Зона черноземных степей

Степная зона приурочена к распространению черноземов. Основные массивы находятся в Молдове, в Украине, в центральных областях, на Северном Кавказе, Поволжье, Западной Сибири, Казахстане и далее на восток, до Забайкалья. В Северной Америке степная зона называется прериями.

Климат характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой. В восточных областях зима холодная и суровая. Неоднородность климата, особенно в степной зоне, проявляется, прежде всего, в различиях обеспеченности теплом в период вегетации, зимних температур и характера увлажнения.

По мере движения с запада на восток уменьшается количество тепла, нарастает континентальность климата, снижается количество осадков. Более мягкий и менее континентальный климат в северной части зоны (лесостепь). Средняя температура июля по годам колеблется от 23-25С на западе до 19-21С на востоке, а средние температуры января от -4 до -27С. Продолжительность периода с температурой выше 10С составляет в западных районах лесостепи 150-180 дней, в восточных — 90-120 дней, а в степной зоне соответственно 140-180 и 97-140 дней.

Сумма температур выше 10С колеблется в лесостепной части зоны от 2400-3200 на западе до 1400-2000 на востоке и в степной соответственно от 2000-3500 до 1500-2300.

Больше всего осадков выпадает на западе зоны, в Предкавказье (500-600 мм), в Поволжье (300-400 мм), в Казахстане (300-350 м). Значительная часть осадков выпадает летом. В целом центральная и южная части зоны характеризуются недостаточным увлажнением. Бывают засухи и в северных частях зоны, на границе с лесным поясом.

Общие особенности климата степной зоны:

1. Количество атмосферных осадков обеспечивает успешное произрастание травянистой растительности и ее 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 предопределяют 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, так как их растворимость в воде незначительная, в то же время почвенно-грунтовая толща освобождается от легкорастворимых солей и гипса. Карбонаты Са и Mg предопределяют нейтральную и слабощелочную реакции среды.

2. Температурные условия определяют периодичность биологической активности биогеоценозов. Характерен период зимнего покоя (2-5 месяцев). Наибольшая активность живого вещества наблюдается в мае месяце. Весенне-летне-осенний период обеспечивает длительный период вегетации растений и обилие ежегодно синтезируемой биомассы. Однако, среднесуточные летние температуры, не превышающие 20С, зимний покой, ранневесенняя и позднеосенняя прохладная погода не способствуют глубокому преобразованию минеральной части коры выветривания и почв, характерному для тропических и субтропических условий. Для степной зоны характерно образование сиаллитной коры выветривания, обогащенной вторичными глинистыми минералами.

Почвообразующие породы в основном представлены лессовидными глинами и суглинками. В северных частях зоны встречаются покровные глины ледникового происхождения. Реже наблюдаются третичные глины, продукты выветривания различных горных пород.

Характерная черта практически всех почвообразующих пород — карбонатность. Содержание СаСО₃ в лессовидных отложениях 4-6%. Это влияет на характер почвообразования, предопределяя нейтральную реакцию почвенной среды, и создает благоприятные условия для развития травянистой растительности.

Растительность. В северных частях степной зоны растительность характеризовалась чередованием лесных участков с луговыми степями. Лесные участки, сохранившиеся частично и сейчас, расположены по водоразделам, балкам и речным террасам и представлены в Европейской части широколиственными породами, преимущественно дубом. В Западной Сибири по понижениям широко развиты березовые колки. По песчаным террасам встречаются сосновые боры.

Прерии Северной Америки могут быть подразделены с востока на запад на высокотравные (со значительным участием видов родов бородач, ковыль, вейник, пырей и др.) и низкотравные, где основную роль играют бизонова трава и трава грама. Видовая насыщенность и участие разнотравья с востока на запад уменьшаются. В Новой Зеландии встречаются злаковые сообщества туссоков с преобладанием дерновинных видов мятлика, овсяницы и др.

Растительность северных луговых степей более красочная со значительной долей разнотравья и бобовых. Широко распространены: пырей, мятлики, ковыли, степные овсы, костры, лядвенец, клевер, люцерна, вьюнки, и многие другие.

Растительность степной зоны представляла собой разнотравно-ковыльные и типчаково-ковыльные степи. Среди первых основной фон составляли узколистные дерновинные злаки — ковыли (тырса, украинский, Лессинга, красивейший и др.), типчак (овсяница бороздчатая), тонконог и другие с широким участием разнотравья — шалфея, живокости, коровяка, синеголовника, зверобоя, девясила, колокольчиков, полыни австрийской и др.

Характерны для степей однолетние эфемеры, отцветающие весной, после цветения отмирающие, и многолетние эфемероиды, у которых после отмирания наземных частей остаются клубни, луковицы, подземные корневища. Своеобразен безвременник, который развивает листву весной, когда в степных почвах еще много влаги, на лето сохраняет лишь подземные органы, а осенью, когда вся степь выглядит безжизненной, пожелтевшей, дает яркие сиреневые цветы. Также для степи характерны кустарники, часто растущие группами, иногда одиночные. К ним относятся спиреи, караганы, степные вишни, степной миндаль, иногда некоторые виды можжевельника. Плоды многих кустарников поедаются животными.

На поверхности почвы растут ксерофитные мхи, кустистые и накипные лишайники, иногда водоросли из рода носток. На летный сухой период они засыхают, после дождей оживают и ассимилируют.

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 др. Меньшая фитомасса и проективное покрытие растительности типчаково-ковыльных степей, широкое участие в травостое эфемеров и эфемероидов — мортук, луковичный мятлик, тюльпаны, бурачок, маки, а также полыни — следствие заметного здесь дефицита влаги.

Животный мир степей определяется обилием трав, отсутствием естественных убежищ и большими открытыми пространствами.

Норный образ жизни, широко распространенный в степи, - результат отсутствия естественных укрытий. В степи много землероев. Одни из них (слепышонки и слепыши) роют сложные системы нор в поисках основной пищи (подземных частей растений) и закупоривают выходы из них, другие (суслики и сурки) роют глубокие норы, в которых они впадают в летнюю спячку, переходящую в длительную зимнюю, третьи (преимущественно полевки и хомячки) роют относительно неглубокие (около 30 см) норы, представляющие систему ветвистых ходов. Многие строящие норы животные ведут колониальный образ жизни.

Животным, не устраивающим нор, присущ стадный образ жизни. Из них копытные (сайгак, ранее - дикая лошадь тарпан) играли и играют существенную роль в жизни степных биоценозов. Без умеренного выпаса, при котором животные разбивают копытами скопления мертвой листвы на поверхности почвы, типичные степные растения погибают и на смену им развиваются различные одно- и двулетние сорные виды – пырей, чертополох, осот и др.

Дрофа, стрепет и многие другие виды птиц являются эврифагами. Эврифагия может быть связана с высыханием в разгар лета зеленых растений и необходимостью переключаться в этот период на другие корма. Кроме того, в степях живут перепел, жаворонки, луни, степные орлы и др. птицы. Из пресмыкающихся степная гадюка, желтобрюхий полоз, ящерицы и др.

В давние времена естественный облик степей поддерживался выпасом травоядных животных, количество которых саморегулировалось ежегодным объемом травянистой биомассы, хищниками, охотой. В палеолите человек охотился на зубров, бизонов, гигантских оленей, куликов, диких лошадей, сайгаков.

Какие только народы не побывали на степных просторах Евразии: скифы, сарматы, гунны, хазары, печенеги, половцы, монголы. Растительность степей многие века обеспечивала их быт. Со временем из степей многие животные исчезли: куланы во II веке, дикие лошади, зубры, лоси в ХVII веке, сайгаки в ХVШ веке. В настоящее время основные массивы черноземных почв распаханы. Естественная растительность сохранилась лишь на отдельных участках (балки, крутые склоны, заповедные участки и др.).

Все, что можно было распахать, уже находится в пашне, и резервов для ее увеличения нет. А из прошлых животных, коренных обитателей степей, выжили и приспособились к близости человека только грызуны, заяц, лисица и волк.

Трудно представить естественную картину прошлых степей, разве что в поэтических образах А. Толстого, И. Никитина, А. Кольцова, Н. Гоголя и др. Существующие заповедные участки редки и несоизмеримы по площади с заповедниками и парками лесных территорий. Ландшафты существующих заповедников далеки от первозданных степей, так как в них отсутствует фактор жизнедеятельности травоядных животных. Травостой засоряется степным войлоком, появляются кустарники. Иногда пытаются приблизится к естественным условиям, используя сенокошение. После Постановления Совета Министров СССР и ЦК ВКП (б) от 20 октября 1948 г. октябрь «Плане полезащитных насаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительстве прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах европейской части СССР» изменился облик степных ландшафтов. Повсеместно появились лесные полосы и другие системы лесомелиоративных насаждений.

Начало этому преобразованию природы положил В.В. Докучаев, осуществив эксперимент, цель которого - внедрение в практику мероприятий по оптимизации земледелия и экологической обстановки.

Лесами наши степи в прошлом были сравнительно богаты. Однако хищническое уничтожение их, особенно в ХIХ веке, сделало степные пространства открытыми, а сплошная распашка и водная эрозия создали особый дефицит влаги с большим поверхностным испарением и стоком. От сплошных лесов остались лишь небольшие массивы.

На основе изучения условий роста деревьев в оставшихся лесах Воронежской губернии, а также в Великоанадольском лесничестве, созданным В.Е. Граффом в лесных участках Полтавского уезда, В.В. Докучаев пришел к выводу, что лес в степях может расти и служить в борьбе с засухой. Итогом работы В.В. Докучаева стали лесные полосы. Эти рукотворные леса и по сей день в прекрасном состоянии. Они надежно защищают от засухи поля НИИ земледелия Центральной черноземной полосы, которой по праву носит имя В.В. Докучаева. На полях, защищенных лесополосами, совершенно нет поверхностного стока. Ушедшая в почву влага весной и в первую половину лета хорошо подпитывает посевы. Урожаи сельскохозяйственных культур на полях института всегда намного выше, чем в целом по зоне, а в сухие годы урожайность на полях института превосходит среднерайонную в два раза.

Великий русский ученый Д.И. Менделеев сравнивал посадку леса с защитой государства. Он писал В.В. Докучаеву: «Это не только вклад, за который Вам скажут спасибо в настоящем и будущем практические люди земли и государственники ... Посев научный взойдет здесь на пользу общую».

Некоторые ландшафтообразующие особенности степной растительности.

1. Степная растительность образует сплошной травянистый покров, полностью скрывающий почвенную поверхность. Травы создают ежегодно значительный объем биомассы, превышающий ежегодный прирост таежного леса в 3-5 раз. Основная биомасса сосредоточена в корневых системах растений (около 70%). Образно говоря, «травы живут в основном в почвенной массе». Ежегодно синтезируемая биомасса отмирает на 95% в этом же году, т.е. практически полностью превращается в растительные остатки и поступает в биологический круговорот, подвергаясь минерализации и гумификации.

2. Примечателен химический состав травянистой растительности. Прежде всего, характерно высокое содержание белковых веществ и других питательных для травоядных животных веществ (углеводы, жиры и др.), что создает предпосылки для успешного существования первичных консументов.

3. Травянистая растительность накапливает в своей биомассе значительные количества зольных элементов (Сa, Mg, K, Na, P и др.). Высокая зольность обеспечивает полную нейтрализацию всех кислот, образующихся при минерализации и гумификации, что наряду с климатическими особенностями, создает нейтральную и слабощелочную реакцию почв, почвообразующих пород и грунтовых вод.

4. Высокое содержание протеина в растительных остатках и нейтральная реакция среды создают благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов.

Почвы и почвообразование. Основными почвами степной зоны Евразии являются черноземы. Генезис черноземов характеризуют следующие процессы:

1. Образование и накопление гуматного насыщенного Са, Mg, К и другими зольными элементами гумуса в мощном корнеобитаемом слое травянистой растительности.

Процессы превращения органических остатков идут в условиях нейтральной или слабощелочной реакции среды. Гумификация происходит при частичном насыщении почвы влагой, преимущественно в аэробных условиях при высоких температурах летних месяцев. Сильное высыхание почвы летом и замерзание зимой обуславливает замирание биохимических процессов, превращению гуминовых кислот в малоподвижные формы. Образующиеся соли гуминовых кислот формируют темно-серый гумусовый горизонт (А+АВ). Количество гумуса и глубина гумусового прокрашивания находится в зависимости от количества корней и глубины их распространения.

Встречаются черноземы с различной мощностью гумусовых горизонтов А+АВ: от 50 до 180 и более см и с различным содержанием гумуса в верхнем горизонте А: от 3 до 12%.

2.Дерновый процесс связан с гумификацией и ежегодной активной деятельностью корневых систем трав. Этот процесс предполагает, наряду с накоплением гумуса, приобретение почвой зернистой и комковатой структуры. Структуризация, пронизанность почвенной массы корнями растений, приводит к разрыхлению исходной почвообразующей породы. Многолетние биологические циклы накапливают в верхних горизонтах азот, фосфор и другие биофильные элементы.

3.Миграция карбонатов кальция при периодически промывном водном режиме с формированием ниже гумусового профиля иллювиального горизонта (В_к) карбонатных конкреций, в основном состоящих из СаСО₃. Чаще всего профиль А+АВ не содержит карбонаты, в горизонте В_к их около 10%, а в материнской породе (С) их количество 3,5 %.

4.Выщелачивание гипса и легкорастворимых солей за пределы почвенного профиля и коры выветривания до грунтовых вод.

Тип черноземов по интенсивности проявления основных почвообразовательных процессов подразделяется на ряд подтипов, которые закономерно сменяют друг друга при следовании от северных частей зоны к южным: черноземы оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные.

Фациальность. На Евразийском континенте выделяются следующие фации (области) в зоне черноземных степей:

1. Южно-европейская степь занимает Предкавказье, Молдову, юг Украины. Характерная черта: нет постоянного промерзания почв в зимний период, что связано с умеренно теплым климатом. Это регион, где возможна промышленная культура винограда, успешное возделывание кукурузы на зерно.

2. Восточно-европейская фация включает обширные степи Русской равнины, включая и Заволжье. Климат – умеренный с постоянным, но не длительным периодом мерзлотного покрова. Экологическая особенность сельского хозяйства: промышленная культура винограда не возможна, а возделывание кукурузы на зерно проблематично. Однако это область широкого спектра сельскохозяйственных культур, с обязательным посевом озимых зерновых культур.

3. Сибирская фация степей зоны отличается континентальным климатом с периодом длительного мерзлотного покоя. Из набора сельскохозяйственных растений исчезают озимые хлеба, а садоводство становится проблематичным. Это регион успешного возделывания твердой яровой пшеницы.

4. Забайкальская фация отличается резкоконтинентальным климатом и регионом где возможно проявление вечной мерзлоты.

В Северной Америке к зоне степей относятся широко известные прерии. Климатические отличия заключаются в большем количестве осадков, которых в прериях выпадает от 550 до 900 мм в год, причем до 80% этого количества приходится на вегетационный период. Растительный покров прерий отличается значительным участием двудольного разнотравья и равномерным развитием в течение лета, т.е. отсутствием периода покоя, вызываемого сухостью. Весь флористический состав прерий, начиная со злаковой флоры, чрезвычайно отличен от состава евроазиатских степей и общими являются только пырей, ковыль и аристида. Широко распространенным злаком является бородач.

В прошлом прерии обеспечивали жизнь миллионным стадам бизонов. Сейчас это районы интенсивного высокотоварного сельскохозяйственного производства. Специфичен почвенный покров. Здесь распространены не черноземы, а черноземовидные почвы прерий, отличные от наших черноземов, но похожие на них.