Micromorphological evaluation of features of dry-land farming soils whithin kastanozems (chestnut) - solonetz soil complex in the Stavropol region

Изучению свойств и генезиса почв каштаново-солонцовых комплексов посвящено много работ (Ковда, 1937; Минкин, 1980), однако вопрос их генетической диагностики, позволяющей верно оценить направленность процессов в почвенном профиле, затруднен и на сегодняшний день. Большинство генетических работ о почвах каштаново-солонцовых комплексов посвящены солонцам и солонцеватым почвам как наиболее неблагоприятным для сельского хозяйства, однако и для каштановых почв вопрос генезиса остается дискуссионным (Панкова, Черноусенко, 2018). Для изучаемых комплексов характерно сочетание в едином почвенном профиле наложенных элементарных почвенных профилей и разных элементарных почвообразовательных процессов (Полынов, 1930; Герасимов, 1975; Михайлов, 2015).

Свойства почв каштаново-солонцовых комплексов определяются множеством факторов (Ямнова, 2018). Большая часть почв таких комплексов используется в земледелии, в связи с чем необходимо учитывать изменение их свойств в зависимости от типа и интенсивности антропогенной нагрузки (Любимова, Мотузов, 2005; Любимова и др., 2016). Большое количество исследований посвящено физико-химической и макроморфологической диагностике солонцов и солонцеватых почв, что привело к тому, что для них макроморфологические и физико-химические параметры наиболее используемы, закреплены в большинстве принятых почвенных классификаций (Хитров, 2004). Диагностика каштановых почв производится в большей мере по морфологическим критериям. Таким образом, вопрос о верной диагностике антропогенно-измененных почв этих типов с использованием только химикофизических и макроморфологических показателей остается дискуссионным. Дополнение результатов, полученных вышеуказанными методами, данными микроморфологического анализа позволяет уточнить их интерпретацию и выявить, во-первых, характер взаимоотношения основных элементов микростроения (тонкодисперсного глинистого или гумусово-глинистого вещества – плазмы, типа и характера пористости и агрегированности, солевых новообразований), во-вторых, степень выраженности элементарных почвообразовательных процессов и направленность процессов эволюции (Герасимова и др., 1992; Stoops, 2003). Микростроение почв каштаново-солонцовых комплексов с классификационной точки зрения подробно изучено, определены основные диа- гностические признаки (Ярилова, 1966; Ромашкевич, Герасимова, 1982; Лебедева (Верба), 2006; Турсина, 2011). Микростроение почв исследуемого района изучалось ранее М.В. Грачевой и др. (1988), однако в работе проведено сопоставление микроморфоло-гических показателей только с составом обменных катионов. Сравнение результатов микроморфологического исследования с более широким спектром физико-химических показателей является перспективной задачей.

Целью настоящей работы является проведение многостороннего генетического микроморфологического исследования с использованием архива шлифов шлифотеки Почвенного института им. В.В. Докучаева и последующая корреляция выявленных микроморфологических показателей с широким спектром морфологических и лабораторных данных, полученных из литературных источников. Изучены почвы каштаново-солонцового комплекса, сформированные на карбонатных слабозасоленных лёссовидных отложениях под антропогенной нагрузкой (богарой).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

На первичном этапе исследования проведен анализ фондов шлифотеки и определены те шлифы, работа по которым ранее не проводилась. Для работы выбраны шлифы Н.Б. Хитрова, изготовленные в 1981 г. в лаборатории минералогии и микроморфологии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева. Микромонолиты для изготовления шлифов отбирались в 1–2-кратной повторности в генетических горизонтах четырех разрезов (лугово-каштановой, каштановой, каштановой солонцеватой почв и солонца1). Настоящее микроморфологическое исследование архивных шлифов проводили на оборудовании центра коллективного пользования того же института “Функции и свойства почв и почвенного покрова”, лаборатории минералогии и микроморфологии почв. Результаты описаний занесены в базу данных шлифотеки; описания и фотоматериал получены с использованием поляризационного микро- скопа Olympus BХ51 с цифровой камерой Olympus DP26 и программным обеспечением Stream Basic.

По результатам сопряженного литературного исследования для тех же разрезов, из которых отобраны микромонолиты, выявлено наличие ранее опубликованных работ с геоморфологическими данными на исследуемую территорию (Козловский и др., 1980) , а также работ с данными физических, физико-химических и химических показателей. Согласно основной почвенной работе по исследуемым разрезам (Хитров, 1982) можно констатировать следующее: а) разрезы заложены на землях колхоза-племзавода им. В.И. Ленина (ныне сельскохозяйственного производственного кооператива “Путь Ленина”) Апанасенковского района Ставропольского края (окрестности поселка Киевка): 46°05′23″ N; 42°53′28″ E; б) четыре профиля, используемые в настоящей работе, являются эталонными профилями богарных почв исследуемого ключевого участка, и выбраны из более чем 30 изученных разрезов (табл. 1). Химические и физические анализы выполнены по стандартным методикам исследования почв Николаем Борисовичем Хитровым (Вадюнина, Корчагина, 1986; Хитров, Понизовский, 1990; Теория и практика…, 2006) .

Ключевой участок расположен в центральной части долины р. Маныч, сложен чехлом эолово-делювиальных лёссовидных суглинков мощностью 5–7 м, подстилаемых аллювиальными отложениями разнообразного гранулометрического состава мощностью от 2 до 3 м, а затем переходящих в однородную толщу тяжелых суглинков и глин (Козловский и др., 1980). Грунтовые воды залегают в среднем на глубине 6.5 м, несколько приближаясь к поверхности в западинах (до 6.4 м) и залегая ниже под микроповышениями (до 6.6 м). Состав вод хлоридно-сульфатный натриевый. Территория ключевого участка представляет собой равнину, слабонаклонную на северо-восток. Уклоны не превышают 0.005. Микрорельеф представляет собой чередование небольших повышений с пологими склонами, плакоров и округлых западин диаметрами 25–30 м и глубиной 30–60 см. Для почвенного покрова характерна округло-пятнистая форма структуры. Почвенный покров представлен каштановыми и каштановыми солонцеватыми (44 %) на выровненных участках, лугово-каштановыми почвами западин (11 %) и солонцами микроповышений (45 %) (Хитров, 1982).

Климат района умеренно-континентальный. Годовое количество осадков составляет 380–410 мм, из которых 260–280 мм выпадает в теплый период года. Летние осадки имеют преимущественно ливневый характер. Гидротермический коэффициент – 0.5–0.6. Среднегодовая температура составляет 9.5°С, средняя температура января –5.0°С, июля – +24°С. Сумма положительных температур выше +10°С составляет около 3450°С. Годовое количество осадков 300–375 мм (Бадахова, Кнутас, 2007) .

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Морфологические данные, приведенные ниже, являются результатом анализа оригинальных описаний, при сохранении исходных названий разрезов. Табличные данные физических и химических показателей приведены из работы Н.Б. Хитрова (1982) .

Особенности морфологического строения . Все изученные разрезы имеют характерное для каждого типа почвы морфологическое строение профиля, нарушенного в верхней части распашкой (табл. 2).

Почвы комплекса находились под одинаковой антропогенной нагрузкой, (вид техники, технология возделывания, тип высеваемых культур), так как катена заложена в пределах одного поля. На поверхности лугово-каштановой почвы диагностирована толстая корка (около 8 мм). Она имела хорошо выраженную слоистость, легко отделялась от пахотного горизонта, разделена трещинами на крупные полигоны диаметром 10–15 см. Все почвы имели хорошо выраженный пахотный горизонт мощностью 18–25 см, в лугово-каштановой почве западины он имеет рыхлое строение, мелкозернисто-мелкоореховато-порошистую структуру, в солонце – глыбистую с элементами ореховатости, прослеживается тренд на увеличение степени глыбистости и ореховатости структуры снизу вверх по почвам комплекса.

Таблица 1. Положение разрезов в рельефе, название профилей и почв (по данным Хитрова (1982); названия почв по ПОПР даны автором)

микропонижение	средняя часть микросклона	верхняя часть микросклона	микроповышение
разр. XI-2-33	разр. XI-2-24	разр. ХI-2-20	разр. ХI-2-8
по КиДПСССР: лугово-каштановая выщелоченная тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках; по ПОПР: каштановая квазиглеевая сегрегационно-карбонатная среднепахотная средневыщелоченная тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках	по КиДПСССР : каштановая маломощная пахотная глееватая тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках; по ПОПР: каштановая сегрегационно-карбонтатная среднепахотная слабовыщелоченная тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках	по КиДПСССР : каштановая маломощная пахотная глубокосолонцеватая среднесуглинистая на лёссовидных суглинках; по ПОПР: каштановая солонцеватая сегрегационно- карбонтатная глубокогипс-содержащая мелкопахотная слабовыщелоченная тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках	по КиДПСССР : освоенный солонец средний каштановый автоморфный на лёссовидных суглинках; по ПОПР: агросолонец сегрегационно-карбонатный гипс-содержащий мелкопахотный слабовыщелоченный тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках

Примечание. КиДПСССР – Классификация и диагностика почв СССР, 1977; ПОПР – Полевой определитель почв России, 2008.

Таблица 2. Строение профилей исследуемых разрезов (по данным Хитрова (1982); индексы горизонтов по ПОПР даны автором)

Глубина залегания (см) и индексы горизонтов (ПОПР/КиДПСССР)

разр. XI-2-33		разр. XI-2-24		разр. ХI-2-20		разр. ХI-2-8
0–25	Ptk/Ап	0–22	P/Ап	0–20	P/Aп	0–18	P/Aп
25–45	AJ/А	22–35	AB/AB	20–32	ABsn/Bсн1	18–28	BSN1/Bсн1
		35–46	BMKs/B K			28–35	BSN2/Bсн2
				32–45	BMKsn/Bсн2	35–45	BMKi/B K
45–81	BMKi/AB	46–100	BCAnc/B K бел	45–55	BMKi/B K	45–54	BCAmc,nc/B K бел
				55–160	BCAnc/B K бел	54–88	BCAnc,cs/B сол
81–150	BCAi/B K	100–150	BCAmc,nc,cs/BC			88–145	BCAnc,cs/B K бел
150–180	BCca,q,mc,nc/ BC	150–190	BCca,mc,nc,cs/ BCгипс	160–190	BCca,mc,nc,cs/ BCгипс	145-178	BCca,cs/BC

Глубина залегания срединных горизонтов B увеличивается по катене от солонца к лугово-каштановой почве: 18–20–35–45 см. Таким образом, в каштановой солонцеватой почве и солонце вся толща поверхностных светлогумусовых горизонтов включена в состав пахотного горизонта, а в лугово-каштановой и каштановой почвах диагностируется незатронутый распашкой горизонт A. Глубина вскипания и солевые профили изученных разрезов сильно отличаются и подробно рассмотрены в следующем разделе. Признаки осолонцевания (потечность гумуса, блестящие кутаны, белесые корочки отмытого материала и др.) были диагностированы только в каштановой солонцеватой почве и солонце.

Химические свойства. Почвы участка характеризуются нейтральной и щелочной реакцией среды (табл. 3). Общая тенденция изменения pH – увеличение щелочности вниз по профилю.

В ряду почв: “лугово-каштановая почва западины – каштановая – каштановая сильносолонцеватая – солонец”, во-первых, немного увеличивается щелочность (по значениям pH) верхних горизонтов, соответственно, 6.9, 6.8, 7.1, 7.6, во-вторых, происходит более быстрое увеличение щелочности вниз по профилю. В лугово-каштановой почве западины pH достигает 8.1 только в горизонте BC (160–180 см), а в солонце – уже в нижней части солонцового горизонта (Bсн2, 28–35 см), где pH 8.2.

Содержание гумуса в рассматриваемых почвах сравнительно небольшое (1.5–3.5 %). Максимальные его количества в поверхностном горизонте наблюдаются в лугово-каштановой почве западины (3.76 %), а минимальные – в солонце (1.66 %).

Лугово-каштановая почва (pазр. XI-2-33) характеризуется глубоким залеганием карбонатов. Вскипание от HCl наблюдается с 81 см, а заметное количество карбонатов (более 4 % CO 2 ) отмечается только со 100 см. Гипс отсутствует. Каштановая почва (pазр. XI-2-24) характеризуется высоким содержанием карбонатов, начиная с 35 см. Максимум карбонатов (5.8–7.8 % CO 2 ) наблюдается на глубине 50–100 см в горизонте белоглазки. Гипс появляется с 1.5 м в виде крупных друз. В солонцеватой каштановой почве (pазр. XI-2-20) карбонатный профиль, аналогичен таковому каштановой почвы с той лишь разницей, что здесь горизонт белоглазки намного больше (с 55 до 160 см).

Таблица 3. Содержание органического вещества (ОВ), карбонатов, гипса, pH и плотность сложения (составлено по данным Хитрова, 1982)

Горизонт	Глубина, см	pH 1 : 2.5	ОВ	CO 2	Гипс	Плотность почвы, г/см3	Na, % от ЕКО незасоленных горизонтов
				%
А П	Л 0–20	угово-к 6.88	аштано 3.76	вая почва, разр Не опр.		. XI-2-33 1.41	2.1
А	27–42	6.93	3.01	»		1.26	1.1
АВ	45–60	7.05	1.35	»		1.42	1.2
АB K	60–80	7.32	0.95	0.18	»	1.42	1.2
В K	100–120	7.87	Не опр.	4.05	»	1.56	1.8
BC	160–180	8.09	»	4.92	»	1.59	2.3
А П	0–20	Кашт 6.75	ановая 2.11	почва, 0.00	азр. XI Не опр.	-2-24 1.36	1.1
АВ	23–35	7.23	1.40	0.00	»	1.41	1.3
В K	35–46	7.72	1.00	4.66	»	1.49	2.3
B K бел	65–80	8.02	Не опр.	6.86	»	1.68	6.8
ВС	135–150	8.61	»	5.10	0.44	Не опр.	Засолен
В гипс	175–190	7.95	»	3.61	7.77	»	Засолен
	Каштановая сильносолонцеватая почва, разр. XI-2-20
А П	0–20	7.09	2.71	0	Не	1.37	6.5
Bсн1	22–32	7.37	1.30	0	опр. »	1.54	11.30
Bсн2	32–45	7.92	1.05	1.32	»	1.45	Засолен
B K	45–55	8.13	0.75	5.90	»	1.59	Засолен
B K бел	55–70	8.11	0.50	7.48	0.24	Не опр.	Засолен
B K бел+	70–85	8.02	Не опр.	5.98	0.63	»	Засолен
+сол
B K бел	85–100	7.97	»	4.31	0.49	1.63	Засолен
B K бел	140–160	8.18	»	4.58	0.41	Не опр.	Засолен
ВС	170–190	8.06	»	4.49	0.75	1.51	Засолен
А П	0–18	7.63	Солоне 1.66	ц, разр. 0	XI-2-8 Не опр.	1.51	Засолен
Bсн1	18–28	7.87	1.35	0.26	»	1.37	Засолен
Bсн2	28–35	8.18	1.00	0.90	»	1.47	Засолен
B K	35–45	8.25	0.60	4.66	»	1.62	Засолен
B K бел	45–54	8.34	Не опр.	6.16	0.34	Не опр.	Засолен
B сол	75–88	8.61	»	5.54	0.56	1.63	Засолен
B K бел	120–135	8.07	»	6.42	0.31	Не опр.	Засолен
ВС	160–175	8.16	»	4.93	0.47	1.56	Засолен

Гипс появляется ближе к поверхности, но максимум его содержания (0.63 %) залегает ниже по профилю, чем максимум содержания карбонатов. Солевой профиль солонца (pазр. XI-2-8) сильно отличается от остальных почв тем, что имеет обратный порядок максимума содержания гипса и карбонатов, максимум содержания карбонатов отмечается в горизонте B K бел (6.42 % CO 2 ), а максимум содержания гипса приурочен к горизонту B сол (0.56 %). В каштановой сильносолонцеватой почве уже в пахотном горизонте содержится 6.5 % обменного натрия. В солонцеватом горизонте доля натрия в ППК возрастает до 12 %. Для ППК солонца характерна наиболее высокая доля содержания Na – в солонцовом горизонте (22 %).

Физические свойства . Верхние горизонты имеют плотность 1.4–1.5 г/см³ (табл. 3, рис. 1). Исключение составляет часть горизонта А лугово-каштановой почвы, не нарушенного при распахивании. В нем плотность равна 1.26 г/см³, а в вышележащем пахотном горизонте – 1.41 г/см³. В нижних горизонтах плотность возрастает до 1.55–1.7 г/см³. При этом максимальные значения (1.63–1.68 г/см³) отмечаются в карбонатном горизонте с выделениями карбонатов в виде белоглазки. Глубже плотность несколько снижается, но также остается высокой (1.5–1.6 г/см³).

Почвы участка имеют тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Преобладающими фракциями являются крупная пыль, составляющая от 29 до 45 %, и ил, составляющий от 20 до 44 % (наиболее часто 24–30 %). Содержание физической глины (< 0.01 мм) во всех горизонтах (кроме пахотных) превышает 50 % (от 49 до 61 %). Пахотные горизонты в трех разрезах (XI-2-8, XI-2-20 и XI-2-24) отличаются более легким гранулометрическим составом (содержание частиц < 0.01 мм составляет 42–43 %).

Особенности микроморфологического строения . Пахотные, гумусовые и солонцово-элювиальные горизонты. В ряду соло-нец–лугово-каштановая почва заметна смена типа микроструктур как внутрипрофильная, так и между разными типами почв (рис. 2). Микроструктура надсолонцового пахотного горизонта в солонце характеризуется высокой степенью неоднородности.

Рис. 1. Гранулометрический состав почв (составлено по данным Хитрова, 1982) .

По степени преобладания можно выделить следующие типы: 1) средневыраженная комковатая; 2) губчатая; 3) угловатоблоковая. В каштановой почве преобладает угловато-блоковая микроструктура с элементами комковатости, в лугово-каштановой почве – слабовыраженная мелкокомковатая. Не диагностируются признаки влияния тяжелой техники в подпахотных горизонтах – увеличение плотности сложения материала и уменьшение пористости. Во всех изучаемых разрезах диагностируется наличие порошистых агрегатов, а в профиле солонца и солонцеватой каштановой почвы хорошо заметны фрагменты слоистых корок толщиной до 2 мм.

Рис. 2. Микростроение пахотных горизонтов, NII. (а) – солонец, глубина 10–15 см. Ассимилированные остроугольные фрагменты солонцового горизонта (1), темные фрагменты слоистых корок (2); (б) – каштановая солонцеватая почва, глубина 10–15 см. Небольшие округло-угловатые фрагменты солонцового горизонта, ассимилированные в общей массе (отмечены стрелками); (в) – каштановая почва, глубина 10–15 см. Округлые, крупные, разрушенные фрагменты солонцового горизонта, ассимилированные в общей массе; (г) – лугово-каштановая почва, глубина 15– 20 см. Комковато-порошистая микроструктура. Отметим деградацию фрагментов солонцового горизонта в почвах комплекса в ряду от солонца до лугово-каштановой почвы .

Окраска глинисто-гумусовой плазмы в лугово-каштановой, каштановой и каштановой солонцеватой почвах сравнима, в солонце заметно возрастает участие глинистого компонента в составе тонкодисперсного вещества (рис. 3). Основная почвенная масса всех исследованных пахотных горизонтов насыщена растительными остатками разной степени разложения, в том числе диагностируются фрагменты органических удобрений – навоза. Горизонты почв характеризуются разной степенью неоднородности по микростроению: в шлифах из профиля солонца отмечается большое количество фрагментов (до 40 % площади) припаханного со- лонцового горизонта, такие фрагменты (обогащенные глинистым веществом с высокой оптической ориентацией) диагностированы также в поверхностных горизонтах каштановой солонцеватой почвы, каштановой почвы и в единичном количестве в луговокаштановой почве.

Рис. 3. Строение глинисто-гумусовой плазмы пахотных горизонтов. (а), (в), (д) – NII; (б), (г), (е) –NX. (а), (б) – лугово-каштановая почва, глубина 15–20 см; (в), (г) – каштановая солонцеватая почва, глубина 10–15 см; (д), (е) – солонец, глубина 10–15 см. Сравнимая прокраска гумусовым веществом почвенной массы лугово-каштановой и каштановой солонцеватой почв. В почвенной массе солонца отмечается увеличение количества глинистой плазмы чешуйчатого строения.

Другой особенностью микроморфологического строения является прослеживающаяся тенденция к образованию вытянутых микрозон с отмытыми зернами скелета, особенно она проявляется в солонце с уменьшением количества таких зон в каштановой почве, в лугово-каштановой разности данный микропризнак отсутствует (рис. 4).

Солонцовые, солонцеватые и ксерометаморфические горизонты имеют принципиально разное строение. Горизонт Bсн солонца характеризуется сочетанием микрозон с хорошо развитой средневыраженной призмовидно-блоковой и угловато-блоковой микроструктурой, внутри больших агрегатов, разделенных крупными (около 1 мм) порами-трещинами имеет компактное, почти слитое сложение. Тонкодисперсное вещество гумусовоглинистого состава.

Рис. 4. Типы новообразований в пахотных горизонтах. (а), (б), (г) – NX; (в) –NII. (а) – солонец, глубина 10–15 см; (б) – каштановая почва, глубина 10–15 см. Зоны обогащения общей массы отмытыми зернами скелета пылеватой фракции; (в), (г) – каштановая солонцеватая почва, глубина 10–15 см. In situ глинистые и глинисто-гумусовые кутаны по граням структурных отдельностей.

Оптическая ориентация глинистого вещества чешуйчатая и волокнистая до струйчатой. Характерно наличие большого количе- ства глинистых, а также темных прогумусированных кутан, приуроченных к порам-трещинам и граням агрегатов и биогенным порам. Горизонт очень неоднороден: чередуются зоны с высокой и низкой оптической ориентировкой плазмы, а также микрозоны с преимущественным содержанием скелета или гумусового анизотропного тонкодисперсного вещества – по ходам фауны. Солонцеватый горизонт каштановой солонцеватой почвы схож по микростроению с вышеописанным солонцовым горизонтом. В верхней части солонцеватого горизонта отмечается высокая гетерогенность – общая масса состоит из фрагментов светлогумусового горизонта, солонцово-элювиального горизонта и фрагментов более глинистого солонцеватого горизонта. Эта часть солонцеватого горизонта характеризуется меньшим количеством кутан, чем в солонцовом горизонте солонца или в нижней части солонцеватого горизонта. Несмотря на последнее, кутанный комплекс в верхней и нижней частях горизонта одинаков по составу (рис. 5).

Рис. 5. Солонцовые и солонцеватые горизонты. (а), (в) –NII; (б), (г) –NX. (а), (б) – солонец, глубина 22–27 см. Неоднородная микроструктура: микрозоны с фрагментами солонцового (коричневые) и гумусового горизонтов (темно-коричневые, серые). (в), (г) – каштановая солонцеватая почва, глубина 30–35 см. Двухкомпонентный кутанный комплекс: темнокоричневые глинисто-гумусовые кутаны, залегающие на желтых глинистых кутанах.

Горизонты B K всех почв характеризуются единообразным мотивом округло-блоковой микроструктуры с трендом увеличения размера структурных отдельностей к нижним горизонтам, мотив характеризуется изометричными крупными блоками с ровными гранями и четкими углами, разделенными тонкими порами-трещинами. Высока степень биогенной проработки почвенных агрегатов. Распределение зерен скелета пылеватого размера имеет тенденцию к сепарации на округло-сотовые структуры (рис. 6). Различия между профилями диагностированы, прежде всего, в новообразованиях: кутанный комплекс прослеживается в каштановой солонцеватой почве и солонце на глубину до 50 см, на которой он представлен очень тонкими глинистыми светлыми кутанами по граням структурных отдельностей, биогенных агрегатов, копроли-тов, однако в каштановой солонцеватой почве до этой глубины описаны также толстые многослойные кутаны по отдельным порам-каналам, в нижележащих горизонтах этих двух почв кутаны не обнаружены (рис. 6в, 6г). В лугово-каштановой почве на глубине 70–130 см диагностированы гипокутаны и кутаны глинистого состава (рис. 6д, 6е). Свойства тонкодисперсного вещества также отличаются: в лугово-каштановой почве плазма имеет глинистогумусовый состав, в каштановой почве, каштановой солонцеватой и солонце – карбонатно-глинистый, однако вторичных карбонатных новообразований нет. Отметим также, что наличие скрытокристаллического кальцита в каштановой солонцеватой почве отмечается с глубины 45 см, что на 10 см глубже, чем в каштановой почве и солонце.

Карбонатные, гипсовые горизонты . В солонце единичные микритовые образования размером около 250 мкм диагностированы по порам в толще 47–52 см, на этой же глубине отмечаются новообразования в виде единичных волокнистых кристаллов гипса, новообразования гипса не диагностируются при этом ниже глубины 100 см, на которой карбонатные новообразования представлены мощными микритовыми гипокутанами, тяготеющими к крупным порам, белоглазками диаметром до 1 см (рис. 7). Микростроение профилей каштановой солонцеватой и каштановой почвы отличается иным характером распределения карбонатных новообразований и новообразований гипса.

Рис. 6. Строение срединных горизонтов, NX. (а) – каштановая почва, горизонт AB, глубина 22–27 см. Комковатая микроструктура, глинисто– гумусовая плазма; (б) – каштановая почва, горизонт B K , глубина 50–55 см. Крупноблочная микроструктура, карбонатно-глинистая плазма. (в) – солонец, горизонт B K бел , глубина 47–52 см. Крупнокомковато-блочная структура, глинисто-карбонатная плазма, тонкие кутаны по биогенным порам. (г) – каштановая солонцеватая почва, горизонт B K , глубина 45–50 см. Крупнокомковато-блочная структура, карбонатно-глинистая плазма, толстые однотипные кутаны по биогенным порам. (д) – луговокаштановая почва, горизонт AB, глубина 67–72 см. Крупноблочная микроструктура, глинисто-гумусовая плазма, тонкие гипокутаны по стенкам пор. (е) – лугово-каштановая почва, горизонт B K , глубина 119–124 см, крупноблочная микроструктура, карбонатно-глинистая плазма, ассимилированные гипокутаны по стенкам биогенных пор. Отметим большое количество биогенных пор на всех микрофотографиях.

Рис. 7. Типы солевых новообразований, с поляризатором. (а) – солонец, горизонт Bсн, глубина 47–52 см. Гипсаны; (б) – каштановая солонцеватая почва, горизонт B K бел , глубина 113–118 см. Сростки гипсовых кристаллов; (в) – солонец, горизонт B K бел , глубина 88–93 см. Сегрегации микрита (белоглазка); (г) – каштановая солонцеватая почва, горизонт B K бел , глубина 93–98 см. Микритовые гипокутаны по порам, глинистые ооиды (отмечено стрелкой).

Максимум последних отмечается в нижних горизонтах профилей на глубине ниже 150 см, в то время как карбонатные новообразования в виде белоглазок и толстых микритовых гипокутан описаны в толще 70–140 см для каштановой солонцеватой почвы и 80–140 см для каштановой, где покрывают почти все поры. В лугово-каштановой почве гипсовые новообразования не диагностированы, а микритовые кутаны по порам отмечаются на глубине 90 см и ниже.

Переходные к лёссовидным суглинкам горизонты (BC) всех почв характеризуются рыхлым микросложением – диагностируется большое количество крупных и мелких пор. Отчетливо заметны глинистые ооиды, большое количество фитолитов. Среди новообразований стоит отметить мощные микритовые гипокутаны, а также мелкие Fe-Mn-конкреции, диагностированные в профилях солонца и лугово-каштановой почвы (рис. 8).

Рис. 8. Свойства переходных к лёссовидным суглинкам горизонтов (BC), NII. (а) – лугово-каштановая почва, глубина 158–163 см. Мелкие Fe-Mn стяжения (отмечено стрелкой), фитолиты; (б) – солонец, глубина 175– 180 см. Высокая порозность, интенсивная прокраска гумусовым веще- ством.

Изучение физико-химических свойств и генезиса комплексов каштановых почв и солонцов, определяющих отрицательные агрофизические и другие свойства, правильная интерпретация результатов исследований представляет большой интерес, ведь общая площадь пахотных земель в Ставропольском крае составляет 4002.4 тыс. га или 60.5 % территории, а площадь солонцеватых земель, солонцов и их комплексов – 857 тыс. га. на 1999 г. (Клюшин, 2004) .

Понятие “солонцеватые почвы” и классификационный признак “солонцеватость” предполагают определенные почвообразовательные процессы и изменения на морфологическом уровне. Многочисленные работы показывают, что для верной диагностики этих признаков необходимо использование данных лабораторных анализов и полевой морфологии (Куст, 1988; Хитров, 2004). Однако такой подход позволяет оценить свойства почв только на момент исследования. Дополнительное использование микроморфо-логических показателей позволяет выявить направленность и точнее оценить интенсивность идущих процессов, уточнить классификационное положение. Сопряженная оценка макроморфологии, показателей физических и химических анализов почв, а также микростроения почвенных горизонтов позволила дать более точную генетическую интерпретацию каждого типа признаков.

Поверхностные горизонты. 1) Равномерное содержание илистой фракции в пахотных горизонтах всех исследуемых разрезов (18–20 %) должно быть интерпретировано как результат действия двух разнонаправленных процессов: процесс А – привнос в результате припахивания или близкого переноса фрагментов солонцовых горизонтов, обогащенных тонкодисперсным веществом. Интенсивность этого процесса уменьшается при удалении от ареалов солонцов и солонцеватых почв; процесс Б – пептизация глинистой и глинисто-гумусовой плазмы и ее вынос в нижележащие горизонты. Интенсивность этого процесса, наоборот, возрастает в солонцеватых почвах и солонце. Причем предлагается характеризовать этот процесс как быстро идущий, так как перерыва между регулярными вспашками достаточно для формирования бесструктурных микрозон, пептизации глинистого вещества с дальнейшим его выносом и образования тонких глинисто-гумусовых кутан на поверхности пор в нижних частях пахотных горизонтов (рис. 4в, 4г, рис. 9а). Процесс А идет на изучаемых объектах с большей интенсивностью, чем процесс Б, так как пахотный горизонт луговокаштановой почвы, в котором минимально проявление и процесса А, и процесса Б, а количество физической глины приближено к таковому в срединных и переходных к породе горизонтах всех почв, содержит на 10–13 % больше физической глины, чем пахотные горизонты других профилей исследуемого комплекса. Это хорошо согласуется с другими оценками. Так, Б.А. Зимовцом (1984, 1991) было высказано предположение, что для формирования полноценного профиля солонца может потребоваться 15–20 лет. Возможность формирования солонцового микропрофиля в бывшем пахотном горизонте за 50 лет отмечается в работе Варламова и др. (2017). Альтернативная точка зрения о снижении скорости солонцового процесса при мелиорации высказывается Любимовой, Мотузовым, 2005; Любимовой и др., 2016; по-видимому, такие различия в скорости солонцового процесса для разных профилей вызваны региональными особенностями и более глубокой мелиорацией почв в последнем случае.

Рис. 9. Преобразования в структуре поверхностных горизонтов. (а) – NX, (б – г) – NII. (а), (б) – солонец, глубина 10–15 см, горизонт Ап; (а) – кутаны in situ на гранях структурных отдельностей, (б) – элементы слоистости тонкоплитчатого мотива, каштановая солонцеватая почва, глубина 10–15 см. (в) – лугово-каштановая почва, глубина 15–20 см, горизонт Ап. Относительно плотное сложение микроагрегатов, фрагмент материала солонцового горизонта (отмечено красной стрелкой), разбиение трещиной сетью фрагментов корок (отмечено желтой стрелкой). (г) – луговокаштановая почва, глубина 35–40 см, горизонт А. Высокая степень пористости, зоогенной проработки и привноса материала нижележащих горизонтов профиля .

• 2)    В изучаемых почвах отмечается высокое варьирование содержания гумуса в поверхностных горизонтах, и если минимальное значение в солонце кажется нам логичным, то высокий показатель (2.71 %) в каштановой солонцеватой почве по сравнению с каштановой почвой (2.11 %) требует дополнительного рассмотрения, особенно на фоне равномерной проработки плазмы гумусовым веществом (рис. 3).

На микроморфологическом уровне нами диагностированы стандартные при распашке нарушения естественного гумусообра-зования, проявляющиеся как в: а) дегумификации за счет усиления минерализации и иллювиирования гумуса, так и в б) увеличении количества органических остатков (Турсина, 2014). Дополнительно проведена оценка содержания фрагментов подпаханных нижележащих горизонтов, обедненных органическим веществом. Выявлено, что в пахотном горизонте солонца такие фрагменты, имеющие размер до 1 см, разную степень проработки и сохранности, занимают около 40 % по площади, в каштановой солонцеватой почве количество таких фрагментов сравнимо. Такое высокое их содержание позволяет предположительно реконструировать мощность надсолонцовой толщи равную ~ 15 см, что косвенно позволяет классифицировать профиль солонца до начала распашки как солонец средний. Интересной особенностью является наличие фрагментов солонцового горизонта не только в почвах, в профиле которых диагностирован солонцовый горизонт или признаки со-лонцеватости, но и в каштановой, и даже лугово-каштановой почвах. Мы связываем появление этих фрагментов с гомогенизацией пахотных горизонтов разрезов комплекса между собой – ближним латеральным переносом материала при сельскохозяйственной обработке. Таким образом, принятие во внимание столь высокой внутригоризонтной гетерогенности пахотных горизонтов, отмеченной также Р.Г. Грачевой и др. (1988), а также учет идущих почвенных процессов может объяснить изученные нами химические показатели.

Обломки корочек, диагностированные в поверхностных горизонтах солонца и солонцеватой каштановой почвы, занимают не более 5 % площади шлифов, однако характеризуются очень темной окраской практически изотропной плазмы, по-видимому, связанной с высоким содержанием гумуса, и также могут вносить вклад в содержание органического вещества, определяемого химическими методами. Остроугольная форма таких фрагментов свидетельствует об их локальном происхождении, а процесс образования натечной корки, диагностированный макроморфологически только для лугово-каштановой почвы, имеет инициальный характер также в солонце и каштановой солонцеватой.

• 3)    Отмеченная на макроморфологическом уровне деградация структуры естественных горизонтов при распашке хорошо диагностируется на микроуровне. Наличие элементов порошистой

  микроструктуры и потеря многопорядковой структуры в целом, высокая степень уплотнения агрегатов (формирование губчатой структуры), появление корки и глыбистости, уменьшение биоген-ности свидетельствуют о разрушении естественной структуры в результате распашки (Грачева и др., 1988; Турсина, Лукьянов, 2011) . Для оценки степени измененности структуры горизонтов на микроуровне сравним структуру пахотных горизонтов с таковой в незатронутой распашкой части гумусового горизонта луговокаштановой почвы. В естественных горизонтах отмечается возрастание количества биогенных пор при сохранении формы агрегатов (рис. 9в, 9г). Это также хорошо заметно по данным определения плотности – в непахотном гумусовом горизонте луговокаштановой почвы составляющей всего 1.26 г/см³, тогда как в пахотном она возрастает до 1.41 г/см³. Важно отметить, что в солонце плотность пахотного горизонта превышает таковую в собственно солонцовых горизонтах. По-видимому, это связано с тем, что высокая насыщенность этого горизонта фрагментами солонцовых блоков позволяет проявляться не только процессу внутри-профильной миграции глины, но также активизирует процессы внутригоризонтной миграции, оказывающей склеивающий эффект, с одной стороны, и формирующей микрозоны с признаками надсолонцового горизонта, обладающего слабой, неустойчивой и разрушающейся (с последующем уплотнением) при сельскохозяйственной обработке структурой (рис. 9б; Березин, Березина, 1981) . Таким образом, помимо отмеченной Н.Б. Хитровым связи уплотнения с воздействием ходовых систем сельскохозяйственных машин, повышение плотности пахотных горизонтов мы также связываем с вовлечением и влиянием материала солонцового горизонта, а не только с процессами деградации, описанными выше.

Срединные горизонты. Формирование двухслойного кутанного комплекса, подтверждает межгоризонтный характер современного передвижения пептизированных илистых и коллоидных частиц, растворенных гумусовых веществ, которое было отмечено в поверхностных горизонтах солонца и каштановой солонцеватой почвы (рис. 4в, 4г). Темные глинисто-гумусовые кутаны в горизонтах Bсн, B(cн), а также BK каштановой солонцеватой почвы залегают на поверхности структурных агрегатов, имеют сплошное простирание и перекрывают разрушенные трещинами слоистые глинистые кутаны предыдущей генерации. Такое распространение и максимальные степени развития кутанного комплекса хорошо согласуются с составом обменных катионов (табл. 3). Обращает на себя внимание обедненность глинистыми и глинисто-гумусовыми кутанами верхней части солонцовых и солонцеватых горизонтов по сравнению с их нижней частью. По всей видимости, это связано с идущими процессами осолодения, развивающимися при увеличении количества осадков в климатическом цикле 1955-1979 гг. (Бадахова, Кнутас, 2007; Lebedeva, 2018). Отметим, что указанный процесс наиболее развит в каштановой солонцеватой почве комплекса и выражается в большей (по сравнению с горизонтами солонца) глубине проработки профиля, большем количестве кутан внутри проработанных горизонтов, высокой степени контрастности кутан с внутрипедной массе. Таким образом, активный солонцовый процесс, приведший к растрескиванию и разрушению глинистых кутан в результате цикличного набухания-высыхания, нами отнесен к предыдущей фазе развития комплекса, что отмечалось в исследованиях палеопочвоведов (Демкин, Иванов, 1985). Признаки устойчивости кутанного комплекса во времени отмечаются также в срединных горизонтах лугово-каштановой почвы, где диагностируются тонкие гипокутаны (рис. 6д, 6е), при этом в вышележащих горизонтах данной почвы никакие глинистые in situ новообразования не обнаружены. Вероятно, существование таких глинистых гипокутан, почти полностью перешедших в основную почвенную массу, связано с циклическим развитием почв сухостепного комплекса, отмеченным, с микроморфологической точки зрения, в работе Лебедевой и Герасимовой (2009). Генетическая связь между почвами комплекса отражается в микроструктуре горизонтов AB лугово-каштановой, каштановой почв, горизонтов BK всех почв комплекса – для них характерна крупноблочная микроструктура. Отмечается устойчивость этого микропризнака (рис. 6), несмотря на различие вышеуказанных горизонтов по: а) степени гумусированности (в луговокаштановой почве гумусовая плазма прослеживается до глубины 70 см), б) степени насыщенности плазмы карбонатным материалом, в) набору новообразований. Отмеченная нами сепарация зе- рен скелета имеет характеристическое значение для срединных горизонтов и наиболее отчетливо проявляется в каштановой почве. Традиционно такие перестройки скелетного материала микроморфологи связывают с воздействием морозных условий, рассматривая этот микропризнак как дополнительный при наличии и других микропризнаков криогенеза, например, обильных глинистых ооидов (Van Vlien-Lanoe, 1998, 2010). Такие ооиды в единичных количествах диагностированы нами в разных профилях исследуемого комплекса без формирования максимума содержания в каком-либо из переходных к лёссу горизонтов (рис. 7г, 10). Изучение генезиса этих типично криогенных микропризнаков в почвах комплекса требует дальнейших исследований, однако единство микростроения срединных горизонтов, вероятно, указывает на то, что все почвы комплекса прошли одинаковые стадии структурообразования, характерные для ксерометоморфических горизонтов (Герасимова и др., 1992).

Рис. 10. Микропризнаки реликтового генезиса. (а) – NX, (б) – NII. (а) – каштановая почва, глубина 88–93 см, горизонт B K бел . сепарация зерен скелета в сотовые и округло-сотовые структуры. (б) – каштановая почва, глубина 174–179 см, горизонт BC гипс . Глинистые ооиды (отмечено желтыми стрелками); кутаны в закрывшихся порах (отмечено красной стрелкой).

Направленность современной эволюции можно оценить, диагностируя солевые новообразования. В лугово-каштановой, каштановой почвах с глубины 80 см отчетливо диагностируются поры веретенообразной формы – признак растворения крупных кристаллов гипса, механизм образования подобных пор подробно описан в работе Poch et al., 2010. В каштановой почве крупные кристаллы гипса диагностированы глубже – 150 см, а в профиле солонца уже на глубине 50 см диагностированы тонкие кристаллы гипса внутри крупных пор – гипсаны, свидетельствующие о его образовании в настоящее время (рис. 7а). Анализ взаиморасположения новообразований гипса и карбонатов в солонце свидетельствует о классическом распределении солей в порядке их выпадения из раствора при выпаривании капилярной влаги атмосферных осадков при боковом переносе, так как влияние грунтовых вод на почвы изучаемого комплекса маловероятно (Зимовец, 1991). Карбонатные новообразования представлены: а) сегрегациями микрита – белоглазками, б) микритовыми гипокутанами по порам, которые представлены во всех почвах. Мощное развитие последних и образование белоглазки близко к поверхности, вероятно, связано с процессами десукции, что согласуется с исследованиями Лебедевой и др., 2016.

Переходные к лёссовидным суглинкам горизонты (BC). Интересно отметить более темную окраску этих горизонтов исследуемых почв по сравнению с перекрывающими горизонтами. Такой феномен может быть вызван увеличением количества скрытокристаллического кальцита в составе плазмы, однако значения содержания CO 2 -карб. сопоставимы с подобными для горизонтов с отсутствием белоглазки. Встречаются а) фитолиты, б) диагностируются слабо сохранившиеся признаки комковатой структуры , в) Fe-Mn-стяжения (как в профиле солонца, так и в профиле луговокаштановой почвы), не отмеченные на макроуровне, г) гипокута-ны в общей массе, д) единичные глинистые ооиды, е) микрозоны обогащения скелетным материалом (рис. 8, 10б). Таким образом можно предположить, что слой на глубине около 1.5–1.7 м подвергся кратковременному почвообразованию.

Комплекс исследованных почв сформирован на породах единого эолового генезиса, с признаками близкого переноса материала, что можно утверждать по насыщенности породы зернами глауконита – минерала, характерного для морских осадков, а также по единичным диагностированным фрагментам ракушек. Изучаемая территория имеет сложную геоморфологическую историю (Геологическая карта: L-38-XIII; Свиточ и др., 2010). Изучение ее стратиграфии и определение этапов накопления осадков требует дополнительных исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования определены показатели макроморфологических и лабораторных исследований, для которых использование микроморфологического метода оказалось ключевым для более достоверной генетической интерпретации полученных значений.

• 1)    На показатели гранулометрического состава пахотных горизонтов почв комплекса влияет два разнонаправленных процесса: а) быстро идущая пептизация глинистой и глинистогумусовой плазмы, ее перераспределение внутри горизонта и вынос в нижележащие горизонты; б) привнос в результате припахивания или переноса (с сельскохозяйственной техникой) фрагментов солонцовых горизонтов, обогащенных тонкодисперсным веществом, причем многолетний масштаб такого переноса велик и фрагменты солонцового горизонта обнаруживаются даже в составе пахотного горизонта лугово-каштановой почвы, не имеющей солонцового горизонта в своем профиле.

• 2)    Варьирование содержания C орг в разрезах каштановой солонцеватой, каштановой, лугово-каштановой почв на фоне одинаковой степени прогумусированности тонкодисперсного вещества также связано с привносом материала солонцовых и солонцеватых горизонтов.

• 3)    Увеличение плотности пахотных горизонтов по сравнению с гумусовыми горизонтами естественного сложения связано не только с механическим разрушением структуры и ее дальнейшим уплотнением, но также с активно идущим солонцовоэлювиальным процессом, приводящим к формированию микрозон, обедненных глинисто-гумусовой плазмой, имеющих субгоризонтальное слоистое залегание (в ВПМ) или субвертикальное залегание (заполнение трещин и пор), что вызывает снижение степени устойчивости структурных отдельностей к дальнейшей механической обработке. Содержание обменного натрия для изучаемых разрезов находится в хорошей корреляции с данными морфологических и микроморфологических исследований: максималь-

• ное развитие кутанного комплекса приурочено к горизонтам с пиком содержания обменного натрия в незасоленных солонцовых горизонтах.

Щелочной гидролиз затрагивает также верхние части солонцовых и солонцеватых горизонтов, что выражается в относительной обедненности кутанами различных типов по сравнению с их нижними частями. Показано, что процесс миграции глинистого вещества идет в солонце и каштановой солонцеватой почве комплекса, причем в последней наиболее активно, и выражается в формировании современных темных глинисто-гумусовых кутан, залегающих на реликтовых желтых слоистых глинистых кутанах и их обломках, таким образом формируя многослойный кутанный комплекс.

На фоне увеличения количества осадков в климатическом цикле выявлены следующие изменения: 1) рассоление каштановой и лугово-каштановой почв, что было диагностировано по растворению кристаллов гипса; 2) развитие солонцового процесса в солонце и каштановой солонцеватой почве. Таким образом, современная эволюция, взаимообусловленная двухсторонней генетической связью почв комплекса, направлена на усиление контрастности между ними.

В результате микроморфологической диагностики показано единство генезиса срединных горизонтов почв – отмечается схожая округло-крупноблочная микроструктура с единым мотивом сепарации зерен скелета в кольцевые/сотовые структуры. Генетическая связь почв комплекса подтверждена также диагностированными только на микроуровне глинистыми гипокутанами в срединных горизонтах профиля лугово-каштановой почвы, почти полностью перешедшими в состав внутрипедной массы. Их наличие мы связываем с солонцовой стадией развития этого профиля. Такие кутаны не были описаны в поле.

Микроморфологическая диагностика также позволила выявить не отмеченные при полевом макроморфологическом описании свойства: 1) наличие признаков квазиоглеения в переходных к породе горизонтах солонца и каштановой солонцеватой почвы, выражающихся в виде мелких Fe-Mn-стяжений и конкреций; 2) признаки наличия запаханных фрагментов слаборазвитой корки в солонце и каштановой солонцеватой почве. Их остроугольная форма говорит о невозможности их возникновения в результате дальнего переноса из почв соседних ареалов, а также показывает устойчивость таких фрагментов корок при педогенезе.

Таким образом, для каштановой почвы отмечается наиболее полное соответствие между диагностированными макро- и мик-роморфологическими признаками, а для лугово-каштановой выявлено наибольшее соответствие показателей лабораторных анализов и их проявлению на микроуровне.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор выражает благодарности Николаю Борисовичу Хит-рову, Марине Павловне Лебедевой за помощь в работе.