Почвы и условия почвообразования на территории степной зоны самарского заволжья в раннем и среднем суббореале
На правах рукописи
Васильева Дарья Игоревна ПОЧВЫ И УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ СТЕПНОЙ ЗОНЫ САМАРСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ В РАННЕМ И СРЕДНЕМ СУББОРЕАЛЕ Специальность 03.00.27. – почвоведение
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Томск-2004
Работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор М.И. Дергачева
Официальные оппоненты: доктор биологических наук И.Н. Росновский кандидат биологических наук И.Н. Феденева
Ведущая организация: Уральский государственный университет (Екатеринбург)
Защита состоится 20 мая 2004 г. в час.
на заседании диссертационного совета Д-212.267.09 в Томском государственном университете по адресу:
634050, Томск, пр. Ленина, 36, Главный корпус
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета Автореферат разослан 2004 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета доктор биологических наук С.П. Кулижский Актуальность исследований. Выявление закономерностей изменения природной среды на зем ном шаре в результате естественных и антропогенных процессов является одной из глобальных эко логических проблем. Другой актуальной научной проблемой являются вопросы, связанные с взаимо действием человека и природной среды, прогноз изменения этих отношений в процессе становления и развития человеческого общества.
Подходы к решению этих проблем могут быть разными. Одним из широко применяемых в по следние десятилетия является подход с позиций палеопочвоведения.
Почвы представляют собой «память ландшафтов», поскольку в них отражается и записывается информация об условиях времени их формирования. Реконструкции природной среды голоцена по палеопочвам имеют преимущества, потому что они не перемещаются со сменой условий природной среды, как это делают растения и животные, а просто записывают эти изменения в своем теле в виде морфологических, физико-химических и химических признаков и сохраняют их во времени.
Несмотря на то, что названные проблемы привлекают внимание исследователей уже несколько десятков лет, не все вопросы решены однозначно.
К настоящему времени установлены общие закономерности изменения климата в голоцене на территории Северной Евразии, в том числе Восточной Европы. Однако отдельные районы этой тер ритории изучены с использованием разных методологических подходов и методических приемов, а также с разной степенью детальности, причем зачастую выводы авторов, касающиеся одной и той же территории, являлись противоречивыми (Спиридонова, 1990;
Демкин, 2000;
Пузанова, 2000;
Чендев, Александровский, 2002;
и др.). Реконструкции, полученные даже в пределах одного, например па леопедологического, метода, но с использованием разных методических приемов и принципов ин терпретации материалов, также обусловили некоторое несовпадение выводов разных авторов. По этому использование новых подходов, детализация широко применяемых приемов, привлечение но вых методов и методик, получение на их основе новых материалов позволит приблизиться к одно значному решению многих вопросов в рамках названных проблем.
Одним из удобных объектов для определения типов почвообразования и условий формирования почв разного возраста являются палеопочвы, погребенные под курганами. Курганы – искусственные грунтовые насыпи, сооружались над могильной ямой, захватывая прилегающую к ней территорию с дневными для того времени почвами и сохраняя их. Изучение погребений, датируемых по атрибутам культуры, позволяет получать информацию о времени изоляции почв, и, следовательно, об их возрас те в момент захоронения, а также длительности почвообразования на курганных насыпях.
Взаимоотношения человека и природы во все времена были двухсторонними. Вопросы влияния древней природной среды на человека и человека на окружающую среду являются актуальными при изучении любых периодов обитания человека. Однако, работы, анализирующие воздействие человека на почвы в местах поселений и преобразование среды обитания в раннем и среднем суббореале на территории Самарского Заволжья, крайне немногочисленны. Имеются отдельные данные для других территорий и временных интервалов (Ахтырцев, 1973;
Сычева, 1993;
Офман и др., 1996;
Александ ровский и др., 1997, 2000;
и др.). На территории Самарского Поволжья ведутся интенсивные археоло гические исследования совместно со специалистами естественных наук, в том числе почвоведами.
Районы данной территории изучены с разной степенью подробности, с помощью разных методов, но детальная реконструкция природной среды еще не проведена. Поскольку есть противоречия между палеореконструкциями, проведенными различными методами, а влияние человека на почвы поселе ний Самарского Поволжья в суббореале еще не изучено, новые материалы, как нам представляется, будут способствовать разрешению этих проблем. Все вышесказанное обусловило постановку цели и задач исследования.
Цель исследования. Выявить основные особенности палеопочв и условий почвообразования на территории степной зоны Самарского Заволжья в раннем и среднем суббореале.
Задачи исследования. 1. Изучить основные морфологические, физико-химические свойства и состав гумуса почв, погребенных под курганами в раннем и среднем суббореале, а также почв, вскрытых на территории поселений того же времени.
2. Установить сходство и различия одновозрастных почв, погребенных под курганами и вскры тых на территории поселений, и выявить влияние жизнедеятельности человека на состав гумуса и свойства палеопочв среднего суббореала.
3. Реконструировать природные условия и типы почвообразования в течение раннего и среднего суббореала на территории степной зоны Самарского Заволжья.
Объекты и методы. В качестве объектов исследования использовались почвы территории степ ного Заволжья, погребенные под курганами и вскрытые при раскопках поселений бронзового века, соотносимого с ранним и средним субборелом голоцена. При реконструкции условий и типов почво образования использовался педогумусовый метод М.И. Дергачевой (1998). Аналитическое изучение палеопочв проводилось по общепринятым методикам (Аринушкина, 1970;
Пономарева, Плотникова, 1968;
Дергачева и др., 1984;
Петербургский, 1959).
Научная новизна. На основе состава и свойств гумуса палеопочв выявлены особенности при родной среды степной зоны Самарского Заволжья в раннем и среднем суббореале голоцена.
По литературным и собственным данным подготовлена рецентная основа по составу гумуса со временных почв для диагностики палеоприродных условий и древних типов почвообразования.
Выявлено влияние жизнедеятельности древнего человека в местах поселений на состав гумуса и свойства почв.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные материалы по составу со временных и погребенных почв, гумуса и гуминовых кислот, а также реконструированные особенно сти природных условий в некоторые периоды голоцена могут использоваться при составлении про гнозных оценок поведения природной среды при глобальных изменениях климата, и при решении широкого круга научных проблем почвоведения, экологии и палеогеографии, связанных с эволюцией ландшафтов.
Представленные в работе сведения об экологических условиях существования людей в периоды средней и поздней бронзы в Самарском Поволжье могут использоваться археологами для получения более точной информации об образе жизни и хозяйстве древнего населения и решения проблемы взаимоотношений природной среды и человека.
Новая информация, отражающая связи состава гумуса почв с ландшафтными условиями природ ной среды территории Самарского Заволжья и прилегающих районов, может использоваться в каче стве рецентной основы при проведении палеогеографических и палеоэкологических реконструкций.
Полученные материалы и выводы могут использоваться при чтении курсов лекций, связанных с проблемой взаимодействия человека, почв и природной среды в голоцене.
Защищаемые положения. 1. Природная обстановка в течение раннего и среднего суббореала на территории Самарского Заволжья в целом была близка к современной, изменялась несущественно, в основном за счет колебаний увлажнения, почвообразование протекало по типу черноземообразова ния, а почвы того времени были аналогами современных почв степной зоны.
2. Влияние человека на почвы в местах поселений выражается в существенном изменении мощ ности гумусированной толщи, несущественном – состава гумуса при сохранности структуры макро молекул гуминовых кислот.
Апробация работы. Основные положения и материалы исследований опубликованы в 7 печат ных работах (кроме того, одна работа находится в печати), а также доложены на Молодежных Доку чаевских чтениях (Санкт-Петербург, 1998), на региональной молодежной Урало-Поволжской архео логической конференции (Самара, 1999), конференции молодых ученых Самарского государственно го университета (Самара, 2000), на IX Международной конференции студентов и аспирантов по фун даментальным наукам «Ломоносов-2002» (Москва, МГУ, 2002).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 158 страницах, состоит из введения, глав и выводов, содержит 19 таблиц и 12 рисунков, список литературы из 204 наименований, в том числе 8 иностранных, а также Приложения.
Автор сердечно благодарит своего научного руководителя Марию Ивановну Дергачеву за при общение к исследованиям в области археологического почвоведения, а также за постоянное внима ние, долготерпение и помощь в работе.
Кроме того, автор очень признателен всем, кто на разных этапах выполнения исследований ока зывал помощь: археологов – авторов раскопок курганов и поселений, где нами отбирались образцы на анализы – к.и.н. И.Н. Васильеву, к.и.н. П.Ф. Кузнецова, Ю.И. Колева, к.и.н. И.Б. Васильева, почво ведов – д.г.н. И.В.Иванова, к.г.н. Т.А. Пузанову, эколога – к.б.н. А.В. Елизарова, всех сотрудников лаборатории биогеоценологии Института почвоведения и агрохимии СО РАН, а также Д.А. Штейн берга за всестороннюю поддержку и помощь в оформлении работы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Изученность эволюции природных условий Самарского Поволжья и прилегающих территорий в голоцене (на основании публикаций по проблеме) В данном разделе обсуждается изученность проблемы голоценовой эволюции условий почвооб разования на территории Самарского Поволжья и прилегающих регионов.
Более подробно рассматриваются работы, освещающие суббореальный период голоцена. Анализ литературы показывает, что выводы об особенностях природной среды раннего и среднего суббореа ла, касающиеся территории Самарского Поволжья, неоднозначны.
Остается открытым вопрос о раннесуббореальной аридизации, по мнению ряда авторов произо шедшей на территории европейской части России около 4500 л.н. (Хотинский, 1969;
Иванов, 1986;
Хотинский и др., 1991;
Демкин, 1993;
Демкин и др., 1997;
Рысков, Демкин, 1997;
Пузанова и др., 2000;
и др.). В ряде районов Восточной Европы аридизация фиксируется несколько позже: в Южных Ергенях – 4300-4100 л.н. (Иванов и др., 1980;
Демкин и др., 2002), в лесостепи Окско-Донской равни ны – 4200-3900 л.н. (Ахтырцев, Ахтырцев, 1994). По данным В.А. Демкина (2000), в низовьях р. Сок (Самарская область) около 4500-4000 л.н. произошла, наоборот, гумидизация климата, что вызвало увеличение поверхностного стока в бассейне этой реки.
Период среднего суббореала (4000-3000 л.н.) в целом в Северной Евразии характеризуется поте плением климата (Величко, 1991;
Изменение климата…, 1999;
Величко, Климанов, 1990;
Сычева, Чичагова, 1999;
) и повышением средних температур на 1-2, при уменьшении количества осадков на 50 мм (Хотинский и др., 1991). Аридизация в южно-уральских степях около 4000-3500 л.н. подтвер ждается результатами исследования изотопного состава гумуса почв (Рысков и др., 2000), в долине р.
Сок – почвенно-археологическими работами (Демкин, 2000), в районе Бузулукского бора – палиноло гическими данными (Кременецкий и др., 1998). Но для этого же времени (в пределах 4200-3200 л.н.) есть указания на гумидизацию климата в Белгородской области (Чендев, 2001), на территории Бес сточной равнины (Иванов, Демкин, 1978), в пойме р. Воронеж, на водоразделе рек Воронеж и Дон, и в бассейне последнего (Спиридонова, 1990;
Ахтырцев, Ахтырцев, 1997;
Чендев, Александровский, 2002). В начале среднего суббореала в Северном Прикаспии количество осадков было выше совре менного на 200-250 мм в год (Иванов, Васильев 1995).
Таким образом, наблюдается некоторое несовпадение выводов разных авторов о времени и дли тельности периодов аридизации и гумидизации климата на исследованной территории и прилегаю щих к ней районах.
2. Проблема реконструкции типов и условий почвообразования по признакам педогенеза На основе литературных материалов обсуждается широкий круг вопросов, связанных с пробле мой реконструкции природной среды прошлых эпох по признакам педогенеза: разные методологиче ские подходы;
сохранность в диагенезе основных признаков почвообразования, комплекс свойств, устойчивых во времени и составляющих «память почв», влияние жизнедеятельности древнего чело века на почвы в местах поселений и другие. Отмечается преимущество использования почв, погре бенных под курганами, для изучения эволюции природной среды, и, в частности, условий почвообра зования.
Почвы сенсорны и рефлекторны по отношению к природной среде, «записывают» ее влияние в виде отдельных признаков в почвенном профиле или свойствах отдельных компонентов, которые со храняются во времени (Соколов, Таргульян, 1976, 1977).
Диагенетические изменения чаще всего касаются наиболее динамичных, неустойчивых призна ков погребенных почв. Основные свойства почвенного профиля, а также составы: гранулометриче ский, валовой химический, гумуса – сохраняются вполне удовлетворительно и выражены достаточно контрастно, как и в современных почвах дневной поверхности (Александровский, 1983, Дергачева и др., 1984;
Геннадиев, 1990;
Иванов, 1992;
Демкин, 1997;
и др.). Это позволяет применять при иссле довании погребенных почв голоцена весь комплекс методов современного почвоведения.
Разная детальность изучения палеопочв в пространстве и во времени, неоднозначность выводов о направленности изменения условий и типов почвообразования, а также природной среды в целом для территории Самарского Поволжья, неодинаковая сохранность разных признаков, а значит, и ин формации, записанной в почвенном профиле или отдельных ее компонентах, неодинаковая рефлек торность разных пород к природной среде, требуют дополнительных исследований и использования новых методов и подходов к изучению палеопочв. Одним из таких методов является предложенный М.И. Дергачевой педогумусовый метод диагностики типов и условий почвообразования и реконст рукции палеоприродной среды обитания человека (Дергачева, 1998), основанный на свойствах гуму са, который, с одной стороны, отражает природные условия в период формирования почвы, а с дру гой – относится к устойчивым в диагенезе компонентам (Дергачева, 1984). Состав гумуса зависит не от возраста палеопочв, а от типа и условий почвообразования (Чичагова, 1961;
Морозова, Чичагова, 1968;
Глушанкова, 1972;
Дергачева, 1984;
Дергачева и др., 1984, 2000;
Дергачева, Зыкина, 1988). При помощи этого метода можно воссоздавать палеоэкологические условия, используя не только хорошо сохранившиеся профили палеопочв, но и отдельные горизонты, педоседименты или педогенные при знаки, связанные с гумусообразованием.
Таким образом, использование разных методов и подходов может расширить возможности про ведения реконструкций по палеопочвам или их отдельным компонентам.
3. Современные природные условия Самарского Заволжья На основании литературных данных дается анализ современных природных условий Самарского Заволжья, рассмотрены особенности климатических условий, геоморфологии, почвенного и расти тельного покрова региона.
Региональные черты Самарского Заволжья определяются его положением в глубине Евразийско го материка, значительным удалением от океанов и морей, и характеризуется континентальным кли матом умеренных широт. В почвенном покрове района исследований преобладают обыкновенные и южные черноземы (Почвы…, 1985). Растительность представлена ковыльно-разнотравными и ко выльно-типчаковыми степями (Плаксина, 2001), которые в настоящее время практически полностью распаханы. Почвообразующими породами являются аллювиальные суглинки и глины.
4. Объекты и методы исследования Объектом исследований являлись почвы, погребенные под курганами и выкидами из шахт, сформированные на курганных насыпях, почвы поселений, а также фоновые современные почвы, на ходящиеся на ключевых участках в пределах изученной территории. Они приурочены к степной ландшафтно-климатической зоне расположенной южнее реки Самара (участки 2-5) и подзоне пере ходной степной полосы – прилегающей к реке с севера (участок 1) и охватывают наиболее типичные районы территории исследования (Природа…, 1990). Подробная характеристика объектов исследова ния дается в виде таблицы, содержащей информацию о рельефе, почвообразующих породах, расти тельности, типовой принадлежности зональных и фоновых почв, высоте насыпи и культурной при надлежности курганов, а также археологической датировке времени погребения почв.
Ключевой участок 1 (Красносамарский) включает курганы 1, 2 и 3 курганного могильника Крас носамарский IV, сооруженные племенами полтавкинской культуры и датируемые 4500-4000 л.н., а также Красносамарское поселение, оставленное племенами срубной культуры и датируемое 3700 3500 л.н. Участок II (Спиридоновский) представлен курганом 1 могильника Нурский I (4500- л.н.). Участок III (Утевский) включает курган 1 могильника Лещевский I времени существования ям ной культуры (5000-4500 л.н.), курган 1 могильника Утевский I – ямно-полтавкинской эпохи (около 4500 л.н.) и курган 6 могильника Утевский VI, созданный племенами потаповского культурного типа (3900-3700 л.н.). Участок IV (Приволжский) охватывает памятники, относящиеся к срубной культуре и имеющие возраст 3700-3500 л.н.: курган 1 могильника Мосты I и курганы 1 и 2 могильника Тро стянский I, а также поселение «Сачково озеро». К участку V (Пестравскому) приурочены почвы, по гребенные под выкидом из шахты для добычи руды на поселении «Михайло-Овсянка». Поселение датируется тем же временем. На каждом из ключевых участков изучены современные фоновые поч вы. Образцы современных и погребенных почв отбирались сплошными колонками через каждые 5- см с учетом видимых границ горизонтов.
5. Морфологическая и физико-химическая характеристика современных и погребенных почв степной зоны Самарского Заволжья Описание морфологических характеристик изученных разрезов приводится в Приложении. Ана лиз морфологических свойств погребенных и современных фоновых почв ключевых участков пока зал, что самые древние из изученных почв – погребенные около 5000 л.н. (начало суббореала) – име ют наименьшую мощность гумусово-аккумулятивного горизонта, которая в исследованном хроноря ду почв возрастает (от 40 до 47 см), но по сравнению с фоновыми характеризуются меньшими мощ ностями на 13 см, 3-6 и 6-10 см соответственно (табл.1). Погребенные почвы всех ключевых участков обладают повышенной границей вскипания по сравнению с фоновыми. В них, кроме погребенной почвы возраста 3900-3700 л.н. Утевского VI курганного могильника, отмечается наличие кротовин.
Морфологические отличия почв поселений проявляются в повышенной (в среднем на 20 см) мощности гумусово-аккумулятивного горизонта по сравнению с современными фоновыми почвами и на 30 см по сравнению с Мощности горизонтов, см Грану- На Граница Объект, лометри- личие вскипа А1+ почвы ческий кро А1 А1В В ния, см А1В состав товин Лещевский курганный могильник. 5000-4500 л.н. (ключевой участок 3) Фоновые 37 16 53 35 14-20 есть сс*лс* Погребенные 26 14 40 42 0-10 сс есть Утевский I курганный могильник. около 4500 л.н. (ключевой участок 3) не опр Фоновые 30 20 50 15-20 есть сслс не опр Погребенные 26 18 44 не опр. сс есть Нурский курганный могильник. 4,5-4,0 т.л.н. (ключевой участок 2) не опр Фоновые 33 15 48 15-20 есть лссс не опр Погребенные 28 16 44 7-13 лс есть Красносамарский курганный могильник. 4500-4000 л.н. (ключевой участок 1) Фоновые 31 15 46 39 18-20 есть лссс Погребенные 28 15 40 27 5-7 сс есть Красносамарское поселение. 3700-3500 л.н. (ключевой участок 1) Культурный 40 25 65 25 0-4 сс есть слой (КС) Утевский VI курганный могильник 3,9–3,7 т.л.н. (ключевой участок 3) Фоновые 27 23 50 34 15-20 сс есть Мосты I, Тростянский I могильники и Поселение «Сачково озеро» 3700- л.н.(ключевой участок 4) Фоновые 40 18 58 30 50-67 лс или сс есть Поселение, 55 25 80 30 0-10 есть сслс КС сп* Погребенные 22 25 47 35 35 есть лссп Михайло-Овсянка, поселение, 3700-3500 л.н. (ключевой участок 5) Фоновые 17 15 32 21 0-5 сс есть.
не опр Погребенные 15 11 26 0-5 сс есть одновозрастными погребенными почвами, растя нутостью карбонатного профиля, повышенной гра ницей вскипания, Табл. 1. Морфологические признаки современных фоновых и погребенных почв степной зоны Самарского Заволжья (средние данные) *Гранулометрический состав: сс – среднесуглинистый;
лс – легкосуглинистый;
сп – супесчаный;
стрелка означает изменение с глу биной большим содержанием карбонатов и соответственно более высокой щелочной реакции среды. По гранулометрическому составу почвы представлены легкими и средними суглинками, характеризуют ся близкой к фоновой магнитной восприимчивостью (МВ).
Первоначальное (реконструированное, согласно И.В. Иванову, 1992) содержание общего орга нического углерода составляет 2-3%, исключая почвы начала суббореала, где количество Собщ. дости гает 4,5-5,5%. Последние почвы имеют также наиболее высокую МВ, достигающую 1,7-1,8·10-6СГСЕ.
Среди поглощенных оснований, как правило, преобладает кальций, хотя в почвах раннего суббореала магний иногда превалирует над кальцием.
В целом, основные свойства изученных погребенных почв лежат в пределах, характерных для почв степного типа почвообразования, хотя и имеют флуктуирующие показатели.
6. Состав гумуса современных, погребенных под курганами почв и почв поселений 6.1. Состав гумуса современных почв как рецентная основа диагностики условий и типов почвообразования Для создания рецентной основы, которая необходима для проведения диагностики типов и усло вий почвообразования педогумусовым методом, были собраны и обобщены по методу В.Р. Волобуе ва (1963) литературные и собственные материалы по составу гумуса современных почв Поволжья и прилегающих территорий, формирующихся в трех типах ландшафтных условий: лесных, лесостеп ных и степных (рис.1). Она применялась нами при проведении реконструкций типов и условий поч вообразования в раннем и среднем суббореале Самарского Заволжья.
Рис. 1. Диагностические поля по составу гумуса современных почв и диагностика на их основе погребен ных (3700-3500 л.н.) почв и почв поселений. Обозначения полей по ландшафтным условиям: 1 – степные;
2 – лесостепные;
3 – лесные;
– поселение «Сачково озеро»;
– поселение «Красносамарское»;
– погребенные 3700-3500 л.н. почвы;
– современные почвы.
Соотношение водорода и углерода в гуминовых кислотах, выделенных из современных почв степных и лесостепных условий формирования и почв, являющихся фоновыми для курганов и посе лений, а также для гумусовых горизонтов почв, сформировавшихся на курганных насыпях, представ лено в табл. 2.
Табл. 2. Соотношение Н/С в гуминовых кислотах современных почв Самарского Заволжья Разрез Образец Н/С I-5 Современная почва Красносамарского поселения 0, I-2 То же на кургане 2 Красносамарского могильника 0, I-2 То же 0, I-4 Фоновая почва ключевого участка I 0, I-4 То же 0, I-4 То же 0, IV-2 Фоновая почва ключевого участка IV 0, IV-1 Современная почва на кургане 2 Тростянского могильника 0, Е-1 Современная лесостепь 1, Е-1 То же 1, Е-5 Современная степь 0, Е-5 То же 0, В большинстве случаев степные почвы, сформированные на курганах, а также являющиеся фо новыми, имеют величину Н/С в пределах 0,81-0,88, или среднестатистическую — 0,87±0,02.
6.2. Состав гумуса погребенных под курганами почв и почв поселений Исследование состава гумуса почв археологических памятников разных эпох и разного абсолют ного возраста (табл. 3), показало:
– самые древние почвы, погребенные 5000-4500 л.н., в период существования ямной культуры, выделяются ярко выраженным гуматным типом гумуса с близкими долями в нем фульвокислот (ФК) и гуминов (около 20%);
и преобладанием гуминовых кислот (ГК), на долю которых приходится более 50 % от Собщ в 2,4-2,5;
– гумус почв, погребенных под курганами ямно-полтавкинской эпохи (4500 л.н.), отличается от описанного меньшей гуматностью, но ГК остаются преобладающим компонентом гумуса, составляя 47-52% от Собщ;
доля ФК несколько выше, так же как гуминов;
– групповой состав гумуса почв, погребенных под курганами полтавкинской культуры (4500 4000 л.н.), характеризуется преобладанием ГК (до 50 % от Собщ.), а величина Сгк:Сфк изменяется в раз ных образцах от 1,3 до 1,9, составляя в среднем 1,7;
содержание ФК аналогично предыдущим почвам, а средняя доля негидролизуемого остатка выше и составляет около 33%;
– почвы, погребенные под курганами потаповского культурного типа (3900-3700 л.н.), отличают ся наименьшей из всех почв гуматностью гумуса: содержание Сгк превышает количество Сфк в 1,04 1,11 раза, что связано с уменьшением, прежде всего, доли гуматов кальция;
они содержат в составе гумуса наибольшую долю ФК (29-31%) и гуминов, которые здесь в среднем составляют 38%;
– гумус почв, погребенных под курганами срубной культуры 3700-3500 л.н., является также гу матным, хотя величина Сгк:Сфк в них колеблется от 1,5 до 2,3;
различия в долях ГК и ФК, а также их соотношения (Сгк:Сфк) обусловлены приуроченностью этих почв к разным подзонам степной зоны:
умеренно-засушливой степи (ключевой участок 4), сухой степи (участок 5). По-видимому, в эпоху существования срубной культуры границы подзон были близки современным.
Табл. 3. Состав гумуса горизонтов [А1] погребенных под курганами почв Раз- Собщ Гуминовые Фульвокислоты Гу- Сгк:
рез % кислоты ми- Сфк ны 1+2 3 1а 1+2 Почвы, погребенные под курганами ямной культуры – 5000-4500 л.н.
III-1 1,69 49,5 5,9 55,4 2,8 11,7 7,3 21,8 22,8 2, III-1 1,36 47,0 5,2 52,2 3,2 11,0 8,2 22,4 25,4 2, Почвы под курганами ямно-полтавкинской культуры – 4500 л.н.
III-3 0,69 47,7 4,1 51,8 2,4 13,4 7,4 23,2 25,0 2, III-3 0,61 32,9 14,5 47,4 11,9 11,9 1,3 25,1 27,5 1, III-3 0,58 37,8 12,1 49,9 11,7 16,5 1,1 29,3 20,8 1, III-3 0,68 48,6 3,8 52,4 2,9 12,5 7,1 22,5 25,1 2, III-3 0,69 41,2 5,8 47,0 3,2 14,8 5,6 23,6 29,4 1, Почвы, погребенные под курганами полтавкинской культуры– 4500-4000 л.н.
I-1 0,81 43,7 3,5 47,1 3,6 23,2 2,8 29,5 23,4 1, I-2 0,61 33,1 14,5 47,4 11,9 11,9 1,3 25,1 27,6 1, I-2 0,59 37,9 12,1 49,9 11,7 16,5 1,1 29,3 20,1 1, I-3 0,97 25,4 5,9 31,3 5,5 16,7 2,4 24,6 44,1 1, II-1 0,62 33,4 5,5 38,8 5,8 12,3 4,1 22,2 39,0 1, Почвы под курганами потаповского культурного типа – 3900-3700 л.н.
III-4 0,65 26,4 3,8 30,2 9,3 11,8 7,6 28,7 41,1 1, III-4 0,64 28,8 5,3 34,1 9,6 13,4 7,7 30,7 35,2 1, III-4 0,62 26,8 5,2 32,0 10,1 12,9 7,7 30,7 37,3 1, Почвы, погребенные под курганами срубной культуры – 3700-3500 л.н.
IV-1 0,60 40,6 9,9 50,5 5,3 12,9 3,5 21,7 27,8 2, IV-1 0,54 37,2 9,4 46,6 5,5 19,4 4,1 29,0 24,4 1, IV-3 0,76 40,5 6,2 46,7 3,8 13,7 5,9 23,4 29,9 2, V-1 0,94 36,8 4,8 41,6 5,1 20,4 3,0 28,5 30,0 1, Определение типа и условий почвообразования с использованием диагностических полей (рис.
1) показало, что все они развивались по черноземному типу в условиях степи или южной лесостепи региона.
В ГК суббореальных почв разного возраста было определено отношение Н/С (табл. 4), которое является надежным диагностическим признаком палеоприродной среды (Дергачева, 1997).
Изученные нами объекты имеют соотношение в макромолекулах ГК водорода и углерода, соот ветствующее черноземным почвам. Даже ГК почв, погребенных под курганами потаповского куль турного типа, и отличающиеся наименее гуматным составом гумуса, имеют отношение Н/С близкое к современным почвам степного типа – 0,83.
Гуминовые кислоты, выделенные из насыпи курганов срубного времени, близки по отношению Н/С к ГК гумусового горизонта погребенной под курганами почвы, т.е. ГК гумусового горизонта па леопочвы сохранились во времени в курганной насыпи, сделанной из этого горизонта, и близки по абсолютным значениям в обоих объектах.
Табл. 4. Соотношение основных элементов в гуминовых кислотах гумусовых горизонтов изученных объектов Разрез Объект Время Археологическая Н:С исследования т.л.н. культура Погребенная почва III-1 5,0–4,5 Ямная 0, (ПП) III-1 ПП 5,0–4,5 Ямная 0, III-3 ПП Около 4,5 Ямно-полтавкинская 0, III-3 ПП Около 4,5 То же 0, II-1 ПП 4,5–4,0 Полтавкинская 0, I-1 Насыпь 4,5–4,0 То же 0, I-2 ПП 4,5–4,0 То же 0, I-3 ПП 4,5–4,0 То же 0, III-4 ПП 3,9–3,7 Потаповская 0, IV-1 Насыпь 3,7–3,5 Срубная 0, IV-1 ПП 3,7–3,5 Срубная 0, IV-1 ПП 3,7–3,5 Срубная 0, IV-5 КС (0-10 см) 3,7–3,5 Срубная 0, IV-5 То же (18-36 см) 3,7–3,5 Срубная 0, IV-5 То же (40-48 см) 3,7–3,5 Срубная 0, I-5 То же (20-30 см) 3,7–3,5 Срубная 0, I-5 То же (30-40 см) 3,7–3,5 Срубная 0, I-5 То же (40-50 см) 3,7–3,5 Срубная 0, I-5 То же (50-58 см) 3,7–3,5 Срубная 0, Разброс величин соотношения основных элементов в ГК почв, погребенных в эпохи существова ния ямной, ямно-полтавкинской и срубной культур, близок, и их величины лежат в пределах, харак терных для гуминовых кислот умеренно-засушливой степи.
7. Изменение свойств почв и условий почвообразования в раннем и среднем суббореале под влиянием естественных и антропогенных факторов 7.1. Влияние жизнедеятельности человека на состав гумуса и свойства почв Для выявления влияния жизнедеятельности человека на почвы проведено сравнение одновозра стных объектов (срубной культуры позднего бронзового века, 3700-3500 л.н.): почв, погребенных под курганами и почв поселений (табл.5).
В местах поселений древнего человека происходило существенное увеличение гумусово аккумулятивной толщи (в среднем на 20 см). Подобное возрастание мощности гумусового горизонта отмечено и в литературе (Ахтырцев, 1973). Был выявлен ряд отличий культурных слоев (КС) поселе ний от погребенных почв (ПП). Культурные слои содержат большее количество общего органическо го углерода (1,3-3,4% против 0,5-0,9% в ПП). Они слабо вскипают с поверхности и отличаются более высоким уровнем накопления карбонатов в целом. Можно полагать, что это – результат жизнедея тельности человека.
Групповой состав гумуса почв поселения «Сачково озеро» и расположенных на этой же террито рии погребенных почв характеризуется преобладанием гуминовых кислот: в первых количество их изменяется от 49 до 55%, в погребенных почвах – от 44 до 51%. Доля фульвокислот в почвах всех изученных объектов колеблется в пределах 16-29%. Отношение Сгк:Сфк в КС поселения «Сачково озеро» составляет 1,8-3,3, Красносамарского поселения – 2,0-2,7. К низу профиля оно уменьшается. В погребенных почвах соотношение Сгк:Сфк составляет 2,3-3,1 в верхнем слое и снижается до 1,6-2,0 с глубиной. Как показывает сравнение состава гумуса антропогенно преобразованных почв поселений, одновозрастных подкурганных и современных почв они все, независимо от степени сохранности и преобразованности, могут быть отнесены к степному типу (рис. 1).
Величина Н/С в гуминовых кислотах, выделенных из КС поселения «Сачково озеро», составляет 0,73-0,74, в ГК, выделенных из культурных слоев Красносамарского поселения – 0,63-0,71. в погре бенных почвах не превышает 0,69 (см. табл. 4).
Таким образом, установлено, что в гумусе почв поселений превалируют гуминовые кислоты, он имеет гуматный тип, в макромолекулах гуминовых кислот преобладает углерод над водородом, при чем их соотношение близко к наблюдаемому в степных условиях формирования. При этом состав и свойства гумуса различаются не очень существенно, а соотношение Н/С ГК лежит в единых пределах градаций этого показателя. В целом, как почвы, погребенные под курганами, так и почвы поселений имеют черты, позволяющие отнести их к степному типу почвообразования.
Табл. 5. Педогенные признаки гумусового горизонта почв, погребенных под курганами, и почв поселений периода 3700-3500 л.н.
Собщ, 10-6 СаСО3, ГК ФК Сгк:Сфк Глу- рН бина, % % СГСЕ на 1г см P. IV-1 Почва под курганом 2 Тростянского I могильника 0-7 0,60 1,15 1,68 8,2 50,53 21,70 2, 7-15 0,54 1,05 1,68 8,4 46,61 29,02 1, P. IV-3 Почва под курганом 2 могильника Мосты I могильника 0-9 0,90 1,33 0,84 8,4 47,75 15,58 3, 9-15 0,76 1,15 0,42 8,0 46,72 23,38 2, 15-22 0,69 1,08 0,00 8,1 44,49 22,35 1, P. IV-5 Культурный слой поселения «Сачково озеро» 0-10 1,33 1,12 2,94 8,34 54,92 16,78 3, 10-18 1,28 1,45 3,78 8,35 47,02 18,08 2, 18-30 1,08 1,00 5,04 8,31 48,72 24,51 1, 30-40 0,86 0,89 6,72 8,40 48,77 27,78 1, Р. I-5 Культурный слой поселения «Красносамарское» Не опр 30-40 1,71 8,9 9,95 48,77 29,49 1, Не опр 40-50 1,22 12,7 9,90 48,18 23,93 2, Не опр 50-58 0,68 16,9 9,70 44,54 31,05 1, Не опр 58-65 0,56 16,9 9,50 34,21 32,00 1, 7.2. Изменение свойств почв и условий почвообразования при естественной смене характеристик природной среды По данным изучения состава гумуса и соотношения основных элементов в гуминовых кислотах почв, погребенных под разновозрастными курганами, а также изучения морфологических и физико химических свойств были реконструированы условия почвообразования в разные временные эпохи.
Анализ полученных результатов показал следующее. Среднее содержание ГК в изученном хро норяду почв от более древних к более молодым характеризуется максимальным количеством этого компонента гумуса в почвах, погребенных около 5000-4500 л.н., близкое их количество – в почвах, погребенных около 4500 л.н., дальнейшее снижение – в почвах, погребенных 4500-4000 л.н. до наи меньшего их содержания в почвах, погребенных 3900-3700 л.н. В погребенных почвах 3700-3500 л.н.
относительная доля ГК вновь увеличивается, однако не достигает того уровня, который выявлен в почвах наиболее ранних периодов суббореала (рис.2А).
Содержание фульвокислот в погребенных почвах исследуемого хроноряда характеризуется из менениями, обратными содержанию гуминовых кислот. Наименьшее их количество – в почвах, погребенных 5000-4500 л.н., затем происходит возрастание их числа к периоду 3900–3700 л.н., а потом снова резкое снижение – в почвах, погребенных 3700–3500 л.н. (рис. 2А) Ход изменения показателя Сгк:Сфк в изученном хроноряду почв так же характеризуется посте пенным снижением показателя к периоду 3900-3700 л.н., а затем некоторым увеличением в период 3700-3500 л.н. (рис. 2Б) % к Собщ.
Сгк 1 2 3 4 Сфк Номера объектов А Сгк:Сфк 1 2 3 4 Номера объектов Б Рис. 2. Изменение во времени суммы гуминовых и фульвокислот в составе гумуса (А) и соотношения Сгк:Сфк (Б). Обозначения (л.н.): 1 – 5000-4500;
2 – 4500;
3 – 4000-4500;
4 – 3900-3700;
5 – 3700- Соотношение атомных долей водорода и углерода (Н/С) в макромолекулах гуминовых кислот, выделенных из почв, датируемых периодами 5000-4500;
4500 и 4500-4000 л.н., заметно меньше, чем в современных черноземах (рис. 3). Увеличение данного показателя отмечается в гуминовых кислотах почв под курганами потаповского культурного типа (периода 3900-3700 л.н.), где он почти равен зна чению Н/С для современных черноземов. В гуминовых кислотах, выделенных из почв, погребенных под курганами срубной культуры, снова отмечается уменьшение данного отношения (рис. 3).
0, 0, Н/С 0, 0, 1 2 3 4 5 номера объектов Рис. 3. Изменение во времени соотношения основных элементов в гуминовых кислотах. Обозначения: гу миновые кислоты почв: 1 – современных черноземов;
2 – периода 5000-4500 л.н.;
3 – 4500 л.н.;
4 – 4500- л.н.;
5 – 3900-3700 л.н.;
6 – 3700-3500 л.н.
Таким образом, сравнение данных по составу гумуса погребенных под курганами почв различ ных временных отрезков суббореального периода голоцена и современных целинных черноземов (рис.3) показало, что погребенные почвы всех изученных временных отрезков развивались по черно земному типу. Различия их проявляются на уровне подтипов. Следовательно, можно сделать вывод о том, что условия формирования несколько различались по увлажненности. Палеопочвы, погребенные в период 5000-4500 л.н. (под курганами ямной и ямно-полтавкинской культур), развивались при наи более благоприятном для гумусообразования сочетании температурного и влажностного режимов.
Почвы, погребенные 3900-3700 л.н. (под курганами потаповского культурного типа) формировались в условиях наибольшей увлажненности, а в период 3700-3500 л.н. (время существования срубной культуры) условия почвообразования снова изменились в сторону относительного нарастания засуш ливости. Условия формирования изученных палеопочв ямного и срубного времени были близки, но не идентичны.
Таким образом, в ямное, ямно-полтавкинское и срубное время, соответствующее раннему и среднему суббореалу, как и в современности, на территории Самарской области почвообразование протекало по типу черноземообразования.
Полученные материалы по составу гумуса разновозрастных погребенных почв были проанали зированы с помощью диагностических полей, построенных по методу В.Р. Волобуева (1963). Анализ результатов показал (рис. 4), что почвы под курганами ямной, ямно-полтавкинской и полтавкинской культур, а также срубной культуры имеют хотя и индивидуальные, но близкие поля распределения показателей состава гумуса, которые в целом не выходят за пределы диагностического поля совре менных степных ландшафтов Самарского Поволжья и прилегающих территорий. Почвы, погребен ные под курганами потаповского культурного типа, по соотношению основных компонентов гумуса попадают в диагностическое поле лесостепных ландшафтов.
Рис. 4. Соотношение основных компонентов гумуса в гумусово-аккумулятивных горизонтах палеопочв, погребенных под курганами времени существования культур:
- ямной;
- ямно-полтавкинской;
- полтавкин ской;
- срубной;
- потаповского культурного типа Выводы 1. Состав гумуса и свойства почв, а также соотношение элементов в гуминовых кислотах палео почв степной зоны Самарского Заволжья в раннем и среднем суббореале лежат в пределах, характер ных для современных почв степных (периоды 5000-4000 и 3700-3500 л.н.) и лесостепных (3900- л.н.) условий формирования.
2. Преобладающим типом почвообразования в степной зоне Самарского Заволжья в раннем и среднем суббореале было черноземообразование.
3. На территории степной зоны Самарского Заволжья наиболее оптимальное для процесса гуму сообразования сочетание климатических показателей наблюдалось в раннем суббореале 5000- л.н., в период существования ямной культуры и в переходную ямно-полтавкинскую эпоху, а также в среднем суббореале – 3700-3500 л.н., в период существования срубной культуры бронзового века, ко гда почвы характеризовались повышенным содержанием гумуса, гуматным его составом, наиболь шим преобладанием среди гуминовых кислот черных форм и узким соотношением в макромолекулах гуминовых кислот водорода и углерода.
4. Наиболее высокая относительная увлажненность была в период 3900-3700 л.н. в эпоху суще ствования населения потаповского культурного типа, когда почвы имели фульватно-гуматный тип гумуса и наиболее широкое из всех изученных почв соотношение водорода и углерода.
5. Состав гумуса и соотношение основных элементов в макромолекулах гуминовых кислот изу ченного хроноряда почв, свидетельствуют, что условия почвообразования (и, соответственно, усло вия обитания человека в Самарском Заволжье) постепенно менялись от наиболее аридных в начале раннего суббореала в сторону относительно большей гумидизации и похолодания в начале среднего суббореала.
6. Период 3700-3500 л.н. (время существования срубной культуры), приходящийся на середину SB-2, характеризуется новым потеплением и некоторым сдвигом увлажненности в сторону большей аридизации, но относить этот хронологический период к ксеротермическому, как считает ряд иссле дователей, нет оснований, поскольку условия почвообразования в это время были оптимальными для проявления черноземообразования, хотя и отличались от условий периода существования ямной и ямно-полтавкинской культур.
7. Влияние жизнедеятельности людей на почвы в местах поселений выражается в увеличении мощности гумусово-аккумулятивного горизонта, большей окарбоначенности почвенного профиля, повышении глубины вскипания почв поселений, по сравнению с почвами, погребенными под курга нами, а также в незначительном увеличении доли гуминовых кислот в составе гумуса, которое про является в виде тенденции. Соотношение основных элементов не претерпевает существенных изме нений, и величина Н/С в одновозрастных погребенных почвах и почвах поселений лежит в одних и тех же пределах.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Васильева Д.И. Состав и свойства почв, сформированных на разновозрастных курганах Самарской об ласти // Материалы по изучению русских почв. Вып. 1 (28). С-Пб.: Изд-во СПб. ун-та, 1999. – С. 64-65.
2. Дергачева М.И., Васильева Д.И., Гончарова Н.В., Вашукевич Н.В. Некоторые методические аспекты ис пользования гумуса почв для реконструкции природной среды // Проблемы эволюции почв. Четвертая всерос сийская конференция. Тезисы докладов. Пущино: ПОЛТЕКС, 2001.– С. 41-42.
3. Васильева Д.И. Почвообразование в срубное время на территории Заволжья Самарской области // Тези сы докладов IX международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам “Ломоно сов-2002”. М.: Изд-во МГУ, 2002.– С. 26.
4. Васильева Д.И. Рецентная основа реконструкции условий обитания человека в Самарском Поволжье // Экология древних и современных обществ. Докл. конф. Вып. 2. Изд-во ИГОС СО РАН, 2003. – С. 10-12.
5. Дергачева М.И., Васильева Д.И. Реконструкция палеогеографической обстановки в ранней и средней бронзе на территории Самарского Поволжья по составу гумуса // Экология древних и современных обществ.
Докл. конф. Вып. 2. Изд-во ИГОС СО РАН, 2003. – С. 40-42.
6. Васильева Д.И., Дергачева М.И. Влияние жизнедеятельности человека в местах поселений средней бронзы степного Заволжья на состав гумуса и свойства почв. Препринт. Новосибирск, 2003. – 16 с.
7. Дергачева М.И., Фадеева В.П., Некрасова О.А., Васильева Д.И., Каллас Е.В., Ковалева Е.И., Гончарова Н.В., Кострыкина Н.А. Соотношение водорода и углерода в гуминовых кислотах некоторых типов почв Рос сии.– Препринт.– Новосибирск, 2003.– 16 с.
8. Васильева Д.И., Дергачева М.И. Реконструкция природных условий периода существования срубной культуры в степной зоне Самарского Поволжья по составу гумуса // Вопросы археологии Поволжья, 2004. № (в печати).