Почвы Каменной степи

1

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биолого-почвенный факультет

Кафедра почвоведения и экологии почв

ОТЧЕТ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ

Выполнил

студент V курса,

группы 133

Лойко С. В.

Научный руководитель

канд. биол. наук, доцент

Герасько Л. И.

Томск - 2006

Оглавление

• Введение
• 1. Условия почвообразования
• 1.1. Географическое
• 1.2. Геологическое строение
• 1.3. Рельеф
• 1.4. Климат
• 1.5. Гидрогеология четвертичных отложений
• 1.6. Современная и реконструированная растительность
• 2. Почвы и почвенный покров
• 2.1. Разнообразие почв
• 2.2. Морфологическое описание основных почвенных типов
• 3. Заключение
• Список использованной литературы
• Приложение. Фотографии ведущих типов почв
• ВВЕДЕНИЕ
• Наши степи прежде и теперь…
• /Докучаев В. В./
• Каменная Степь была выбрана В.В. Докучаевым в качестве одного из трех агроэкологических полигонов, на которых «Особая экспедиция» изучала взаимосвязи компонентов ландшафта, оптимальные соотношения угодий и испытывала приемы борьбы с засухой, эрозией и другими деградационными явлениями, снижающими производительные силы черноземов. Сеть гидрологических скважин и организованная более века назад метеостанция обеспечили длительный ряд наблюдений за уровнем грунтовых вод и погодными условиями. На территории опытного хозяйства проводились регулярные исследования агрохимических и агрофизических свойств почв, состояния лесных насаждений и их влияния на водный и температурный режим черноземов.
• Уникальный опыт рациональной организации территории для ведения сельского хозяйства в степной зоне, огромный объем разностороннего фактического материала, характеризующего состояние почв, естественной и культурной растительности, составили мощный задел для продолжения и развития фундаментальных и прикладных научных исследований Каменной Степи как долговременного многоцелевого ландшафтного стационара Россельхозакадемии.
• Вышеизложенное послужило основанием Отделению земледелия Россельхозакадемии принять постановление (от 14 июля 2005 г.) о разработке Программы научно-исследовательских работ по мониторингу черноземов на агролесоландшафтном стационаре «Каменная Степь» на период 2006-2010 гг. Эта работа поручена Почвенному институту им. В.В. Докучаева совместно с Научно-исследовательским институтом сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева (НИИСХ ЦЧП). Программа работ обсуждена и одобрена на Ученом совете Почвенного института им. В.В. Докучаева и на заседании бюро Отделения земледелия Россельхозакадемии 25 октября 2005 г. Проект включен в тематический план Почвенного института им. В.В. Докучаева как задание по оценке современного проявления процессов деградации почв и почвенного покрова Каменной Степи и разработке рекомендаций по регулированию состояния почв стационара. Часть работ, представленная в виде отдельного проекта, поддержана РФФИ (№ 06-04-08323 офи).
• Свою производственную практику я проходил в составе обозначенной экспедиции, работая коллектором. Целью прохождения практики стояло приобретение навыков работы по изучению СПП, чтобы в последующем их применить при выполнении магистерской работы. Задачами производственной практики на этапе работы в Каменной степи явилось:
• 1) успешное внедрение в коллектив Почвенного института;
• 2) проникновение духом и идеями работы, знакомство с научным наследием стационара Каменной степи»;
• 3) впитывание культуры работы на объектах культурного наследия России (а Каменная степь именно такой объект);
• 4) выполнение поручений, входящих в обязанности коллектора;
• 5) освоение методики работы с нивелиром и GPS;
• 6) освоение на практике методологии выявления СПП в полевых условиях с наибольшим результатом, при наименьших затратах усилий;
• 7) дальнейшая проработка полученных навыков, чтобы в последующем можно было применить их для выполнения магистерской работы.
• Каменностепский этап практики проходил под руководством замечательного человека и ученого д.с.-х.н. Хитрова Н. Б..
• 1. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
• 1.1. Географическое положение
• Расположена Каменная степь на юго-востоке Воронежской области, на водоразделе рек Битюга и Хопра - левых притоков Дона (Рисунок 1). Различают Каменную степь в широком и узком смыслах. В широком смысле - это весь водораздел между реками Чиглой, впадающей в Битюг, и Еланью, принадлежащей бассейну Хопра и Сухой Чиголкой, где по логам обнажается мергелисто-песчаниковый конгломерат. В узком смысле под Каменной степью понимают степи к югу от станции Таловой на водоразделе рек Таловая - Н. Чигла (Чиголка). Также под Каменной степью понимают преобразованные человеком земли НИИ Сельского хозяйства Центрально-Чернозёмной полосы им. В.В. Докучаева.
• Рисунок 1 - Каменная степь на карте Воронежской области
• Происхождение названия Каменной степи связывают с каменными валунами, которые были разбросаны на поверхности целинной степи. Территория Каменной степи, занимаемая институтом, невелика, площадь ее составляет всего 6205 га. От поселка городского типа Таловая он тянется на юг на 12,8 км, а с запада на восток расстояние достигает 7,8 км. Асфальтированная дорога связывает Каменную степь с Воронежем через Таловую - Анна. От главной усадьбы института до Таловой 12 км, до г. Воронежа - 162 км, через поселок Таловую проходит железная дорога Лиски - Поворино.
• Для познания природы Каменной степи большое значение имеет ее положение на границе двух физико-географических провинций. Именно здесь, по территории Каменной степи проходит важный зонально-провинциальный рубеж, разделяющий Битюго-Хоперский район лесостепной провинции Окско-Донской низменности и Калачский овражно-балочный район лесостепной провинции Среднерусской возвышенности; небольшая территория Каменной степи лежит на границе двух географических подзон - типичной и южной лесостепной, ботаники же проводят здесь границу между разнотравно-луговыми и злаковыми (ковыльными) степями (Мильков Ф. Н., 1971).
• 1.2. Геологическое строение
• Девон
• Позднее девонские отложения были вскрыты буровыми скважинами в непосредственной близости к Каменной степи в долине реки Сухой Чиглы и в районе станции Таловой на абсолютных отметках 61- 47 м. По А. А. Дубянскому А. А. (1927), девонские отложения здесь представлены типичными лагунными осадками верхнего девона, серовато-зеленоватыми сланцевыми глинами, не вскипающими с соляной кислотой имеют мощность 10,5 м.
• На территории Каменной степи девон не вскрыт.
• Мел
• Отложения меловой системы района каменной степи описывают Н. М. Сибирцев и К. Д. Глинка (1894), но они касаются лишь самой верхней части их, представленной белым мелом и выступающей в берегах балки Таловой, реки Чиглы и в других пунктах.
• По данным А. А. Дубянского (1927), породы меловой системы лежат непосредственно на девонских отложениях, что указывает на большой перерыв в осадконакоплении с середины палеозоя до начала мелового периода, соответствующий континентальным условиям, с преобладанием процессов размыва.
• Отложения нижнего отдела меловой системы распадаются на аптский и альбский ярусы. Аптский ярус (по данным скважины в районе станции Таловая) сложен серыми, темно-серыми и черными глинами, иногда с прослоями песчаника. Слой песчаника, встреченный у самого основания, отделяет этот ярус от девонских отложений. Альбский ярус сложен песками: вверху - мелкозернистыми, зеленовато-серыми от присутствия в них глауконита, ниже - желто-бурыми и серыми, местами с гравием и обломками кремния.
• В юго-западной части описываемой территории в низовьях балки Озерки и в долине реки Чиглы, а также северо-востоке в нижней части балки Таловой, все коренные породы над нижнемеловыми отложениями размыты, поэтому здесь выходят непосредственно под четвертичные отложения, в значительной части срезающие их.
• Верхнемеловые отложения представлены сеноманским, эмшер-туронским ярусом и сантонским ярусами. Основание верхнемеловой толщи составляют сеноманские пески, мелкозернистые, несколько глинистые, зеленовато-серые и бурые. Кверху они становятся мергелистыми. Выше залегает мощная толща меловых пород.
• Эмшер-туронский ярус представлен белым (пишущим) мелом. Общая мощность его достигает 23-24 м.
• Сантонский ярус представлен серыми мергелями, мощностью всего 4 м. Верхняя часть меловых отложений составляет белый, слегка желтоватый, плотный (трещиноватый) мел.
• Палеоген
• Непосредственно на меловых отложениях залегают породы палеогена, прикрытые неогеновыми красноцветными глинами и песками.
• А. А. Дубянский среди палеогеновых отложений выделил бучакские пески, харьковские глины и неогеновые породы в кровле их.
• Бучакский ярус составляют пески зеленовато-серые, глауконитовые, мелкозернистые, с прослоями песчаника. Выходы этих песков на дневную поверхность наблюдаются в обнажениях и в карьере на левом склоне балки Таловой. Бучакский ярус выделяется сплошным массивом на водоразделе балки Озерки и Таловой.
• Верхнюю часть палеогена составляют глины харьковского яруса. Они светло-зеленовато-серые, плотные, редко с зернами глауконита, листочками слюды и многочисленными выделениями гидроксидов железа, в нижней части опесчаненные.
• Неоген
• Неоген представлен в Каменной степи красноцветными породами. Эти породы являются элювием более древних коренных отложений, залегающих на неровной поверхности древнего рельефа. Литологический состав красноцветных отложений зависит от исходного материала. На глинах харьковского яруса формировались кирпично-красные глины, плотные, иловатый, содержащие известковистые конкреции, железисто-марганцевые стяжения, иногда гипс. На более низких отметках, где залегают породы бучакского яруса, красноцветные породы представлены песками, как это видно в карьере кирпичного завода на левом склоне балки Таловой. Мощность красноцветной толщи в пределах 2-3 м.
• Много красноцветных глин и песков наблюдается во вторичном залегании в морене в виде глыб и кусков, прослоек различной мощности в смеси с другими породами морены.
• Четвертичный период
• Четвертичные отложения на исследуемой территории распространены повсеместно. Лишь в немногих обнажениях балки Таловой и балки Озерки просвечивают коренные породы верхнемелового и третичного возрастов. По генетическим признакам выделяются следующие основные типы отложений: аллювиально-озерные, связанные с древними и современными эрозионными долинами и другими неровностями рельефа, ледниковые эпохи, моренные эпох максимального оледенения, встречающиеся на самых различных отметках, делювиально-солифлюкционные древних и современных склонов, элювиальные, представленные главным образом почвами, в том числе погребенными.
• Доледниковые и предледниковые отложения
• Доледниковые (нижнечетвертичные) и предледниковые (среднечетвертичные) отложения в районе в районе Каменной степи приурочены к древним эрозионным ложбинам, омывавшим и расчленявшим северные склоны Калачской возвышенности.
• В пределах древних долин флювиогляциальные отложения с эрратическими валунами и залегающими поверх них аллювиально-озерными отложениями вскрываются под моренами. Мощность этих толщ возрастает к северу. На востоке в балке Таловой таких отложений не обнаружено. (Дубянский, 1927; Басов, Грищенко, 1963).
• Ледниковые отложения
• Материалы по характеристике четвертичных отложений позволяют выделить здесь два типа морены, существенно отличающиеся друг от друга по условиям залегания и литологическому составу: морену водораздельных участков и морену, выполняющую древние долины.
• Морена водораздельных участков имеет мощность слоя не более 10 м. Она представлена суглинками, глинами, реже супесями бурого, зеленовато-бурого, красно-бурого, а иногда кирпично-красного цвета. Эта морена содержит валуны северных кристаллических пород диаметром до 0,5 м. А. А. Дубянский намечал некоторую ярусность морены водораздельных участков. В верхней части она представлена зеленовато-серыми глинами, в средней - красно-бурыми и кирпично-красными глинами, а в нижней содержит большое количество валунов, в том числе местных пород. К востоку, в сторону балки Таловой, морена выклинивается или прорезается этой балкой, вновь появляясь на правобережье.
• По направлению же к западу и юго-западу в бассейне балки Озерки морена сильно погружается, уходит на низкие отметки, выполняя древнюю долину. Особенностью этой морены большая мощность (до и более 50 м), связь с глубокими древними долинами, сложный состав и строение иногда с ясной ярусностью, серый и зеленовато-серый цвет нижних горизонтов, сближающих ее с аллювиально-озерными отложениями, и небольшое содержание мелких валунов плотных пород наряду с крупными глыбами и линзами песка.
• Поверхность морены является водоупором основного водоносного горизонта и определяет направление потоков грунтовой воды. Основное направление этих потоков должно идти к западу, северо-западу, в сторону балки Озерки, и к востоку, юго-востоку, в сторону балки Таловой.
• Покровные суглинки
• Покровные суглинки слоем неравномерной мощности залегают на водораздельных участках описываемой территории, а в бассейне балки Озерки вместе с погружающейся мореной они спускаются и на более низкие отметки, сохраняя здесь нормальное ярусное строение. Погружение суглинков на более низкие отметки в сторону балки Таловой не установлено.
• В разрезе толщи покровных суглинков достаточно четко выделяются три горизонта. Непосредственно над мореной залегают суглинки и глины темно-бурые, бурые, красновато-бурые, иногда зеленовато-серые или серые. Они плотные, иловатые, часто известковистые, с плотными конкрециями углекислого кальция или порошковатыми выделениями его по трещинам, особенно обильными в нижней части.
• В верхней части суглинки более темно окрашенные, возможно гумусированные, причем этот слой, иногда сопровождается карбонатным горизонтом, свидетельствующим о почвообразовательных процессах на их поверхности. Близкая связь этих суглинков с мореной подтверждается наличием мелких валунчиков или обломков изверженных пород.
• Средний горизонт составляют светло-бурые, белесые или палевые суглинки, пористые, известковистые, пронизанные лжемицелиями, характерного лёссовидного облика, отличающиеся от типичного лёсса лишь большей плотностью и некоторой иловатостью.
• На поверхности этого суглинка намечается прослойка гумусированного суглинка с явными признаками почвообразования, выделенная нами как погребенная почва. Помимо темной окраски от гумуса, эта прослойка сопровождается карбонатным горизонтом, а иногда и древними кротовинами.
• Верхнюю часть разреза покровных суглинков составляют бурые или темно-бурые суглинки, плотные, иногда иловатые или оглеенные, почти всегда известковистые, часто с примазками марганцовистых соединений, всегда перекрытые кротовинами, достигающими большой глубины. Часто эти суглинки бывают разбиты морозобойными трещинами или трещинами усыхания. На поверхности их сформировался современный почвенный покров.
• Покровные суглинки водоразделов и более низких участков имеют сходное строение, что может служить основанием для вывода об одновременности этих отложений на всей описываемой территории.
• Наиболее распространенными являются коричневые надморенные суглинки. Они всюду сопровождают морену и выпадают в разрезе лишь в тех случаях, когда бывают смыты эрозионными процессами более позднего времени.
• В генётическом отношении описанные коричневые суглинки представляют собой первые водные осадки, накопившиеся на поверхности морены после ухода ледника в пределах озер, приуроченных к неровностям послеледникового рельефа. Материалом для их образования служили ледниковая муть, содержащаяся в воде после таяния ледника, и продукты перемывания морены на водоразделах и прилегающих склонах.
• Лёссовидные суглинки менее распространены. Мощность их колеблется от 1 до 2 м, увеличиваясь до 3 м на участках с более высокими отметками, особенно в северо-восточной и юго-западной частях района. В пониженных участках мощность суглинков не велика. По особенностям строения литологического состава с большим основанием можно допускать водное озерно-аллювиальное происхождение их, как и коричневых суглинков, с последующим облёссовыванием их в процессе выветривания, возможно также с участием почвообразовательных процессов при формировании того почвенного горизонта, который сопровождает эти суглинки.
• Верхнечетвертичные отложения
• На склонах крупных балок развиты делювиальные суглинки, которые неравномерной мощности шлейфом прикрывают коренные породы и более древние четвертичные отложения, включая морены и покровные суглинки. За счет морены и покровных суглинков они и образовались. Гранулометрический состав их вполне соответствует такому представлению о генезисе этих суглинков; они несколько грубее лёссовидных и коричневых суглинков. Делювиальные суглинки иногда выстилают ложе древних балок, примыкая к балочным террасам или вклиниваясь в них.
• Террасы и пойма балок
• В современных крупных балках очень часто встречаются аллювиально-делювиальные отложения разного возраста, образующие надпойменные террасы и пойму.
• По геоморфологическим признакам в основных балках можно наметить две надпойменные террасы. Более четко выделяются первая надпойменная терраса высотой 3-5 м. Вторая надпойменная терраса сохранилась в руслах лишь обрывками и в значительной мере замаскирована делювиальными суглинками, снивелировавшими уступ к ней о приводораздельного склона.
• Последнюю, наиболее молодую свиту четвертичных осадков Каменной степи составляют пойменные отложения голоцена, выстилающие дно современных балок. Они представлены темноокрашенными глинами, суглинками, супесями, то неслоистыми, однородными, то содержащими прослои песка. В верхней части балок основную массу этих отложений составляет намытый чернозем, в средней же и нижней частях значительная часть пойменных отложений представлена аллювиально-озерными глинами и суглинками серыми и темно-серыми или зеленовато-серыми, обычно известковыми, редко обогащенными песком (преимущественно отложения стариц). На участках балок, занятых прудами, строение поймы еще более сложное в связи с участием в разрезах осадков, накопившихся в пределах прудов (Басов, Грищенко, 1963).
• 1.3. Рельеф
• Первое обстоятельное описание рельефа территории Каменной степи принадлежит Н. М. Сибирцеву и К. Д. Глинке (1894).
• Каменная степь расположена на северных склонах Калачской возвышенности, на водоразделе балок Таловой и Озерки, впадающих в речку Чиглу, левый приток Битюга и Дона.
• Поверхность этой территории поднимается до 195--197 м абсолютной отметки, что дает 118--120 м превышения над уровнем Дона на западе и Хопра на востоке. Над уровнем ближайшей реки Чиглы поверхность возвышается до 90 м. Если учесть, что большая часть территории лежит на отметках 180--185 м, то это превышение будет значительно меньше.
• Общий уклон поверхности описываемой территории имеет западно-северо-западное направление. Однако хорошо развитая овражно-балочная система усложняет ориентировку ее, обеспечивая для значительной площади северо-восточную и юго-западную экспозиции.
• Почти вся территория стационара принадлежит бассейну балки Озерки, впадающей справа в реку Чиглу, с общим направлением стока к северо-западу и западу. Бассейну балки Таловой, проходящей восточнее, принадлежит около 10% всей площади с уклоном поверхности ее в восточном -- юго-восточном направлении.
• При абсолютной отметке тальвега в балке Таловой у поселка Львов около 135 м максимальная разность отметок, или энергия рельефа, на этом участке достигает 60 м, что дает средний уклон около 0,024. В балке Озерки эта разность равна всего 30 м. При той же длине тальвега ее от вершины до пруда №11 у границы стационара средний уклон будет равен всего 0,012. Еще меньший средний уклон (0,007) наблюдается в пределах всего бассейна балки Озерки.
• Вся эрозионная сеть на описываемой территории представлена неглубокими плоскими, ложбинами бассейна балок Таловая и Озерки пологими и одернованными склонами, в отдельных местах поросшими лесом. Еще более выровненной местность кажется в связи с наличием здесь большого количества прудов, особенно в балке Озерки.
• Наиболее четко в рельефе выражена балка Таловая. Если в верхней части эта балка имеет сравнительно пологие склоны, то в средней и нижней частях она представляет собой эрозионную долину с ассиметричными склонами и достаточно четко выраженными террасами: поймой, первой и второй надпойменными террасами. Пойма имеет высоту 1,5-2 м. Первая надпойменная терраса поднимается до 3-5 м, вторая - до 12-15 м, а в местах надстройки ее делювиальными наносами она поднимается до более высоких отметок.
• На территорию лесного оазиса выходит всего несколько балок, впадающих слева в балку Таловую, в том числе балки Хорольская и Южно-Хорольская. Эти балки более плоские по сравнению с основным руслом, имеют пологие и одернованные склоны, иногда поросшие лесом. Эрозионные процессы в них слабо развиты.
• Более сложную эрозионную систему представляет бассейн балки Озерки, верхняя часть которого целиком лежит в пределах описываемой территории. Балка Озерки начинается небольшими, мало выделяющимися в рельефе отвершками, берущими начало на водораздельном плато. Эти отвершки, соединяясь у Рогатого пруда, дают начало собственно балке Озерки, которая, делая несколько крупных излучин, идет на запад до впадения в реку Чиглу близ села Орловки. На всем своем протяжении балка принимает ряд притоков, в том числе наиболее крупные из них: балку Осиновую слева и балку Красную справа. На всем своем протяжении балка Озерки и ее притоки имеют неширокое плоское дно, местами прорезанное современным руслом, пологие одернованные склоны, иногда с четко выражений бровкой.
• 1.4. Климат
• Климат Каменной степи сухой и континентальный, с частыми засухами и суховеями, сейчас ослабленными под воздействием лесных полос. Он характеризуется следующими данными («Преобразование природы в Каменной степи», 1970): средняя температура воздуха самых холодных месяцев - января и февраля соответственно минус 9,4 и 9,7?, средняя температура самого теплого месяца - июля составляет 20,5?; сумма средних суточных температур за период выше 10? равняется 2622?; безморозный период длится 149 дней; годовая сумма осадков 414 мм, при этом абсолютно бездождные периоды продолжительностью 20 и более дней за май - август имеют повторяемость 48%; среднее промерзание почвы - 70 см, в особо суровые зимы - до 145 см; средняя высота снежного покрова достигает 20 см. Интересными представляются данные об изменении увлажнения Каменной степи за последние сто лет. На рисунке 2 представлены данные с метеоплощадки на стационаре по количеству среднегодовых осадков. Построенная линейная линия тренда показывает, что за 100 летний срок произошло увеличение величины осадков почти на 70-80 мм в год.
• Рисунок 2 - Тренд увлажнения Каменной степи с 1894 по 1991 года
• 1.5. Гидрогеология четвертичных отложений
• При закладке системы мелиорации Каменной степи Особой экспедицией, главной задачей явилось накопление воды в ландшафте, обводнение территории в целях борьбы с засухами. Большинство мероприятий было направленно именно на накопление воды в ландшафте. Поэтому в этом свете наиболее интересными являются подземные воды четвертичных отложений.
• Подземные воды в морене
• Б. Н. Семихатов и Н. Н. Лущихин дают подробную характеристику водоносности морены на основании новых материалов проведенного ими бурения и рассматривают морену как самостоятельный водоносный горизонт. П. Ф. Бабкин же считал морену основным водоупором для грунтовых вод, залегающих в надморенных отложениях.
• Последняя оценка морены как водосодержащей породы наиболее близка к действительности. Вследствие разнообразия литологического состава морены отдельные участки ее тощие, опесчаненные или представленные прослоями и линзами песка, а также нарушенные кротовинами или трещинами, насыщаются водой, проникающей через покровные суглинки с поверхности и образующей местное обводнение морены со степенью обводненности от сухой породы через влажную и очень влажную до водоносной Заметный приток воды в морену из коренных водоносов возможен лишь при очень низком залегании ее на уровне сеноман-альбского водоносного горизонта. Обводненные участки морены то соединяются между собой, то изолированы друг от друга плотными и жирными глинами, преобладающими в морене.
• Подземные воды надморенных суглинков
• Вода в покровных суглинках удерживается главным образом на водоупорных разностях морены. Редко на пониженных участках территории водоупором служат неогеновые глины или глины харьковского яруса.
• Основными водосодержащими породами на водораздельных участках являются бурые и темно-бурые или коричневые надморенные суглинки озерно-болотного и делювиально-солифлюкционного происхождения.
• По механическому составу эти суглинки более тонкие, однородные и иловатые, чем морена, являющаяся водоупором для них, поэтому наиболее вероятными путями циркуляции воды в суглинках являются многочисленные широкие трещины, в настоящее время часто выполненные порошковатой углекислой известью, появившейся здесь в результате выпадения ее из раствора в циркулирующей воде. Образование таких трещин могло происходить только в то время, когда эти суглинки залегали непосредственно у поверхности земли, а морозобойные трещины или трещины усыхания проникали на большую глубину.
• В зимнее время при наиболее низком положении грунтовых вод зеркало воды описываемого водоносного горизонта почти не выходит из толщи надморенных отложений. Весной же, с подъемом зеркала воды, водою насыщается и вышележащая толща лёссовидных суглинков, причем лёссовидные суглинки становятся водоносными преимущественно в тех местах, где они заполняют понижения в рельефе поверхности аллювиально-озерных надморенных суглинков, или на пологих склонах древних понижений, где они встречаются в разрезах. Таким образом, лёссовидные суглинки водоносными становятся лишь вследствие подтапливания их снизу при наиболее высоком положении зеркала воды весной в связи с общим подъемом уровня грунтовых вод.
• Пористость лёссовидных суглинков обеспечивает свободную как вертикальную, так и горизонтальную циркуляцию в них грунтовых вод, хотя и замедленную.
• Еще менее обводненными являются суглинки самого верхнего горизонта, залегающие непосредственно под современным горизонтом почвы. Наличие воды в них является редким исключением, при этом вода в них, как и в лёссовидных суглинках, встречается на пониженных участках древнего или современного рельефа в период общего подъема воды весной. Вместе с достаточной пористостью и трещиноватостью суглинки верхнего горизонта сильно перерыты кротовинами, значительно повышающими их водопроницаемость.
• В мае в связи с подъемом уровня воды контуры площадей с различными глубинами существенно меняются. Расширяется площадь с глубиной воды до 2 м в балках Озерки и Селекцентровской. Все склоны балок и водораздельные площади переходят в контуры глубиной от 2 до 6 м. Глубины более 6 м сохраняются в виде трех небольших островков в районе первого участка Института земледелия, в верховьях балки Лесной и на водоразделе Хорольской и Южно-Хорольской балок.
• Таким образом, весной наблюдается значительное обводнение толщи покровных суглинков за счет зимних и весенних осадков с подъемом зеркала воды до 1-1,5 м (Киссис, 1974).
• Питание описываемого водоносного горизонта исключительно местное. Главнейшим источником питания являются вода атмосферных осадков, капельножидкие, поступающие в почву и покровные суглинки непосредственно после их выпадения, и твердые, поступающие в грунты в период таяния их, главным образом весной.
• Небольшие уклоны местности, наличие растительного покрова, особенно лесных полос, а также плотины на балках способствуют поступлению в грунты значительного количества осадков.
• Водопроницаемость почвы и покровных суглинков обусловливается в первую очередь гранулометрическим составом их, обеспечивающим достаточную для циркуляции грунтовой водой первичную пористость.
• Дополнительную проводящую сеть составляют многочисленные поры, главным образом вертикального направления. Образование этих пор в значительной мере связано с развитием корневой системы растения. В пределах лесных полос особая роль в образовании пор принадлежит корневой системе древесной растительности. Полное или частичное заполнение значительной части этих пор, особенно пор мелкого диаметра, порошковатой углекислой известью и железисто-марганцовистыми соединениями, по-видимому, являются результатом циркуляции по ним грунтовых вод.
• Еще большее значение в питании грунтовых вод атмосферными осадками имеют трещины, как современные, периодически возникающие на поверхности земли и проникающие в глубину до 2 м и более, так и трещины, возникшие в породах раньше и удерживающиеся до настоящего времени. Особую роль в циркуляции грунтовых вод, как отмечалось выше, играют трещины в нижнем горизонте покровных суглинков озерно-болотного происхождения, с которым связан первый водоносный горизонт.
• Наконец просачивание воды атмосферных осадков в суглинки происходит через разрыхленную часть породы в кротовинах как современных, так и древних, образующих сложную сеть труб, полостей, каналов, пронизывающих надморенные отложения почти на всю мощность пласта их. Таким образом, гранулометрический состав пород, трещиноватость и пористость их, а также обилие кротовин создают благоприятные условия для питания и циркуляции грунтовых вод в надморенных суглинках (Басов, Грищенко, 1963).
• 1.6. Современная и реконструированная растительность
• Современный растительный покров Каменной степи совершенно не похож на нативный, существовавший до активной преобразовательной деятельности человека. Каменностепский ландшафт называют агролесоландшафтом, чем указывают на ведущие роли агро- и лесных экосистем.
• В Воронежской области распространены южный тип степей, а именно степи ковыльные и типчаковые. Степная флора насчитывает около 300 видов. В состав её входят злаки, бобовые, осоки и представители других семейств. Экологически степная растительность весьма неоднородна, выделяются следующие жизненные формы степных растений: 1) кустарники (бобовник, степная вишня), 2) полукустарники (дрок красильный, полынок), 3) полукустарнички (чабрец Маршалла), 4) многолетнике травы дерновинные (ковыль, типчак), 5) корневищные (пырей ползучий, костер безостый), 6) корневищно-дерновинные (мятлик узколистный, осока приземистая), 7) стержнекорневые (нивяник), 8) корнеотпрысковые (вьюнок полевой), 9) кистекорневые (астра ромашковая, мелколепестник острый), 10) ползучие (крупка сибирская, ястребинка ползучая), 11) луковичные (тюльпаны, гусиные лук, гиацинтик беловатый), 12) клубневые (чина клубненосная, зопник клубненосный), 13) двулетние (колокольчик сибирский, румянка), 14) однолетние (проломник удлиненный, песчанка тимьянолистная), 15) мхи (Tortula, Thuidium, Mnium), 16) лишайники (кладония), 17) синезеленые водоросли (стратоносток).
• В девственных местах, где воздействие стравливания минимально формируются ковыльные степи, иногда чередующиеся с участками, где господствует костер прямой и степной. По мере усиления выпаса и сбивания степи скотом ковыльная степь замещается типчаковой, костровой. Ковыли быстрее других злаков выбывают из травостоя под влиянием усиленного выпаса.
• Степень проективного покрытия колеблется от 70% в ковыльных, до 80-95% в разнотравных. В настоящее время типчаковая степь (сформировавшаяся в результате выпаса на ковыльной) сохранилась на плакоре Таловского района (Краснянские степи). Он занят тырсовоковыльно-типчаковой ассоциацией, состоящей из трех ярусов. Для первого яруса характерны ковыли, костер степной; второй ярус состоит из типчака, клевера горного и т. д.; третий - из чабреца Маршалла, одуванчика лекарственного, истода обыкновенного и др. Общее проективное покрытие - 50-70 %, видовое обилие - 15-20.
• Костровые степи известны в Новоусманском, Аннинском, Таловском районах Воронежской области (Хмелев, 1976)
• Талантливый геоботаник А. И. Мальцев в 1923 году закончил геоботаническое обследование Каменной степи, выпустив в свет книгу «Фитосоциологические исследования в Каменной степи». В своей работе он описал современную, на тот момент, растительность территории, а также попытался восстановить облик нативной растительности и историю её возникновения.
• Он отмечает, что еще в XVI-м столетии, как видно из описания путешествия митрополита Пимена по р. Дону в Царьград, места, относящиеся ныне к Воронежской области, представляли собою совершенно дикую картину: «Нигде бо видети человека, - говорится в летописи, -- точию пустыня велия и зверей множество». Эту «пустыню велию», оживляемую только набегами разных кочевых народов, Воронежский край представлял собою почти до конца XVI-го столетия, когда началась его колонизация, двинувшаяся с севера и юго-запада. В середине XVI-гo-столетия Воронежскую губернию пересекает оборонительная линия из крепостей, валов, защищавшая от набегов татар и других кочевников. Линия эта проходила гораздо севернее Каменной Степи. Южной часть Воронежской губернии, а, следовательно, и сама Каменная Степь, стала заселяться только с начала XVIII-гo столетия. Таким образом, лет 200--300 тому назад Каменная Степь представляла собою нетронутую первобытную степь.
• Какая же была тогда растительность в Каменной Степи? А. И Мальцев (1923) рисует следующую картину. В балке Таловой когда-то, несомненно, протекала река, с соответствующей ей флорой и фауной, а склоны этой балки, если не сплошь, то, по крайней мере, па перевалах были покрыты лесом. К лесу примыкали дерезняки (кустарниковые сообщества), которые местами может быть поднимались и на водораздельное плато. Все остальное пространство было занято ковыльной степью, которая лишь кое-где (по западинам и в верховьях балок) прерывалась пятнами солонцов и солончаков.
• Степь здесь была представлена на плакорных местах тою ее разновидностью, которую Б. Келлер называл дернистой -- со Stipa Joannis penicillifera, а по скатам--крупнодерновинной тырсовой--со Stipa capillata. Кроме того, на южных склонах, как внезональное включение, здесь встречалась и третья разность мелкодернистой степи со Stipa Lessingiana. Что же касается всех остальных видов ковылей, то они ныне лишь изредка встречаются в Каменной Степи и в девственном покрове ее, вероятно, также не играли преобладающей роли. Таким образом, Каменная Степь находилась на рубеже двух зон ковыльных степей - дернистой и крупнодерновинной тырсовой. Она представляла собой переходную полосу между этими двумя зонами и имела более луговой характер, чем ныне.
• В девственном покрове Каменной Степи были представлены, таким образом, все главнейшие типы ковылей, в зарослях которых ютились еще типчак, тонконог и другие степные злаки. При изреженном дернистом и сравнительно невысоком травостое, флора такой переходной «разнодернистой» древней ковыльной степи поражала богатством и разнообразней своего состава. Весною здесь цвела масса эфемерных растений с ярко окрашенными цветками. В начале лета она покрывалась целым морем перистых ковылей, из которых выставлялись разнообразные цветки двудольных и оригинальные шатрообразные кусты растений, образующих перекати-поле; во второй половине лета эта степь золотилась зарослями тирсы, а под осень, гонимые во множестве ветром кусты перекати-поля, придавали ей совершенно дикий колорит. В этой девственной степи бродили стада диких млекопитающих (тарпаны, сайгаки и др.), было много степных птиц (стрепета, дрофы и др.), много водилось разных землероев, во главе с сурками, которых было такое множество, что трудно себе представить. Жалкие остатки их и поныне еще сохранились в Каменной Степи. Эта девственная степь уже давно исчезла и ее не восстановить никакими нашими заказными участками, как не удержать сурков от их вымирания. Эта степь исчезла навсегда, так как коренным образом изменились те природные условия, при которых она существовала (Мальцев А. И., 1923).
• Под «жалкими остатками» А. И. Мальцев подразумевал косимые и некосимые степные залежи степных заповедников (№ 1, 2, 3). Некоторое представление о характере девственной растительности и связи её с почвами может дать их описание, сделанное Д. И. Колпиковым и приведенное у Н. Н. Никаноровой (1953).
• На некосимой залежи распределение видов пятнистое, что тесно связано с микрорельефом местности и почвами. По отрицательным элементам микрорельефа, где развиты выщелоченные и оподзоленные лугово-черноземные почвы, преобладает вейник наземный (Calamagrostis epigeios). По ровным местам с лугово-черноземными почвами растет костер безостый (Bromus inermis), пырей (Agropyrum intermedium). На слабо повышенных элементах микрорельефа с черноземами обыкновенными, переходными от лугово-черноземных почв, встречаются небольшими пятнами ковыли (Stipa Iohannis, St. stenophylla). Эти ковыли подавляются окружающим разнотравьем. Здесь пятнисто разбросаны подмаренник (Galium verum), дербенник (Lytrum virgatum), кровохлебка (Sanguisorba officinalis), горошек тонколистный (Vicia tenuifolia), люцерна серповидная (Medicago falcata), резак (Falcaria rivini), шалфей степной (Salvia nemorosa) зонтик перекати-поле (Phlomis pungens), дрок красный (Genista tinctoria), тысячелистник (Achillea millifolium) полынь (Artemisia campestris), коровяк желтый (Verbascum orientale), конский щавель (Rumex crispus), синеглазка и др.
• Моховой покров почти отсутствует. Отдельные довольно значительные пятна на некосимой залежи заняты бобовником (Amygdalus nana), ракитником (Cytisus ruthenicus), дроком, терном и отдельными кустами яблонь и груш. Все эти участки покрыты толстым слоем растительного войлока. Этот войлок мешает развитию господствующих дерновинных злаков и ведет к их отмиранию.
• На участках косимой залежи встречаются те же виды растений, но распределение их рассеянное (диффузное). Травостой на некосимой залежи густой (95-100% покрытие), на косимой сравнительно изрежен (около 75% покрытие). Высота первого яруса на некосимой залежи около 112 см, на косимой - 35-50 см.
• Присутствие рыхлодерновинных злаков и незначительное количество длиннокорневищных - характерный признак северных степей. Bromus inermis, Agropyrum repens, A. intermedium, овсец опушенный и другие, а также в меньшем количестве мелкодерновинные злаки (более засухоустойчивые) - овсяница бороздчатая (Festuca sulcata), келерия степная (Koeleria gracilis) и крупнодерновинные злаки - ковыли, как уже упоминалось, встречаются в незначительных количествах и разбросанно. Из бобовых растений присутствуют здесь Trifolium montanum, T. medium, Т. alpestre, Т. pratense, Onobrichis viciaefolia. Последние высеиваются и на полях севооборотов, давая высокие урожаи.
• В меньшем количестве встречается горошек тонколистный (Vicia tenuifolia), горошек мышиный (Vicia crassa), сочевичник белый (Lathyrus albus), люцерна серповидная (Medicago falcata). В очень небольшом количестве присутствует низкая осока (Carex humilis). Разнотравье очень пестрое, придающее степи красочную непрерывно меняющуюся картину: горицвет (Adonis vernalis), лапчатка (Potentilla heptaphylla), лютик многоцветный (Ranunculus polyanthemus), шалфей луговой (Salvia ptatensis), живокость (Delphinium cuneatum) и много других.
• Вся некосимая степь имеет мощный растительный войлок. Сухая масса растений с 1 м² составляет около 2400 г (без войлока) (Никанорова Н. Н., 1953).
• Разрабатывая общий проект «Особой экспедиции» В. В. Докучаев (1951) сделал особый упор на высаживание древесной растительности на опытном участке. Лес планировали высаживать по водоразделам, открытым пространствам. При этом посадки должны получить строгую зависимость от местных орографических, метеорологических, гидрологических, почвенных и геологических особенностей. Преобладающая форма их - полосы и ленты, различной ширины, составленные из разнообразных древесных и кустарниковых пород. Также планировались насаждения леса в сухих и обводненных балках, и местах, мало пригодных или вовсе не пригодных по качеству грунта или положению для иного хозяйственного пользования (пески, супеси, каменистые, рухляковые, известняковые и солончаковые места).
• В настоящее время на территории Каменной степи насчитывается 242 лесные полосы разного назначения, занимающие 512,6 га, или 8,2% от общей площади землепользования.
• В подавляющем большинстве (73%) насаждения Каменностепного оазиса размещаются на плоских плакорах или пологих (до 3?) плакорных склонах; 66 % приходится на полезащитные полосы; почти четвертую часть составляют прибалочные и водоохранные насаждения; довольно большую площадь (около 10%) занимают садозащитные и озеленительно-декоративные полосы.
• Полезащитные полосы окаймляют поля, имеющие, как правило, форму прямоугольники, длинная сторона которого ориентирована по меридиональному или близкому к нему направлению. Размеры лесных полос и межполосных клеток разнообразны. Их можно подразделить на две системы (рис. 2). Первая располагается в юго-западной части Каменной степи и представлена полосами посадок 1893--1903 гг. Характерной ее чертой является большая ширина лесных полос (30--60, а иногда 100 и даже 200 м) и малые размеры межполосных клеток (от 7 до 29 га). Средняя лесистость этой части Каменной степи составляет около 20%. Во вторую систему лесных полос условно можно объединить все посадки послереволюционного периода. Площади облесенных полей здесь колеблются от 30 до 200 га. Основные полосы этой системы сориентированы поперек склона и имеют достаточно большую ширину. Длина полей и межполосных клеток во много раз (чаще в 3 раза) превышает ширину. (Петров Н. Г. и др., 1971).
• Большинство насаждений, созданных на рубеже XIX и XX вв., были смешанными по составу, среди них главенствующую роль (около 2/3 по площади) играли насаждения дуба черешчатого в первом ярусе. Кроме того, в насаждения входили ясень, вяз, берест, береза. Липы, груша, клены ясенелистный и остролистный произрастают в насаждениях дуба как сопутствующие породы в одном с ним ярусе, либо во втором. Третий ярус представлен подростом первого и второго ярусов, но дуб там отсутствует. По мере роста и развития лесных культур в них происходят существенные изменения первоначального состава лесных пород, что связано с их различной устойчивостью, долговечностью и конкурентоспособностью при совместном произрастании. К 60-летнему возрасту сохранились лишь отдельные деревья вяза, клена ясенелистного, остролистного, липы, груши.
• По интенсивности роста и продолжительности насаждения на плакорном и склоновом типе местности существенно не различаются. Здесь самые старые, почти 100-летние насаждения достигли высоких запасов древесины - 322-370 м³/га. Если учитывать и промежуточное лесопользование в виде рубок ухода и санитарных рубок, то общая продуктивность некоторых лесополос составит 500 м³/га и более.
• Рисунок 2 - Карта размещения лесных полос на территории НИИ сельского хозяйства ЦЧ полосы. 1- лесные полосы и их номера; 2 - пруды; 3 - балки; 4 - населенные пункты.
• Производительность склоновых насаждений на 20-30 % меньше. В настоящее время нет достаточных данных, чтобы назвать причины такой разницы. Можно предположить, что они кроются в различиях почвенно-гидрологических условий (Ерусалимский В. И. и др. 2007).
• Практически все лесные полосы из-за низкой сквозистости крон сложены мертвопокровными парцеллами.
• Клетки между лесными полосами заняты либо сельскохозяйственными полями, либо залежами различного возраста. В настоящее время залежи активно зарастают лесом. Во многих местах даже 10-ти летние заросли уже покрыты густым молодняком. Наиболее показательной в этом отношении является некосимая степь (описание её приводилось выше), которая в 70-е годы вдруг начала зарастать. Начало зарастания совпало с началом более влажного цикла. Повышенное увлажнение послужило толчком к зарастанию. Но видимо большую роль сыграло и то, что рядом находится мощная 40-я лесополоса. Возможно, что лесная растительность этой лесополосы начала активно отвоевывать пространство. И через поток диаспор и вегетативным путём. Древесно-кустарниковая растительность на некосимой степи появилось в первую очередь в той части, что ближе к 40-й лесополосе. Это хорошо видно на разновременных фотографиях. И сейчас, высота полога зарослей некосимой степи выше со стороны 40-й лесополосы, более того, там растёт много деревьев, в то время как восточная сторона некосимой степи занята преимущественно кустарниковой (груша, боярышник, шиповник) растительностью, перемежающейся с полянами. К сожалению геоботанического описания заросшей некосимой степи найти не удалось.
• Таким образом, важной особенностью современных залежей Каменной степи является то, что они очень длительное время остаются на бурьянистой стадии и в конечном итоге зарастают лесом. Ещё Мальцев А. И. (1923) выделял четыре стадии сукцессии залежей: пырейно-бурьянный, разнотравья, типчаковый, ковыльный периоды. Так вот последних двух стадий нам наблюдать не удалось. Уже на разнотравной стадии происходит внедрение древесно-кустарниковой растительности, и формируются мертвопокровные парцеллы молодняка. Лесные полосы также очень сильно обрастают по периметру, сокращая площади полей. Имеющиеся лощины и балки Каменной степи в результате поднятия уровней грунтовых вод были заброшены. Если в балке развит чернозём глинисто-иллювиальный, то растительное сообщество представлено вейниковым лугом. При нарастании увлажнения, когда грунтовые воды даже в самые засушливые года (такие как 2007 год) не опускаются глубже 1 м, лощины заселяются тростником, которые образует моновидовые сообщества. Под тростниковыми зарослями распространены тёмные слитые почвы.
• Причина зарастания полей лесом и исключительная устойчивость бурьянистых сообществ, сложенных эксплерентной растительностью, видится нам в особенностях миграции диаспор. Для того чтобы сукцессия степной растительности шла до конечных стадий, типчаковых и ковыльных, необходим устойчивый поток в серийное сообщество. Современная ситуация такова, что типично степная растительность сохранилась весьма незначительными ареалами на неудобицах (как то овраги, обочины дорог) и не может дать потока диаспор, который бы смог обеспечить возобновление степных экосистем. Зато лесные полосы распространены повсюду и дают богатый поток семенного материала. Бурьянистая стадия сложена видами, которые в конкурентной борьбе проигрывают степной и древесной растительности. Степных растений не поступает, зато древесные поступают, они то и укореняются и сукцессионный ряд уже идёт по лесному типу. К тому же обилие лесополос препятствует перемещению диаспор степняков, они задерживаются в их кронах.
• 2. ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ
• 2.1. Разнообразие почв
• При выборе участка для действия «Особой экспедиции» Каменная степь попала не случайно. Конечно, большую роль сыграло то, что земли были казенные и выделялись для деятельности экспедиции безвозмездно. Но ведь из трёх выделенных участков (в Старобельском уезде Харьковской губернии, Мариупольском уезде Екатеринославской губернии) работы в полном масштабе были развернуты лишь в Каменной степи. Причиной тому послужила уникальность геологического строения Каменной степи. Верхняя четвертичная пачка пород преимущественно глинистая и слоистая. Это идеальный вариант строения кровли пород для целей накопления воды в ландшафте. Слоистые глинистые и опесчаненные отложения разных гидрогеологических свойств подобны ловушкам, эффективно улавливающим воду. На территории двух других участков распространенны среднесуглинистые лёссы, которые обладают провальной фильтрационной способностью и вряд ли смогли бы накапливать влагу. Каменная степь более всего подходила для воплощения задач экспедиции, потому-то она и была выбрана в качестве полигона.
• Особенности геологического строения сказались не только на решении о выборе участка под деятельность экспедиции, но и на особенностях почвенного покрова. Территория полигона находится на стыке Окско-Донской низменной равнины и Калачской возвышенности. На юго-востоке Каменная степь имеет облик сходный ландшафтам Калачской возвышенности, в то же время другие части степи - плоскоместья Окско-Донской равнины.
• По почвенному районированию центральных областей Русской равнины, выполненному А. Б Ахтырцевым с соавторами (1981), Каменная степь относится к южной окраине подзоны типичных черноземов, лугово-черноземных и луговых почв с пятнами осолоделых, солонцеватых и засоленных почв по западинам и лиманам. Южнее на, Калачскую возвышенность, данными авторами районирование не проводилось. По почвенно-климатическому районирования П. Г. Адерихина (1960) Каменная степь находится на южной границе Воронежско-Сампурского района типичных мощных черноземов с Бутурлиновским районом обыкновенных черноземов.
• В логике почвенно-географического районирования Добровольского Г. В. и Урусевской И. С. (2004) Каменная степь расположена в граничной зоне двух провинций. На севере лежит провинция Л27 - Окско-Донская оподзоленных, выщелоченных и типичных среднегумусных и тучных мощных и среднемощных черноземов и серых лесных почв. На юге М 35 - Южно-Русская обыкновенных среднемощных среднегумусных и южных средне- и маломощных и малогумусных черноземов.
• Таким образом, уже исходя из просмотра местоположения Каменной степи в системе районирования видно, что территория её обладает сложным, переходным почвенным покровом.
• Нестеров А. И. (1971) выделяет в Каменной степи три типа местности. Это плакорный, междуречный недренированный и склоновый.
• К междуречному недренированному типу местности относятся лишенные дренажа участки водоразделов с неглубоким залеганием грунтовых вод. Этот тип местности является характерным природным комплексом для Окско-Донской равнины. Конструктивный фон выполняют лугово-черноземные почвы в сочетании с черноземно-луговыми. Первые занимают выровненные слабодренированные плоскоместья, слабопологие склоны, вторые окружают различные депрессии и покрывают плоско-вогнутые участки водоразделов, лиманы, лощины. Ареалы этих почв обширные, изоморфные. Обязательными компонентами СПП являются сложные западинные комплексы и микросочетания почв.