3.2 Гранулометрический и минералогический состав

Дюкарев А.Г. (2005) писал, что минеральный скелет почв является основой, внутри которой протекает основная часть химических, физико-химических и биохимических процессов, составляющих сущность почвообразования. Почвообразование как форма биологического выветривания приводит к изменению в гранулометрическом составе, а периодическое промачивание - к перераспределению и изменению соотношения фракций. Характерное для серых почв зимнее промачивание способствует усреднению фракций до размера 0,01 мм и повышает подвижность ила, что усиливает преобразование почвообразующих пород. Серые лесные почвы формируются преимущественно в толще лессовидных и покровных отложений суглинистого и тяжелосуглинистого состава, что определяет преобладание в гранулометрическом составе лессовой фракции - крупной пыли. Реже в почвенный профиль включаются более тяжелые отложения озерно-аллювиального генезиса, в которых также преобладает фракция крупной пыли. Процессами криогенеза можно объяснить незначительное содержание средне- и мелкопылеватой фракций, которые в условиях промораживания цементировались в прочные микроагрегаты. Имея высокую реакционную поверхность, эти же фракции наиболее подвержены физического выветривания и химического разрушния.

Гранулометрический состав почвы является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки и т.д. От гранулометрического состава почвы зависят почти все физические и физико-механические свойства почвы: влагоемкость, водопроницаемость, порозность, воздушный и тепловой режим, водоподъемная сила и др.

Гранулометрический состав серых лесных почв преимущественно средне- и тяжелосуглинистый, на террасах р. Оби иногда даже легкосуглинистый. В характере территориального изменения гранулометрического состава этих почв обнаруживается та же закономерность, как и у других почв Западно-Сибирской провинции, т.е. утяжеление его по мере продвижения с запада на восток. В структуре гранулометрического состава почв отражены признаки лессовидной материнской породы, в частности преобладание крупнопылеватой фракции (0,05-0,01), составляющей в тяжело-, средне- и легкосуглинистых разновидностях соответственно в среднем 40, 50 и 60 %. Содержание илистой фракции (< 0,001 мм) относительно невелико, соответственно около 30, 20 и 13% (Табл.2).

Характерна четкая дифференциация профиля почв по гранулометрическому составу. Элювиальный горизонт обычно обеднен илистыми частицами, иллювиальный, наоборот, обогащен ими. Это наиболее резко выражено в светло-серых почвах, иллювиальный горизонт которых содержит илистых частиц в 1,5-2 раза больше, чем аккумулятивно-элювиальный (Агрохимическая характеристика почв).

Таблица 2 - Гранулометрический состав серых лесных почв (Ковалев Р.В, Гаджиев И.М..)

Гранулометрический состав фракции крупнее 0,01 мм сложены в основном первичными минералами. На долю фракций >0,5, 0,5-0,25 и 0,25-0,10 мм приходится 1-2% почвенной массы во всех горизонтах, на долю фракции 0,1-0,05 мм - 1,7-2,8% и на долю фракции 0,05-0,01 мм - 63,1% в горизонте А₁, 60,8% в горизонте В и 49,5% в горизонте С. В горизонте А и В фракции, крупнее 0,1 мм, состоят на 66-77% из кварца и на 11-31% из железисто-марганцовистых агрегатов. К этим основным компонентам примешано незначительное количество кальцита (0,1-1,2%), гидроокислов железа (0,0-0,5%), полевых шпатов (0,0-1,2%). Материнская порода отличается по минералогическому составу фракций крупнее 0,1 мм преобладанием кальцита (от 18 во фракции 0,25-0,1 мм до 74% во фракции >0,5 мм) и кварца (от 80% во фракции 0,25-0,1 мм до 20% во фракции >0,5 мм) и низкое содержание полевых шпатов (0,0-1,0%) и гидроокислов железа (1-4%) (Ахтырцев Б.П.).

Количество микроагрегатов крупных фракций (>0,01 мм) колеблется от 65 до 92%. Весьма показательны для серых лесных почв довольно низкие значения фактора дисперстности по Качинскому, особенно в верхнем гумусовом горизонте, свидетельствует о высокой водопрочности микроагрегатов (Табл.3). Водопрочность микроструктуры серых лесных почв в значительной степени определяется гумусированностью, высокой степенью насыщенности основаниями и значительным содержанием железисто-гуматных агрегатов (Ковалев Р.В., Гаджиев И.М.).

Таблица 3 - Микроагрегатный состав серых лесных почв по методу Н.А. Качинского (расчет на сухую почву), % (Ковалев Р.В., Гаджиев И.М.).

В верхней части профиля увеличивается содержание кварца, соответственно химический состав генетических горизонтов серых лесных почв закономерно изменяется в верхних горизонтах (А₁ и А₂), содержание кремнезема повышенное, а в нижних горизонтах уменьшается и увеличивается количество всех других компонентов.

В серых лесных почвах прослеживается характерное обогащение элювиальной толщи пылеватыми частицами, что для условий лесной зоны и покровных суглинистых отложений связывается с интенсивностью выветривания и обеднением илистыми частицами вследствие их выноса. Дисперстность илистого компонента иллювиальных горизонтов серых почв, независимо от приуроченности к разным геолого-геоморфологическим поверхностям, входит в пределы грубоколлоидных или даже коллоидно-илистых размеров частиц, что и определяет многие функциональные и физико-химические свойства этих горизонтов (Дюкарев А.Г., 2005).

3.3 Химический состав и физико-химические свойства

Валовый химический анализ показывает дифференциацию профиля серых лесных почв по содержанию кремнезема и полуторных окислов железа и алюминия (Табл.4). Несколько большее количество кремнезема отмечается в аккумулятивно-элювиальном горизонте при одновременном обеднении его полуторными окислами и обогащении последними иллювиального горизонта. Такая дифференциация профиля по содержанию кремнезема и полуторных окислов свидетельствует о наличии слабо выраженного подзолообразовательного процесса. Вместе с тем, отмечается довольно заметная биологическая аккумуляция кальция в гумусовом горизонте, главным образом в виде обменного, вымывание его из элювиального и иллювиального горизонтов и накопление в составе карбонатов в нижней части почвенного профиля - иллювиально-карбонатном горизонте.

Содержание гумуса и азота в профиле свидетельствует об интенсивном протекании дернового процесса у темно-серых лесных почв и менее интенсивного у светло-серых.

Темно-серые лесные почвы относятся к высокогумусным (7-8% в А_пах) и мощным разностям (гумусовый горизонт от 35 до 65 см), причем количество гумуса уменьшается вниз по профилю довольно плавно. Серые лесные почвы содержат гумуса значительно меньше -3,5-5,5% при более быстром убывании его с глубиной. Содержание гумуса в светло-серых почвах колеблется от 1,5-3,0% (Гинзбург К.Е.).

По запасу гумуса в метровом слое серые лесные почвы Сибири богаче своих аналогов в Европейской части страны. В слое 0-20 см количество гумуса в светло-серых лесных почвах составляет 43-133 т/га, серых лесных в среднем 71-167 т/га (Табл.5). Запас гумуса в темно-серых лесных колеблется от 142 до 235 т/га (Важенина Е.А.).

Таблица 4 - Валовой химический состав серых лесных почв, % на прокаленную почву. (Агрохимическая характеристика почв).

Содержание общего азота в серых лесных почвах находится в соответствии со степенью гумусированности. Больше всего общего азота содержится в темно-серых лесных почвах - около 0,9%, а в серых лесных значительно меньше - 0,2-0,3% в верхней части гумусового горизонта. Книзу количество азота, так же, как и гумуса, снижается.

Соотношение С:N, характеризующие относительное богатство гумуса азотом, в серых лесных почвах лежит в пределах 9,8-11,9 для гумусовых горизонтов и сужается до 9-7 в горизонте В и С.

Важным показателем, характеризующим подвижность гумуса, является растворимость его в воде. Доля водно-растворимого гумуса в валовом гумусе увеличивается с глубиной у светло-серых и серых лесных - от 2 до 5,5 и у темно-серых - от 1,5 до 4%. Подобная закономерность позволяет полагать, что наличие гумуса в глубоких слоях серых лесных почв частично объясняется вымыванием водно-растворимого органического вещества из верхних горизонтов (Дюкарев А.Г., 2005).

Таблица 5 - Запасы гумуса и общего азота в серых лесных почвах Западной Сибири, т/га (Важенина Е.А.)

Гумус серых и темно-серых почв отличается от гумуса светло-серых лесных почв и имеет черноземный облик (Табл.6). В его составе преобладают связанные с кальцием гуминовые кислоты (Дюкарев А.Г., 2005).

Доля наиболее подвижной 1а фракции фульвокислот уменьшается от светло-серых почв к темно-серым и увеличивается в профиле почв с глубиной.

Гумус темно-серых лесных почв богаче гуминовыми кислотами. Отношение С_г:С_ф в горизонте А₁ близко к 1,0, а в горизонте А₂В резко увеличивается и снова уменьшается до 0,6-0,5 в горизонте В.

Отношение С_г:С_ф с светло-серых и серых лесных почвах <1, однако в переходном оподзоленном горизонте А₁А₂ содержание суммы гуминовых кислот резко возрастает за счет второй фракции гуминовых кислот и отношение С_г:С_ф>1. Глубже, в горизонте В₁ и В₂ наблюдается последовательное резкое сужение интервала этого отношения от 0,8-0,5 до 0,4-0,2.

Сумма обменных оснований в светло-серых почвах меняется от 8-15 в горизонте А до 12-15 мг·экв/100 г почвы в горизонте В. Минимум отмечается в оподзоленном горизонте А₁А₂ (5-6 мг·экв/100 г).

Таблица 6 - Групповой и фракционный состав гумуса почв (Славнина Т.П.)

Сильная промытость светло-серых лесных почв и кислая реакция вызвали замещение значительной части обменного кальция ионами алюминия и водорода. Обменная кислотность в светло-серых лесных почвах обнаруживается по всему профилю, а максимум ее находится в гор. В₁ и В₂ (9-16 мг·экв/100 г). Здесь она обусловлена преимущественно подвижным алюминием. Величина обменной кислотности в кислых светло-серых лесных почвах (pH сол. 3,5-4,5) приближается по своему значению к величине гидролитической кислотности. Лишь в гор. А₁ и А₁А₂ обменная кислотность составляет незначительную часть от гидролитической. Степень насыщенности светло-серых лесных почв невысокая: в гор. А₁ она равна 60-65%, глубже снижается, достигая минимума в гор. В (45-50%), а затем постепенно возрастает до 70% в бескарбонатной материнской породе.

Гинзбург К.Е. писала, что содержание валового фосфора повышается от светло-серых к темно-серым лесным почвам (0,13-0,20% P₂O₅) и очень низкое содержание его в светло-серых супесчаных почвах (?0,1%). Содержание органического фосфора составляет 20-50% от валового и вниз по профилю резко падает.

Запасы валового фосфора в слое 0-20 см составляют в светло-серой лесной почве Западной Сибири 1,6 т/га, в серой 2,5 и в темно-серой 2,6 т/га (Важенина Е.А.) (Табл.7).

Таблица 7 - Запасы валовой P₂O₅ в серых лесных почвах Западной Сибири, т/га (Важенина Е.А.).

По сумме всех показателей светло-серые лесные почвы характеризуются неблагоприятными физико-химическими свойствами и близки к дерново-подзолистым почвам. По физико-химическим свойствам светло-серые лесные почвы можно объединить в одну группу, характеризующуюся низким содержанием поглощенного кальция, кислой реакцией, высокой обменной кислотностью, обусловленной преимущественно подвижным алюминием, и резкой ненасыщенностью основаниями.