Els components i els procesos edàfics
Els patrons de referència dels sòls esteparis s’han conservat de manera fragmentària en algunes reserves naturals. Malgrat que la seva àrea total no té més de 40 000 ha, és a partir de les característiques d’aquests sòls que hom pot fer-se una idea del seu paper en el funcionament dels ecosistemes on es troben. (Per a la nomenclatura dels sòls emprada, vegeu també La denominació dels sòls)
Del “loess” al txernozem
Els materials parentals sobre els quals s’han format els sòls de l’estepa estan constituïts, en bona part, per “loess”. El “loess” és un llim solt, generalment calcari i sense mostres d’estratificació, de color gris grogós, normalment homogeni i permeable. Forma una coberta de gruix molt variable: de menys de 8 m a l’Europa occidental, de fins a 40 m a l’Europa oriental o fins a 330 m a la Xina. L’origen dels “loess” s’ha de buscar en la darrera glaciació, entre el 20000 i el 13000 aC, una època durant la qual, a causa de l’acumulació d’aigua en estat sòlid sobre els continents, el nivell de la mar baixà prop de 100 m respecte al nivell actual.
Moltes regions del planeta patiren els efectes de l’aridesa: la selva amazònica quedà reduïda a refugis isolats, els boscos europeus gairebé desaparegueren i extenses zones es convertiren en tundra, estepa, sabana o desert. En aquelles condicions, l’acció erosiva del vent era molt més important que ara i es formaren importants dipòsits de sorres i de llim que, procedents de l’abrasió de les glaceres en els casquets polars, eren arrossegats pels forts vents i dipositats a la perifèria de les regions ocupades pel glaç. Actualment, aquests dipòsits constitueixen un cinturó de “loess” més o menys continu que, des de França i Alemanya, travessa tota l’Europa central i oriental i es prolonga fins a Sibèria i la Xina per les estepes d’Ucraïna i Rússia. A l’Amèrica del Nord es troba un cinturó similar i, ocupant àrees menys extenses, també hi ha “loess” en alguns punts de l’hemisferi austral, com és el cas de la pampa argentina.
El “loess” és un material molt porós, en el qual han pogut tenir lloc processos edafogènics des del moment en què es diposità, és a dir, des del Plistocè fins al present. D’entre aquests processos els més importants són l’acumulació de matèria orgànica, la translocació de carbonat càlcic i d’argila i, en alguns casos, processos d’alcalinització. La combinació de totes aquestes transformacions ha originat en aquest medi els que es consideren els millors sòls del món: els txernozems.
L’acumulació de matèria orgànica: l’efecte rizosfera
La vegetació de poàcies estepàries, xerofítiques o mesofítiques, es caracteritza per un sistema radicular potent i profund que, en descompondre’s anualment i humificar-se provoca un enriquiment directe del sòl en matèria orgànica. La massa d’arrels esdevé humus i s’incorpora fins a una fondària considerable, de manera que l’horitzó A pot arribar a tenir de 60 a 100 cm de gruix i un contingut de matèria orgànica gairebé constant (isohumisme), fet molt característic en el cas dels txernozems.
La reserva de matèria orgànica, que en altres biomes amb prou feines excedeix les 1 000 o 2 000 t/km2, és molt elevada en els sòls esteparis, de prop de 30 000 a 50 000 t/km2 i, en alguns casos, fins a 70 000 t/km2. Es tracta d’un humus molt evolucionat, format per àcids húmics grisos fortament polimeritzats. Aquesta maduració climàtica de l’humus és deguda a l’alternança de situacions de saturació hídrica, a l’època en què es fonen les neus, i de dessecació intensa durant el període estival, en un medi ric en ions calci i magnesi i un complex adsorbent pràcticament saturat per aquests ions. El resultat és una estructura molt ben desenvolupada i una elevada reserva de nutrients.
A les estepes eurasiàtiques, el gruix de l’horitzó en què s’acumula l’humus disminueix de N a S dels 180 fins als 10 cm; el contingut d’humus al sòl es redueix del 15 a l’1%, i la seva massa absoluta passa de 70 000 a 9 000 t/km2. En la mateixa direcció canvia també la seva qualitat: la relació entre àcids húmics i fúlvics passa d’entre 1,3 a 1,5 a les àrees septentrionals a aproximadament 0,5 a les meridionals. Això es produeix perquè al S les temperatures són més elevades i provoquen un augment de velocitat de les reaccions bioquímiques. El canvi en el caràcter de la humificació que s’observa de N a S també és conseqüència d’altres factors com la disminució de la massa aèria de les plantes i l’augment de la massa subterrània, la disminució del nombre de microinvertebrats sapròfags i l’augment del de microorganismes mineralitzants de l’humus.
L’acumulació de carbonat càlcic
El procés d’acumulació de carbonat càlcic que es dóna en els sòls de l’estepa es deu, en primer lloc, a la naturalesa calcària del material originari, constituït en bona part per “loess”. En presència d’aigua i diòxid de carboni, que prové de la respiració de les arrels, el carbonat càlcic se solubilitza i això, en zones humides, provoca un rentat progressiu dels carbonats del sòl. A l’estepa, en ser un medi més àrid, la dissolució i la translocació només són parcials; la part superior del sòl es descarbonata i en l’horitzó B s’acumulen carbonats. A més, el balanç negatiu entre precipitació i evapotranspiració provoca l’acumulació de carbonat càlcic en el perfil del sòl. Com més àrid sigui el medi, més abundants i més superficials seran aquestes acumulacions. Els horitzons que mostren evidències de presentar-ne s’anomenen Bk (càlcics).
El carbonat càlcic es pot acumular al sòl de formes diverses, en intercalacions de capes farinoses, formant nòduls esferoïdals més o menys tous, o delicats fils blancs que recorden les hifes dels fongs i s’anomenen pseudomicel·lis en base a aquesta semblança. Pot arribar a actuar d’agent cimentant i formar horitzons Bkm (petrocàlcics) extremament durs que les arrels només poden penetrar quan presenten discontinuïtats o fractures.
L’acumulació d’argila
Els horitzons Bt d’acumulació d’argila són comuns a molts sòls d’estepa. La migració d’argila requereix, per una banda, que aquesta estigui suficientment dispersa —que no hi hagi predominança d’ions calci o magnesi— i que el sòl estigui sotmès a un règim hídric prou humit, que permeti un rentat parcial del sòl almenys durant uns quants mesos l’any. En aquestes condicions l’argila migra en forma col·loïdal amb l’aigua de percolació a través dels porus i es diposita a certa profunditat del sòl, omplint progressivament els buits. Els sòls de la franja més humida de l’estepa, que presenten un rentat de carbonats més intens i més precipitació, són, doncs, els que palesen aquest procés d’una manera més clara.
La sodificació
El procés de sodificació es manifesta allà on el material parental del sòl de l’estepa està parcialment saturat de sals de cations monovalents, en concret de sodi. Les sals sòdiques són solubles en aigua i, en dissoldre’s, entren fàcilment en un procés d’intercanvi de cations amb la superfície de les partícules argil·lohúmiques, de manera que a la llarga, tot i representar només el 15% dels cations intercanviables, el sodi pot arribar a fer-se notar.
El sodi en solució té un radi d’hidratació més gran que els dels cations di- o trivalents. Això fa que les partícules argil·lohúmiques, amb sodi, estiguin envoltades d’una capa d’hidratació gruixuda que impedeix que es posin en contacte entre elles per formar agregats estables, que és el que passa als epipedions mòl·lics quan predomina l’acció del calci i l’estructura és grumollosa. En condicions de sodicitat l’estructura del sòl és feble, les partícules d’argila i humus es troben disperses i són fàcilment transportables per l’aigua a través dels porus del sòl. En casos d’evaporació extrema, el flux de l’aigua és ascendent i transporta els compostos húmics fins a la superfície del sòl, que pren una coloració negrosa.
Els horitzons que resulten de la translocació d’argiles sòdiques s’anomenen nàtrics, corresponen a Btna, i els sòls on han tingut lloc aquests processos són els solonetzs. Els símptomes de la sodificació comencen ja a manifestar-se quan en el complex d’intercanvi hi ha un mínim del 15% de sodi. La forta compacitat, baixa porositat i escassa permeabilitat d’aquests sòls els fan poc adequats per al creixement de la majoria de les plantes.
En la majoria de sòls sodificats, el component sòdic majoritari és el carbonat de sodi. Aquesta sal pot tenir el seu origen en l’evaporació d’aigua que té un excés d’ions bicarbonat respecte als cations divalents de calci i magnesi. A mesura que precipiten els carbonats de calci i magnesi, el coeficient d’adsorció del sodi (SAR) va augmentant. Finalment, l’excés de bicarbonat origina el carbonat sòdic responsable de la sodificació. La presència del carbonat sòdic també pot ser deguda a la reducció del sulfat de sodi per l’acció de microorganismes, procés en el qual es desprèn sulfur d’hidrogen en forma de gas. Aquesta reacció, però, requereix la presència de matèria orgànica i sulfat de sodi i que es donin períodes de condicions anaeròbiques en el sòl.
Sigui quin sigui el seu origen, el carbonat de sodi fa augmentar el pH del sòl fins a valors de 10, 12 o més. Aquests pH tan alcalins provoquen l’alliberament de sílice i alúmina en ser atacades les argiles. L’acumulació de l’argila dispersa en horitzons més profunds origina els horitzons Btna nàtrics.
La rica paleta dels sòls esteparis
D’entre els processos de formació de sòls assenyalats, els relacionats amb la humificació són els que tenen més importància a la part septentrional de la zona estepària d’Euràsia. Allà, en condicions de temperatures estivals relativament baixes, la descomposició de les restes vegetals té lloc fins a l’estadi d’humus. En condicions de calor i de secada, en canvi, la mineralització d’aquestes restes i, posteriorment, de l’humus és molt més acusada i limita el grau d’humificació. Per contra, els processos d’acumulació de calci biogènic i de sodificació s’intensifiquen correlativament amb l’aridesa del clima, o sigui, a Euràsia de N a S i a l’Amèrica del Nord d’E a W.
Els txernozems
Els txernozems (‘terra negra’, en rus) es formen a les estepes amb pluviositats de 400 a 1 400 mm. Ocupen prop de 300 milions d’ha, principalment a la meitat septentrional de la zona estepària d’Euràsia i a les parts orientals de l’àrea nord-americana de praderies, als Estats Units i a les planes interiors subhumides del Canadà occidental.
La propietat més característica dels txernozems és la presència d’un horitzó superficial A mòl·lic, fosc i gruixut, originat en l’acumulació d’humus i que conté humats càlcics negres en una proporció que representa com a mínim el 50% de la seva massa total. La primera matèria per a l’acumulació d’humus, la subministra la vegetació herbàcia de l’estepa, que en aquests sòls assoleix la seva màxima esponerositat. Els seus teixits, a diferència dels residus dels arbres, són poc lignificats i gairebé no contenen substàncies minerals. Per això, en morir i caure sobre el sòl humit i calent, s’humifiquen fàcilment en un període de 8 a 10 setmanes. La biomassa de la part aèria és d’1 a 1,5 t/ha de matèria seca, mentre que la biomassa radicular és de 4 a 6 t/ha. En els txernozems russos, aquestes xifres poden augmentar fins a 3,5 i 38 t/ha de les parts aèria i subterrània respectivament.
Els txernozems més desenvolupats són aquells que posseeixen continguts d’humus més elevats i un horitzó mòl·lic que assoleix fins a 2 m de fondària. Aquests sòls són molt escassos a Euràsia, però són especialment remarcables els de la regió de Kursk (uns 450 km al S de Moscou), on es troba la reserva de biosfera del Txernozem central. L’horitzó mòllic es torna més prim i més grisenc cap a la part septentrional de la franja de txernozems, a la zona de transició amb les boscanes on comencen a manifestar-se processos de podzolització. En aquelles condicions, més humides, el rentat és més intens i pràcticament no hi ha carbonats en els horitzons superficials. El sòl s’acidifica i els compostos orgànics migren en profunditat, deixant en superfície els compostos de quars de color blanquinós.
Els castanozems
Els castanozems estan situats a la zona d’estepes més àrides, a migjorn dels txernozems. Es diferencien d’aquests, principalment, perquè presenten un procés d’acumulació de matèria orgànica menys intens; això es deu al fet que la coberta vegetal és menys densa i les condicions menys favorables a l’activitat microbiana. En la composició de l’humus predominen combinacions inestables d’àcid fúlvic, que es transformen amb la primera pluja: o bé es lixivien o bé es mineralitzen. Això explica el color castany dels castanozems, menys fosc que el dels txernozems. A més a més, el seu singular to vermellós és donat pel color del material parental, que sovint té un origen sedimentari molt antic.
La gènesi dels castanozems és fortament condicionada pel clima i la vegetació. Es troben en regions amb pluviositats d’entre 200 i 400 mm, ocupades per praderies d’herba baixa de menys diversitat que les estepes de txernozems i amb predomini de poàcies petites de fulla estreta (Stipa, Festuca, Koeleria, Cleistogenes, Buchloe, Bouteloua) i altres espècies herbàcies de poca alçada, rastreres i esclerofil·les (asteràcies com Artemisia frigida, rosàcies com Potentilla acaulis, escrofulariàcies com diferents espècies de Veronica, i altres). La biomassa aèria varia entre 0,8 i 1 t/ha de matèria seca, mentre que la subterrània arriba a assolir valors d’entre 3 i 4 t/ha. Això vol dir que l’aportació de restes vegetals és de 3 a 8 vegades inferior al dels txernozems. Més del 50% de les arrels es troben en els primers 25 cm de sòl i poques arriben a profunditzar més d’1 m.
Durant la primavera, la percolació d’aigua en el sòl produeix un rentat de cations bàsics. El carbonat càlcic s’acumula en profunditats de 90 a 100 cm, mentre que el guix, més soluble, se sol localitzar formant acumulacions entre els 150 i els 200 cm. En els castanozems més secs, a més de 2 m, hi pot haver un horitzó d’acumulació de sals solubles que no es veuen afectades pel front d’humectació i que, per tant, no influeixen en la vegetació.
Els castanozems ocupen uns 400 milions d’ha distribuïdes pel S dels txernozems d’Euràsia, a l’W dels d’Amèrica del Nord, a les àrees meridionals del Brasil i a les regions més seques de la pampa de l’Uruguai i l’Argentina. Dins la franja de castanozems de cada continent, els gradients climàtics es reflecteixen en els trets edàfics. Així, a Euràsia, els epipedions mòl·lics més foscos es troben al N, a la frontera amb els txernozems, mentre que en direcció S el color es va fent més clar. A més, l’acumulació de carbonat càlcic es dóna a menys profunditat.
A les regions on es desenvolupen castanozems, els anys de secada solen alternar amb anys més humits. Això pot comportar dèficits hídrics per als cultius i un elevat risc d’erosió eòlica per als sòls més sorrencs. Després de la depressió del 1929, per exemple, a l’Amèrica del Nord es començaren a conrear grans extensions de terra de castanozems. Posteriorment, durant la gran secada dels anys trenta, el vent se n’endugué els horitzons superficials i els traslladà a gran distància, formant acumulacions espectaculars. Al Kazakhstan succeí el mateix els anys cinquanta, període durant el qual es llauraren 42 milions d’ha de terres verges. El vent dipositava el material transportat colgant camins, cases i boscos. Tot i que les característiques dels castanozems els fan menys adequats a l’agricultura que els txernozems, es consideren sòls de fertilitat gens negligible i, de fet, en anys no gaire secs se’n poden obtenir collites força quantioses. Una gestió agrícola adequada d’aquestes terres ha de prendre en consideració el risc de salinització, emprar sistemes de reg adients i protegir el sòl de l’erosió, tant eòlica com hídrica.
Els solonetzs
En els solonetzs (‘sols alcalins’, en rus) el procés de sodificació assoleix el seu grau màxim, però cal no confondre els solonetzs amb els solontxacs: aquests darrers són sòls salins que contenen gran quantitat de ions —no únicament de sodi— en solució. Això provoca un excés de pressió osmòtica que fa que les arrels de la majoria de les plantes no puguin absorbir l’aigua, fins i tot quan és abundant. En els solonetzs, la principal característica distintiva és l’efecte de la presència de sodi en el complex d’intercanvi (més del 15%) i, si bé en principi no tenen per què ser salins, no és estrany trobar sòls formats com a resultat dels processos de sodificació i salinització combinats. De vegades, el procés de formació d’un sòl de tipus solonetz dura només uns 50 o 60 anys i, per tant, es tracta d’un dels pocs casos en què aquest procés es pot observar des del començament fins al final. Normalment, altres tipus de sòl triguen milers d’anys a desenvolupar-se.
Els solonetzs, a diferència dels altres sòls esteparis, es distribueixen per totes les regions del bioma de les estepes i praderies en el seu sentit més ampli. A Euràsia, la superfície ocupada per solonetzs augmenta de N a S, mentre que a l’Amèrica del Nord ho fa d’E a W. A Euràsia, a les àrees meridionals de la zona estepària, els solonetzs ocupen el 80% del territori i són els sòls més característics. Altres sòls poden mostrar processos de sodificació més o menys intensos, però mai comparables als que es donen en els solonetzs. L’àrea total del planeta que ocupen aquests sòls és d’uns 80 milions d’ha. A més d’Euràsia i l’Amèrica del Nord, també es troben en regions seques d’Austràlia, l’Amèrica del Sud i l’Àfrica subtropical.
Els solonetzs de les zones més àrides, ja en la transició amb el desert, ocupen 190 milions d’ha d’estepa i es troben, principalment, a Euràsia. Constitueixen una variant que en la classificació russa s’anomena sòls bruns deserticoesteparis i que presenta una coloració clara deguda a la presència d’àcid fúlvic. Si el material parental consisteix en graves, com succeeix a les estepes del Kazakhstan, de la Sibèria meridional i de Mongòlia, fins i tot els fragments més grossos presenten aquest color bru; són cobertes per una pel·lícula lluent i fosca de color torrat amb irisacions blavoses (‘vernís del desert’). Aquests sòls bruns deserticoesteparis no reben més de 0,8 a 0,9 t/ha de restes vegetals l’any. La major part es descompon i es mineralitza ràpidament i per aquesta raó són pobres en humus (mai més de l’1 o 2%). A causa de la seva baixa fertilitat i de les secades i la salinització a què estan sotmeses, les terres amb aquests sòls s’utilitzen gairebé exclusivament per a pastures. Malgrat tot, poden conrear-se amb ajuda del reg.
Els feozems
Els feozems es desenvolupen en ambients més humits que els txernozems o els castanozems. El rentat del sòl és més intens i, per tant, la descarbonatació l’afecta a més profunditat, si bé l’acidificació no és gaire accentuada. La fauna és molt activa i és responsable de l’homogeneïtzació i barreja d’horitzons, processos que, alhora, també impedeixen que prosperi la descarbonatació dels horitzons superiors.
La formació de feozems sembla més condicionada per l’excés de precipitació enfront de l’evapotranspiració que pel valor absolut de la pluviositat anual. En efecte, a l’Amèrica del Nord es troben feozems en una franja que s’estén des del Canadà, amb pluviositats de vora 400 mm i temperatures mitjanes anuals d’uns 2°C, fins a l’estat nord-americà de Missouri, amb pluviositats de 1 200 mm i temperatures mitjanes d’uns 18°C.
L’extensió total de territori ocupat per feozems en tot el planeta s’estima en aproximadament 100 milions d’ha, concentrades sobretot a la regió de praderies de l’Amèrica del Nord, a les pampes d’Argentina i en algunes regions de l’Àsia oriental. En totes aquestes àrees, els feozems es consideren sòls fèrtils i s’utilitzen tradicionalment en agricultura extensiva de cereals o com a pastures. Les seves limitacions principals són els períodes de sequera i l’erosió eòlica i hídrica.
Els greizems
A la regió fronterera entre els txernozems i els luvisòls es troben uns sòls amb propietats intermèdies en els quals es manifesten processos edàfics propis d’ambdós medis, però amb menys intensitat: és el domini dels greizems. Es formen en materials parentals descarbonatats i es caracteritzen per tenir un horitzó àrgic d’acumulació d’argila i un horitzó mòl·lic grisós. Aquesta coloració els ve donada per la presència de partícules rentades de sorra i de llim. En medis més àrids, les partícules estarien cobertes d’argila i matèria orgànica. Els greizems ocupen aproximadament 28 milions d’ha i es troben a l’hemisferi nord, en una estreta franja entre les estepes d’herbes altes i el domini de les boscanes mixtes i decídues temperades.