АГРОХИМИЯ, 2013, № 9, с. 21-32
УДК 631.41 7.1:551.435.14:930.26
ИЗМЕНЕНИЕ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ СУХИХ СТЕПЕЙ ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 3500 ЛЕТ*
© 2013 г. Б.Н. Золотарева, В.А. Демкин
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия E-mail: azol2003@rambler.ru
Поступила в редакцию 31.03.2013 г.
Проведены исследования палеопочв разновозрастных археологических памятников (курганов) эпох поздней бронзы (XVI-XV вв. до н.э.), раннего железа (II-III вв. н.э.) и средневековья (XIV в. н.э.), а также их фоновых аналогов в сухостепной зоне юга Приволжской возвышенности. По палео-почвенным данным реконструирована вековая динамика увлажненности климата в регионе за последние 3500 лет. Установлено, что в результате диагенеза потери Сорг из полуметрового слоя подкурганных почв за 3500 лет достигли 70%. Средняя скорость минерализации составила 1.9 х 10-4% Сорг/год. В составе гумуса каштановых почв от эпохи поздней бронзы до настоящего времени расширилось отношение СГК : СФК от 0.67 до 1.46, увеличилась степень гумификации и гидрофильность макромолекул гуминовых кислот. В связи с длительностью погребения почв в молекулярной структуре гуминовых кислот увеличивалось содержание ароматических фрагментов. Ключевые слова: палеопочвы, гумусное состояние почв, сухие степи, Приволжская возвышенность.
ВВЕДЕНИЕ
Реконструкция истории развития природной среды и почв приобретает все большую актуальность в связи с проблемой возможного глобального изменения климата. В ее решении одно из ведущих мест занимают исследования палеопочв, погребенных под культурными слоями, курганными насыпями, оборонительными валами и пр. [1-10]. Палеоклимат динамичен, поэтому каждая из палеопочв формируется в отличных от других режимах почвообразования и имеет индивидуальные свойства. Погребенные почвы служат эффективной моделью изучения ритмичных процессов почвообразования [11-13]. Разновозрастные почвы археологических памятников, сформировавшиеся на одной почвообразующей породе и в одной биоклиматической зоне (хроно-ряд), являются природной моделью для исследования особенностей развития почв и почвенных свойств (мощность гумусового слоя, содержание и структура органического вещества, развитие почвенной структуры и др.), определяющих их
* Исследования проводили при поддержке РФФИ (проект 12-04-00385, 11-04-00938, 13-04-00034) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН (направления 4 и 25).
естественное плодородие и обеспечивающих устойчивость органического углерода в почвах [14-17].
Гумусовые вещества почв обнаруживают устойчивые закономерности изменения в системе почва-климат в больших временных интервалах [18-23]. Наиболее информативными в системе индикаторных признаков гумусного состояния современных, погребенных и ископаемых почв являются: содержание и молекулярная структура гуминовых кислот, с которыми связаны основные типовые признаки почв и их эволюционные изменения, степень гумификации органического вещества почв, величина отношения СГК : СФК. Являясь термодинамической функцией условий почвообразования, величина отношения СГК : СФК сохраняет свою величину при изоляции погребенных почв от биологически активной среды, что позволяет активно использовать ее для па-леоклиматических реконструкций [24-27].
Цель работы - исследование особенностей развития почв (подкурганных и современных) сухих степей Приволжской возвышенности и их естественного плодородия за историческое время (последние 3500 лет) на основе изучения эволюционного тренда параметров гумусного состояния и структурно-функциональных параметров гуминовых кислот.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Район исследования расположен в зоне сухих степей в южной части Приволжской возвышенности. Климат умеренно континентальный. Среднегодовая норма атмосферных осадков составляет около 400 мм. Коэффициент увлажнения по Иванову меняется в пределах 0.5-0.8. Среднегодовая температура воздуха 7°С. Максимальное количество осадков приходится на лето, минимальное - на конец холодного периода года, главным образом, на февраль и март [28]. Комплексной экспедицией Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и Волгоградского государственного университета были проведены почвенно-археологические исследования курганного могильника "Саломатино", расположенного в 5 км к северу от с. Саломатино Камышинского р-на Волгоградской обл. Археологические раскопки проводили под руководством И.В. Сергацкова.
Курганный могильник расположен в краевой плоской части водораздела междуречья рр. Иловля и Б. Казанка на высоком правом коренном берегу р. Иловля (левый приток р. Дон). Территория имеет слабый уклон к речной долине с падением высот ~5 м на 1 км. Абсолютные отметки поверхности 170-175 м. До глубины 2 м территория сложена двучленными отложениями: с поверхности до 50-60 см это лёссовидные опесчаненные суглинки, которые подстилаются делювиальными ожелезненными оглеенными супесчано-сугли-нистыми породами с включениями гальки, щебня. Грунтовые воды залегают глубже 20 м. Участок целинный. Почвенный покров комплексный, включает каштановые почвы различной степени солонцеватости и засоленности и солонцы. В растительном покрове доминируют разнотрав-но-типчаково-ковыльная и полынно-типчаковая ассоциации с проективным покрытием 90 и 50% соответственно.
Исследованы четыре памятника, время сооружения которых относится к эпохам бронзы (срубная культура, XVI-XV вв. до н.э., ~ 3500 лет назад, 1 курган), раннего железа (позднесар-матская культура, II-III вв. н.э., ~ 1800 лет назад, 2 кургана) и средневековья (золотоордынское время, XIV в. н.э., ~ 650 лет назад, 1 курган). Название археологических эпох и культур приведены в соответствии с существующей хронологией и периодизацией истории развития древних степных обществ за последние 3500 лет [4]. Они расположены в ареалах современных каштановых почв и солонцов. Это позволило изучить
два педохроноряда, представленные разновозрастными каштановыми почвами и солонцами.
Вскрытие курганных насыпей и погребенных палеопочв проводили траншеями, что позволило получить репрезентативную информацию о пространственной изменчивости палеопочвенного покрова и выбрать наиболее характерные участки для профильного отбора образцов подкурганных почв по генетическим горизонтам.
Химический анализ почв выполнен стандартными методами [29], фракционно-групповой анализ гумуса - методом Пономаревой-Плотниковой [30]. Гуминовые кислоты из образцов гор. А1 выделены методом щелочной экстракции, используемым в отечественной практике с дополнениями, рекомендованными IHHS и отечественными исследователями [31-34]. Содержание углерода в структурных фрагментах гуминовых кислот рассчитывали из спектров 13С ЯМР (твердофазная спектроскопия, спектрометр ЯМР - AVANCE-II NMR 400, фирма Braker) по Ковалевскому [35].
РЕКОНСТРУКЦИЯ ДИНАМИКИ УВЛАЖНЕННОСТИ КЛИМАТА ЗА ПОСЛЕДНИЕ 3500 ЛЕТ ПО МОРФОЛОГО-ХИМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПАЛЕОПОЧВ
К числу важнейших индикаторных показателей вековой динамики увлажненности климата относится средневзвешенное содержание в верхней метровой толще палеопочв легкорастворимых солей, гипса и карбонатов. Ранее было показано [8], что на конец III - начало II тыс. до н.э. приходился пик палеоэкологического кризиса, вызванного резкой аридизацией климата. Он послужил причиной формирования каштановидных эродированных засоленных несолонцеватых карбонатных палеопочв, которые к концу II тыс. до н.э. (~4000 лет назад) эволюционировали в зональные каштановые палеопочвы в связи с очередной гумидизацией климата.
В сочетании морфолого-химических свойств срубной каштановой палеопочвы XVI-XV вв. до н.э. (3500 лет назад) зафиксированы следы предшествующих засушливых и более континентальных климатических условий. К ним относятся языковатость нижней границы гумусового гор. А1, сформировавшаяся в результате интенсивного морозобойного растрескивания наряду с трещинами усыхания, высокое залегание линии вскипания и аккумуляции карбонатов, отсутствие морфологических и химических признаков со-
Таблица 1. Средневзвешенное содержание органического углерода в слое 0-50 см, карбонатов, гипса и легкорастворимых солей в слое 0-100 см современных и подкурганных почв, %
Время С ^ орг CaCO3 CaSO4 Сумма солей
Каштановые почвы
XVI-XV вв. до н.э. 0.26 3.0 0.31 0.25
II-III вв. н.э. 0.52 5.6 0.13 0.24
XIII-XIV вв. н.э. 0.58 1.2 0.05 0.09
Современность 0.86 4.5 0.01 0.14
Солонцы
II-III вв. н.э. 0.39 3.2 0.50 0.80
Современность 0.68 3.6 0.25 0.60
лонцеватости в гор. В1 (содержание обменного натрия <1%). С другой стороны, выщелоченность верхних горизонтов от легкорастворимых солей и гипса и отсутствие в верхней метровой толще хлоридов дают основания утверждать о влиянии на формирование исследованной почвы более гу-мидных условий (табл. 1).
В отличие от срубной палеопочвы в каштановой палеопочве позднесарматского времени (~1800 лет назад) хорошо выражены признаки солонцеватости: резкая текстурная дифференциация верхней части профиля, мелкопризматическая структура гор. В1 с содержанием в нем обменного натрия ~3%, высокая щелочность иллювиальных горизонтов (рН >9.0). Для данной палеопочвы характерны наличие в гор. В1 редких новообразований оксидов марганца, высокое залегание верхней границы аккумуляций легкорастворимых солей и гипса при их низких концентрациях (>0.4%) и карбонатов. Содержание последних в гор. В2са превышало 12%. Сочетание рассмотренных почвенных свойств и признаков свидетельствовало о том, что во 2-й половине II - 1-й половине III вв. н.э. имела место аридизация климата после предшествовавшей гумидной климатической эпохи I в. н.э [8, 10, 36]. Об аридизации климата в поз-днесарматское время свидетельствовали также и морфолого-химические свойства палеосолон-ца (табл. 1). Степень выявленных качественных и количественных различий между свойствами подкурганных палеопочв и их фоновых аналогов дали основания считать, что среднегодовое количество атмосферных осадков в исследованном регионе во II-III вв.
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.