый эффект структурообразования. Однако отдельные агрегаты минеральной массы не водопрочны. Устойчивость к разрушающему действию воды приобретается агрегатами в процессе их пропитки веществами гуминовых ки­слот, которые образуются при гумификации корневых остатков. В наиболее яркой форме агрегирование почвенной массы на­блюдается в луговых почвах тяжелосуглинистого и глинистого гранулометрического состава при содержании гумуса более 6 %. Структурный эффект настолько высок, что в почве не наблю­дается пылеватых и порошистых фракций, а вода, проходящая через структурную почву, совершенно прозрачна. Структурные отдельности в ладони ощущаются как мелкие камешки.

В структурообразующем эффекте трав важно подчеркнуть следующее:

- зернистые и мелкокомковатые размеры агрегатов создают среду экологически гармоничного соотношения в почвенной массе воды и воздуха. При влажности на уровне наимень­шей влагоемкости вода занимает 60, а воздух - 40 % объ­ема пор почвы. Такие условия оптимальны для развития корневых систем растений и почвообитающих животных. Успешно развиваются аэробные микроорганизмы в межаг-

регатной среде и на поверхности агрегатов, а анаэробные формы - в массе самих агрегатов;

- агрегаты являются водопрочными, устойчивыми, что обеспе­чивает стабильность экологической ситуации. Разрушение структуры может происходить только при резком измене­нии условий внешней среды: механические воздействия (машинная деградация, пастбищная нагрузка), изменение физико-химической обстановки (осолонцевание, содовое за­соление и др.).

Гранулометрический состав исходной материнской породы во многом проявляется в результативности дернового процесса, черты которого типичны, начиная от среднесуглинистых разно­видностей почв. Фракции механических элементов, тяготеющие к тяжелому или легкому гранулометрическому составу, соответ­ствующим образом усиливают или подавляют функции биоты, формирующей дерновый горизонт.