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.
При широком разнообразии 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.
Вместе с корневыми системами травянистой растительности, фундамента трофических цепей питания в глубокие горизонты проникает и животный мир, помогая друг другу. В черноземах при описании профиля в глубоких горизонтах очень часто встречаются такие характеристики: «... четко видны гумусированные ходы червей, по которым наблюдаются пучки корней растений».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.
Следовательно, почва в процессе почвообразования на 25 % стала более рыхлой, а 20 см толщи материнской породы превратилась в 25 см почвенного дернового горизонта.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.