ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.48:930.26
ГУМУС ПАЛЕОПОЧВ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ СУХИХ СТЕПЕЙ ВОЛГО-ДОНСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ*
© 2013 г. Б. Н. Золотарева, В. А. Демкин
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 e-mail: azol2003@rambler.ru Поступила в редакцию 28.04.2011 г.
С использованием традиционных химических методов и метода 13С-ЯМР спектроскопии проведено изучение гумуса каштановых палеопочв, погребенных под разновозрастными курганными насыпями (XVI—XV вв. до н.э., I, II—III и XIII—XIV вв. н.э.) и валом Анны Иоанновны (1718—1720 гг.), и их современных аналогов, приуроченных к целинным участкам. Установлено, что уменьшение содержания гумуса в палеопочвах в результате диагенеза экспоненциально связано с длительностью их погребения. За 3500 лет потери гумуса в слое 0—30 см составили 76 ± 14%, но система не достигла стационарного состояния. Определены константы скорости минерализации гумуса палеопочв. Выявлен тренд увеличения глубины гумификации органического вещества в каштановых почвах за последние 3500 лет. В структуре гуминовых кислот с увеличением длительности погребения почв возросла доля ароматических структур и снизилось содержание алифатических фрагментов. Установлена цикличность изменения состава гумуса, обусловленная вековой изменчивостью увлажненности климата.
Ключевые слова: 13С-ЯМР спектроскопия, каштановые палеопочвы, скорость минерализации.
DOI: 10.7868/S0032180X13030143
ВВЕДЕНИЕ
Гумусовые вещества почв (ГВ), состоящие их трех главных групп — гуминовых кислот (ГК), фульвокислот (ФК) и гумина (ГМ), являются аккумулятивным компонентом экосистем, фактором устойчивости процессов, определяющих важнейшие биогеохимические функции в Биосфере. На уровень аккумуляции углерода в почвах преимущественное влияние оказывает тип ценоза и параметры климатической обстановки [25, 27—28]. В исследованиях выявлены связи параметров состава органического вещества и состава и структуры ГК с климатическими показателями [19, 32]. На определенной (климаксной) стадии развития почвы содержание, состав и структурно-функциональные параметры гумусовых веществ, в основе синтеза которых лежит принцип биотермодинамической обусловленности, приходят в состояние подвижного равновесия с факторами внешней среды, становятся стабильными и могут сохраняться достаточно долго [1, 2, 25— 28, 36].
* Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №09-0400233, 09-04-00652, 11-04-00938) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.
Наиболее значимым для нарушения динамического равновесия в системе ГВ является дефицит свежих органических остатков вследствие антропогенной деятельности, либо полное прекращение их поступления при погребении.
Погребенные почвы оказываются эффективной натурной моделью изучения эволюции ГВ в условиях полного прекращения поступления свежих растительных остатков, нарушения воздухо-и водообмена и других условий актуального гуму-со(почво)образования [21, 33, 36].
На этом основании появилась возможность для палеогеографических и палеоклиматических реконструкций, широко используемая в многочисленных исследованиях последних 30—40 лет [1, 2, 9-13, 17-21, 34, 36, 40].
Несмотря на определенные успехи, достигнутые в изучении характера и закономерностей трансформации гумуса палеопочв археологических памятников степной зоны [1, 2, 7, 17-21], по-прежнему остается достаточно нерешенных вопросов. В частности, к ним относятся оценка степени исходной сохранности фракционно-группового состава гумуса и, следовательно, возможности использования этого параметра для реконструкции природных условий; выявление ро-
ли условий почвообразования (климатические, литологические, геоморфологические и др.), существовавших в момент сооружения археологических памятников, в дальнейших диагенетиче-ских преобразованиях гумусового профиля погребенных почв, определение скорости процесса дегумификации.
Эволюционные трансформации в системе ГВ, поиск устойчивых компонентов и факторов, обеспечивающих устойчивость ГВ в почвах, являются актуальнейшей и дискуссионной проблемой современных комплексных научных исследований интернациональных коллективов.
В решении этих вопросов важное место занимают данные о закономерностях эволюции почв и динамике увлажненности климата за историческое время (последние 4000—5000 лет). Исследования подкурганных педохронорядов в сухих степях Нижнего Поволжья (Среднерусская, Приволжская и Ергенинская возвышенности) позволили установить [4, 9], что около 5000 лет назад в этом регионе началась постепенная ари-дизация климата, продолжавшаяся на протяжении тысячелетия и достигшая максимума на рубеже III—II тыс. до н.э. За это время среднегодовая норма атмосферных осадков снизилась не менее чем на 100—150 мм и достигла уровня не более 150—200 мм/год, что привело к интенсификации процессов дегумификации, засоления, окар-боначивания, дефляции почв. В результате на рубеже III—II тыс. до н.э. на водораздельных пространствах и высоких надпойменных террасах широкое распространение получили каштано-видные эродированные полупустынные палео-почвы. Однако уже в XVIII—XVII вв. до н.э. началось смягчение климатических условий с увеличением количества атмосферных осадков до 300— 350 мм/год. Пик этого увлажнения пришелся, вероятно, на 2-ю половину II тыс. до н.э. и повлек за собой значительные эволюционные преобразования почв со сдвигом ландшафтных рубежей к югу. В итоге около 3500 лет назад сформировался современный облик структуры почвенного покрова, представленного зональными каштановыми почвами различной степени засоленности и со-лонцеватости и солонцами. Исследования под-курганных палеопочв сарматского времени (ран-нежелезный век) показали [9, 12], что временная изменчивость их морфологических, химических, микробиологических, магнитных свойств в хро-ноинтервале 2200—1600 лет назад характеризовалась ритмичностью, которая была обусловлена вековой динамикой увлажненности климата с колебаниями среднегодовой нормы атмосферных осадков в пределах ±30—50 мм. Выявленные климатические изменения не обуславливали эволюционные преобразования каштановых палеопочв и палеосолонцов на типовом (подтиповом) таксономическом уровне. Однако они приводили к
определенным преобразованиям ряда параметров гумусового, карбонатного, солевого профилей, солонцового горизонта, а также находили отражение в состоянии микробных сообществ. В природном отношении время существования сарматской культурно-исторической общности можно рассматривать как эпоху чередования микроплювиальных и микроаридных периодов продолжительностью 100—200 лет. В частности, относительно влажные климатические условия имели место в I в. до н.э.—I в. н.э. и в IV в. н.э., а наиболее засушливые — во второй половине II—в первой половине III вв. н.э. Характерной особенностью средневековых палеопочв золотоордынского времени (XIII—XIV вв. н.э.) рассматриваемого региона являлось существенное отличие их свойств как от предшествующего времени, так и от современных фоновых. В это время активизировались процессы гумусообразования, рассоления и рассо-лонцевания почв, произошла перестройка карбонатного профиля, резкие преобразования претерпели почвенные микробные сообщества. Заслуживают внимания выявленные факты формирования каштановых палеопочв на месте сарматских и современных ареалов светло-каштановых почв [13]. Эти данные дают основания считать, что в XII—XIV вв. н.э. произошли довольно существенные изменения климата в сторону его гумидизации. Судя по свойствам палеопочв этого периода можно полагать, что среднегодовая норма атмосферных осадков превышала современную на 70—100 мм. Увеличение атмосферной увлажненности повлекло за собой региональную миграцию природных рубежей к югу, в частности, экспансию сухостепных ландшафтов в пределы пустынно-степных [3, 35]. В новое время (XVII—XIX вв.) на состоянии ландшафтов юга России существенно сказались влажные и холодные климатические условия Малого ледникового периода [24]. Это подтверждается и данными изучения палеопочв, погребенных под оборонительными валами За-камской [8] и Царицынской [5] линий, сооруженных в первой четверти XVIII в.
Таким образом, основная задача настоящей работы заключалась в изучении состояния органического вещества палеопочв разновозрастных археологических памятников эпох бронзы (XVI— XV вв. до н.э.), раннего железа (I—III вв. н.э.), средневековья (XIII—XIV вв. н.э.) и нового времени (XVIII в. н.э.) сухих степей Волго-Донского междуречья, погребенных в аридные и гумидные климатические периоды, с целью определения направленности, скорости и масштабов его трансформации в процессе диагенеза и в результате естественной эволюции почв за историческое время.
РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Район исследований расположен в Волго-Донском междуречье в зоне сухих степей, в подзоне каштановых почв (Волгоградская обл.) (рис. 1). В геоморфологическом отношении он включает южную часть Приволжской возвышенности и Северные Ергени. Климат умеренно континентальный. Среднегодовая норма осадков к югу уменьшается с 380—400 до 330—350 мм. Исследования проводились на четырех ключевых участках (объектах) с естественным травяным растительным покровом. Современный почвенный покров представлен комплексом каштановых почв и солонцов.
Наиболее северное положение занимает объект "Саломатино", расположенный в 5 км к северу от с. Саломатино Камышинского р-на (Приволжская возвышенность). Участок находится на вершине плоского водораздела, имеющего слабый уклон к долине р. Иловля (левый приток Дона). Абсолютные отметки поверхности 170—175 м. До глубины 2 м территория сложена двучленными отложениями. С поверхности до 50—60 см залегают покровные лёссовидные опесчаненные суглинки, которые подстилаются делювиальными ожелезненными оглеенными супесчано-су-глинистыми отложениями с включениями гальки, щебня. Грунтовые воды расположены глубже 20 м. Доминируют разнотравно-типчаково-ковыльная ассоциация с проективным покрытием 90%. Изученные каштановые п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.