Зона черноземных почв тянется широкой полосой от западной границы СССР до предгорий Алтая. На западе Европейской части СССР она имеет наибольшую ширину и доходит до побережья Черного и Азовского морей и предгорий Кавказа; восточнее линии Акмолинск — Омск черноземные почвы сравнительно большими массивами встречаются в Алтайском крае, Новосибирской и частично Кемеровской областях, в южных районах Красноярского края и небольшими массивами в Читинской области.
По данным академика Л. И. Прасолова из общей площади черноземных почв в 241 400 тыс. га (включая серые лесные, солонцеватые и луговые почвы, солонцы и солоди) на долю Европейской части СССР приходится 148 950 тыс. га и на долю Азиатской части 92 450 тыс. га.
Среди черноземных почв выделяют выщелоченные, мощные, обыкновенные, южные и предкавказские.
Выщелоченные и мощные черноземы расположены в северной части черноземной зоны и приурочены преимущественно к лесостепной растительной полосе. Выщелоченные черноземы имеют гумусовый горизонт (А) мощностью 35—45 см и переходный (В) 45—55 см; гумуса содержат 5—7%, иногда до 10%. У мощных черноземов гумусовый горизонт достигает 40—55 см, переходный — 65 см, а количество гумуса 9—15%. Среди последних выделяют тучные черноземы, которые иногда имеют меньшую мощность гумусового горизонта; но более высокое содержание гумуса (до 20%).
В Приазовье и Предкавказье имеется особая разновидность мощных черноземов — предкавказские.
У предкавказских черноземов гумусовый горизонт достигает 40—50 см, переходный 90—100 см, но содержание гумуса опускается до 4—7%.
Обыкновенные и южные черноземы занимают южную часть черноземной зоны и приурочены к степной полосе. Мощность гумусового горизонта у обыкновенных черноземов 30—40 см, переходного 35—40 см, а содержание гумуса — около 6—9%. У южных черноземов мощность гумусового горизонта не превышает 30 см, переходного — 25 см, а содержание гумуса колеблется в пределах 4—6%.
Черноземы Западной Сибири и Казахстана существенно отличаются от черноземов Европейской части СССР. Они имеют меньшую мощность гумусового горизонта, неоднородную окраску переходного горизонта, солонцеваты, структура их непрочная.
Наиболее характерными общими признаками черноземов является сравнительно большая мощность гумусового горизонта, высокое процентное содержание гумуса и постепенное убывание его с глубиной, отсутствие у наиболее распространенных подтипов уплотненного горизонта, довольно хорошо выраженная водоустойчивая структура, особенно в подпахотном слое. Годовое количество осадков в зоне черноземных почв колеблется от 300 до 600 мм, уменьшаясь в направлении с севера на юг и с запада на восток. Наиболее обеспечены осадками районы распространения выщелоченных, мощных и предкавказских черноземов, где их выпадает 450—600 мм. Наименьшее количество осадков (300—400 мм) выпадает в районе распространения обыкновенных и южных черноземов.
Среди всех почвенных зон СССР черноземная зона является наиболее распаханной. Однако и здесь до последнего времени еще имелись значительные резервы для расширения посевов, особенно в Западной Сибири и северных районах Казахстана. Освоение целинных и залежных земель, осуществляемое в последние годы, проводится в первую очередь на этих землях.
Каштановые почвы расположены к югу и юго-востоку от черноземных. Полоса их тянется по побережью Черного и Азовского морей, значительные площади занимают они в северо-восточной части Ставропольского края; однако наибольшая часть каштановых почв сосредоточена в южной части Заволжья (Саратовская и Сталинградская области) и особенно в Казахстане.
Общая площадь каштановых почв 164 700 тыс. га. На долю Европейской части СССР приходится 18 920 тыс. га, на долю Азиатской — 145 820 тыс. га.
Каштановые почвы подразделяются на темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые. Из общей площади каштановых почв на темно-каштановые и каштановые приходится 64 000 тыс. га, на светло-каштановые — 100 740 тыс. га (И. Н. Антипов-Каратаев, Л. И. Прасолов, Розов). Первые два подтипа расположены в зоне сухих степей, последний — в зоне полупустынь. В соответствии с этим годовое количество осадков в зоне невелико и колеблется от 250 до 350 мм. Каштановые почвы характеризуются следующими свойствами. У темно-каштановых почв мощность гумусового горизонта достигает 25 см, переходного — 35 см, содержание гумуса 4—5%; у каштановых гумусовый горизонт — 20 см, переходный — 30 см, содержание гумуса 3—4%; у светло-каштановых мощность гумусового и переходного горизонтов соответственно 15 и 25 см, а содержание гумуса 2—3%. У каштановых и светло-каштановых почв переходный горизонт имеет обычно ясно выраженную уплотненную прослойку; среди светло-каштановых почв, как правило, расположены пятна солонцов.
В отличие от черноземов каштановые почвы имеют менее мощный гумусовый горизонт, содержат меньший процент гумуса, структура их отличается малой водопрочностью (особенно у светло-каштановых почв).
До последнего времени в этой зоне имелись огромные площади, не используемые в земледелии, преимущественно в районах Западной Сибири, Казахстане и частично в Заволжье. В связи с мероприятиями партии и правительства по освоению целинных и залежных земель посевные площади здесь резко возросли.
Содержание гумуса и основных элементов питания
Черноземные и каштановые почвы богаты гумусом. В верхнем метровом слое содержание его (в ц/га) колеблемся: у тучных и выщелоченных черноземов от 5000 до 8000, в обыкновенных и южных от 2500 до 5000, в предкавказских от 3000 до 3500, в темно-каштановых от 2200 до 2400, в светло-каштановых от 2000 до 2200. Богатство гумусом этих почв особенно ярко выявляется, если учесть, что в подзолистых почвах его содержится лишь 800—1000, в серых лесных 1700—2000, а в сероземах 600—800 ц/га.
Анализируя распределение гумуса по горизонтам, можно видеть, что в пределах современного пахотного слоя (0—20 см) в предкавказских черноземах его содержится всего лишь 26—27, в светло-каштановых 27—29, в обыкновенных и выщелоченных черноземах 30—35, в южных черноземах и темно-каштановых 37—42% от запаса в метровой толще. При вспашке на 20 см в наиболее активные микробиологические процессы вовлекаются запасы гумуса только этого верхнего слоя. В то же время огромные запасы гумуса в нижних горизонтах почвы остаются вне активного биологического круговорота. Отсюда вытекает одна из важнейших задач обработки — вовлечь в активный биологический круговорот возможно большее количество органического вещества почвы, не уменьшая, однако, его общих запасов. Резервы для этого в рассматриваемых почвах исключительно велики. Только в подпахотном слое (20—40 см) черноземных почв гумуса содержится от 600 до 1700 ц/га, или 21—30% от запаса его в метровом слое, а в каштановых — от 600 до 850 ц/га, или 25—36% от запаса в метровом слое.
Важность вовлечения в активный биологический круговорот гумуса более глубоких горизонтов диктуется и тем, что при ежегодной распашке и возделывании однолетних культур наблюдается обеднение пахотного слоя гумусом. Так, по данным Лазарева, на оподзоленных черноземах Шатиловской опытной станции за 23 года в пахотном слое убыль гумуса составляла от 25 до 50 т/га.
По данным Адерихина, в Каменной степи на некосимой залежи в пахотном слое гумуса содержалось 13,36%, на почвах, распаханных 30 лет назад, — 12,37%, 80 лет назад — 11,15%; на Воронежской опытной станции масличных культур на 20-летней залежи в слое 0—10 см гумуса было 9,38%, на полях, распаханных 40 лет назад, — 7,15%, на бессменном 20-летнем пару — 6,2%; на полях Хреновского госконезавода в слое 0—20 см по 40-летней залежи гумуса содержалось 9,29%, на поле, распаханном 40 лет назад, — 8,86%.
Черноземные и каштановые почвы обладают относительно большими запасами и основных элементов питания растений. Так, запасы азота в метровой толще в большинстве случаев колеблются от 280 до 392 ц/га и только в светло-каштановых почвах опускаются до 165 ц/га. По данным Болотиной, в метровой толще подзолистых почв азота содержится от 61 до 72 ц/га, т. е. в четыре-пять раз меньше.
Черноземы, мощные и выщелоченные, а также темнокаштановые и светло-каштановые почвы содержат в метровом слое фосфора 214—243 ц/га, а обыкновенные и южные черноземы 95—153 ц/га; в подзолистых почвах фосфора в указанном слое содержится от 30 до 150 ц/га, т. е. в два-три раза меньше.
Запасы калия в черноземных и каштановых почвах исключительно велики и колеблются от 1636 до 2420 ц/га; только на выщелоченном черноземе запас калия падает до 662 ц/га. Следует отметить, однако, что подзолистые почвы по содержанию калия почти не уступают черноземным и каштановым почвам.
Несмотря на большие общие запасы всех трех элементов питания в черноземных и каштановых почвах, пахотный их слой (0—20 см) содержит азота всего лишь 28—36, фосфора 13—29, калия 17—21% от запаса в метровом слое.
В снабжении культурных растений питанием наиболее активное участие принимает пахотный слой, так как здесь сосредоточивается основная масса усвояющей поверхности корней и доступных форм питательных веществ. Огромные запасы пищи в глубоких слоях почвы используются слабо и, таким образом, как бы выпадают из активного биологического круговорота. В то же время только в подпахотном слое (20—40 см) содержится азота 20—31, фосфора 19—25 и калия 17—21% от запаса их в метровом слое, т. е. почти столько же, сколько и в пахотном слое.
Следовательно, подняв доступность питательных веществ подпахотного слоя до уровня пахотного и обеспечив здесь более мощное развитие корневой системы, можно было бы значительно улучшить снабжение культурных растений питанием.
Между тем известно, что культурные растения при возделывании на черноземных и каштановых почвах, несмотря на огромные запасы в них питательных веществ, часто испытывают недостаток в питании, особенно в фосфоре и азоте. Это подтверждается тем, что внесение фосфорных и азотных удобрений на данных почвах, как правило, сопровождается повышением урожайности.
Таким образом, специфика черноземных и каштановых почв — потенциальное их богатство азотом и фосфором — ставит в качестве одной из центральных задач земледелия разработку приемов повышения доступности растениям этих элементов питания.
Данная проблема в известной степени может быть разрешена соответствующей обработкой почвы.
Потребность сельскохозяйственных культур в питательных веществах настолько ничтожна по сравнению с их запасами в указанных почвах, что уже незначительное повышение подвижности коренным образом изменило бы снабжение растений питанием. Если взять сахарную свеклу (культуру с наибольшим выносом питательных веществ), то оказывается, что с одним урожаем: она берет азота 0,4—1, фосфора 0,2—0,4, калия 0,06—0,2% от запаса их в метровом слое почвы. Другие культуры берут еще меньшее количество.
К тому же запасы азота в почве пополняются за счет атмосферных осадков и жизнедеятельности клубеньковых и свободно живущих азотофиксирующих бактерий, а запасы остальных элементов питания — путем переноса их из более глубоких слоев почвы. Поэтому с точки зрения валового богатства эти почвы могут обеспечивать растения питанием неограниченно большое количество лет.
Возрастающее с каждым годом внесение органических и минеральных удобрений является также существенным источником пополнения запасов питательных веществ в почве.
Микробиологическая характеристика почв
Роль микроорганизмов в регулировании почвенного плодородия огромна. Микроорганизмы переводят неусвояемые соединения почвы в доступные, а также обогащают (клубеньковые и свободно живущие азотофиксирующие бактерии) или обедняют (денитрифицирующие бактерии) почву азотом; распространяясь в ризосфере культурных растений, одни микроорганизмы улучшают условия их питания, другие являются причиной различных заболеваний и нарушений в нормальном питании.
Состав и особенности микроорганизмов находятся в тесной связи с почвенными условиями. Их жизнедеятельность зависит от обеспеченности почвы органическими веществами, реакции почвенного раствора, доступа воздуха, температуры.
По данным Лазарева, численность микроорганизмов в различных почвах изменялась следующим образом: подзолистая почва в 1 г содержала их 441 млн., южный чернозем 3500 млн., серозем орошаемый 2347 млн. Южный чернозем оказался наиболее заселенным микроорганизмами.
Обширные исследования Е. Н. Мишустина позволили более детально выяснить особенности микробного населения почв.
Изучая подзолистые, черноземные, каштановые и сероземные почвы, он установил значительное возрастание общего количества микроорганизмов от подзолистых к бурым почвам и сероземам. Преобладающими группами микроорганизмов являются бактерии и актиномицеты, грибы встречаются в наименьшем количестве. Повышенной заселенностью микроорганизмами выделяются каштановые, бурые и сероземные почвы (в переводе на 1 г перегноя). Таким образом, можно считать, что черноземные и особенно каштановые почвы потенциально обладают более повышенной микробиологической деятельностью, чем подзолистые. Это объясняется большим количеством в них органического вещества, благоприятной реакцией почвенного раствора, большей продолжительностью теплого периода. Однако микробиологическая активность зависит не только от типа почв, она в большой мере может изменяться под воздействием человека. Известно, что при оставлении земли в залежь количество микроорганизмов в почве заметно уменьшается. По данным Мишустина, общее их количество на целинном черноземе в 1 г почвы было 3630, а в окультуренном — 4533 млн., соответственно на каштановых 3482 и 6660 млн.
Уменьшается количество микроорганизмов и в нижних горизонтах указанных почв. Так, на обыкновенном черноземе в хозяйстве Института земледелия им. Докучаева в 1 г почвы в слое 0—20 см их было 69 513100, а в слое 20—40 см всего лишь 29 803 200 штук.
Следовательно, обработка почвы и возделывание культурных растений являются важным средством усиления жизнедеятельности микроорганизмов. Однако исследования в атом направлении еще крайне незначительны, и поэтому здесь много неясного.
Структурность почв
Одной из важнейших задач обработки почвы является создание такого строения пахотного слоя, при котором обеспечивались бы наилучшие условия для накопления и сохранения влаги и необходимого количества питательных веществ в нем. Это достигается при определенном для каждой почвенно-климатической зоны соотношении капиллярных и некапиллярных пор. Однако созданное теми или иными приемами обработки (вспашка, боронование, культивация, укатывание) строение пахотного слоя с течением времени меняется, так как почва уплотняется под влиянием собственного веса и осадков. Более устойчиво рыхлое состояние пахотного слоя на структурной почве.
Ежегодная обработка совместно с физическим и физико-химическим воздействием осадков и биологическими процессами постепенно ведет к разрушению структуры пахотного слоя, что в конечном счете ухудшает водно-воздушный и питательный режим почвы. Поэтому поддержание почвы в структурном состоянии является важнейшей задачей социалистического земледелия. До последнего времени существовал взгляд, согласно которому улучшение структуры почвы возможно только при возделывании многолетних трав, Т. С. Мальцев считает, что и однолетние культуры при выращивании их на уплотненной почве и получении высоких урожаев также могут улучшать структурность почвы.
Существует, однако, и в самой почве известный резерв улучшения ее структуры.
Подпахотный горизонт черноземных и в большинстве случаев каштановых почв отличается высокой структурностью. Это связано с тем, что он не подвергался механическому воздействию орудий обработки. В результате разложения корней анаэробными бактериями здесь веками накоплялся перегной, тогда как жизнедеятельность разрушающих его аэробных бактерий была подавлена.
В черноземных и каштановых почвах подпахотный слой содержит значительно большее количество структурных комочков. Если допустить, что структурность пахотного слоя когда-то была на уровне подпахотного (фактически же он имел больше водопрочных агрегатов, так как здесь сосредоточивалась основная масса органических остатков степной растительности), то оказывается, что под влиянием ежегодной обработки относительное количество водопрочных агрегатов в нем уменьшилось на 30—50%.
Следовательно, производя периодически вынос подпахотного слоя на поверхность при глубокой отвальной вспашке, можно существенно улучшить структурность пахотного слоя. Перенесенный вниз распыленный верхний слой постепенно восстанавливает структуру и во время повторной глубокой вспашки будет снова использован для улучшения структурности пахотного слоя. Чтобы процесс восстановления структуры внизу происходил более интенсивно, глубокие отвальные вспашки нужно повторять реже, а между ними применять поверхностные и глубокие безотвальные обработки.