Вертисоли

Вертисоли — это тип почв, характеризующийся высоким содержанием глинистых минералов, способных к значительному набуханию при увлажнении и усадке при высыхании. Отличительной особенностью вертисолей является образование глубоких трещин в сухой период и перемешивание почвенной массы (педо- или само-мульчирование), что приводит к отсутствию четко выраженных генетических горизонтов. В международной классификации почв (WRB) вертисоли относятся к реферативной группе «Vertisols», а в российской таксономии им соответствуют слитые почвы (или глинисто-слитые чернозёмы, каштановые и луговые почвы).

Характеристика и свойства

Вертисоли формируются преимущественно на глинистых породах (например, на морских глинах, мергелях, базальтах) в условиях контрастного гидротермического режима — с чередованием влажных и засушливых сезонов. Основные свойства определяются минералогическим составом глинистой фракции, в которой доминируют минералы группы смектита (монтмориллонит, нонтронит), обладающие высокой способностью к межслоевому набуханию.

Морфологические признаки

• Глубокие трещины: В сухой период почва растрескивается на полигональные блоки. Ширина трещин может достигать 10–15 см, а глубина — 1–2 метра и более. В трещины попадает поверхностный материал, что способствует перемешиванию.
• Слитость: Влажная почва становится вязкой, липкой и практически непроницаемой для воды и воздуха. В сухом состоянии она чрезвычайно твердая, напоминает камень.
• Микрорельеф «гильгаи»: На поверхности вертисолей часто образуется характерный бугристо-западинный микрорельеф, называемый «гильгаи» (от австралийского аборигенного термина). Он возникает из-за неравномерного набухания и усадки почвенной массы, а также в результате выдавливания материала из трещин.
• Структура: В сухом состоянии почва имеет крупно-глыбистую или призматическую структуру. Во влажном состоянии структура отсутствует — почва представляет собой однородную, вязкую массу.
• Цвет: Обычно от темно-серого до черного, что связано с высоким содержанием органического вещества (гумуса), стабилизированного глинистыми минералами. Однако встречаются и красноватые, коричневые или серые оттенки.
• Отсутствие четких горизонтов: Верхний слой (A) и нижележащий слой (B) часто сливаются в единый, слабо дифференцированный профиль из-за постоянного перемешивания (педо-турбации).

Физико-химические свойства

• Гранулометрический состав: Преимущественно тяжелый — глинистый или тяжелосуглинистый. Содержание физической глины (частиц <0,01 мм) обычно превышает 30–40%.
• Минералогический состав: Высокое содержание набухающих глинистых минералов (смектитов, вермикулита).
• Реакция среды (pH): Чаще всего нейтральная или слабощелочная (pH 6,5–8,5), но может быть и слабокислой.
• Содержание гумуса: Варьирует от 1–2% в аридных условиях до 4–6% в субгумидных. Гумус, как правило, хорошо связан с глинистой фракцией.
• Емкость катионного обмена (ЕКО): Высокая — от 30 до 60 мг-экв/100 г почвы, что обусловлено присутствием смектитов.
• Водный режим: Крайне неблагоприятный. В сухой период почва пересыхает, образуя твердую корку. Во влажный период — переувлажняется, становится водонепроницаемой, что приводит к заболачиванию и анаэробиозу.

География распространения

Вертисоли занимают значительные площади на всех континентах, за исключением Антарктиды. Их общая площадь оценивается примерно в 340–350 млн гектаров. Основные ареалы распространения:

• Австралия: Крупнейший массив вертисолей (около 100 млн га), особенно в штатах Квинсленд и Новый Южный Уэльс, где они известны как «черные глины» (black earths).
• Индия: Широко распространены в центральной и западной частях (штаты Махараштра, Гуджарат, Мадхья-Прадеш), где называются «регуры» (regur) или «черные хлопковые почвы».
• Африка: Значительные площади в Судане, Эфиопии, Кении, Танзании, а также в бассейне реки Нил.
• Северная Америка: Встречаются на юге США (Техас, Алабама, Миссисипи) и в Мексике.
• Южная Америка: Распространены в Аргентине, Уругвае, Бразилии (в штате Риу-Гранди-ду-Сул).
• Европа: Небольшие ареалы в Венгрии, Румынии, Болгарии, на юге Украины и в Молдавии.
• Россия: Встречаются в предгорьях Кавказа, в Краснодарском и Ставропольском краях, в Ростовской области, а также в Крыму. В России их часто называют слитыми чернозёмами или слитыми каштановыми почвами.

Классификация

В международной системе WRB (World Reference Base for Soil Resources) вертисоли подразделяются на несколько групп в зависимости от свойств и условий формирования:

• Гипсиковые (Gypsic): Содержат гипсовый горизонт в пределах 100 см от поверхности.
• Кальциковые (Calcic): Содержат карбонатный горизонт (кальцит) в пределах 100 см от поверхности.
• Дуриковые (Duric): Содержат силикатный горизонт (дурипан) в пределах 100 см от поверхности.
• Саликовые (Salic): Содержат солевой горизонт (галит, гипс) в пределах 100 см от поверхности.
• Содные (Sodic): Имеют высокое содержание обменного натрия (ESP > 15%) в пределах 50 см от поверхности.
• Грунтовые (Gleyic): Характеризуются признаками оглеения в пределах 50 см от поверхности.
• Темные (Eutric): Имеют высокую степень насыщенности основаниями (BS > 50%).
• Кислые (Dystric): Имеют низкую степень насыщенности основаниями (BS < 50%).
• Типичные (Haplic): Не имеют специфических диагностических признаков, кроме основных.

В российской классификации почв (2004 г.) вертисоли не выделяются в качестве самостоятельного типа, а рассматриваются как подтипы в составе черноземов, каштановых и луговых почв — слитые чернозёмы, слитые каштановые почвы, слитые луговые почвы.

Формирование (педогенез)

Процесс почвообразования вертисолей называется вертисолизацией (или слитизацией). Он включает несколько ключевых механизмов:

1. Набухание и усадка: Глинистые минералы (смектиты) при увлажнении поглощают воду и увеличиваются в объеме в 2–3 раза. При высыхании они теряют воду и сжимаются, образуя трещины.
2. Педо-турбация (само-мульчирование): В результате многократного набухания и усадки происходит постоянное перемешивание почвенной массы. Верхний слой почвы (гумусовый) осыпается в трещины, а нижний слой (глинистый) выдавливается на поверхность. Это приводит к отсутствию четкой стратификации и формированию однородного профиля.
3. Образование микрорельефа: Неравномерное набухание и усадка, а также выдавливание материала из трещин приводят к формированию бугров и западин (гильгаи).
4. Аккумуляция гумуса: В условиях чередования влажных и сухих периодов, а также при высокой глинистости, органическое вещество (гумус) стабилизируется и накапливается в верхней части профиля.
5. Карбонатизация: В аридных и семиаридных условиях в вертисолях часто образуются карбонатные конкреции (белоглазка) и гипсовые стяжения.

Использование и значение

Вертисоли обладают как положительными, так и отрицательными свойствами для сельскохозяйственного использования.

Сельское хозяйство

• Преимущества:
• Высокое плодородие (богаты гумусом, азотом, калием, кальцием).
• Хорошая водоудерживающая способность при оптимальном увлажнении.
• Высокая емкость катионного обмена.
• Недостатки:
• Трудная обработка: в сухом состоянии почва очень твердая, во влажном — липкая и вязкая. Оптимальный период для вспашки очень короткий.
• Плохая водопроницаемость: во влажный период почва быстро переувлажняется, что приводит к вымоканию корней.
• Сильное растрескивание: повреждает корневые системы растений, особенно в засушливый период.
• Эрозионная опасность: на склонах вертисоли подвержены водной эрозии.

Основные культуры: В мире вертисоли традиционно используются для выращивания хлопчатника (особенно в Индии), пшеницы, сахарного тростника, риса, сорго, кукурузы, а также пастбищных трав. В России на слитых чернозёмах возделывают озимую пшеницу, подсолнечник, кукурузу, сахарную свеклу.

Инженерное строительство

Вертисоли представляют серьезную проблему для строительства. Из-за высокой усадки и набухания они вызывают деформацию фундаментов, дорожных покрытий, трубопроводов и других сооружений. Для строительства на вертисолях требуются специальные инженерные решения: замена грунта, устройство свайных фундаментов, дренаж, предварительное замачивание и уплотнение.

Экологические аспекты

• Устойчивость к деградации: Вертисоли относительно устойчивы к ветровой эрозии благодаря своей глинистости, но подвержены водной эрозии на склонах.
• Заболачивание: В условиях избыточного увлажнения вертисоли легко заболачиваются, что приводит к развитию анаэробных процессов и образованию токсичных соединений (сероводород, метан).
• Солевое засоление: В аридных районах при неправильном орошении вертисоли могут засоляться, особенно если они содержат соли в подстилающих породах.
• Биоразнообразие: Почвенная фауна (дождевые черви, насекомые) в вертисолях часто угнетена из-за резких колебаний влажности и плотности.

Интересные факты

• Термин «вертисоль» происходит от латинского vertere — «поворачивать», что отражает процесс постоянного перемешивания почвенной массы.
• В Австралии вертисоли называют «черными глинами» (black earths), а в Индии — «регурами» (regur), что означает «черная почва».
• Микрорельеф «гильгаи» на вертисолях может быть настолько выражен, что напоминает лунный ландшафт.
• В сухой период вертисоли настолько тверды, что их можно использовать для строительства дорог (в качестве местного материала), однако во влажный период они становятся непроходимыми.

Источники

1. Почвоведение: учебник для вузов / под ред. В. И. Кирюшина. — М.: КолосС, 2007.
2. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. — FAO, Rome, 2014.
3. Классификация и диагностика почв России. — Смоленск: Ойкумена, 2004.
4. Добровольский Г. В., Урусевская И. С. География почв. — М.: Изд-во МГУ, 2004.
5. Wilding, L. P., & Tessier, D. (1988). Genesis of Vertisols: shrink-swell phenomena. In Vertisols: Their Distribution, Properties, Classification and Management (pp. 55-81). Texas A&M University Press.