CC BY
20
========= СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ==========
УДК 631.48
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ ЗА ИСТОРИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ* © 2003 г. А. В. Борисов, В. А. Демкин, М. В. Ельцов, Я. Г. Рысков
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142292, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2, Россия
Углерод и его соединения играют исключительную роль в биосфере. Именно они составляют основу жизнедеятельности автотрофных организмов, обладающих способностью накапливать и преобразовывать солнечную энергию в энергию органических веществ, что позволяет фиксировать азот и обеспечивать рост, питание, воспроизводство биомассы растений, травоядных, хищников и низших в пищевых цепях экосистем. В этой связи весьма важным представляется вопрос поведения карбонатов в почве, где содержится до 3% общих запасов углерода на планете (Перельман, 1979; Ковда, 1985), вековой изменчивости количественных и качественных параметров карбонатного профиля. Особенно актуальным становится изучение динамики углекислоты в почвах при определенных сценариях развития климата. Один из перспективных путей решения этого вопроса базируется на сравнительном изучении карбонатного профиля палеопочв разновозрастных археологических памятников, главным образом, курганов и современных фоновых почв. Период сооружения курганов охватывает хроноинтервал от 6000 до 500 лет назад, что дает возможность получить детальную информацию о содержании и профильном распределении карбонатов в палеопочвах с временным шагом 300 — 500 лет и менее. Значение такого рода исследований возрастает еще ввиду того, что грунтовые археологические памятники в наибольшей мере сосредоточены в регионах, где карбонатность является характерной особенностью почв.
В процессе почвообразования происходит накопление, профильное перераспределение и вынос углекислых солей кальция, направленность и скорость которых определяется различными условиями и факторами, в том числе климатическими условиями, литологией, дренированностью, уровнем залегания грунтовых вод. Их сочетание в ту или иную эпоху формирует определенный тип карбонатного профиля, являющийся генетическим показателем состояния почв. К основным его характеристикам относится глубина вскипания, формы новообразований, интервал залегания зоны аккумуляции и запасы карбонатов. Имеются данные о закономерностях изменчивости этих параметров во второй половине голоцена в черноземах Украины, ЦЧО, Северного Кавказа, Поволжья, Южного Урала, Казахстана (Золотун, 1974; Песочина, Буйлов, 1982; Александровский, 1984; Ахтырцев В., Ахтырцев А., 1986; Иванов, 1992; Иванов, Чернянский, 1996; Демкин, 1997; Хохлова, 1996; Хохлова и др., 2000; 2000а). Для почв юго-востока Русской равнины в пределах сухо— и пустынно — степной зон подобная информация более скудная и касается, з основном, темно — каштановых и каштановых почв юга Украины (Золотун, 1974), Северного Кавказа (Хохлова и др., 2000),Казахстана (Иванов, 1992), Предуралья (Демкин, Рысков, 1996). В связи со сказанным, основная цель исследований заключалась в познании закономерностей вековой динамики почвенных карбонатов в степной зоне юго-востока Русской равнины в связи с изменчивостью климата и эволюцией почв за историческое время.
Исследования проводились в Нижнем Поволжье в пределах сухих и пустынных степей с каштановыми и светло — каштановыми почвами соответственно. Ключевые участки расположены на территории Средне — Русской и Ергенинской возвышенностей
* Работа выполнена при поддержке РФФИ и ФЦНТП (тема 10)
54
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ 55 Волгоградская область и Республика Калмыкия). Объектами исследований послужили разновозрастные палеопочвы археологических памятников (курганы, святилище), погребенные в эпохи бронзы (III —II тыс. до н.э.), раннего железа (I —IV вв. н.э.) и средневековья (XIII —XIV вв. н.э.), а также современные фоновые почвы. Всего изучено более 50 памятников. В числе общих методов исследований использовались сравнительно — географический, сравнительно — хронологический и почвенно — археологический. В отобранных образцах почв определялись содержание карбонатов,
гумуса, легкорастворимых солей, гипса, гранулометрический состав.
Средне —Русская возвышенность, подзона каштановых почв.
Район исследований расположен в пределах Восточно —Донской пластово — ярусной гряды, обычно называемой Донской грядой. С севера и востока она ограничивается долиной р. Дона, с юга — долиной р. Чира. Ее поверхность представляет собой пологоволнистую равнину с абсолютными отметками 100 — 200 м. Территория сложена пермско —триасовыми мергелями, юрскими глинами, меловыми и палеогеновыми песчано — опоковыми породами. Они перекрыты лессовидными суглинками мощностью от 2—10 до 20 м. Гряда имеет хорошую естественную дренированность. Грунтовые воды залегают на глубине 10 — 20 м и более, их минерализация не превышает 1 г/л. Климат района умеренно континентальный. Средняя многолетняя норма атмосферных осадков 360 мм/год, среднегодовая температура около 7°С. Гидротермический коэффициент равен 0.6. Донская гряда входит в зону типчаково — ковыльных сухих степей с каштановыми почвами. Исследованный археологический памятник (святилище) расположен в 7 км к северу от станицы Трехостровской Иловлинского района Волгоградской области на праавобережье Дона. Время его сооружения датируется рубежом XIII —XII вв. до н.э. (3200 лет назад).
Проведенный анализ различных свойств почв, развитых тысячелетиями, показал, что за прошедший период темно — каштановые почвы эволюционировали в каштановые. За прошедшие 32 века многие почвенные признаки и свойства претерпели весьма заметные изменения. По сравнению с рубежом XIII —XII вв. до н.э. мощность гумусового горизонта А1+АВ в современных почвах в среднем оказалась на 9 см меньше (табл.1).
Таблица 1. Морфологические свойства погребенной и современной почв Средне - Русской возвышенности (ключевой участок «Трехостровская»). Table 1. Morphological properties of buried and modern soil of the Middle Russian Hills (key plot "Trekhostrovskaya").
Показатели Почва, погребенная 3200 лет назад Современная фоновая почва
Мощность гумусового горизонта А1 + АВ, см Глубина вскипания, см Глубина залегания аккумуляции карбонатов, см Мощность карбонатного горизонта ВСса + Сса, Формы новообразований карбонатов Частота встречаемости белоглазки, штук/кв.дм Средний размер белоглазки, мм Глубина залегания новообразований гипса, см Степень перерытости профиля землероями 34 40 55 46 дисперсные нет нет 105 средняя темно — каштановая 25 28 30 68 белоглазка 11 5.8 120 слабая каштановая
На наш взгляд, снижение мощности гумусового горизонта — результат изменения условий почвообразования в направлении аридизации климата, сопровождавшейся усилением дефляционного процесса. Сочетание подобных явлений неоднократно фиксировалось на протяжении последних 5000 лет в Северном Прикаспии (Иванов, Васильев, 1995), в Южном Приуралье (Демкин, 1997), на Ергенях (Демкин и др., 1998). Эоловый снос верхней части (5—10 см) горизонта А1 палеотемно — каштановой почвы,
вероятно, происходил главным образом в первой половине I тыс. до н.э. Цвет верхних горизонтов сравниваемых почв из черного и темно —серого преобразовался в серый. Содержание гумуса снизилось в полтора раза (даже с учетом его потерь в фоновой почве из —за распашки). Палеопочва характеризовалась наличием в гор.АВ многочисленных органо — минеральных примазок, гумусовых потеков и языков. Следовательно, во второй половине II тыс. до н.э. имели место более благоприятные условия для гумусообразования по сравнению с современностью, что в первую очередь могло быть обеспечено большей атмосферной увлажненностью. Данный вывод подтверждается особенностями профильного распределения карбонатов. В частности, верхняя граница их аккумуляции в палеотемно — каштановых почвах залегала с 50 — 60 см против 30 см в фоновых, глубина вскипания располагалась на 10—15 см глубже, в средней части профиля новообразования отсутствовали и углекислый кальций находился в дисперсной подвижной форме, мощность зоны аккумуляции (гор.ВСса + Сса) была на 20 — 25 см меньше. Запасы карбонатов з отдельных слоях сравниваемых почв также существенно различаются (табл.2). В настоящее время для всех расчетных толщ (0 — 50 см, 50—100 см ... 0 — 200 см) они заметно выше. В абсолютных величинах разница колеблется примерно от 10 до 70 кг/м2, а в относительных — от 11 до более чем 200%. Таким образом, в течение последующих тысячелетий после создания памятника в верхней двухметровой почвенно — грунтовой толще происходило активное накопление углекислых солей кальция вследствие их восходящей миграции из нижележащих слоев. Известно, что подобное явление, как правило, является результатом аридизации климата. Кроме того, нельзя исключать и еще одну приходную статью. Учитывая тот факт, что в исследуемом регионе коренные известковые породы нередко выходят на дневную поверхность (эродированные водоразделы и склоны, овраги, балки), в засушливые эпохи усиливался эоловый перенос карбонатной пыли с ее аккумуляцией на поверхности суглинистых почв и последующей водной миграцией СаСОз в глубь профиля. Скорость накопления карбонатов в почвенно — грунтовой толще в зависимости от мощности и глубины залегания расчетных слоев составляла от 3 до 23 г/м2 в год (табл.2), причем от нижнего полуметра к верхнему она закономерно нарастала от 3 до 9 г/м2 в год.
Таблица 2. Профильная и временная динамика запасов карбонатов в почвах Средне — Русской возвышенности (ключевой участок «Трехостровская»). Table 2. Profile and temporal dynamics of carbonate reserves in the soil of the Middle Russian Hills (key plot "Trekhostrovskaya").
Слой, см Запасы карбонатов, кг/м2 Изменение запасов карбонатов Скорость накопления карбонатов, г/м в год
3200 лет назад современность кг/м2 %
0-50 13.5 41.3 27.8 206 9
50-100 93.0 111.8 18.8 20 6
100-150 93.0 107.3 14.3 15 5
150-200 93.0 102.8 9.8 11 3
0-100 106.5 153.1 46.6 44 15
100-200 186.0 210.1 24.1 13 8
0-200 292.5 363.2 70.7 24 23
Наиболее интенсивная аккумуляция СаСОз наблюдалась в слое 0 — 50 см, куда преимущественно и могла поступать эоловая карбонатная пыль. Вероятно, вторая метровая толща при восходящей миграции карбонатов являлась в большей степени зоной транзита, хотя и здесь имело место их некоторое накопление. Увеличение содержания СаСОз привело к заметному подщелачиванию почв, среднепрофильная величина рН увеличилась с 7.6 до 8.3. Среди других особенностей, свидетельствующих о благоприятных палеоэкологических условиях в регионе во второй половине II тыс. до н.э., необходимо отметить большую насыщенность верхних горизонтов палеопочвы
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ 57 обменными катионами, несколько меньшее средневзвешенное содержание гипса в двухметровой толще (0.15 против 0.21% в фоновой почве), более высокую активность животных — землероев (табл.1, 2).
Величина магнитной восприимчивости в гумусовом слое весьма существенно (до 20х10_6 единиц СИ) была выше. Вместе с тем, палеотемно — каштановая почва в отличие от современной каштановой характеризовалась несколько большими запасами легкорастворимых солей в слое 0 — 2 м (3.3 против 2.4 кг/м2), хлоридно — кальциевым засолением, повышенным относительным содержанием обменных магния и натрия, более близким расположением к поверхности прожиточных новообразований гипса. Эти факты свидетельствуют о том, что в палеопочве появились признаки начальной стадии засоления, причем хлориды поступали эоловым путем, а сульфаты — при внутрипрофильной восходящей миграции. Таким образом, сочетание в почвенном профиле таких свойств, как выщелоченность его верхней части от карбонатов, высокая гумусированность, комковатая структура, с одной стороны, а с другой — появление (хотя еще и небольшое) обменного натрия в гор.В, легкорастворимых солей и новообразований гипса дают веские основания говорить о начале смены условий почвообразования от сравнительно влажных к более засушливым. Кстати, факты подобного рода обнаружены нами при сравнительном изучении современного чернозема и чернозема, погребенного под валом Закамской засечной черты Русского государства, сооруженной в середине XVII века в лесостепном Заволжье( Демкин, 1999). Наличие в фоновой почве легкорастворимых солей и гипса при более глубоком залегании карбонатов явилось результатом аридизации климата в течение последнего столетия. В предшествующее время в XVI —XIX веках он был влажным и холодным ("малый ледниковый период").
Северные Ергени, подзона светло — каштановых почв. Район исследований расположен в южной половине Волго-Донского междуречья. Климат района умеренно континентальный. Среднегодовое количество осадков составляет 250 — 300 мм. Гидротермический коэффициент равен 0.5. Среднегодовая температура +8°С.С поверхности территория сложена мощной толщей (до 50 — 60 м) континентальных ергенинских отложений, а также скифскими красноцветными глинами и лессовидными суглинками. Абсолютные отметки не превышают 150—180 м. В рельефе преобладают волнистые водоразделы и плавные склоны речных долин и балок. Грунтовые воды на водоразделах залегают на глубине от 10 до 25 м. Отличительной чертой почвенного покрова района исследований является его комплексность, где господствующее положение занимают светло — каштановые почвы, а подчиненное — солонцы.
Исследованный хроноряд включает палеопочвы эпохи ранней (рубеж IV —III тыс. до н. э.) и средней (XIX —XVII вв. до н. э.) бронзы, раннежелезного века (I —IV вв. н. э.) и развитого средневековья (XIII —XIV вв. н.э.), а также современные фоновые почвы. Курганные могильники расположены в 80 км к юго-западу от г. Волгограда у с, Абганерово. Они приурочены к типичным для данного региона плоским балочно — речным водоразделам в верховьях реки Аксай (левый приток Дона) с абсолютными отметками 100—140 м.
Палеопочвенные данные дают основание считать, что за последние 5000 лет на территории Северных Ергеней происходили неоднократные изменения климатической ситуации, вызывавшие миграции границ почвенно — географических зон. Усиление засушливости климата в конце IV — III тыс. до н. э. вызвало смещение природных рубежей к северу, развитие пустынно — степных ландшафтов на месте сухостепных. Максимум аридизации приходился на рубеж III —II тыс. до н.э. В финале эпохи бронзы (XVI —XIII вв. до н.э.) произошло некоторое смягчение климатических условий, которое вызвало очередную миграцию природных рубежей к югу. Раннежелезный век (I тыс. до н.э. — IV в. н.э.) характеризовался чередованием сравнительно аридных и гумидных климатических условий. Данные морфологических, химических, микробиологических, изотопных исследований свидетельствуют о резком увеличении атмосферной увлажненности в XIII АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2003, том 9, № 19-20
—XIV вв. н.э., что вызвало экспансию сухостепных ландшафтов в ареалы пустынно — степных. Этот период можно считать "средневековым климатическим оптимумом".
В изучаемых почвах в различное историческое время карбонаты были представлены пятнистыми, глазковыми (белоглазка), пропиточными формами (табл.3). Так, в палеопочвах ямного времени абсолютно преобладала довольно крупная (в среднем 5 — 6 мм) и обильная белоглазка (15 шт./дм2). Пропиточных форм и пятен не обнаружено. Но уже к XIX —XVII вв. до н.э. в верхней части зоны максимальной аккумуляции карбонатов появляются пропиточные формы и пятнистость, а в нижней части новообразования карбонатов представлены по —прежнему крупной белоглазкой, частота встречаемости которой значительно возросла. К I —II вв. н.э. происходит уменьшение размеров (до 2 мм) и количества белоглазки (5 шт./дм2), пропиточные формы появляются уже в гор. B2Ca. в гор.ВС Ca пропитка и пятна карбонатов распространены повсеместно, характерной для более ранних почв концентрации белоглазки в нижней части карбонатного горизонта не обнаружено. Во II —III вв. н.э. белоглазка морфологически практически не обнаруживается, среди форм новообразования карбонатов абсолютно преобладают пропитка и пятна. Но во второй половине III — начале IV вв. н. э. в нижней части гор. ВССа вновь встречается в небольших количествах (в среднем 6 шт./дм2) белоглазка, размеры которой не превышают 3 мм. В IV в. н.э. глазковые формы новообразований карбонатов преобладают, средний размер белоглазки увеличивается до 4.5 мм, частота встречаемости возрастает до 11 шт./дм2. Вновь становится заметной вертикальная ориентация цепочек белоглазки.
Таблица 3. Изменения морфологических параметров карбонатного профиля разновозрастных погребенных и современных почв Северных Ергеней (курганный могильник "Абганерово"). Table 3. Changes in the carbonate profile morphological parameters of the North Ergeni buried and modern soil of different age (burial mound "Abganerovo").
Время Глубина вскипания , см Мощность карбонатного горизонта ВССа, см Формы сегрегации СаСОэ в горизонте ВССа
Рубеж IV —III тыс. до н.э. 20 24 преимущественно белоглазка, 5.4 мм, 15
XIX-XVII вв. до н.э. 20 30 вверху — пропитка, внизу— белоглазка, мм, 25 шт./дм2 5
I половина II вв. н.э. 20 20 пропитка, белоглазка, 2 мм, 5 шт./дм
вторая пол. II — первая пол. III вв. н.э. 8 36 пропитка, пятна
вторая пол. III - начало IV н.э. IV в. н.э 25 20 40 38 вверху — пропитка, внизу — мм, 6 шт./дм2 вверху — пропитка, внизу — белоглазка, мм, 11 шт./дм2 3 4
XIII - XIV вв. н.э. 35 43 белоглазка, 5 мм, 15 шт./дм2
Современность 25 26 вверху — пропитка, внизу — белоглазка, мм, 6 шт./дм2 3
При подсыхании по граням структурных отдельностей появляется карбонатная пропитка. Аналогичная картина сегрегации карбонатов выявлена и для почв развитого средневековья, следует лишь отметить, что несколько увеличился (до 5 мм) размер и количество (15 шт./дм2) белоглазки. Пропиточных форм и пятен в палеопочве этого времени не обнаружено. Для современной почвы характерно скопление белоглазки (11 шт./дм2) в нижней части зоны аккумуляции карбонатов, при этом ее размер в среднем составляет 4 мм, в верхней части наблюдается пропитка. Временная динамика характерна
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ 59 для мощности горизонта максимальной аккумуляции карбонатов. Наибольшее значение этого показателя было отмечено для почв средневековья (43 см), второй половины III — начала IV вв. н.э. (40 см), а также в IV в. н.э. (38 см). Наименьшую мощность карбонатного горизонта имели почвы изучаемого региона в I — II вв. н.э. (20 см). В почвах эпохи ранней и средней бронзы значения этого параметра составляли 24 и 30 см соответственно (табл.3).
Глубина вскипания погребенных почв варьировала от 8 до 35 см. Палеопочвы эпохи бронзы вскипали с глубины 15 — 20 см. К I — началу II вв. н.э. линия вскипания в палеопочвах поднялась до 10 см, а во второй половине II — первой половине III вв. н.э. до 8 см. Но уже во второй половине III — начале IV вв. н.э. почва вскипала на уровне 25 см; в IV в. н.э. — на уровне 15 — 20 см. В почвах эпохи средневековья линия вскипания опустилась до 35 см. Современная почва вскипает с глубины 25 см. Содержание углекислых солей кальция в верхнем двухметровом слое почвы не претерпело значительных изменений на протяжении хроноинтервала от ямного времени до наших дней (рис. 1).
Рис. 1. Средневзвешенное содержание СаС03 в слоях различной мощности разновозрастных погребенных и современных почв Северных Ергеней (курганный могильник "Абганерово"). Fig. 1 Content of СаСОЗ in layers of different depth in the buried and modern soils. The north part of Ergeny Upland (Burial ground "Abganerovo").
Однако запасы карбонатов в верхнем полуметровом слое почвы существенно варьировали в зависимости от природных условий. Так, наибольшее значение этого параметра было характерно для почв I-II вв. н.э. (13.5%), наименьшее - для почв эпохи средневековья XIII-XIV вв. н.э.
Изменения карбонатного профиля почв Северных Ергеней за последние 5000 лет характеризуются различной направленностью. За период времени с рубежа IV — III тыс. до н.э. до XIX —XVII вв. н.э. происходила восходящая миграция карбонатов, что обусловило увеличение запасов карбонатов в верхнем 0.5 метровом слое катакомбных палеопочв и появление пропиточных форм сегрегации углекислых солей кальция в верхней части гор. ВСCa (рис.1). Эти признаки свидетельствуют об усилении аридности в данном хроноинтервале. II — III вв. н. э.' характеризуются наибольшей аридностью. Карбонаты в значительных количествах перемещаются в верхний полуметровый слой, линия вскипания поднимается до 8—10 см, среди форм новообразований карбонатов доминировали пропитка и пятна. В III —IV вв. н. э. происходит вымывание карбонатов из верхнего слоя почв, сопровождающееся значительным снижением уровня вскипания, АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2003, том 9, № 19-20
вновь появляется белоглазка. Эти признаки свидетельствуют о некотором увеличении атмосферной увлажненности в данное время. В эпоху средневековья отмечается наиболее глубокое расположение линии вскипания, новообразования карбонатов представлены крупной, обильно встречающейся белоглазкой, карбонатный горизонт достигает мощности 43 см. Такого рода характеристики карбонатного профиля указывают на развитие плювиальных условий в XIII —XIV вв. н.э.
Южные Ергени, подзона светло — каштановых почв. Исследованная территория расположена в пустынно — степной зоне. В составе современного почвенного покрова доминируют светло — каштановые почвы различной степени солонцеватости и засоленности, а также солонцы. Климат района умеренно континентальный. Среднегодовая норма атмосферных осадков 300 — 350 мм. Рельеф полого —волнистый, поверхность расчленена балками и оврагами, что обеспечивает достаточно хорошие условия дренированности водораздельных участков. Абсолютные отметки 100 — 200 м. Почвообразующие породы представлены лессовидными карбонатными засоленными суглинками. В растительном покрове преобладает полынно — злаковая ассоциация. Изучено три памятника в составе двух могильников — "Манджикины — 1" и "Му — Шарет —4". Время их сооружения относится к раннему и среднему этапам бронзового века III тыс. до н.э.). Курганные группы расположены на плоских межбалочных водоразделах с естественным растительным покровом.
Проведенные исследования разновозрастных археологических памятников бронзового века позволили впервые получить представления об эволюции почв водораздельных пространств пустынно — степной зоны южной части Ергенинской возвышенности на в хроноинтервале 5000 — 4000 лет назад. На рубеже IV — III тыс. до н.э. (майкопская культура) здесь доминировали светло — каштановые слабосолонцеватые солончаковатые (или глубокосолончаковатые) почвы. Они характеризовались значительной мощностью гумусового горизонта А1+В1, текстурной дифференцированностью,
равномерным профильным распределением легкорастворимых солей и гипса при сравнительно небольшом их содержании и отсутствии аккумуляций до глубины 150 — 200 см, хлоридно — натриевым типом химизма, хорошо развитым карбонатным горизонтом, наличием многочисленных новообразований окислов марганца в гор. Б1, В2, ВС (табл. 4).
Палеопочвы ямно — катакомбного времени (третья четверть III тыс. до н.э.) еще сохранили прежние подтиповую таксономическую принадлежность и морфолого — стратиграфическую организацию профиля. Вместе с тем, некоторые свойства и признаки заметно изменились. Несколько уменьшилась средняя мощность гумусового горизонта, причем мощность гор. А1 стала сильно варьировать (от 5 до 12 см). Резко возросли запасы легкорастворимых солей (в три раза) и гипса (в пять раз). В нижней половине профиля появились их мощные аккумуляции, тип засоления здесь изменился на хлоридно — сульфатно — кальциевый при сохранении хлоридио — натриевого в вышележащей метровой толще. Среди морфолого — химических характеристик карбонатного профиля претерпел преобразования лишь средний размер белоглазки, который вдвое уменьшился (табл.4). Существенные эволюционные изменения палеосветло — каштановых почв пришлись на последнюю четверть III тыс. до н.э. (катакомбная культура), что в итоге привело к формированию каштановидных карбонатных несолонцеватых солончаковых почв, не имеющих аналогов в современном почвенном покрове водораздельных участков исследуемого региона. Коренным образом трансформировалась верхняя часть профиля: изменилась окраска; в полтора раза уменьшилась мощность гумусового горизонта; исчезли текстурная дифференциация, признаки солонцеватости, марганцевые новообразования. Произошла перестройка карбонатного профиля, вскипание отмечается с поверхности. При сохранении прежних запасов в слое 0—180 см (рис. 2) в верхней полуметровой толще имело место перераспределение карбонатов, обусловленное интенсификацией их восходящей миграции.
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ 61
Таблица 4. Профильные морфологические характеристики погребенных и современных почв Южных Ергеней (курганные могильники «Манджикины—1» и «Му-Шарет —4»), Table 4. Profile morphological characteristics of the South Ergeni buried and modern soil (burial mounds "Mandjikiny-1" and "Mu-Sharet-4").
Показатели Конец IV тыс. до н.э., майкопская культура 3-я четверть III тыс. до н. э., ямно — кятякомбняя Конец III тыс. до н.э., кятякомбняя Современное время
1 2 3 4 5
Мощность почвенных горизонтов, см: А1 А1+В1 10 36 8 33 7 22 11 34
Белесоватость в гор.А1 сильная средняя отсутствует сильная
Глубина вскипания, см 30 30 с поверхности 40
Глубина залегания карбонатного горизонта, см 35 35 22 40
Мощность карбонатного горизонта, см: В2са 18 33 50 18 28 46 15 33 48 18 39 57
Новообразования карбонатов пропитка, белоглазка пропитка, белоглазка пропитка, пятна пропитка, белоглазка
Средний размер белоглазки, мм 5.0 2.5 отсутствует 4.8
Частота встречаемости белоглазки, штук/кв.дм 3 3 отсутствует 3
Глубина залегания легкорастворимых солей, см 60 60 25 65
Глубина залегания гипса, см 80 80 25 65
Новообразования гипса редкие прожилки, прожилки, налет прожилки, пятна, налет прожилки, налет,
Новообразования окислов марганца примазки в гор.В1,В2,ВС примазки в гор.В1,В2,ВС отсутствуют отсутствуют
Отношение содержания в 2.18 1.43 2.00 1.41 0.94 0.94 4.38 2.19
Почва светло — каштановая солонцеватая солончаковатая светло — каштановая солонцеватая солончаковатая каштановидная карбонатная несолонцевата я солончаковая светло — каштановая солонцеватая осолоделая солончаковатая
Рис. 2. Средневзвешенное содержание СаСОэ в слоях различной мощности разновозрастных погребенных и современных почв Южных Ергеней (курганные могильники "Манджикины—1" и "Му-Шарет —4"). Fig. 2. Content of CaC03 in layers of different depth in the buried and modern soils. The north part of Ergeny Upland (Burial grounds "Mandjiciny— 1" and "Mu —Sharet —4").
В результате содержание СаСОз в гор.В2 снизилось с 13—14 до 7%, а в гор. А1 и В1 возросло с 0 до более чем 5% (табл.4). Произошло разрушение белоглазки, ведущее место заняли пропиточные и дисперсные формы новообразований. Тип засоления палеопочвы стал хлоридно —сульфатно —натриевый. Во всем профиле увеличилась щелочность, особенно сильно в верхних горизонтах (на 1.5 единицы рН). Современная фоновая почва по морфологическим и химическим свойствам весьма близка к палеопочве ямного времени. Среди же отличий следует отметить большее среднепрофильное содержание легкорастворимых солей (в 1.5 раза) и гипса (в 1.4 раза); наличие их аккумуляций, приуроченных к средней части профиля (50—100 см); более резкая дифференциация между rop.Al и В1 по содержанию ила и глины; наличие признаков осолодения; более глубокое залегание линии вскипания и зоны аккумуляции карбонатов. Рассмотренные особенности палеопочв, погребенных под разновозрастными курганными насыпями, позволяют предложить следующую концептуальную модель педогенеза на территории Южных Ергеней для хроноинтервала 5000 — 4000 лет назад. На протяжении времени существования майкопской, ямной и ямно — катакомбной культур (5000 — 4300 лет назад) в регионе доминировали светло-каштановые солонцеватые солончаковатые почвы. В ходе их развития в течение этих семи веков произошла интенсификация процессов соле— и гипсонакопления в верхней двухметровой почзенно — грунтовой толще, причем значительное место занимала эоловая аккумуляция хлоридов натрия. В катакомбное время (4300 — 4100 лет назад) произошло резкое изменение условий почвообразования, вызвавшее катастрофическую дефляцию верхних почвенных горизонтов, активную миграцию к поверхности карбонатов, легкорастворимых солей, гипса. Активизация эрозионных процессов 4000 — 5000 лет назад выявлена А.Л.Александровским (1997) в степной зоне Предкавказья. На юге Ергеней это повлекло эволюционные преобразования светло — каштановых почв в каштановидные карбонатные несолонцеватые солончаковые. Необходимо отметить, что каштановидные палеопочвы обнаружены нами на всех исследованных археологических памятниках рубежа III —II тыс. до н.э., приуроченных к водоразделам и высоким надпойменным речным террасам в различных природных районах Нижнего Поволжья (Приволжская возвышенность, террасы Иловли, Северные
ДИНАМИКА КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ 63 Ергени, Эльтонская равнина, террасы Волго —Ахтубы и примыкающая к ним хвалынская равнина Северного Прикаспия) (Демкин и др., 1999; 2001). И лишь на недренированных участках Прикаспийской низменности (Бессточная, Сарпинская равнины, Сарпинская ложбина и др.) в это время были развиты лугово — каштановые (лугово — бурые) карбонатные засоленные почвы (Геннадиев, Пузанова, 1994; Демкин, 1997; Демкин, Демкина, 1998; Иванов, Демкин, 1999). В дальнейшем в связи с изменениями природной среды каштановидные почвы вновь эволюционировали в светло —каштановые.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведен ретроспективный анализ закономерностей вековой динамики запасов и профильного распределения карбонатов в связи с эволюцией почв и изменчивостью климата на протяжении второй половины голоцена. В основу этого анализа положены данные, полученные при изучении разновозрастных иалеопочв, погребенных под курганными насыпями в эпохи бронзы, раннего железа и средневековья (5000 — 600 лет назад), а также современных фоновых почв. Объекты исследований (около 50 курганов) расположены в различных природных районах сухих и пустынных степей юго-востока Русской равнины.
Установлено, что содержание карбонатов по отдельным генетическим горизонтам и особенности их профильного распределения в верхней двухметровой толще степных почв характеризовались значительной динамикой в масштабе исторического времени. Это было обусловлено изменчивостью факторов почвообразования, прежде всего климата. На протяжении последних 5000 лет существенного карбонатонакопления в почвах исследуемого региона не происходило. Весьма заметную вековую динамику, прежде всего обусловленную изменчивостью атмосферной увлажненности, испытывали глубина залегания карбонатного горизонта и линии вскипания с амплитудой от 0 до 40 — 50 см, формы сегрегации карбонатов, запасы СаСОз в слое 0 — 50 см. Впервые по палеопочвенным данным установлено, что во второй половине III тыс. до н.э. (4500 — 4000 лет назад) произошла резкая аридизация климата, обусловившая возникновение палеоэкологического кризиса и интенсивную дефляцию древних почв. В результате на юго-востоке Русской равнины широкое распространение на водоразделах и высоких надпойменных речных террасах получили эродированные поверхностно —карбонатные каштановидные почвы с содержанием СаСОз в горизонте А1 до 4 — 5%. Показано, что направленность и скорость трансформации параметров карбонатного профиля адекватно отражали закономерности степного почвообразовательного процесса в ту или иную историческую эпоху. Выявленные закономерности профильной миграции почвенных карбонатов были обусловлены периодической сменой аридных и гумидных климатических условий во второй половине голоцена, а также составом и литологией материнских и подстилающих пород.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александровский А. Л. Эволюция черноземов в регионе среднего течения Дона в голоцене // Почвоведение. 1984. № 11. С.5—13.
2. Александровский А. Л. Степи Северного Кавказа в голоцене по данным палеопочвенных исследований // Степь и Кавказ. Труды Государственного Исторического музея. М. 1997. Вып. 97. С. 22-29.
3. Ахтырцев Б. П., Ахтырцев А. Б. Эволюция почв Среднерусской лесостепи в голоцене // Эволюция и возраст почв СССР. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1986. С. 163 — 173.
4. Геннадиев А. Н., Пузанова Т. А. Эволюция почвенного покрова Западного Прикаспия в голоцене // Почвоведение. 1994. №2. С. 5 —15.
5. Демкин В. А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении истории природы и общества. Пущино:ОНТИ пНц РАН. 1997. 213 с.
6. Демкин В. А. Погребенные почвы засечных черт Русского государства и вопросы древней и современной истории почвообразования // Почвоведение. 1999. №10. С. 1224-1234.
7. Демкин В. А., Дворниченко В. В., Дьяченко А. Н., Железчиков Б. Ф., Сергацков И. В. Почвы и природные условия окрестностей столицы Золотой Орды г. Сарай-ал — Джедид в эпохи бронзы, раннего железа и средневековья // Историко — археологические исследования в Нижнем Поволжье. Волгоград: Изд —во ВолГУ. 1999. Вып.З. С.156-198.
8. Демкин В. А., Демкина Т. С. Динамика палеоэкологических условий в волго — уральских степях за историческое время // Проблемы региональной экологии. Специальный выпуск. 1998. С.101 —106.
9. Демкин В. А,, Демкина Т. С, Алексеев А. О., Алексеева Т. В., Борисов А. В. Природная периодизация бронзового века Нижнего Поволжья // Бронзовый век Восточной Европы: характеристика культур, хронология и периодизация. Самара. 2001. С. 368 — 371.
10. Демкин В. А., Дергачева М. И., Борисов А. В., Рысков Я. Г., Олейник С. А. Эволюция почв и изменение климата восточноевропейской полупустыни в позднем голоцене // Почвоведение. 1998. №2. С. 148-157.
11. Демкин В. А., Рысков Я. Г. Почвы и природная среда сухих степей Южного Урала в эпохи бронзы и раннего железа. Препринт. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1996. 39 с.
12. Золотун В. П. Развитие почв юга Украины за последние 50 — 45 веков. Автореф. дисс. ... Д — ра с/х наук. Киев, 1974. 74 с.
13. Иванов И. В. Эволюция почв степной зоны в голоцене. М.: Наука, 1992. 140 с.
14. Иванов И.В., Васильев И.Б. Человек, природа и почвы Рын-песков Волго — Уральского междуречья в голоцене. М.: Интеллект. 1995. 264 с.
15. Иванов И. В., Демкин В. А. Почвоведение и археология // Почвоведение. 1999. №1. С.106-113.
16. Иванов И. В., Чернянский С. С. Общие закономерности развития черноземов Евразии и эволюция черноземов Зауралья // Почвоведение. 1996. № 9. С. 1045— 1055.
17. Ковда В. А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 263 с.
18. Песочина Л. С., Буйлов В. В. Эволюция почв второй надпойменной террасы Нижнего Дона в позднем голоцене. Препринт. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1982. 29 с.
19. Перельман А. И. Геохимия. М.: Высш. шк., 1979. 423 с.
20. Хохлова О. С. Морфогенетический анализ хронорядов почв курганных групп "Покровка 1, 2 и 10" в 1995 году // Курганы левобережного Илека. М.: 1996. Вып. 4. С. 61-73.
21. Хохлова О. С, Олейник С. А., Ковалевская И. С. Отличия диагенетических и эпигенетических типоморфных карбонатных аккумуляций в голоценовых погребенных почвах черноземной зоны // Почвоведение. 2000. № 1. С. 28 — 37.
22. Хохлова О. С, Седов С.Н., Хохлов А. А. Карбонатное состояние современных и палеопочв Сунжанской котловины // Почвоведение. 2000а. № 4. С. 416 — 426.
DYNAMICS OF SOIL CARBONATES CONTENT IN SOUTH-EAST PART OF RUSSIAN UPLAND
FOR HISTORICAL TIME © 2003. A. V. Borisov, V. A. Demkin, M. V. Eltsov, Ya. G. Ryskov
The Institute of Physicochemical and Biological problems in Soil Science RAS 142292, Institutskaya St., 2. Pushchino, Moscow region. Russia
The retrospective analysis of temporal regularities of carbonate supply and distribution in paleosoils of different ages (5000-600 years BP) as well as modern background soils in the connection with climate conditions changes was carried out. It has been established that carbonate supply and their distribution in different soil horizons were characterized by significant variability depending on climate at definite historical epochs. We have not observed carbonates accumulation in soils of the area under investigation but the depth of carbonates accumulation zone and upper boundary of effervescence as well as carbonates forms varied. For the first time on the base of paleosoil data we determined the strong climate aridisation at second part of III millennium ВС. This resulted in great blowing of upper soil layer and extension of eroded carbonate-rich (content of CaC03 in horizon Al is more than 4-5%) nonsolonetzic solonchakous soils. It was shown that parameters of carbonate profile quite adequate reflect the main regularities of soil-forming process for different historical epochs.
