Features of modern genesis of the Ishim steppe watershed plain soils

Степные почвы длительно используются в богарном земледелии. Среди негативных последствий этого использования известны: снижение содержания гумусовых веществ (Щеглов, 2003; Лебедева, 2011; Чупрова, 2017; Мамонтов и др., 2020 и пр.) и уменьшение количества илистой фракции в пахотном слое (Слесарев, Кудряшова, 1988; Рейнгард, 2009) , ухудшение структуры и снижение водопрочности почвенных агрегатов (Мамонтов и др., 2020) , дефляция и эрозия почв (Гусаров и др., 2018) . В последние годы усилия исследователей сосредоточены не только на изучении последствий многолетней эксплуатации степных почв в земледелии (Лебедева и др., 2013; Лисецкий, Родионова, 2015 и др.), но и на поиске вариантов восстановления их продуктивности (Азаренко и др., 2020 и др.) .

Ишимская степь (Ишим-Иртышское степное междуречье) – важный аграрный регион Сибири. Одной из его особенностей, по сравнению с другими степными районами Западной Сибири, является высокая доля пашни в составе земельных угодий, которая достигает 80% (Доклад…, 2017) . В регионе доминируют выровненные плакорные участки местности, на которых во второй половине ХХ столетия диагностировались крупные массивы черноземов южных (Градобоев и др., 1960; Черноземы…, 1988) . В настоящее время в связи длительным землепользованием и обновлением классификационной парадигмы требуется актуализировать информацию о состоянии почв Ишимской степи, в том числе об их классификационном статусе, признаках и свойствах.

Некоторые агрогенные изменения в почвах степи Западной Сибири становились предметом изучения и ранее. Так, было показано влияние распашки на почвенные процессы и микробиоту черноземов южных (Почвообразование…, 1991). Отмечено развитие эрозии и дефляции почв в южных районах Омской области (Рейнгард, 2009). Исследовалась динамика содержания фосфора и калия в пахотных почвах степи Омской области (Башкатова, Шмидт, 2020). Одним из важных достижений предыдущих изысканий является доказательство атмогенного засоления почв Ишим-Иртышского степного междуречья (Сеньков, 2004).

Однако новейшие данные по антропогенным изменениям генетических особенностей почв Ишимской степи отсутствуют. Основным фактором антропогенной трансформации ишимских степных почв в настоящее время является масштабная их распашка, уничтожение естественных травяных ценозов и культивирование на распаханных землях преимущественно яровых зерновых и многолетних трав. Эти процессы вызывают также изменения гидрологического состояния плакорных почв Ишимской степи: уменьшение вертикальной мощности слоя эваподесуктивного иссушения (с 2 м до 0.8 м), формирование во втором метровом слое горизонта с влажностью на уровне 70–100% наименьшей влагоем-кости (Кравцов, 2009б; 2014) . Аналогичные явления отмечались и в черноземах степной зоны европейской части России (Лебедева, 2004) .

Вторым по времени появления фактором антропогенных изменений в почвах Ишим-Иртышского степного междуречья можно считать функционирование непрочищаемых полезащитных лесополос, высаженных в 1970–1980-х годах. Они вызвали подъем грунтовых вод выше критической глубины в плакорных почвах вследствие накопления снега с их подветренной стороны и поступления талых вод в почвенно-грунтовую толщу (Черноземы…, 1988; Кравцов, 2009а) . Выявлено устойчивое положение уровня этих вод выше критической глубины в первые десятилетия XXI столетия (Кравцов и др., 2017) . Вместе с тем средняя урожайность традиционных для региона яровых зерновых в промежуток 2000– 2017 гг. при устойчивом положении уровня минерализованных грунтовых вод выше критической глубины оказалась более высокой (18.3 ц/га), по сравнению с промежутком 1986–2000 гг. (11.9 ц/га), когда грунтовые воды фиксировались ниже критической глубины (Кравцов и др., 2017) . Результаты влияния вышеназванных факторов на плакорные почвы необходимо изучать для оптимизации землепользования в регионе.

Цель работы – показать региональную специфику плакор- ных почв Ишимской степи и выявить особенности их современного генезиса в связи с многолетней эксплуатацией в богарном земледелии и положением грунтовых вод выше критической глубины. Для этого предполагается уточнить особенности современной морфологии плакорных почв Ишимской степи, их гумусного состояния, гранулометрического состава, карбонатного и гипсового профилей, основных физико-химических свойств и солевых профилей.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Ишимская степь расположена в южной части одноименной равнины с высотами 110–125 м. Среди форм мезорельефа типичны плоские поверхности междуречий (плакоры), занимающие более 70% территории, и крупные (диаметром до 5–6 км и глубиной до 10 м) котловины с пологими склонами. Для микрорельефа характерны понижения диаметром 50–100 м глубиной до 1 м (блюдцеобразные западины), на долю которых приходится 5–20% площади междуречья.

Почвообразующие породы представлены верхнеплейстоценовыми лессовидными отложениями мощностью 1–10 м. Подстилающими породами являются серо-бурые глины сладководской свиты нижне- и среднеплейстоценового возраста (Волков, 1965) . Подстилающие и материнские породы характеризуются высоким содержанием илистой фракции – до 40–45% (Слесарев, Кудряшо ва, 1988) .

Климатические условия Ишимской степи типичны для степной зоны Западной Сибири. Параметры климата представлены по материалам наблюдений метеорологической станции “Русская Поляна” ФГБУ “Обь-Иртышское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды”. Среднегодовая температура воздуха составляет 2.0 °С, средняя температура июля -+20.4 °С, января —16.9 °С. Вегетационный период со среднесуточными температурами выше 10 °С длится 130 дней, сумма температур выше 10 °С достигает 1 800-1 900°С. Для района исследований типична продолжительная (130–150 дней) морозная зима. Ишимская степь характеризуется недостаточным атмосферным увлажнением. Годовая сумма осадков достигает 360 мм, а испаряемость – 500–700 мм.

Гидрографическая сеть района представлена мелководными (до 3 м глубины) озерами. Для Ишимской степи характерен слабый естественный дренаж. Грунтовые воды встречаются в неогеновых, нижне- и среднеплейстоценовых глинах и покровных суглинках. Зеркало водоносного горизонта на плакорных участках отмечается на глубине 2–17 м. Грунтовые воды характеризуются минерализацией 0.5–1 г/л, местами – до 10–20 г/л и сульфатно-хлоридным составом (Сеньков, 2004) . В связи с высоким содержанием илистой фракции в почвах и породах Ишимской степи грунтовые воды горизонтально практически неподвижны (Сеньков, 2004) .

Исследуемая территория расположена в зоне настоящих разнотравно-ковыльных степей, которые сейчас практически полностью распаханы. Известно, что в 1980-е годы в Ишимской степи на плакорных участках были развиты крупные по площади массивы черноземов южных, в понижениях микро- и мезоформ рельефа – почвы различной степени гидроморфности (Черноземы…, 1988) . Соответственно современному почвенно-экологическому районированию (Урусевская и др., 2013) территория входит в состав Чер-лакского округа черноземов южных языковатых глинистых и тяжелосуглинистых Западно-Сибирской степной провинции черноземов языковатых обыкновенных и южных, лугово-черноземных солонцеватых и солончаковатых почв и солонцов луговых и луго-ватых.

Для изучения особенностей современного педогенеза Ишимской степи были выбраны почвы на плакорных участках в окрестностях пос. Русская Поляна Русско-Полянского района Омской области (рис. 1). На территории района доля сельхозугодий составляет 94.5% от общей площади, доля пашни – 80.3%, что выше, чем в среднем по степной зоне Омской области (Рейнгард, 2009). Объектами исследования (табл. 1) явились старопахотные почвы (чернозем южный карбонатный солончаковатый и луговочерноземная выщелоченная), чернозем южный обычный под лесополосой (посадки тополя 1973 г.) и старозалежная (50–60 лет) почва (чернозем южный обычный). Исследуемая четырехрядная лесополоса имеет длину 2 км. Расстояние между рядами посадок тополя – 2 м, среднее расстояние между деревьями в ряду – 2–4 м. Высота древостоя колеблется от 5 до 15 м. Все разрезы заложены на одной плакорной поверхности. Пахотные почвы и почва под лесополосой расположены в непосредственной близости друг от друга, залежная почва – на расстоянии около 10 км от них (рис. 1). Из разрезов были отобраны образцы почв по генетическим горизонтам, в том числе для определения плотности сложения (Теории и методы…, 2007).

В почвенных образцах определены следующие показатели: содержание органического углерода (С орг ) ‒ по методу Тюрина, общего азота – методом Кьельдаля, карбонатов ‒ газоволюметрически по Голубеву, гипса – солянокислым методом, значение рН водной суспензии ‒ потенциометрически (Теория и практика…, 2006) . Гранулометрический состав почв определяли по методу Качинского с диспергацией образцов пирофосфатом натрия (Теории и методы…, 2007) . Характеристика цвета почвенных горизонтов дана по шкале Манселла. Содержание легкорастворимых солей и значение удельной электропроводности (УЭП) были определены в водной вытяжке (при соотношении почва : вода = 1 : 5): катионы (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ и K⁺) – атомно-абсорбционным методом, анионы (CO 3 ^2-, НCO 3 ^-, Cl^-, SO 4 ^2-) – по общепринятым методикам (Теория и практика…, 2006) . Количество обменных оснований получили методом Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой (Руководство…, 1990) .

Названия почв даны по трем классификационным системам:

Рис. 1. Расположения объектов исследования.

Fig. 1. Location of research objects.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Морфогенетические особенности почв Ишимской степи

Диагностическими горизонтами в изученных почвах являются темногумусовый (AU), агротемногумусовый (PU), аккумуля-тивно-карбонатный (BCA) и глинисто-иллювиальный (BI) (Полевой определитель…, 2008) . Пахотные почвы относятся к отделу агроземов, почвы под залежью и лесополосой ‒ к отделу аккумулятивно-гумусовые (Полевой определитель…, 2008) . Типовая и подтиповая принадлежность, а также формула профиля каждой почвы представлены в таблице 2.

Таблица 1. Объекты исследования и характеристика их местоположения

Table 1. Research objects and characteristics of their location

Разрез	Название почвы (Классификация почв…, 1977)	Координаты, высота над над у. м.	Рельеф	Угодье	Уровень грунтовых вод в июне 2019 г., см
7	Чернозем южный карбонатный солончаковатый	53.719° с. ш., 73.950° в. д.; 121 м	Равнина, плакор, микроповышение	Пашня, паровое поле	350
8	Лугово-черноземная выщелоченная	53.721° с. ш., 73.950° в. д.; 120 м	Равнина, плакор, микрозападина	Пашня, паровое поле	250
143	Чернозем южный обычный	53.721° с. ш., 73.954° в. д.; 121 м	Равнина, плакор, микроповышение	Лесополоса, посадки тополя	300
150	Чернозем южный обычный	53.730° с. ш., 74.123° в. д.; 122 м	Равнина, плакор, микроповышение	Старая залежь, степь настоящая разнотравноковыльная	до 600 не обнаружено

Таблица 2. Классификационный статус изученных почв Ишимской степи

Table 2. Classification status of the studied soils of the Ishim steppe

Разрез	Название почвы (тип, подтип) по КПР (Полевой…, 2008)	Формула профиля по КПР	Название почвы по WRB (IUSS, 2015)
7	Агрозем темный дисперсно-карбонатный гипссодержащий засоленный темноязыковатый	PU'‒PU''‒ABlc,s,yu‒ BCAdc,s,yu‒ BCAcs,s‒BCca,s‒Cca,s	Calcic Gypsic Chernozem (Clayic, Aric, Endoprotosalic Tonguichernic)
8	Агрозем темный глинистоиллювиальный квазиглееватый темноязыковатый	PU'‒PU''‒BIyu‒BCAdc‒B Cca,q‒Cca,q	Luvic Calcic Phaeozem (Clayic, Aric, Tonguichernic)
143	Чернозем дисперсно-карбонатный гипссодержащий засоленный темноязыковатый постагрогенный грубогумусированный	AUao‒AUра‒AU‒AByu‒ BCAdc,yu‒Bcs,s‒ BCca,s‒Cca,s	Calcic Gypsic Chernozem (Clayic, Tonguichernic)
150	Чернозем дисперсно-карбонатный гипссодержащий засоленный темноязыковатый постагрогенный	AUrz‒AUpa‒AByu‒BCAd c,yu‒BCAdc,s,yu‒Bcs,s‒B Cca,s‒Cca,s	Cambic Gypsic Calcisol (Clayic, Hypocalcic, Tonguic)

Пахотные почвы (разрезы 7 и 8) характеризуются поверхностным агротемногумусовым горизонтом с соответствующими (Полевой определитель…, 2008) морфохроматическими признаками (табл. 3). Особенности технологической обработки – поверхностной плоскорезной вспашки – на современном этапе привели к разделению этого горизонта на два подгоризонта: верхний (PU') более рыхлый с порошисто-комковатой структурой и нижний (PU'') более плотный с глыбисто-крупнокомковатой структурой. Замена отвальной вспашки на безотвальную и, как следствие, отсутствие ежегодного перемешивания горизонта PU привели к его вертикальной дифференциации по плотности и структуре.

Спецификой морфологии чернозема дисперсно-карбонатного постагрогенного под лесополосой (разрез 143) является формирование в верхней его части признаков грубогумусиро-ванности, что не характерно для степных почв. Подгоризонт AUao представляет собой гомогенную механическую смесь измельченного и слабо трансформированного древесного опада с минеральными компонентами. Залегающий ниже постагрогенный темногумусовый горизонт AUра отличается от PU пахотных почв мелкокомковато-зернистой структурой с высокой долей копролитов среди агрегатов, а также большей мощностью гумусового профиля (AU + AB). Это свидетельствует об улучшении состояния гумусового горизонта и о постагрогенной трансформации почвы. Вместе с тем окраска горизонта AUра более светлая (10 YR 3/2), чем в остальных почвах (табл. 3), что, на наш взгляд, может быть связано с влиянием древесной растительности и дополнительного поверхностного увлажнения. В старозалежной почве, благодаря восстановившейся растительности с преобладанием дерновинных злаков, на поверхности сформирована дернина AUrz (Хитров, Ге расимова, 2022) . Расположенный ниже темногумусовый (AU) горизонт имеет порошисто-зернисто-комковатую структуру, которая идентична таковой же в целинных черноземах. Характер растительности и структура гумусового горизонта являются важными показателями постагрогенной трансформации (Мамонтов и др., 2020) и свидетельствуют о восстановлении почвы до состояния близкого к целинному.

Изученные почвы имеют небольшую мощность гумусового горизонта (табл. 3) и характеризуются (Полевой определитель…, 2008) как мелкие (разрезы 7, 8, 150) и маломощные (разрез 143), что отличает их от европейских аналогов и является региональным признаком западносибирских черноземов (Хмелев, 1989; Смоленцева, 2018) . Максимальная мощность (38 см) зафиксирована в почве под лесополосой. Малая мощность гумусового горизонта является причиной того, что на территории Ишимской степи отсутствуют агрочерноземы (агропочвы). Целинные черноземы Ишимской степи при распашке сразу превратились в агроземы темные, минуя стадию агрочерноземов, в отличие от агрогенной трансформации степных черноземов в европейской части России (Лебедева, 2004) . Отсутствие стадии агропочв (агрочерноземов) является региональной спецификой агрогенной трансформации черноземов Ишимской степи, что также характерно для других областей черноземной зоны Западной Сибири (Смоленцева, 2021) .

Изученные почвы различаются по глубине залегания карбонатов, и, соответственно, по мощности бескарбонатной зоны (табл. 3). Максимальная ее мощность (80 см) зафиксирована в аг-роземе темном глинисто-иллювиальном (почва в микрозападине), что обусловлено влиянием дополнительного поверхностного увлажнения. Почвы нормального увлажнения (разрезы 7 и 150) сходны по размерам зоны выщелачивания (табл. 3). Слабое вскипание от 10%-ной НС1 с поверхности агрозема темного дисперс-но-карбонатного (разрез 7) свидетельствует о присутствии в зоне выщелачивания остаточных карбонатов, что подтверждается аналитически. В почве под лесополосой карбонаты также расположены глубже, чем в почвах нормального увлажнения. Срединным горизонтом в изученных почвах нормального увлажнения является аккумулятивно-карбонатный горизонт BCA. Мощность его составляет 40–42 см, при дополнительном увлажнении она увеличивается до 60 см. Характерной особенностью черноземных почв Ишимской степи является отсутствие миграционных и редкая встречаемость сегрегационных форм педогенных карбонатов.

Таблица 3. Особенности профилей почв Ишимской степи

Table 3. Features of soil profiles of the Ishim steppe

Cвойства	Разрезы (угодье)
	7 (пашня)	8 (пашня)	143 (лесополоса)	150 (залежь)
Мощность горизонта, см: дернина (AUrz) темногумусовый (AU) агротемногумусовый (PU) грубогумусированный (AUao)	нет нет 25 нет	нет нет 25 нет	нет 33 нет 5	3 18 нет нет
Цвет гумусового горизонта (PU или AU) по шкале Манселла	10 YR 3/1	10 YR 3/1	10 YR 3/2	10 YR 3/1
Глубина “вскипания” от 10% НС1, см	с поверхности	80	50	35
Аккумулятивно-карбонатный горизонт, от … до …, см	40–80	80–140	56–100	35–77
Мощность зоны аккумуляции карбонатов, см	40	60	44	42
Гипсовый горизонт, от … до …, см	90–130	отсутствует	100–140	120–160
Пятна оржавления, от … до …, см	250–300	150–180	220–230	нет
Пятна оглеения, от … до …, см	нет	150–250	270–280	нет

Карбонатные новообразования в горизонте ВСА представлены диффузно рассеянными скоплениями, образующими светлые расплывчатые пятна, что соответствует дисперсно-карбонатному подтипу черноземов (Полевой определитель…, 2008) . В бескарбо-натной зоне почвы в микропонижении под горизонтом PU формируется глинисто-иллювиальный (BI) горизонт с однодвухпорядковой ореховато-призматической структурой. Грани агрегатов покрыты однослойными глинистыми кутанами.

Для всех изученных почв характерна языковатая граница между гумусовым и срединными горизонтами, которая представляет собой языки-трещины глубиной до 60–80 см, заполненные материалом гумусового горизонта. Они являются результатом колебаний объема и растрескивания почвенной массы под действием сильного иссушения в летнее время (Градобоев и др., 1960; Черно земы…, 1988; Смоленцева, 2018 и пр.) . Таким образом, темноязы-коватость (yu) как эволюционный признак (Полевой определи тель..., 2008) накладывается в исследуемых почвах на карбонатноаккумулятивный BCAdc,yu и глинисто-иллювиальный BIyu горизонты и обусловливает их региональную модификацию. Эта региональная морфогенетическая особенность черноземов Ишимской степи, наследуемая также их агрогенными аналогами, отражается на классификационном статусе почв выделением темноязыковато-го подтипа.

В профилях трех почв (разрезы 7, 143 и 150) присутствует также гипсовый горизонт, в котором гипс представлен сегрегационными формами. Глубина верхней границы гипсового горизонта в изученных почвах зависит от характера поверхностного увлажнения. Ближе всех к поверхности (90 см) он расположен в разрезе 7, имеющем нормальное увлажнение, в разрезе 143 под лесополосой при дополнительном увлажнении – на глубине 100 см (табл. 3). Агрозем глинисто-иллювиальный, расположенный в микрозападине, не имеет гипсового горизонта во всей зоне аэрации. В залежной почве (р. 150) гипсосодержащий горизонт обнаружен на глубине 120 см. Основная масса гипсовых новообразований сосредоточена в слое мощностью 15–20 см. Надо отметить, что гипсовый горизонт в плакорных почвах Ишимской степи в связи с их тяжелым высоко илистым гранулометрическим соста- вом залегает ближе к поверхности по сравнению с черноземами и их агрогенными аналогами в других степных регионах России. Например, в Ростовской области он обнаруживается на глубине 210–250 см (Морозов и др., 2018), в легкосуглинистых темнокаштановых почвах Кулунды – на глубине 190–200 см (Ильин, 1967).

Повышение уровня грунтовых вод (УГВ) на современном этапе (Кравцов, 2009а; 2014; Кравцов и др., 2017) вызывает изменения морфогенетических свойствах почв микропонижения и лесополосы: в них зафиксированы новообразования окисного и закисного железа в виде пятен и примазок (табл. 3). Это свидетельствует о возникновении глубинного оглеения как дополнительного почвообразовательного процесса и формировании квазиглеева-того подтипа почв на исследуемой территории. Таким образом, мы разделяем высказанное ранее мнение (Черноземы…, 1988) , что глубинный гидроморфизм плакорных почв Ишимской степи является не реликтовым, а современным (неогидроморфизм по Щегло ву (2003)) , особенно хорошо проявляющимся в гумидные климатические циклы на фоне значительной агрогенной трансформации почвенного покрова.

Гумусное состояние

Характеристика гумусного состояния почв Ишимской степи дана по Д.С. Орлову (Орлов и др., 2004) . Как уже отмечалось выше, почвы характеризуются небольшой мощностью гумусового горизонта (табл. 3) и низким, реже средним, содержанием гумуса в поверхностном горизонте (табл. 4). Агрозем темный дисперсно-карбонатный имеет самое низкое содержание гумуса в верхнем горизонте и низкие его запасы в слое 0–20 см. Самый высокий запас гумуса в слое 0–20 см имеет агрозем темный глинистоиллювиальный в микропонижении. Это почти в 2 раза больше, чем в агроземе темном дисперсно-карбонатном и на 24% выше, чем в почве под лесополосой. Запас гумуса в слое 0–20 см остальных почв – средний (рис. 2). Для слоя 0–100 см выявлены аналогичные закономерности. В слое 0–100 см запас гумуса во всех изученных почвах средний (рис. 2). По шкале градаций пахотных почв России по степени гумусированности (Семенов, Когут, 2015)

залежная почва характеризуется как сильно гумусированная (6.0– 6.9% гумуса) и сходная по содержанию гумуса с целинными почвами, что свидетельствует о значительной постагрогенной трансформации этой почвы.

Таким образом, почвы Ишимской степи характеризуются резко убывающим распределением гумуса по профилю (табл. 4), что является региональным “сибирским” признаком. Это одно из главных отличий западносибирских черноземов от европейских. Оно обусловлено спецификой гидротермического режима черноземной области Западной Сибири, который отражается, прежде всего, на количественных параметрах гумусово-аккумулятивного процесса и определяет особенности профильного распределения гумуса и его запасов (Хмелев, 1989; Кленов, 2000) .

Рис. 2. Послойные запасы гумуса ( А ) и общего азота ( Б ) в почвах Ишимской степи, т/га. Условными знаками показана мощность расчетного слоя в см. Названия почв по номеру разреза даны в таблице 2. Fig. 2. Humus ( А ) and nitrogen ( Б ) content (t/ha) in different layers of the soils of the Ishim steppe. The symbols in the figure show the thickness of the calculated layer in cm.

Агрозем на микроповышении (р. 7) имеет среднее содержание общего азота в горизонте PU и наименьшее по сравнению с остальными почвами, старозалежная почва характеризуется самым высоким его содержанием (табл. 4).

Аналогично характеризуются запасы азота в слое 0–20 см (рис. 2). Запасы азота в метровом слое изученных почв Ишимской степи сходные. Обогащенность гумуса азотом средняя во всех почвах (табл. 4). Старозалежная почва характеризуется увеличением запасов общего азота в поверхностном слое по сравнению с остальными почвами. Смена типа использования (пашня – лесополоса) также приводит к изменению гумусового состояния почв: растут запасы гумуса и общего азота, особенно в слое 0–20 см, и обогащенность гумуса азотом. Данная тенденция характерна и для почв других регионов России (Беляев, 2007) .

Гранулометрический состав

Изученные почвы имеют сходный характер распределения ила и физической глины (ФГ) по профилю (рис. 3). Для разрезов 7, 8 и 150 характерно значительное обеднение илом и ФГ в верхней части профиля (пахотного или постагрогенного горизонтов) и резкое увеличение их содержания в срединном горизонте без образования выраженного максимума относительно почвообразующей породы. Обедненность верхней части профиля этих почв вышеупомянутыми фракциями может быть обусловлена их дефляционным выносом при пахотном использовании (Рейнгард, 2009) .

Иной характер распределения ила и ФГ имеет почва под лесополосой (р. 143). В профиле выражено два максимума их содержания: один в гумусовом горизонте, другой – в аккумулятивно-карбонатном. На наш взгляд, верхний максимум ила и ФГ обусловлен эоловой аккумуляцией материала, выдуваемого с окружающих пашен, недостаточно защищенных лесополосами. А второй максимум, возможно, связан с перераспределением этих фракций под влиянием дополнительного поверхностного увлажнения, характерного для лесополос. Проявление глинисто-иллювиального процесса в почвах под лесополосами установлено, например, для Среднерусской возвышенности (Смирнова и др., 2020) и Алтайского края (Беховых, 2018). Все почвы имеют сходное содержание ила глубже 60 см в срединных горизонтах и почвообразующей породе, где оно составляет 30–40%. По сравнению с остальными почвами залежная почва содержит меньше ФГ во всем профиле, что обусловлено естественной пространственной гетерогенностью гранулометрического состава почвообразующих пород (Волков, 1965). При этом с глубины 40 см залежная почва тяжелосуглинистая, как и остальные почвы, а в верхней части профиля (AU+AB) – среднесуглинистая.

Рис. 3. Содержание ила (сплошная линия) и физической глины (пунктирная) в почвах Ишимской степи. Цифрами в легенде здесь и далее обозначены номера разрезов, название почв приведено в таблице 2. Fig. 3. The content of silt (solid line) and physical clay (dotted line) in the soils of the Ishim steppe. The numbers in the legend here and further indicate the numbers of sections, the name of the soils is given in Table 2.

Карбонатный профиль

Для морфогенетической характеристики черноземов и их агрогенно трансформированных аналогов важным показателем является карбонатный профиль (КП), который подразделяют на различные зоны (Лебедева, Овечкин, 2003; Лебедева, 2011; Щег лов, 2003 и пр.). Для характеристики КП почв Ишимской степи мы использовали зонирование, предложенное А.А. Сеньковым (2004) , в соответствии с которым выделяют зону выщелачивания, иллювиально-аккумулятивную зону и зону автохтонных карбонатов почвообразующей породы (или литогенных карбонатов).

Зона выщелачивания карбонатов в изученных почвах отличается как по их содержанию, так и по мощности (рис. 4). Почвы нормального увлажнения – чернозем под залежью (р. 150) и агро-зем дисперсно-карбонатный (р. 7) – сходны по ее размерам. Агро-зем дисперсно-карбонатный (р. 7) вскипает от 10%-ной НС1 с поверхности, что свидетельствует о присутствии в зоне выщелачивания остаточных карбонатов (около 4%) (рис. 4), остальные почвы не вскипают в этой зоне и не содержат остаточных карбонатов. Самую мощную зону выщелачивания (80 см) имеет агрозем глинисто-иллювиальный (р. 8), расположенный в микрозападине. В почве под лесополосой (р. 143) мощность зоны выщелачивания больше, чем в почвах нормального увлажнения (рр. 7 и 150), и составляет 50 см. В зоне выщелачивания разреза 7 содержатся остаточные карбонаты (около 4%), в других почвах – 1–2%.

Таким образом, мощность зоны выщелачивания карбонатов плакорных почв Ишимской степи зависит от характера поверхностного увлажнения: при нормальном увлажнении она составляет 35–40 см, при дополнительном (снеготалыми водами в почвах микрозападин и лесополос) – она увеличивается до 50–80 см. В почвах лесополосы возможно также дополнительное влияние древесной растительности на этот параметр (Беховых, 2018; Смирно ва и др., 2020) .

Наиболее резкие различия КП плакорных почв Ишимской степи характерны для иллювиально-аккумулятивной зоны (ИАЗ). При нарастании поверхностного увлажнения ее мощность увеличивается, она становится более растянутой, верхняя граница углубляется (рис. 4; рр. 8, 143).

Содержание, %

Рис. 4. Профильное распределение карбонатов (сплошная линия) и гипса (пунктирная линия) в почвах Ишимской степи.

Fig. 4. Profile distribution of carbonates (solid line) and gypsum (dotted line) in soils of the Ishim steppe.

Содержание карбонатов здесь варьируется от 12 до 19%. Залежная почва (р. 150) несколько отличается по характеру ИАЗ: несмотря на нормальное увлажнение, она растянута (до 1 м) и содержание карбонатов в ней ниже (11–14%). По нашему мнению, это обусловлено более легким гранулометрическим составом (меньшее содержание ФГ) и пространственной неоднородностью условий выщелачивания карбонатов на территории Ишимской степи. В то же время для всех изученных почв характерна резко выраженная верхняя граница этой зоны. В зоне литогенных карбонатов содержание их постоянно и составляет 8–10% (рис. 4). Глубина верхней границы этой зоны зависит от характера увлажнения: в почве микрозападины (р. 8) при дополнительном поверх- ностном увлажнении она составляет 220 см, при нормальном увлажнении – 150–180 см.

Гипсовый профиль

Характерной особенностью черноземов Ишимской степи и их агрогенных аналогов является наличие в профиле хорошо выраженного морфологически гипсового горизонта, в то время как почвообразующая порода гипса не содержит (Черноземы, 1988; Сеньков, 2004) . В изученных нами почвах он также был обнаружен (табл. 2), а аналитические данные показали некоторые особенности их гипсового профиля. Ближе всего к поверхности расположен гипсовый горизонт в агроземе дисперсно-карбонатном (р. 7). Аналитически гипс обнаруживается уже в слое 50–80 см при его содержании здесь 1.6–1.8%, в то время как морфологически новообразования гипса в этом слое не выражены. В горизонте, где зафиксированы морфологически оформленные стяжения мелкокристаллического гипса, содержание его максимально, достигает 7.0% и постепенно уменьшается с глубиной (рис. 4). Мощность слоя, где аналитически обнаруживается гипс в этой почве, составляет 150 см, а мощность горизонта с морфологически выраженными новообразованиями гипса – 40 см (от 90 до 130 см) (табл. 2). Так как ранее в этой почве фиксировались хорошо выраженные морфологически новообразования кристаллического гипса (Черноземы…, 1988) , которые в 2019 г. мы не обнаружили, можно предположить, что произошла трансформация гипсовых новообразований и гипсового профиля в целом. Это обусловлено перераспределением гипса в результате изменения типа использования (превращение целины в пашню) и, как следствие, усиления промачивания профиля. В связи с большей растворимостью гипса по сравнению с карбонатами, возможна относительно быстрая (десятки лет) трансформация его мелкокристаллических новообразований в мучнистые, а также перераспределение по профилю в связи с изменением характера атмосферного увлажнения, что отмечалось, например, в солонцах (Любимова, 2018) .

Резко выраженная верхняя граница гипсового горизонта и максимальное содержание в нем гипса характерны для почвы лесополосы (р. 143): в слое 80–100 см оно составляет 0.3%, в слое

100–130 см – 9.2%, и уменьшается вниз по профилю (рис. 4). Границы слоя, где гипс фиксируется аналитически (100–140 см), совпадают с границами, выделенными морфологически по его новообразованиям. Слабее всего аккумуляция гипса выражена в залежной почве (р. 150): новообразования обнаружены на глубине 120–160 см, содержание его здесь составляет 2.1–3.4%. В почве микрозападины (р. 8) гипсовый горизонт не обнаружен во всей зоне аэрации до грунтовых вод из-за влияния дополнительного поверхностного увлажнения, которое препятствует аккумуляции гипса.

Мы разделяем точку зрения (Сеньков, 2004) , что гипс в почвах Ишимской степи является педогенным новообразованием, результатом галогенеза степных почв, который включает аэральное поступление солей, их миграцию по профилю, метаморфизацию почвенных растворов, образование и осаждение гипса. Возможность гипсообразования в результате обменных реакций кальция почвенного поглощающего комплекса с сульфатно-натриевыми растворами обоснована и другими авторами (Ямнова, Панкова, 2013; Yamnova, 2016) . В настоящее время гипотеза атмогенно-педогенного происхождения гипса в почвах аридных регионов не получила широкого признания, и зачастую происхождение гипса в степных черноземах трактуется как реликтовое гидрогенное (Безуглова и др., 2019) , что возможно с учетом локальных условий. Однако в черноземах Ишимской степи и их агрогенных аналогах гипс является педогенным, хотя на современном этапе, возможно, происходит процесс его перераспределения в связи со сменой типа использования и превращения целины в пашню, что ранее фиксировалось для других почв (Любимова, 2018) .

Физико-химические свойства

Агрозем темный дисперсно-карбонатный характеризуется слабощелочной и щелочной реакцией среды по всему профилю в связи карбонатностью горизонтов (табл. 4). Остальные почвы имеют в верхней части профиля бескарбонатную зону со слабокислой и нейтральной реакцией среды (табл. 4).

В зоне выщелачивания почвы имеют типичный для черноземов состав обменных оснований со значительным преобладани- ем кальция (табл. 4), на долю которого приходится 70–80% от суммы обменных катионов. Доля обменного магния составляет 15–20%, доля обменного натрия – 1–2%. Максимальное содержание обменного калия приурочено к гумусовым горизонтам и составляет 5–8% от суммы катионов. Ниже гумусового горизонта доля калия уменьшается до 1–2%. Такое профильное распределение обменного калия в изученных почвах свидетельствует о его биогенной аккумуляции. Вниз по профилю, в зоне скопления карбонатов происходит увеличение содержания обменных магния и натрия в ППК (табл. 4). При этом возрастание количества магния начинается выше карбонатного максимума, натрия – несколько ниже. Одновременно с глубиной уменьшается содержание обменного кальция и его доля от суммы обменных оснований. В гумусовом горизонте почвы под лесополосой (р. 143) доля обменного кальция ниже, чем в остальных почвах, что, возможно, связано с влиянием древесной растительности (Беляев, 2007; Смирнова и др., 2020).

Солевой профиль

Одной из характерных черт плакорных почв Ишимской степи является их засоленность в глубоких горизонтах профиля (Сеньков, 2004) . Эта особенность подтверждена результатами наших исследований. Засоленность почв характеризуются определенным разнообразием распределения водораствормимых солей по профилю.

Верхняя часть профиля (темногумусовый и агротемногуму-совый горизонты) всех изученных почв не засолена (рис. 5). Три из четырех изученных почв свободны от водорастворимых солей в слое 0–100 см. Слабое засоление начинается глубже 100 см, оно хорошо фиксируется аналитически, но не выражено морфологически. В агроземе на микроповышении (рис. 5, р. 7) засоление средней степени начинается с глубины 50 см и постепенно увеличивается до максимума в слое 110–120 см.

Таблица 4. Химические и физико-химические свойства почв Ишимской степи Table 4. Chemical and physico-chemical properties of the soils of the Ishim steppe

Горизонт	Глубина, см	рН Н2О	УЭП, дCм/ м	Обменные основания					с орг , %	N общ , %	С/N
				Са2+	Mg2+	Na+	K+	Сумма, ммоль(+)/ 100 г почвы
				% от суммы
Разрез 7. Агрозем темный дисперсно-карбонатный гипссодержащий засоленный
PU'	0-12	8.02	0.28	73	20	3	4	30.6	2.22	0.23	9.7
PU''	12-24	7.83	0.19	80	14	1	6	30.2	2.15	0.24	8.9
ABlc,s,yu	30-40	8.08	1.22	49	42	5	5	28.4	1.42	0.19	7.4
BCAdc,s,yu	50-60	8.07	2.65	42	47	5	5	24.7	0.99	0.13	7.9
	70-80	8.22	2.37	33	53	6	7	21.1	0.68	0.09	7.6
Bcs,s	110-120	8.06	3.42	36	50	7	8	21.4	0.52	0.07	15.8
BCca,s	140-150	8.00	3.09	37	48	7	8	20.7	0.41	Н.о.	-
Cca,s	160-170	7.87	3.12	36	49	7	8	21.9	0.48	Н.о.	-
	190-200	7.88	2.15	37	49	7	8	21.9	0.35	Н.о.	-
Разрез 8. Агрозем темный глинисто-иллювиальный
PU'	0-14	6.47	0.11	76	18	1	6	30.4	3.85	0.35	11.0
PU''	14-24	6.51	0.10	78	18	1	4	31.9	3.41	0.32	10.7
BIyu	30-40	6.47	0.07	67	26	3	4	23.4	1.70	0.16	10.4
	60-70	7.22	0.11	57	34	6	3	23.3	0.64	0.10	6.6
BCAdc	80-90	8.36	0.33	52	38	7	3	22.7	0.31	Н.о.	-
	100-110	8.39	0.51	47	41	10	2	21.1	0.32	Н.о.	-
ВCca	130-140	8.43	0.65	41	47	10	3	17.5	0.15	Н.о.	-

Продолжение таблицы 4

Table 4 continued

Горизонт	Глубина, см	рН Н2О	УЭП, дCм/ м	Обменные основания					с орг , %	N общ , %	С/N
				Са2+	Mg2+	Na+	K+	Сумма ммоль(+)/ 100 г почвы
				% от суммы
ВCca,q	170-180	8.37	0.73	36	51	11	2	19.5	0.13	Н.о.	-
Cca,q	190-200	8.32	0.12	37	51	10	2	20.2	0.12	Н.о.	-
Разрез 143. Чернозем дисперсно-карбонатный гипссодержащий засоленный темноязыковатый постагрогенный
AUao	0-5	7,02	0.24	65	28	6	2	31.9	13.45	0.31	11.0
AUpa	5-15	6.56	0.10	66	26	6	2	27.4	2.73	0.28	9.9
	15-25	6.32	0.65	70	21	8	2	28.8	2.33	0.23	10.3
AU	25-35	6.52	0.70	68	22	7	2	30.9	2.27	0.22	10.2
AByu	38-48	7.11	0.12	65	25	0	10	33.7	1.26	0.17	7.3
BCAdc,yu	65-75	7.92	0.18	57	36	0	7	29.6	1.00	0.11	9.4
	85-95	8.15	0.20	49	44	1	6	25.9	0.29	Н.о.	-
Bcs,s	110-120	7.65	1.72	70	24	1	5	25.0	0.12	Н.о.	-
BCca,s	130-140	7.68	1.48	67	28	1	4	19.6	0.25	Н.о.	-

Продолжение таблицы 4

Table 4 continued

Горизонт	Глубина, см	рН Н2О	УЭП, дCм/ м	Обменные основания					с орг , %	N общ , %	С/N
				Са2+	Mg2+	Na+	K+	Сумма ммоль(+)/ 100 г почвы
				% от суммы
Разрез 150. Чернозем дисперсно-карбонатный засоленный гипссодержащий темноязыковатый постагрогенный
AUrz	0-3	6.61	0.10	74	21	0	5	26.2	4.00	0.46	8.7
AUpa	3-8	6.48	0.13	78	18	1	4	28.3	3.56	0.30	11.9
	8-18	6.80	0.12	79	16	1	3	29.8	3.50	0.30	11.7
AByu	22-32	7.94	0.10	78	18	1	3	28.1	1.53	0.20	7.6
BCAdc,yu	40-50	8.27	0.14	75	22	1	2	23.5	0.72	0.11	6.6
	60-70	8.38	0.13	68	28	2	2	27.2	0.40	Н.о.	-
	80-90	8.39	0.18	63	31	4	1	30.0	0.24	Н.о.	-
BCAdc,yu,s	108-118	8.22	0.25	36	46	16	2	26.6	0.22	Н.о.	-
Bcs,s	130-140	8.15	0.48	34	46	18	2	22.1	0.17	Н.о.	-
Cca,s	170-180	8.20	0.50	35	45	18	2	23.0	0.15	Н.о.	-

Примечание. Н.о. – не определяли. Note. Н.о. – a parameter was not investigated.

Почвы нормального увлажнения (чернозем под залежью и агрозем темный дисперсно-карбонатный на микроповышении) сходны по составу аккумулирующихся ионов: это катионы натрия и сульфат- и хлорид-анионы (рис. 5, р. 7 и р. 150). При этом в аг-роземе (р. 7) в зоне аккумуляции солей на глубине 60–90 см преобладает хлорид-анион, в слое 100–200 см – сульфат-анион. В черноземе (р. 150) зона солевой аккумуляции расположена значительно глубже, в слое 130–180 см, а преобладающими являются хлорид-анионы. Надо отметить, что чернозем под залежью имеет более легкий гранулометрический состав, чем агрозем на микроповышении (рис. 3). Учитывая ранее установленное влияние гранулометрического состава на солевой профиль ишимских почв (Сеньков, 2004) , выявленные различия между почвами по глубине залегания солевых аккумуляций и профильному их распределению обусловлены этим фактором.

Таким образом, плакорные почвы Ишимской степи имеют солевые аккумуляции на различной глубине, в зависимости от характера увлажнения и гранулометрического состава. Установлены также различия типа и степени засоления почв, обусловленные теми же факторами. Влияние типа использования почв на их солевой профиль требует дальнейших специальных исследований.

Особенности классификационного статуса плакорных почв Ишимской степи в системе WRB (2015)

Региональные особенности педогенеза плакорных почв Ишимской степи хорошо отражаются при классификации по WRB (IUSS…, 2015) . Темногумусовый и агротемногумусовый горизонты почти по всем параметрам (окраска, содержание С орг , насыщенность основаниями, оструктуренность) соответствуют критериям горизонта Chernic (IUSS…, 2015) , являющегося диагностическим для Chernozems. Однако ограничение его мощности (≥ 25 см) показывает, что изученные почвы Ишимской степи соответствуют лишь минимальному значению этого критерия, а старозалежная почва (р. 150) не соответствует даже горизонту Mollic (≥ 20 см). В результате она была отнесена нами к группе Calcisol.

Рис. 5. Солевые профили почв Ишимской степи (по результатам анализа водной вытяжки из почв). Условные обозначения: Sобщ – общая сумма солей, Sтокс – сумма токсичных солей.

Fig. 5. Distribution of water-soluble salts (cations and anions) in the soils of the Ishim steppe (according to the results of the analysis of water extract from soils). Legend: Sобщ – total sum of salts; Sтокс – sum toxic salts.

Классификация WRB также хорошо отображает такие региональные особенности почв Ишимской степи как: невысокое содержание карбонатов (Hypocalcic), гипсосодержание (Gypsic), образование глубоких языков-трещин (Tonguichernic, Tonguimollic). Однако глубинная засоленность слабой и средней степени по оценке КПР не соответствует критериям Salic по WRB (IUSS…, 2015), что отмечалось и ранее (Smolentseva, 2011). Также глубинный гидроморфизм, диагностированный в трех почвах (табл. 2) в виде пятен оржавления и оглеения, проявляется недостаточно ин- тенсивно для использования квалификатора Gleyic (IUSS…, 2015). Таким образом, диагностические критерии КПР (Классификация и диагностика…, 2004; Полевой определитель…, 2008) позволяют более адекватно отразить особенности педогенеза плакорных почв Ишимской степи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что плакорные почвы Ишимской степи имеют ряд морфологических и химических особенностей, являющихся отражением специфики их педогенеза под влиянием современной динамики среды, в том числе антропогенного фактора.

Массовая распашка привела к качественным субстантивным изменениям в плакорных почвах и замене черноземов на агрозе-мы, которые в настоящее время преобладают на территории Ишимской степи. В агроземах особенности технологической обработки – поверхностной плоскорезной вспашки – на современном этапе привели к разделению типодиагностического агротем-ногумусового горизонта на два подгоризонта и его вертикальной дифференциации по плотности, структуре и содержанию С орг . Региональной морфогенетической особенностью всех плакорных почв Ишимской степи является темная языковатость (yu) и соответствующие модификации карбонатно-аккумулятивного BCAdc,yu и глинисто-иллювиального BIyu горизонтов, что отражается на классификационном статусе почв выделением темно-языковатого подтипа.

Организация полезащитных лесонасаждений в Ишимской степи привела к выводу из пашни части агрогенных почв и к их постагрогенной трансформации в течение 45–50 лет. За этот период произошло превращение агротемногумусового горизонта в темногумусовый с постагрогенными признаками и формирование в верхней его части подгоризонта AUao c признаками грубогуму-сированности, что не свойственно степным почвам. Накопление снега в лесополосах и появление дополнительного поверхностного увлажнения за счет снеготалых вод способствовали углублению верхней границы карбонатного и гипсового горизонтов в профиле почв лесополос. Встречаются также залежные участки, выведен- ные ранее из пашни, на которых произошло восстановление зональной степной растительности, формирование дернового горизонта, изменение структуры горизонта PU и превращение его в горизонт AU, что свидетельствует о восстановлении почвы до состояния, близкого к целинному.

Дополнительное поверхностное увлажнение в почвах микропонижений вызывает глубокое, по сравнению с почвами нормального увлажнения, выщелачивание карбонатов, формирование глинисто-иллювиального горизонта в бескарбонатной зоне и препятствует образованию гипсового горизонта. Повышение уровня грунтовых вод на современном этапе, которое проявляется особенно заметно в микропонижениях и под полезащитными лесонасаждениями, обусловливает неогидромофизм плакорных почв и формирование квазиглееватых подтипов почв.

Изучение гумусного состояния почв Ишимской степи при различном типе использования показало, что как пахотные, так и постагрогенные почвы характеризуются резко убывающим распределением гумуса по профилю. Это является региональной спецификой степных черноземов Западной Сибири и их агрогенных аналогов и обусловлено особенностями гидротермического режима почв черноземной области Западной Сибири. Он отражается, прежде всего, на количественных параметрах гумусонакопления, определяет специфику профильного распределения гумуса и его запасов. Запас гумуса в слое 0–100 см зависит от дополнительного увлажнения: чем оно больше, тем он выше. Прекращение пахотного режима и постагрогенная трансформация плакорных почв также меняют их гумусное состояние: увеличиваются запасы гумуса и общего азота, особенно в слое 0–20 см, и обогащенность гумуса азотом.

Установлено отсутствие стадии агропочв при агрогенной трансформации целинных черноземов Ишимской степи. Причиной данного факта является малая мощность (25–30 см) их темногумусового горизонта. Поэтому при распашке черноземы дис-персно-карбонатные и черноземы глинисто-иллювиальные, минуя стадию агропочв, сразу превращаются в агроземы темные, в отличие от степных черноземов в европейской части России. Таким образом, отсутствие стадии агропочв (агрочерноземов) является региональной спецификой агрогенной трансформации черноземов Ишимской степи.

Глубина верхней границы гипсового горизонта в изученных почвах зависит от характера увлажнения и от гранулометрического состава. Зафиксировано также изменение гипсового профиля в почве нормального увлажнения в связи с изменением типа использования. Таким образом, голоценовый процесс гипсонакопле-ния в плакорных почвах Ишимской степи в настоящее время изменяется под влиянием агрогенной трансформации.

Для агроземов выражены потери ила и физической глины в верхней части профиля (агрогенный и постагрогенный горизонты), вероятно, вследствие дефляции. В почве лесополосы отмечается процесс вторичной аккумуляции этих фракций за счет ветрового привноса, а также увеличение их содержания в средней части профиля, что, возможно, обусловлено тенденцией развития глинисто-иллювиального процесса.

Для всех изученных плакорных почв Ишимской степи характерны солевые аккумуляции различной степени, а солевые горизонты локализуются преимущественно в нижней части профиля. Дополнительное поверхностное увлажнение в почвах микроповышений и лесополос и варьирование гранулометрического состава обусловливает диверсификацию солевых профилей как по расположению зоны аккумуляции водорастворимых солей, так и по их составу.

Полученные результаты свидетельствуют о региональной специфике генетических свойств плакорных почв Ишимской степи, отличающих их от европейских аналогов, а также о влиянии на них агрогенной трансформации, что отражается на морфологии почв, их гумусном состоянии, характере карбонатного и гипсового профиля, процессах галогенеза и разнообразии солевых профилей.