Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ НА МЕСТАХ ДРЕВНИХ АНТРОПОГЕННЫХ НАРУШЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ НА МЕСТАХ ДРЕВНИХ АНТРОПОГЕННЫХ НАРУШЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)"



На правах рукописи

Валдайских Виктор Владимирович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ НА МЕСТАХ ДРЕВНИХ АНТРОПОГЕННЫХ НАРУШЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

03.00.16-экология

Екатеринбург, 2007

Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А.М. Горького.

Научный руководитель доктор биологических наук, доцент

Махонина Галина Ивановна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор

Дергачева Мария Ивановна

доктор биологических наук Молчанова Инна Владимировна

Ведущая организация Уральский государственный

педагогический университет

Защита состоится 29 мая 2007 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 004.005.01 при Институте экологии растений и животных Уральского отделения РАН по адресу: 620144, ^Екатеринбург, ул. 8-е Марта, 202. Факс: (343) 260-82-56. Адрес официального веб-сайта ИЭРиЖ: http://ipae.uran.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН.

Автореферат разослан апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Нифонтова М.Г.

Актуальность темы. В последние десятилетия происходит значительное усиление процессов техногенной деградации естественных экосистем, которые сопровождаются изменениями и разрушением почв, а вместе с тем трансформацией или потерей выполняемых ими биосферных и биогеоценотических функций, что может привести к труднопрогнозируем ым последствиям (Добровольский, Никитин, 1990, 2000; Соколов, 2004 и др.). Проблема сохранения и восстановления почв, подвергающихся все большей антропогенной и техногенной нагрузке, является на сегодня одной из приоритетных в рамках защиты окружающей среды.

Чтобы оценить масштабы и спрогнозировать последствия современных форм деградации естественных экосистем, необходимо изучать процессы их реградации или восстановления — как в целом, так и отдельных их компонентов. Среди компонентов экосистем почвенная составляющая является одной из наиболее важных, будучи связующим звеном их функционирования. В зависимости от способности почв восстанавливать свой исходный облик, и, следовательно, выполнять свои функции, будет зависеть регенерацпонная способность экосистем в делом.

Для изучения восстановительной способности почв за длительные промежутки времени археологические памятники оказались наиболее подходящим объектом. Наши предки дали начало уникальному природному эксперименту, длящемуся уже несколько сотен и даже тысяч лет, позволяющему оценить скорость и особенности восстановления почв. На сегодня считается, что в рамках генетического почвоведения процесс становления и эволюции профиля экспериментально практически не изучаем (Соколов, 2004), Почвообразование же на обнаженных породах разновозрастных археологических памятников может служить такой экспериментальной моделью, что имеет большое значение в рамках экологических исследований.

Современные нарушения почвенного покрова намного более масштабны и разнообразны, чем древние. Особую тревогу вызывает глобальное уменьшение запасов органического вещества в почвах (Русский чернозем, 1983; Пузаченко и др., 2006; Adams, 2004 и др.). В связи с этим остро встают вопросы о скорости гумусонакопления и направленности процессов восстановления почв при разных типах

Г РГАУ-МСХА

1 имени К.А. Тимирязева i 3ЦНБ имени Н.И. Железное*

нарушений в долгосрочном прогнозе, а также принципиальной возможности почв достигать своего первоначального состояния.

Представляют интерес также вопросы о сохранности антропогенного вещества в тех или иных условиях и его влиянии на генезис почв, о возможности более широкого привлечения почвенных методов для реконструкции быта и хозяйствования древнего населения.

Необходимость привлечения археологических объектов для решения проблем генетического почвоведения признается н научным сообществом. Последний ГУ съезд Докучаевского общества почвоведов, проведенный в августе 2004 года в г.Новосибирске, в частности, постановил: "Основными приоритетными направлениями исследований на межсъездовский период считать: ... расширение работ в области палеопочвоведения и археологии, направленных на изучение развития почв, природной среды и общества и их взаимодействия".

Цель работы: даггь оценку степени измененное™ и восстанов-ленности антропогенно нарушенных экосистем по почвенным показателям в местах проживания древнего населения в условиях лесостепи Западной Сибири через 2300 - 3200 лет после их нарушений. В связи с указанной целью были поставлены следующие задачи:

1. Оценить современное состояние растительности и почв в местах длительного проживания древнего человека на примере Павлино-ва городища и селища "Большой Имбиряй-10".

2. Определить характер и особенности нарушений почвенного покрова в местах сооружения больших погребальных комплексов (крупные курганы) на примере кургана Бабий Бугор.

3. Выявить состояние и направление почвообразования современных, погребенных и новообразованных почв.

4. Исследовать свойства новообразованных почв за 2,3 - 2,5 тыс. лет в местах выбросов "чистых" почвообразующих пород на поверхность на основании сравнения их с погребенными и фоновыми ненарушенными, дать оценку скорости почвообразования.

5. Изучить свойства новообразованных 3,2-тысячелетних почв для выявления общей динамики почвообразования.

6. Дать сравнительную оценку степени восстановления почв в местах с разным характером к интенсивностью нарушений.

7. Определить возможности аналитических методов изучения почв в решении археологических задач.

8. Для решения поставленных задач использовать морфологические, физические и химические показатели свойств почв; уделить особое внимание состоянию органического вещества почв.

Научная новизна работы. Дана оценка степени сохранности антропогенного вещества, приведена характеристика продуктов разложения и степени их миграции в пределах почвенного профиля через 2300 лет после ухода человека в условиях лесостепной зоны Западной Сибири на основе комплексного детального сравнительною изучения состояния культурного слоя древнего городища.

Изучена степень развития почвенного профиля и выявлена степень восстановленности почв при разных типах древних нарушений.

Установлено, что изучаемого времени недостаточно для формирования новообразованных почв, полностью аналогичных зональным фоновым. Показано, что за последние 2300 - 3200 лет не происходило существенных изменений климатических условий и вновь формирующиеся почвы на обнажениях поч вообразующих пород представляют определенную стадию развития фоновых черноземных почв

Практическая значимость работы. Естественное восстановление почвенного покрова происходит чрезвычайно медленно, что требует всемерного его сохранения как незаменимого компонента биосферы.

Предлагаемый подход к изучению археологических памятников на основе почвенных химико-аналитических методов позволит более полно и комплексно реконструировать характер хозяйственной деятельности древнего человека.

Защищаемые положения:

1. Почвенный покров в местах проживания древнего населения (2300 - 3200 лет назад) характеризуется значительными изменениями и пестротой по морфологическим, физическим и химическим свойствам, что определяется характером и интенсивностью деятельности древнего человека.

2. Сформированные за изучаемое время на обнаженных почво-образующих породах почвы представляют собой стадии развития фоновых черноземных почв.

3. В сравнительном плане при прочих равных условиях наилучшими показателями почвенного плодородия характеризуются

почвы, сформированные на "загрязненных" антропогенным веществом субстратах.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на конференциях молодых ученых в ИЭРнЖ УрО РАН (Екатеринбург, 2003, 2004); на молодежном семинаре "Природные и городские экосистемы" (Екатеринбург, 2003); на VII Докучаевских молодежных чтениях "Человек и почва в XXI веке" (Санкт-Петербург, 2004); на IV съезда Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); на Всероссийских конференциях "Экология древних и современных сообществ" СПомень, 2003) и "Экология промышленного региона и экологическое образование" {Нижний Тагил, 2004); на Международных конференциях "Экология прикладная и фундаментальная. Проблемы урбанюации" (Екатеринбург, 2005) и "Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно преобразованных экосистем" (Иркутск, 2006).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах, рекомендуемых ВАК .

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и приложения. Общий объем диссертации 230 страниц, основная часть излажена на 159 страницах машинописного текста. Работа содержит 18 таблиц и 27 рисунков. Список литературы включает 172 источника,в том числе 10 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. В разделе обоснована актуальность исследований, поставлены цели работы и сформулированы задачи.

Глава 1. Время и почвообразование на антропогенно нарушенных территориях: состояние шученности проблемы.

Приведенный в разделе анализ литературы указывает на высокий уровень интереса к вопросам, касающимся эволюции почв, в том числе - антропогенно-преобразованных (Докучаев, 1936; Иенни, 1948; Вильяме, 1950; Герасимов, 1968, 1976; Роде, Смирнов 1972; Ковда, 1973; Таргульян, Соколов, 1984; Соколов, 1984, 2004; Геннадиев, 1986, 1990; Иванов, 1992; Александровский, 1995; Герасимова и др., 2003; ОисЬаийиг, 2001 и др.). В то же время, в силу объективных трудностей, связанных с получением и интерпретацией данных по

этому вопросу, в настоящее время остается множество неизученных сторон в данной проблеме. Наименее исследованной областью является скорость процессов при эволюции почв (Александровский, 1984; Таргульян и др., 1984; Соколов, 2004 и др.). Большинство авторов указывает на крайне медленные темпы этих процессов.

Ощутимый вклад в решение проблем генезиса почв вносит изучение археологических памятников, которые, в силу своей двойственной природы (Сычева, 1994), являются также памятниками природы. На стыке почвоведения и археологии сформировалось новое научное направление — археологическое почвоведение (Демкин, 1997; Дергачева, 1997).

Наибольшее число публикаций по этой тематике относится к группе исследований погребенных почв, которую принято объединять под названием палеопочвоведение. Указанный подход на сегодня наиболее хорошо разработан и освящен в многочисленных работах (Иванов, 1978, 1992; Александровский, 1984, 1995; Дергачева 1984, 1989, 1997; Зданович и др., 1984; Маданов и др., 1984; Геннадиев, 1986, 1990; Демкин, 1997а, 19976, 1999; Демкин и др., 1987, 1998, 2003; Демкин, Дергачева, 2004; Сычева, 1994,2004 и др.).

Исследование новообразованных почв является еще одним подходом к изучению антропогенно-преобразованных почв археологических памятников (Геннадиев, 1990; Иванов, 1992; Махонина, Корки-на, 2001, 2002а, 20026; Валдайских, Махонина, 2007 и др.). Новообразованные почвы, позволяющие выявить динамику формирования почвенного профиля, на сегодня изучены сравнительно слабо, что предопределяет интерес к их изучению.

Глава 2. Объекты И методы исследования.

В исторической справке (2.1) приводится краткая периодизация древней культуры Зауралья и Западной Сибири. Основное внимание в приведенном обобщении уделено тем аспектам деятельности древнего населения, которые непосредственно сказываются на почвенном покрове (строительство фортификаций, курганов, жилищ; указываются их размеры и количество в разные эпохи, наличие и мощность культурного слоя и т.д.). В указанной главе приводится методологический подход при выборе объектов исследования (2.2), дается общая характеристика объектов (2.3), перечисляются использованные методы изучения почв (2.4).

Объектами изучения являлись почвы выбранных в соответствии с поставленными задачами археологических памятников, датируемых с бронзового по ранний железный век; Павлинова городища (Курганская обл., Шадринскнй р-н, 2,3 тыс. л.н.); кургана "Бабий Бугор" (Курганская обл., Куртамышский р-н, 2,5 тыс. л.н.); селища "Большой Имбиряй'10" (Тюменская обл., Ялуторовский р-н, 3Д тыс. л.н.). Указанные объекты исследовались совместно с Зауральской лесостепной археологической экспедицией ИИиА УрО РАН (руководитель JI.H. Корякова) и археологической экспедицией ИПОС СО РАН (руководители A.B. Матвеев и Н.П. Матвеева). Выражаем глубокую признательность всему коллективу экспедиций, а также ПЛ. Косиндеву, за оказанную помощь в сборе материала и при подготовке работы,

В ходе работы использовались общепринятые геоботанические, морфологические, физические, химико-аналитич еские методы исследования растительности и почв, а также стандартные методы статистической обработки данных.

Глава 3 (экологические условия почвообразования) включает фнзнко-географнческую характеристику района исследования (3.1). Объекты исследования входят в Западно-Сибирскую и Курганскую провинции лесостепей, занимающих водораздельные равнины рек Тобола и Исетк. Климат типично континентальный; характерны резкие изменения погоды и общая неустойчивость климата, сухость и недостаток влаги, непродолжительность безморозного периода, короткое жаркое лето. Основной особенностью климата лесостепи является близкое соотношение осадков и испаряемости.

Растительность представлена луговыми степями и остепненными лугами в сочетании с березово-осиновыми колками.

Наиболее распространенными являются черноземы выщелоченные, которые характерны для повышенных, хорошо дренируемых территорий, где н располагается большая часть археологических памятников. Их особенностью является наличие на глубине 80 - 100 см карбонатного горизонта. В условиях повышенного увлажнения черноземы сменяются на полугидроморфные лугово-черноземные и чер-нозе мно-луговые почвы.

В указанной главе также характеризуются природные условия и почвообразование в лесостепной зоне Западной Сибири в голоцене (3.2): приводится краткое обобщение периодизации истории кди-

мата, в том числе применительно к изучаемой территории. Имеющиеся на сегодня многочисленные палеогеографические материалы, часть которых относится к лесостепи Зауралья и Западной Сибири (Рябогина, Матвеева, Орлова, 2001; Смирнов, Кузьмина, 2005 и др.), указывают на постоянные климатические колебания в голоцене, которые отражались на характере и направленности эволюции почв.

В то же время отмечается, что основная часть почв лесостепи претерпела свои наибольшие изменения в голоцене в интервале ЗД -3,4 тыс. л.н. и с тех пор они эволюционировали без каких-либо серьезных структурных изменений. Поэтому можно предполагать, что все исследуемые почвы формировались в сходных биоклиматических условиях, создающих предпосылки для развития черноземных почв. Это предположение подтверждается общностью изученных, нами погребенных и фоновых голоценовых почв (см. главу 4).

Глава 4. Результаты н обсуждение.

4.1. Растительные сообщества на территории археологических памятников. Сформировавшаяся лугово-степная растительность характерна для изучаемой территории: ее восстановление происходит быстрее, чем формирование зрелых почв. В местах близкого залегания культурного слоя (далее КС) отмечается большее видовое разнообразие, больше также и средняя высота растений. Данный факт можно связать с обогащением почв антропогенным веществом и связанными с ним доступными растениям элементами питания.

4.2. Характеристика антропогенно-преобразованных почв.

4.2.1. Особенности антропогенно-преобразованных почв

Павлинова городища. Антропогенно измененные почвы городища и прилегающей к нему территории достаточно сильно отличаются от фоновых ненарушенных почв в морфологическом плане. В первую очередь это вызвано наличием КС той или иной степени выраженности мощностью от 14 до 58 см, сочетающего в себе черты генетического профиля и следы антропогенного вмешательства. Деятельность человека проявляется в срезке и смешивании естественных генетических горизонтов почв, формировании искусственных насыпей, приносе инородного минерального и органического материала (антропогенного вещества).

В соответствии с новой классификацией почв России (2004) по совокупности признаков такие почвы можно отнести к урбо-

стратифициороеанным турбоземам. За время, истекшее с момента нарушений, таким образом измененные почвы вновь подвергаются естественным процессам педогенеза под влиянием природных факторов почвообразования, что позволяет рассматривать их как регради-рованные.

В химическом отношении наибольшие изменения также наблюдаются в КС городища. Образцы КС, отобранные по сетке (п = 164), оказались более щелочными (средняя концентрация [Н*] ниже фоновых показателей в два раза), более обеспеченными подвижными фосфатами (в 10 раз выше фоновых значений); обменного калия (в 17 раз выше); обменного натрия (в четыре раза), органического углерода (в 1,3 раза); более обеспеченными обменными основаниями (в 4,7 раза).

В то же время наблюдаются значительные отклонения изучаемых химических свойств почв в отдельно взятых участках КС. Почвенные образцы, отобранные в местах отдельных морфологически фиксируемых антропогенных нарушений (''загрязнителей") в КС (скопления костей; глиняные горшки, развалы горшков и отдельные фрагменты керамики; древесина, уголь, зола и др.) по своим химическим показателям значительно отличаются как от фоновых ненарушенных почв, так и от среднестатистического КС (табл. 1).

Таблица 1. Средние химические показатели образцое, отобранных да центра участков с антропогенными включениями.__

Антропогенные рн к,о 1 Ма20 Угле-

включения Н,0 мг/100г род, %

Заполнение из костей 7,29 326,57 47,86 13 л 1,12

Центры крупных очагов 7,60 280,40 83,50 28,00 0,55

Заполнение глиняных горшков 6,98 278,56 23,82 11,09 1,24

Заполнение столбовых ямок 7,16 101,25 65,00 8,75 2,09

Среднестатистический КС 7,27 10137 38,36 7,87 из

Соответствующий КС горизонт фона 7,01 10,37 2,23 1,80 1,03

Выявлена специфичность каждой группы "загрязнителей" по сумме всех химических показателей, для чего были использованы статистические методы классификации. Дискриминантный анализ позволил выделить практически непересекающиеся множества различных "загрязнителей" (рис. I). Перекрываются лишь группы столбовых ямок и очагов, что связано со сходным характером данных нарушений: столбовые ямки часто включают обгоревшую древесину.

□ Кости й Очаги ф Горшки

-3-2-/0123

* о Ямки

Рис 1. Варьирование свойств КС в центрах антропогенных нарушений в двухмернаи пространстве по метрике Евклида (эляипсы — 92 %-й доверительный интервал).

Для выявления сходства между группами включений в химическом отношении по всей сумме изучаемых параметров был использован кластерный анализ. По результатам кластирования в одну группу сходимости отнесены скопления костей и глиняные горшки; в другую - КС и столбовые ямки. Очаги оказались наиболее специфичными и отличными в химическом отношении {рис. 2).

Отнесение отдельно взятого образца КС к тому или иному типу загрязнений становится возможным при применении количественных методов классификации, позволяющих на вероятностном уровне классифицировать образцы из морфологически недефференцируемо-го КС а зависимости от предполагаемого типа "загрязнителя" в прошлом. В нашем случае кластеризация позволила отнести все 164 образца КС, отобранные сеткой, "вслепую" к тому или иному классу нарушений, основываясь только на их сходстве в химическом отношении.

В условиях лесостепной зоны при непромывном или периодически промывном типе водного режима на суглинистых почвообра-зующих породах сравнительно слабо прослеживаются процессы миграции продуктов разложения и минерализации антропогенных включений. В ходе изучения КС Павлинова городища процессы ми-

грации были прослежены при отборе образцов (п = 57) из всех типов включений по общей схеме: [центр участка с антропогенным нарушением] [участок (участки) на некотором расстоянии от центра] —> [КС городища] [фон].

в,-----.-------

? -

б -

г < ...

I :

í

Одой Фон КС Ямки Горшки Кости

■ Рис, 2. Диаграмма кластерного распределения различных групп антропогенных включении, среднестатистического КС а фоновых почв по всей сумме изучаемых параметров.

В рамках следующей группы исследований изучались свойства нарушенных почв внутри городища в определенных функциональных зонах, а также на различных расстояниях от жилища в разных направлениях, для чего закладывались почвенные разрезы на соответствующих участках. В целом можно отметить, что центральная часть городища и жилища, по-видимому, содержалась в относительной чистоте. По периметру жилища возможно содержался скот, о чем свидетельствуют и контуры помещений, напоминающие остатки небольших загонов.

Для изучения последствий ландшафтных антропогенных изменений закладывалась серия почвенных разрезов в направлении от центра городища к фоновым ненарушенным почвам. Чем большую антропогенную нагрузку испытывала почва, тем большие фиксируются изменения по различным показателям. Так, например, наблюдается четкая зависимость уменьшения содержания РгО$, который является одним из основных маркеров человеческой деятельности, в направле-

нии от центра городища к периферии и дальше за пределы городища (рис. 3).

Зовальный 10.3 KU 2.3 км чернозем

^ выщелочен ни Я

Рис. 3. Содержание подвижных фосфатов в почвах в зависимости от удаленности от центра городища в сдое 0-100 см, кг/м}.

Фоновые почвы в трехстах метрах от городища оказались несколько обогащены подвижными фосфатами. Предположительно, эта территория могла бьггь использована под пастбище.

4.2.2. Особенности антропогенно-преобразованных почв вблизи кургана "Бабий бугор".

Значительные нарушения почв наблюдаются также и в местах древних захоронений. Для сооружения курганных насыпей использовались верхние почвенные горизонты прилегающих к курганам территорий.

В пределах кургана сформированы выщелоченные черноземы многогумусные (тучные) среднемощные на супесях и легких суглинках, сам же курган насыпан только гумусовыми горизонтами чернозема. Ранее (Демкин, Лукашев, 1987) отмечалось, что материал для сооружения курганов брали из кольцевых ровиков, что верно только для небольших из них. Для сооружения же царского кургана "Бабий Бугор" потребовалось значительное количество гумусированной почвенной массы, которую собирали, согласно нашим данным, неравномерно в радиусе до 300 м от кургана, максимальные количества (слоем до 28 см) снимались на расстоянии до 180 м от него. Все нарушения в современном состоянии хорошо фиксируются и занимают большие площади (по нашим оценкам - примерно 36 га) (рис. 4).

V кургана = 25,1 тыс, и1

К.ктогал1= 40 м

Рис 4. Схематическое изображение кургана "Бабий Бугор " и прилегающей к нему территории с указанием расчетных данных (У-объем, 5 - площадь, Н — высота, И — радиус),

В целом в профиле антропогенно-преобразованных почв вблизи кургана по сравнению с фоновыми фиксируются изменения различной степени интенсивности по изученным физико-химическим показателям. Но, в отличие от мест длительного проживания древнего человека, рассматриваемые нарушенные почвы не отличаются аномально высоким содержанием Р2О5 и К20; высокими показателями ГК/ФК и ГК-2 в гумусе. Это связано с хотя и сильным, но все же однократным вмешательством человека без дополнительного приноса антропогенного вещества на прилегающие к курганам территории.

Широкое распространение таких почв указывает на необходимость найти им место в новой классификации почв (Классификация и диагностика почв России, 2004), где они не выделяются. На современном этапе освоения указанные почвы можно отнести к реградиро-ванным агроабраземам аккумулятивно-карбонатным.

4.3. Формирование новообразованного почвенного покрова на "дневных" поверхностях археологических памятников.

За 2,3 - 2,5 тыс. лет в условиях изучаемых археологических памятников сформировались почвы, близкие к зональным черноземам выщелоченным. Тем не менее, несмотря на длительное время постантропогенной эволюции, новообразованные почвы по целому ряду показателей отличаются от фоновых голоценовых почв. Была также проведена сравнительная характеристика хода процессов почвообразования у почв, формирующихся на почвообразующих породах с разным характером и степенью нарушенности при прочих неизменных условиях.

4,3,1. Сравнительная характеристика новообразованных почв в местах длительного проживания человека (Павлиново городище).

Для такой характеристики приводятся данные по двум наиболее крайним по степени нарушенности разрезам. Фактический же материал н полученные выводы базируются на данных по восемнадцати разрезам (для качественного состава гумуса и валового состава - по семи разрезам), заложенным внутри и вблизи городища и занимающих по степени нарушенности промежуточное положение.

В качестве наиболее "загрязненного" был выбран разрез, заложенный на внутреннем оборонительном валу (р.10-01), насыпь которого послужила почвообразующей породой для формирования новообразованных появ. По совокупности морфологических и химических признаков насыпь можно отнести к КС.

Наиболее "чистым" оказался разрез 22-01, изначально представляющий собой непрогумусированный выброс почвообразующей породы из рва на внешнюю сторону от внешнего вала, где антропогенное давление было незначительным.

За 2,3 тыс. лет в условиях "чистого" почвообразования не произошла дифференциация гумусового горизонта на гор.А и В1, его общая мощность достигает лишь 44,8 % от фоновой, а содержание углерода - 74,89 % от фона. Интенсивность образования гумусовых горизонтов в этом случае составляет 0,57 см за столетне, а средняя скорость накопления гумуса - 0,74 % углерода за тысячелетие. Горизонт затеков В2 только начинает формироваться. Запасы гумуса достигают 63,7 % от фона. Показатели качественного состава гумуса близки к фоновым, значения оптической плотности ГК, характеризующие их зрелость, оказались ниже фоновых. В валовом составе такие почвы отличаются меньшим содержанием биогенных элементов по сравнению с фоном: кальция - в 5,2 раза, фосфора-в 1Д раза, железа- в 1,4 раза (табл. 2).

Сравнительная характеристика хода "чистого" почвообразования и такового на "загрязненном" КС показала, что по общим показателям плодородия новообразованные почвы на "загрязненном" субстрате оказываются ближе к фоновым, чем на относительно чистом.

На КС быстрее формируются гумусовые горизонты (0,70 против 0,57 см за столетие); запасы гумуса на таких породах оказываются

больше (75,8 против 67,0 т/гз в слое 0-20 см); значительно выше гу-матность, содержание фракции ГК-2 больше, отмечены большие оптические плотности макромолекул ГК. Такие почвы характеризуются лучшими агрохимическими показателями: они менее кислые, в них отмечено значительно большее количество доступных растениям элементов питания.

Таблица 2. Сравнительная характеристика новообразованных почв, сфор~ лшровавшихся на относительно "чистых" и на "загрязненных" почвообра-зующих породах Павлтова городища (для гор.А).

Разрез, № 22-01 10-01 19-01

Характеристика разреза Наиболее Наиболее Фоновый

"чистый" "загрязнен- разрез

разрез ный" разрез (среднее для

Показатель городища городища гор.А иВ1)

Морфологические показатели

Мощность горЛ, см 13 16 29

Дифференциация на гор.А и В! нет нет есть

Наличие горизонта затеков В2 нет нет есть

Агрохимические показатели

рН и2о 6,00 6,95 6,64

Р2О5 мг/ІООг 6,82 378,13 13,03

К,0, мг/ІООг 4,15 13,58 3,16

Валовой состав почв. % на абсолютно сухую почву

11,41 11,63 13,19

РсгОз 2,29 2,88 3,29

Р20з 0,09 0,17 0,11

СаО 0,39 1,13 2,05

Показатели, характеризующие органическое вещество

Содержание углерода, % 1,70 1,82 2,27

Отношение ГК/ФК 1,39 3,75 1,52

Содержание ГК-2,% 16,47 37,25 14,40

Запасы гумуса, т/га (слой 0-20 см) 67,0 75,8 105,1

Оптические плотности ГК при длине волны 440 нм, 1 мг/мл С

ПС-1 6,85 10,55 4,58

ГК-2 17,69 25,62 30,30

ГК-3 6.01 15,05 16,03

4.3.2. Сравнительная характеристика новообразованных почв на усеченных почвах в местах однократных нарушеннП (курган "Бабий Бугор").

В условиях археологического памятника имелась возможность сравнения хода "чистого" почвообразования с таковым при другом типе антропогенных нарушений — срезкой (абразией) верхней часта почвенного профиля. Для выполнения этой части исследований сравнивались новообразованные почвы, формирующиеся на "чистом" выбросе из рва вблизи кургана (р.4-02, вал) и современные дневные пахотные почвы вокруг кургана, где практически полностью снимался верхний гумусовый горизонт в процессе постройки кургана (р.6-02). Сравнение в первом случае велось с фоновыми целинными почвами, во втором - с пахотными зональными (табл. 3).

Таблица 3, Сравнитеяьная характеристика новообразованных почв, формирующихся на валу и на почвах с усеченным профилем вокруг кургана "Бабий Бугор" (для гор.А}._____

Разрез, 6-02 27-99 4-02 3-02

Характеристика разреза Показатель Пахотный усеченный Пахотный фоновый Вал Фон

Морфологические показатели

Мощность, см* , Глубина залегания карбонатного горизонта, см 26 50 47 75 22 27 106 75

Показатели гранулометрического состава

Содержание ила, % Кд по илистой фракции** 12,30 не опр. 0,56 - // - 12,79 5,48 0,86 0,42

Показатели, характеризующие органическое вещество

Содержание углерода, % Отношение ГК/ФК Содержание ПС-2, % Запасы гумуса (0-20 см), т/га 1,78 3,35 1,35 1,98 25.06 34,10 89.7 151,6 2,76 5,23 1,24 ив 27,72 34,67 124,8 236,6

Оптические плотности ГК при длине волны 440 им, 1 мг/мл С

ГК-1 ПС-2 ГК-3 5,10 8,46 11,43 15,29 2,66 1,92 5,13 15,89 14,50 17,23 5,33 8,63

* В разрезах 6-02 и 27-99указана суммарная мощность гор.Лпах и В1; ** Кд • коэфф. дифференциации, рассчитывается как отношение содержания илистой фракции в верхних горизонтах к почвообразующей породе.

В 2,5-тысячелетних почвах в условиях "чистого" почвообразования уже происходит дифференциация на горА и В1. Их суммарная мощность близка к фоновой, интенсивность образования гумусовых горизонтов составляет 1,44 см за столетие (по-видимому, эта цифра несколько завышена за счет некоторой изначальной гумусированно-сти нижней части вала). Гумусовые затеки в гор.В2 выражены слабее, чем в фоновых почвах. Содержание органического вещества лишь наполовину приближается к фоновым показателям. Запасы гумуса составляют всего 52,8 % от таковых фоновых целинных почв.

На усеченных почвах с сохранившейся нижней частью профиля по сравнению с "чистыми" почвообразующими породами быстрее формируются гумусовые горизонты; быстрее восстанавливаются запасы гумуса и формируются макромолекулы ГК (при этом показатели качественного состава гумуса в обоих случаях близки между собой). Указанного времени недостаточно для полного вымывания илистой фракции из верхней части профиля новообразованных черноземных почв. В почвах с усеченным профилем происходит "подтягивание" нижних более щелочных горизонтов к поверхности.

Исследования, проведенные ранее в условиях средней тайги на разновозрастных археологических памятниках Западной Сибири (Махонииа, Коркина, 2001), уже показали ииформативиость коэффициентов дифференциации (Кд) по валовому химическому составу при оценке интенсивности почвообразования. В черноземных почвах Кд используется для оценки накопления (вымывания) элемента в гумусовом горизонте к почвообразующей породе. В новообразованных почвах вблизи кургана "Бабий Бугор" для большинства элементов они оказались значительно ниже фоновых. Особенно это относится к биогенным элементам: фосфору, кальцию, магнию (табл. 4).

Таблица 4. Коэффициенты ¿шфференщацт/ по валовому составу новообразованных и фоновых почв вблизи кургана "Бабий Бугор"._

№ разреза Место заложения Коэффициент дифференциации (Кд)

Я20) А1гСЪ Ре^О* Рг05 ТЮ2 МпО СаО МёО

4-02 6-02 3-02 Вал Усеченный профиль Фок 1,02 1,04 0,98 1,17 0,85 !Д1 0,60 0,45 1,24 1,07 2,03 1,00 1,19 1,13 0,54 0,47 1,55 1,50 1,22 3,60 1,15 1,56 1,12 1,11

4.33. Сравнительная характеристика "загршнснных" н усеченных новообразованных почв.

В разделе приведена сравнительная характеристика новообразованных почв, сформированных при разных типах нарушений. Установлено, что "загрязненные" новообразованные почвы в целом быстрее приближаются к фоновым, чем усеченные почвы, по основным показателям,характеризующим почвенное плодородие, в частности,-по гумус ному состоянию.

4.33. Особенности антропогенно-преобразованных почв селища "Большой Имбиряй-10").

В лесостепной зоне Зауралья и Западной Сибири многочисленны и более ранние нарушения, датированные брошовым веком (более трех тыс. л.н.). Большая часть гаменений почв, характерных для поселений железного века, отмечена и на таких объектах. В качестве примера было изучено селище "Большой Имбиряй-10 (габл. 5).

ТаблщаЗ. Сратцтелыиязаракпщшспию почв сеянца "Б. Имбирм-Ю".

№разр«а 42-03 41-03

Хгракприсшваря'реза ГЪ казаки ь Выкид из жили ш (КС) Фоновый

Морфэло гич есии е по газапгея и

Модность к>р.А+В1, см Дифффшциздиянашр.Ли В1 Моиносгь шр.В2, см 30 есть 10 28 есть И

АфОхд ми ч ест с показэтши (для гор.А)

рННЬО Р2С^, мг/ЮОг м 1/100 г 7,24 -7,43 25,50-31,50 12,50 -36 ДО 6Д0 0,19 63

Показатепи тумушого дастоя1ия(длягор.А)

О>дфжасиеу01фод^% ОтношениеГЮФК Содфжшие"шпогой молаульГГК-2, % 2,41 -2,81 1,77-2,89 22,10-26,63 3,89 1,71 23,55

Оптичесше плотности ГК дри дл ин е ю л н ы 440 им, 1 мг/мл С (для гор. А)

ГК-1 ГК-2 ГК-3 12ДО -1233 6,66-8,90 6,61 -6,80 4,47 4,67 4,96

Зласы гумуса т'га

В етое0-20 см В етоеО-50 ал 119,6 194Д 163,5 248,0

Новообразованные за 3Д тыс. лет почвы на выкиде из жилища селища бронзового века характеризуются тем же набором генетических горизонтов, что и фоновые. Мощность гумусовых горизонтов также близка к фоновым; средняя скорость их образования составляет 0,94 см за столетие. В то же время такие почвы оказались более щелочными; содержание подвижных р20; и КгО значительно выше фоновых величин. Они не достигли фоновых показателей как по содержанию органического углерода (73,52 % от фона в гор-А), так и по общим запасам гумуса (73,1 % от фона). Средняя скорость накопления гумуса составляет в данных условиях 0,82 % углерода за тысячелетне. Показатели фракционного состава гумуса близки к фоновым. Отношения ГК/ФК и оптические плотности ГК оказались выше фоновых значений, что характерно для почв, формирующихся в условиях дополнительного внесения антропогенного вещества.

Заключение. В связи с полученными данными о крайне низких темпах восстановления черноземных почв, в указанном разделе обосновывается необходимость их всемерной охраны кай незаменимого компонента биосферы.

ВЫВОДЫ

1, Места длительного проживания человека характеризуются значительной пестротой в химическом я морфологическом плане, существенно отличаясь от фоновых ненарушенных почв. В большей степени указанная пестрота определяется спецификой антропогенного вещества, продукты минерализации которого в условиях лесостепной зоны слабо мигрируют в почвенном профиле. В соответствии с новой классификацией почв (2004) такие почвы можно отнести к ре-град ированным урбо-стратифицированным турбоземам.

2. Усеченные почвенные профили в местах древних захоронений можно рассматривать как модель почвообразования и восстановления широко распространенных эродированных почв за длительное время. Спустя 2,5 тыс. лет после нарушений фиксируются изменения в морфологических свойствах, в гранулометрическом составе, агрохимические характеристики таких почв уступают соответствующим зональным. Содержание органического углерода в их верхних горизонтах составляет лишь 53,1 %, а запасы гумуса-64,8 % от показателей зональных почв. Указанные почвы могут быть отнесены к регра-дированным агроабраземам аккумулятивно-карбонатным.

3. Восстановление почв на местах древних нарушений изучаемых археологических памятников идет по зональному черноземному типу. Погребенные 2,5 - 3,2 тыс. л.и. почвы по типу почвообразования не отличаются от фоновых, что не предполагает резких климатических изменений за указанный промежуток времени.

4. Изучаемого времени в 2,3 - 2,5 тыс. лет на выбросах "чистых" почвообразующих пород в условиях изучаемых археологических памятников недостаточно для формирования почв, полностью аналогичных зональным черноземным почвам как по морфологическим, так н по физико-химическим показателям. Мощность новообразованных гумусовых горизонтов составляет 44,8 - 90,9 % от соответствующих фоновых значений; средняя интенсивность образования гумусового горизонта колеблется от 0,57 до 1,44 см за столетие, средняя абсолютная скорость накопления гумуса - от 0,74 до 1,10 % углерода за тысячелетие. Новообразованные дневные почвы лишь на 52,8 -63,7 % приблизились к современным голоценовым зональным черноземам выщелоченным по запасам гумуса.

5. Новообразованные за 3,2 тыс. лет черноземно-луговые почвы не достигли фоновых показателей как по содержанию органического углерода (73,52 % от фона), так и по общим запасам гумуса (73,1 % от фоновых значений). Средняя интенсивность образования гумусового горизонта составляет в данных условиях 0,94 см за столетие; средняя абсолютная скорость накопления гумуса - 0,82 % углерода за тысячелетие. Показатели качественного состава гумуса в целом приближены к фоновым ненарушенным почвам.

6. В сравнительном плане при прочих равных условиях наилучшими показателями почвенного плодородия характеризуются почвы, сформированные (в порядке убывания):

а) на культурном слое, "загрязненным" антропогенным веществом;

б) на усеченном профиле со срезанной верхней его частью;

в) на "чистых" почвообразующих породах.

7. Химические методы изучения нарушенных почв являются наиболее чувств1гтеяьными для определения интенсивности человеческой деятельности, в частности, позволяя реконструировать на вероятностном уровне тип морфологически недифферениируемых антропогенных включений (артефактов) в культурном слое археологических памятников по продуктам его минерализации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Валдайских В.В. Естественное восстановление растительности и почв на примере археологического памятника "Павлиново городище" / BJB. Валдайских // Экологические проблемы промышленных регионов : материалы конф. - Екатеринбург, 2003. - С. 97-98.

2. Валдайских В.В. Естественное восстановление нарушенных черноземных почв на примере археологического памятника "Павлиново городище" / В.В. Валдайских // Проблемы глобальной и региональной экологии : материалы конф. молодых ученых.—Екатеринбург, 2003. — С. 28-31.

3. Косинцев П.А. Комплексные исследования Павлинова городища / ПЛ. Косинцев, ЛЛ. Корякова, В.В. Валдайских, ИЗ. Иванов, A.A. Каздым, ОЛ1. Корона, Г.И. Махонина, Н.К. Панова, Е.Д. Табанакова, Б. Хэнке // Экология древних и современных сообществ : докл. конф. — Тюмень, 2003. -Вып. 2.-С. 129-131.

4. Коркина H.H. Характеристика антропогенно нарушенных почв археологических памятников "Черемисский вал" и "Язевский вал" I ИЛ. Коркина, Д.В. Солодовников, В.В. Валдайских, АЛ. Кунгурцсв И VII Докучаев-с кие молодежные чтения "Человек н почва в XXI веке**: тез. докл. - СПб., 2004.-С. 19-20.

5. Валдайских В.В, Антропогенно нарушенные почвы археологического памятника "Павлиново городище" / В.В. Валдайских, М.Г. Шейкина // УП Докучаевские молодежные чтения "Человек и почва в XXI веке" : тез. докл. -СПб., 2004.-С. 35.

6. Махонина Г Л Антропогенно нарушенные почвы кургана "Бабий Бугор" (Кургаяская область) / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских //Проблемы охраны природных ландшафтов и биоразнообразия России и сопредельных стран: материалы конф.—Пенза, 2004. — С 83-84.

7. Махонина ГЛ. Свойства антропогенно нарушенных почв вблизи археологических памятников "Черемисский вал** и "Язевский вал" / Г.И. Махонина, И.Н. Коркина, Д.В. Солодовников, В.В. Валдайских, АЛ. Кунгурцсв // Проблемы охраны природных ландшафтов и биоразнообразия России и сопредельных стран: материалы конф. - Пенза, 2004. - С. 87-89.

8. Махонина ГЛ. Гуыусное состояние антропогенно нарушенных почв / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Экологические проблемы промышленных регионов: материалы конф.—Екатеринбург, 2004, — С. 87-90.

9. Валдайских В.В. Восстановление нарушенных черноземных почв на месте древнего городища / В.В. Валдайских И Природные и городские экосистемы : сб. ст. молодежного научного семинара. - Екатеринбург, 2004. -С. 43-49.

10. Валдайских B.B. Естественное восстановление почв на примере археологического памятника "Павлиново городище" { В Л. Валдайских, М.Г. Шейкина : материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. - Новосибирск, 2004. - Ки.1. - С. 167.

11. Чувакова Т.А. Качественный состав гумуса 2,5-тысячелетних почв на археологическом памятнике "Бабий Бугор" / Т.А. Чувакова, Г.И Махокина, В.В. Валдайских // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. - Новосибирск, 2004, - Кн. 1. - С. 204.

12. Махонина Г.И. Влияние поч вообразующей породы на восстановление антропогенно-нарушенных почв археологических памятников / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Экология промышленного региона н экологическое образование: материалы конф, - Нижний Тагал, 2004, - С. 237-242.

13. Валдайских В.В. Антропогенно нарушенные почвы археологического памятника "Еабий Бугор" (Курганская область) / В.В. Валдайских, A.A. Осадчая, Т.А. Чувакова // Экологические механизмы динамики и устойчивости биоты : материалы конф. молодых ученых. - Екатеринбург, 2004. — С. 38-42.

14. Валдайских В.В. Исследование антропогенно нарушенных почв Ко-ловского городища и Коловского-4 селища / В.В. Валдайских, Н.Г1. Матвеева, Г.И, Махонина, A.B. Поскедов, И.Ю. Чикунова // Вестник археологии, антропологии и этнографии. - Тюмень, 2005. - Вып. 6.— С. 286-291.

15. Махонина Г.И. Современное состояние почв культурного слоя древнего городища / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Экология фундаментальная и прикладная. Город. Человек. Природа: материалы конф. иницнат. проектов. — Екатеринбург, 2005. - С. 80-85.

16. Махокина ГЛ. Гумусное состояние антропогенно нарушенных почв археологических памятников (Тюменская область) / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Экология прикладная и фундаментальная. Проблемы урбанизации ; материалы Междунар. конф. - Екатеринбург, 2005. - С. 21S-220.

17. Валдайских В.В. Химические особенности культурного слоя Павли-нова городища / BJ3. Валдайских, Г.И. Махокина Я Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно преобразованных экосистем : материалы Междунар. конф. - Иркутск, 2006. -С. 68-72.

18. Махонина ГЛ. Антропогенно нарушенные почвы археологических памятников (Тюменская область) / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Ученые записки НТГСПА. - НЛагил, 2006. - С. 90-100.

19. Махонина Г.И. Археологическое почвоведение в системе знаний о взаимоотношениях природа и человека / Г.И. Махонина, В.В. Валдайских // Известия Уральского государственного ун-та. Серия I. Проблемы образования, науки и культуры. - 2007. - Вып. 20. - С. 219-226.

20. Валдайских В.В. Восстановление почвенного компонента экосистем на местах древних антропогенных нарушений / В.В. Валдайских. Г.И. Махонина // Экология. - 2007. -№ 3. - С. 230-232.

Подписано в печать 19,04.2007 Формат 60 х 84 1/16 Бумага типографская. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № ¿fe. Печаггь офсетная.

Типолаборатория УрГУ. Екатеринбург, К-83, пр, Ленина, 51.