Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Минеральная основа антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Минеральная основа антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское"

На правах рукописи

Пелснева Марина Владимировна

МИНЕРАЛЬНАЯ ОСНОВА АНТРОПОГЕННЫХ ПОЧВ МУЗЕЯ-УСАДЬБЫ АРХАНГЕЛЬСКОЕ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

005541482

Москва-2013

005541482

Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научпый руководитель: Макаров Михаил Иванович, доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Артемьева Зинаида Семеновна, доктор биологических наук, доцент, руководитель научно-исследовательской группы межинститутского отдела по изучению черноземных почв ГНУ почвенного института имени В.В. Докучаева

Иванов Антон Валерьевич, кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Защита состоится «10» декабря 2013 г. в 15 часов 30 минут, в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова на факультете почвоведения по адресу: 119991, ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «*7 » иО^ОРО. 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Никифорова Алла Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Ежегодно соотношение естественных и антропогенных почв изменяется в сторону увеличения последних. Среди антропогенных почв особое место занимают почвы объектов ландшафтного проектирования, в том числе почвы исторических парковых комплексов.

Исторические парки характеризуются почвенным покровом, представленным всеми основными почвами урбанизированных объектов: от естественных слабопреобразованных почв до современных почвоподобных тел - органолитостратов и литостратов. Последние формируются на различных планировочных элементах, таких как древесные посадки, дорожки и газоны. Морфология парковых почв определяется целевым назначением планировочных элементов и технологическими особенностями их формирования, что влияет на степень трансформации почвенного профиля. Искусственное конструирование почв и внесение смесей различного состава приводит к изменению минералогической составляющей почв, которая, в свою очередь, оказывает влияние на свойства почв и ход почвообразовательного процесса.

С ростом урбанизированных территорий увеличивается количество работ, посвященных исследованиям антропогенных почв, а именно - классификации и диагностике антропогенных горизонтов (Строганова, Агаркова, 1992; Матинян, Урусевская, 2001; Герасимова и др., 2003; Урусевская, Матинян, 2005; Строганова, Раппопорт, 2005; Мартыненко и др., 2008; Лебедева, Герасимова, 2011; Прокофьева и др., 2011; Blume, 1989; Hollis, 1991 и др.); их эволюции (Попутников, 2011; Иванников, 2012 и др.); изучению отдельных химических (Большаков, Кахнович, 2002; Никифорова, Алексеева, 2002; Хакимов и др., 2003; Черноусенко и др., 2003; Еремченко, Москвина, 2005; Никифорова, Алексеева, 2005; Когут и др., 2006; Стома, Ткачева, 2006; Водяницкий и др., 2010; Никифорова, Кошелева, 2011; Дымов и др., 2013 и др.), физических (Стома, 2003; Строганова и др., 2008; Кузнецов, 2011 и др.) и биологических свойств (Лысак и др., 2004; Васенев, 2011; Васенев и др., 2012 и др.). Однако работ, направленных на исследование минеральной основы крупных фракций почв не найдено.

Вместе с тем, изучение минеральной основы почв парковых территорий позволяет не только получить базовую информацию о свойствах антропогенных почв, но также приобретает актуальность в рамках гуманитарных наук. Почвы парков можно рассматривать как память, которая хранит сведения об устройстве парковой территории и способах формирования отдельных планировочных элементов, а изучение крупной фракции почв как самого стабильного ее компонента позволяет реконструировать приемы формирования почв, что является особенно ценным для восстановления истории создания парка.

Цель работы: получить комплексную характеристику минеральной основы в разной степени трансформированных почв музея-усадьбы Архангельское для реконструкции истории их формирования.

Задачи работы:

1. Охарактеризовать гранулометрический состав.

2. Изучить минералогический состав крупных фракций почв.

3. Установить комплекс включений и оценить степень засоренности почв.

4. Изучить почвенные новообразования.

5. Реконструировать историю формирования парковых почв.

Научная новизна работы. Впервые дана комплексная характеристика минеральной основы почв музея-усадьбы Архангельское, включая изучение минералогического состава крупных фракций с использованием разных иммерсионных жидкостей. Для решения фундаментальных и прикладных задач впервые применен метод судебной экспертизы для изучения включений и новообразований, входящих в состав крупных фракций, а также для оценки засоренности почв. Набор классических и новых методов, используемых в диссертации, применен для реконструкции технологий формирования исторических почвенных объектов музея-усадьбы Архангельское.

Защищаемые положения.

1. Конструирование почвенного профиля приводит к созданию почв, минеральная основа которых изменена и представлена более широким спектром компонентов в сравнении с зональными почвами.

2. При формировании верхней части почвенного профиля органолитостратов (газон) и литостратов (дорожка) увеличивается доля песка по отношению к условно эталонным постагрогенным дерново-подзолистым почвам.

3. Минералогическая ассоциация материала, из которого сформированы слои сконструированных почв музея-усадьбы Архангельское, соответствует ледниковым отложениям Центрально-Русской минералогической провинции московского возраста, принесенным с территории Фенноскандии. При формировании верхней части профиля сконструированных почв используется менее выветрелый с минералогической точки зрения материал.

4. При увеличении степени преобразования почвенного профиля повышается разнообразие и количество включений, что имеет отражение в степени засоренности почв. Сконструированные почвы отличает наличие карбонатных новообразований.

5. Формирование мощных окультуренных верхних горизонтов постагрогенных дерново-подзолистых почв музея-усадьбы Архангельское происходило путем добавления на поверхность существующих почв материала

покровных суглинков без пескования. Вероятно, подсыпался материал поверхностного слоя гумусовых горизонтов без последующего перемешивания.

Практическая значимость работы. Полученные данные можно использовать для разработки рекомендаций по изготовлению почвогрунтов, минералогический состав которых богат тяжелыми минералами. Проведенные исследования показали, что метод изучения включений, заимствованный из практики производства судебных экспертиз, является весьма информативным и его можно рекомендовать в качестве инструмента, позволяющего установить антропогенный генезис отдельных горизонтов и мощность профиля, затронутого преобразованием. Результаты работы содержат ценную с исторической точки зрения информацию о технологиях формирования почв музея-усадьбы Архангельское.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на конференциях: XV международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» (Москва, 2008); XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийская научная конференция «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова» (Москва, 2011); 3-я научно-практическая конференция «Экологические проблемы исторических парков» (Санкт-Петербург, 2012), и международном семинаре «Современное состояние исследования объектов почвенного происхождения» (Москва, 2013). Работа прошла апробацию на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Публикации. По теме работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 работы опубликованы в рецензируемых журналах из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ^ глав, выводов и приложений, изложенных на страницах машинописного текста, содержит «3& таблиц и рисунков. Список литературы насчитывает 1А€> наименования, из них на иностранном языке.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю д.б.н., профессору М.И. Макарову; к.б.н. О.В. Семенюк за оказанное внимание, неоценимую помощь в создании работы и всестороннее содействие; к.б.н. Т.М. Силевой за ценные указания и советы при обсуждении результатов; О.Б. Градусовой и В.В. Иванову за консультации и большую помощь в работе; Т. Дзюре за помощь в проведении анализов и всем сотрудникам кафедры общего почвоведения за всестороннюю поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

В обзоре рассмотрена структура почвенного покрова урбанизированных территорий, представленного большим разнообразием почв разной степени антропогенной трансформации: от естественных и слабо преобразованных до полностью искусственно сконструированных (Герасимова и др., 2003; Строганова, Раппопорт, 2005; Урусевская, Матинян, 2005; Семенюк, Владыченский, 2007; Мартыненко и др., 2008; Попутников, 2011).

Охарактеризована минеральная основа естественных дерново-подзолистых почв: минералогический, гранулометрический составы и состав новообразований.

Особенности отдельных компонентов минеральной основы антропогенных почв обусловлены технологическими рекомендациями их формирования (Теодоронский, Белый, 1989; Лепкович, 2003; Теодоронский, 2003; Князева, Князева, 2004; Курбатова и др., 2004; Курбатова, Башкин, 2004; Создание и содержание..., 2004; Горохов, 2005; Машинский, 2006; Теодоронский, 2008; Теодоронский и др., 2008), а также наличием включений, содержание которых в почвенных горизонтах урбанизированных территорий является важным диагностическим признаком (Герасимова и др., 2003; Федорец, Медведева, 2009; Иванова, Каздым, 2011; Попутников, 2011; Прокофьева и др., 2011; Дымов и др., 2013). Однако сведения по минералогическому составу антропогенных почв малочисленны и не конкретизированы с точки зрения количественного состава (Прокофьева и др., 2001; Раппопорт и др., 2001; Салихова, 2007; Прокофьева, Попутников, 2010).

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

Объектами исследования послужили парковые почвы музея-усадьбы Архангельское XVIII века, расположенного в Красногорском районе Московской области.

Парковый комплекс музея-усадьбы Архангельское состоит из двух основных частей — пейзажной и регулярной, в которых представлены почвы разной степени трансформации почвенного профиля (рис. 1). В основу решения пейзажной части парка положен прием пейзажной планировки, которая предусматривает ассиметричное формирование объемных пространств и создается по образцам естественных экосистем. В основе регулярной части парка лежит «геометрический» тип планировочной организации, отличающийся симметричностью, а также прямыми линиями аллей, дорог и других планировочных элементов (Лепкович, 2004).

В пейзажной части паркового комплекса преобладают постагрогенные дерново-подзолистые почвы на покровных суглинках, подстилаемых

флювиогляциальными песками (разрезы № 5 и 11) или мореной (разрез № 1). Эти почвы формируются под смешанными сосново-липовыми массивами (таблица 1). Отличительной особенностью строения профиля почв является мощный гумусовый горизонт (до 37 см), что трактуется как следствие окультуривания. Этот горизонт по окраске и наличию корней дифференцируется на два подгоризонта, но природа дифференциации остается не совсем ясной. Согласно литературным источникам около 200 лет назад на территории парка располагались картофельные поля, которые затем сменились парковым комплексом (Безсонов, 2004).

Рис. 1. План-схема расположения разрезов на территории парка Архангельское.

Почвы регулярной части парка в отличие от постагрогенных дерново-подзолистых почв молоды. Их возраст связан с реконструкцией этой части парка, проведенной в 1972-1976 гг. (Безсонов, 2004), а также с последующим уходом: периодическими подсыпками и частичной заменой верхних горизонтов почв. В этой части парка доминируют сконструированные почвы, которые приурочены к 3-м структурно-функциональным элементам парка: дорожке -литостраты (разрезы № 17 и 18), газону (разрезы № 2, 13, 16 и 22) и биндажу (сводчатая аллея, образованная с помощью вязаных каркасов, на которых смыкаются кроны липы, граба и других лиственных деревьев) (разрез № 19) -органолитостраты (Классификация и диагностика почв России, 2004).

Таблица 1. Объекты исследования

Компонент парка Номер разреза Планировочный элемент Положение в рельефе Название почвы

Пейзажная часть 1 Лесной массив (сосново-липовый лес 200 лет) Третья надпойменная терраса Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом мореной

5 Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками

11 Лесной массив (смешанный лес 80 лет) Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками

Регулярная часть 2 Газон Третья надпойменная терраса Органолитострат

16 Газон Третья надпойменная терраса Органолито страт

22 Газон Третья надпойменная терраса Органолитострат

13 Газон Центральная пойма Антропогенно-преобразованная аллювиальная почва

19 Биндаж Вторая надпойменная терраса Органолитострат

17 Дорожка Вторая надпойменная терраса Литострат

18 Дорожка Вторая надпойменная терраса Литострат

В зависимости от функционального назначения выбранные объекты характеризуются разными технологическими особенностями их формирования и степенью преобразованное™ почвенного профиля (рис. 2).

Постагрогенная дерново-подзолистая почва

Оргянолптострат (газон)

Лгггострат (дорожка)

80

120

см

щ 1 1-

Ш О <2>

А' А"

EL

ВТ

45

66

120

см

ШШI

TG2

TG3

Рис. 2. Схемы морфологического строения профиля основных групп почв

Профиль литостратов представлен набором искусственных насыпных техногенных горизонтов (TG). В нижней части профиля могут вскрываться иллювиальные горизонты исходной естественной зональной почвы.

В отличие от них органолитостраты представляют собой набор техногенных горизонтов разного гранулометрического состава с верхним искусственным органо-минеральным горизонтом RAT. Нижняя часть профиля может быть сложена флювиогляциальными песками. Помимо сконструированных почв в регулярной части парка на пойме под газонным покрытием вскрыта окультуренная аллювиальная почва (разрез № 13).

2.2. Методы исследования

Выделение гранулометрических фракций проводилось методом отмучивания после диспергации многократным разминанием образца в состоянии пасты по методу Н.И. Горбунова (1971). Состав минералов и их содержание определяли в 4-х гранулометрических фракциях: 1-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05 и 0,05-0,01 мм. Подсчет минералов осуществлялся из средней пробы фракции в трехкратной повторное™ с использованием поляризационного микроскопа (х200). Исследование минералогического состава почв проводилось иммерсионным методом с применением глицерина (показатель преломления п=1,51) и двух смесей анисового и вазелинового масел (п=1,535 и

n= 1,544). Последний прием позволил выделить 3 группы полевых шпатов - К-Na полевые шпаты, в составе которых плагиоклазы № 0-10 (кислые плагиоклазы); плагиоклазы с № 11-24 (кислые плагиоклазы); плагиоклазы с № 25-100 (средние и основные плагиоклазы).

С целью определения неоднородности отложений были рассчитаны количественные соотношения разных групп минералов: легких минералов и тяжелых; кварца и полевых шпатов; полевых шпатов и пелитизированных полевых шпатов; тяжелых минералов и рудных минералов.

Изучение включений и новообразований проводили во фракциях 2-0,5; 0,5-0,25 и 0,25-0,01 мм с применением стереомикроскопов отраженного света (от хЮ до х100). Их выделяли методом, применяемым в практике судебно-почвоведческих исследований (Судебно-почвоведческая экспертиза..., 1994). Для оценки степени засоренности почвенных горизонтов использовались градации, разработанные в ФБУ РФЦСЭ при Минюсте России (Судебно-почвоведческая экспертиза..., 1994). Степень засоренности почв устанавливалась по содержанию включений в верхнем горизонте. Информативной фракцией считали фракцию, содержащую наибольшее количество и разнообразие включений.

Глава 3. Результаты исследований

3.1. Гранулометрический состав

Результаты исследования гранулометрического состава почв пейзажной части парка подтвердили наблюдаемую при полевом морфологическом описании неоднородность почвенных профилей. Постагрогенные дерново-подзолистые почвы сформированы на двучленных почвообразующих породах природного происхождения. Верхняя толща этих почв (50-80 см) представлена покровными лессовидными суглинками, в которых преобладает фракция крупной пыли. Покровные суглинки, подстилаемые разными породами, не идентичны по гранулометрическому составу (рис. 3). В суглинках, подстилаемых флювиогляциальными песками, больше песчаных фракций, что соответствуют гипотезе возникновения покровных суглинков в результате неоднократного взмучивания моренных и флювиогляциальных толщ с последующим оседанием поверх них более мелких фракций.

При искусственном формировании почвенного профиля (литостраты и органолитостраты) в соответствии с технологией создания основных планировочных элементов покровные супесчано-суглинистые отложения заменяются на супесчаные и песчаные, что приводит к созданию антропогенных почв более легкого гранулометрического состава. По отношению к постагрогенным дерново-подзолистым почвам содержания песка в верхнем 50-сантиметровом слое органолитострата увеличивается в 5 раз, а литострата - до 15 раз (рис. 3). В сконструированных почвах песчаные слои характеризуются неодинаковым долевым участием разных по размеру

песчаных фракций (от 10 до 60% для фракции среднего песка органолитострата), что увеличивает неоднородность почвенного профиля. В искусственно созданных почвах разнообразие горизонтов по гранулометрическому составу отмечается в пределах всего почвенного профиля и связано с антропогенным конструированием.

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом мореной (разрез N5 1)

0% 20% 40% 60% 80% 100%

А' (0-17)

А" (17-32)

Е|_ (32-38)

ВТд (38-52)

й1д (52-86)

Э2 (86-124)

КАТ (0-11) Тв1 (11-15) Ю2 (15-45) ТЗЗ (45-66) ОЬ (66-120) йу (66-120)

Органолитострат (разрез N0 2)

20% 40% 60% 80% 100%

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциалькыми песками (разрез № 5)

0% 20% 40% 60% 80% 100%

А'(0-11) А" (11-37) Е|_ (37-48) ВТ (48-80) Р (80-120)

Т61,2 (0-25) ТвЗ (25-35) ВТ1 (35-60) ВТ2 (60-120)

Литострат (разрез № 17)

20% 40% 60% 80%

мм а 0.1-0,05

мм И 0,05-0,01 мм

■ 0,01-0,005

В 0,0050,001 мм к <0,001 мм

я потеря

Рис. 3. Гранулометрический состав объектов исследования, % от воздушно-сухой навески

Характерным для конструированных почв является Б-образное профильное распределения суммы песчаных фракций. Такое распределение является следствием технологического приема искусственного формирования песчаной прослойки. При создании почвенного профиля разнообразие распределения гранулометрических фракций связано не только с технологическими требованиями к формированию искусственных почв, в соответствии с которыми в профиле закладываются слои разного гранулометрического состава, но и с природной неоднородностью используемого песка, характеризующегося разным долевым участием песчаных фракций.

3.2. Минералогический состав

Исследование минералов в глицерине позволило установить минералогические ассоциации и выявить соотношения между ведущими минеральными компонентами. Минералогические ассоциации постагрогенных дерново-подзолистых почв, органолитостратов и литостратов сходны и являются характерными для ледниковых отложений московского возраста и Центрально-Русской минералогической провинции. Для всех изученных горизонтов исследуемых почв минералогическая ассоциация представлена следующими минералами: легкие — кварц, полевые шпаты (микроклины, ортоклазы, плагиоклазы), халцедон, и тяжелые - роговая обманка, гранат, биотит, эпидот, рудные и единичные зерна ставролита, глауконита, турмалина и рутила.

В процентном отношении преобладающими являются кварц и полевые шпаты, составляющие в сумме более 90% от содержания всех зерен минералов по всем фракциям. Количество тяжелых минералов не превышает 8% - их содержание увеличивается от крупных фракций к мелким (рис. 4).

□ кварц

В халцедон

в полевые платы (кроме пелит.)

□ пелит, полевые шпаты

П биотит

В эпидот

В роговая обманка

в фанат

□ рудные

В халцедон

о полевые шпаты (кроме пелит.)

□ пелит. полевые шпаты

□ биотит

ЕЗ эпидот

Б роговая обманка

и гранат

А' (0-17) А"(17-32) Е1 (32-38) ВТд (38-52)

01 д (52-86)

02 (86-124)

Фракция крупного песка

20% 40% 60% 80% 100%

А' (0-17) А" (17-32) Е1_ (32-38) ВТд (38-52)

01 д (52-86)

02 (86-124)

Фракция мелкого песка

20% 40% 60% 80% 100%

А'(0-17) А" (17-32) Е1_ (32-38) ВТд (38-52) 01 д (52-86) 02(86-124)

Фракция среднего песка

20% 40% 60% 80% 100%

А" (0-17) А" (17-32) Е1_ (32-38) ВТд (38-52) 01д (52-86) 02 (86-124)

Фракция

20% 40%

крупной пыли □кварц

В халцедон

60% 80% 100%

в полевые илаты

(кроме пешт.) □ пелит. полевые

илаты ООбиотиг

И эпидот

нроговая обманка в гранат

ш рудные

□ кварц

в хащедон

н полевые илаты (кроме петт.)

□ пелит. полевые илаты

Пбиотит

□ ЭПЦЦОТ

К роговая обманка

В гранат

□ рудные

Рис. 4. Относительное содержание минералов в постагрогенной дерново-подзолистой почве на покровном суглинке, подстилаемом мореной (разрез №1) (% от числа зерен)

Анализ долевого участия тяжелых минералов с учетом доли фракции для частиц крупной пыли постагрогенных дерново-подзолистых почв показал, что

содержание роговой обманки существенно преобладает над содержанием эпидота (рис. 5). Такое соотношение минералов свидетельствует о том. что генезис отложений в основном связан с поступлением материала Фенноскандии.

Покровные суглинки на морене содержат больше тяжелых минералов, чем покровные суглинки, подстилаемые флювиогляциальными отложениями (рис. 5). Генетическая связь покровных суглинков и подстилающих пород также подтверждается данными по относительному содержанию полевых шпатов с учетом доли фракции. Во фракции крупной пыли покровных суглинков содержится больше полевых шпатов по сравнению с песчаными фракциями (рис. 6).

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом мореной (разрез № 1)

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подсталаемом флювиогляциальными песками (разрез № 5)

1 2 3 Ш роговая обманка □ биотип"

А'(0-11) Я ЯШШн III!

В ЭПЦДОТ

А" (11-37) яшш

■ фанат

Е!_ (37-48)

_II □ рудные

Рис. 5. Содержание тяжелых минералов фракции крупной пыли в постагрогенных дерново-подзолистых почвах (% с учетом доли фракций)

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом мореной (разрез № 1)

А'(0-17) А" (17-32) Е|_ (32-38) ВТд (38-52)

I -

::':::г;........ 1

* . ........

Ш 1-0,25 мм

□ 0,25-0,1 мм

■ 0,1-0,05 мм

□ 0,05-0,01

Постагрогенная дерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками (разрез № 5)

10 15 20 25

А'(0-11) р |

А"(11-37) | | Е!_ (37-48)

11Ш1В11

0 1-0,25 мм

□ 0,25-0,1 мм

■ 0,1-0,05 мм

□ 0,05-0,01

Рис. 6. Содержание полевых шпатов крупных фракций в толще покровных суглинков (% с учетом доли фракций)

В процессе конструирования почвенного профиля при замене покровных суглинков, где преобладает фракция крупной пыли, на минеральную основу,

где преобладает фракция среднего песка, происходит относительное обеднение субстрата тяжелыми минералами (в 3 раза по отношению к постагрогенным дерново-подзолистым почвам) и соответственное обогащение его легкими минералами (рис. 7).

Относительное содержание минералов во фракции крупной пыли в постагрогенной дерново-подзолистой почве на покровных суглинках, подстилаемых мореной (разрез № 1) И кварц

О хагцедон

0% 20% 40% 60% 80% 100% _

В полевые илаты

А- (0-17) удВлурЦ а петт. полевые

1 _1 ! шпаты

А" (17-32) ¡: :■:•:•:•:•:■:■: х-х-х-х-;-х-х-х-х->х-:£:^1£КаЖД'д о биотит

Е1 (32-38) I.:... .у. .77ГГ77........" . ....."............и п э™д°т

ВТд (38-52) )х-х-х-х|х-х-х:хр ° Р^ая обманка

□2(86-124) [= ____ I Л ВрУДНЫе

' ' ' В рутил

Относительное содержание минералов во фракции среднего песка в органолитострате (разрез № 2)

0% 20% 40% 60% 80% 100« д кварц РАТ(О-И) йй::*;:^ ' И о халцедон

__________________0 полевые штаты

Я петит погевые

ТС2 (15-45) Ш&ф^Шф^ „2™™

\ I - | I Г | □ биотит

ТСЗ (45-66) .......31 Ыэпидот

ОЬ (66-120) |х:::х:::х::|:::::::::х-:-:|:::::-> ° Р<*овая обманка

И рудные

Относительное содержание к« не рал ов во фракции кроной

пыли в постагрогенной дерново-подзолистой почве на покровных суглинках, подстилаекыхфлювиогляциальными и (разрез № 5) о кварц

0% 20% 40% 60%

А'(0-11) А" (11-37) EL (37-48) ВТ (48-80) D (80-120)

ШЯ ■ H

гги

1

5ШВ

□ биотит SS эпидот

а роговая обманка 0 гранат О рудные а рутил

Относительное содержание минералов во фракции

среднего песка в литострате (разрез № 17) □ кварц

CD халцедон

0% 20% 40% 60% 80% 100% ® полевые иг

'ЛИ

S эпидот □ роговая обманка SJ гранат В рудные 63 рутил (В ставролит

Рис. 7. Минералогический состав преобладающих фракций почв (% от числа зерен)

Информативными оказались результаты исследования разных групп полевых шпатов. При изучении почв в глицерине была выделена группа политизированных полевых шпатов - постмагматически измененных минералов (Соколова и др., 2005). Они неустойчивы к истиранию и другим механическим воздействиям и плохо сохраняются в поверхностных слоях. Наличие их в верхних горизонтах свидетельствует об относительно малом времени нахождения в зоне выветривания.

Максимальное количество пелитизированных полевых шпатов содержится в верхней части искусственно созданных профилей органолитострата и литострата (рис. 8). По этому признаку верхнюю сконструированную часть почвенного профиля можно охарактеризовать как наименее выветрелую.

Поста грогенная дерново-подзолистая

почва на покровном суглинке, подстилаемом мореной (разрез № 1)

А' (0-17)

А"(17-32) В_ (32-38)

ВТд (38-52)

Р1д (52-86) 02 (86-124)

Органолитострат(разрез № 2)

О 0.5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

КАТ(0-11) ТИ (11-15) ТС2 (15-45) тез (45-66) ОЬ (66-120) Ру (66-120)

I

Поста грогенная дерново-подзолистая

почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками (разрез № 5)

Литострат(разрез № 17)

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Ю1,2 (0-25) ТвЗ (25-35) ВТ1 (35-60) ВТ2 (60-120)

А' (0-11) А" (11-37) В_ (37-48) ВТ (48-80) 0(80-120)

Рис. 8. Распределение политизированных полевых шпатов по профилю почв

Изучение минералогического состава с использованием в качестве иммерсий смеси анисового и вазелинового масел, показало, что как в постагрогенных дерново-подзолистых почвах, так и в сконструированных почвах в составе полевых шпатов преобладают кислые плагиоклазы — наиболее устойчивые в коре выветривания. В исследованных объектах доминируют альбит-олигоклазы и олигоклазы (№ 11-24), на долю которых приходится до 44,0% от числа зерен, что свидетельствует об имеющемся резерве для дальнейшего гипергенного преобразования минералов.

Наименее устойчивая группа плагиоклазов № 25-100, т.е. ряд от олигоклаз-андезинов до анортитов, в наших объектах представлена единичными зернами. В то же время, установлено повышенное количество минералов этой группы в органолитострате по сравнению с постагрогенной дерново-подзолистой почвой, что наряду с другими свойствами свидетельствует о меньшей гипергенной преобразованности материала сконструированного профиля.

3.3. Включения

Количество включений является важным диагностическим признаком при диагностике антропогенных горизонтов и почв. Поступление включений в сконструированные почвы может осуществляться разными путями. Они могут попадать в почву с поверхностным привносом или в составе субстрата, который используется при конструировании почв (рис. 9). В процессе добычи, дробления, транспортировки, смешивания и хранения исходные материалы могут дополнительно подвергаться случайному засорению включениями разной природы.

Рис. 9. Пути поступления включений

В почвах музея-усадьбы Архангельское выделен и диагностирован широкий набор включений, представленный 13 видами, которые относятся к трем группам (по Розанову, 1983) - биоморфы, литоморфы и антропоморфы (рис. 10 и 11). Объекты исследования различаются как по качественному составу включений, так и по их количеству.

Биоморфы

т

Древесный уголь

Включения

Антропоморфы

Литоморфы

т

Сферулы

Остаточные нефтепродукты

Кирпич

Шлаки

Ржавчина

Затвердевший строительный раствор

Спёки

Стекло

Лакокрасочные материалы

Обломки известняков Обломки гранитных пород

Каменный уголь

Рис. 10. Включения в почвах музея-усадьбы Архангельское

л м н

Рис. 11. Виды включений в почвах музея-усадьбы Архангельское: а -древесный уголь, б - обломки гранитных пород, в - каменный уголь, г

— спёки, д — кирпич, е — сферулы, ж - шлаки, з - ржавчина, и — остаточные нефтепродукты на зернах минералов, к - затвердевший строительный раствор, л - известняк, м - лакокрасочные материалы, н

- стекло.

Изучение качественного состава включений показало, что в составе постагрогенных дерново-подзолистых почв в основном преобладают включения группы биоморфов (древесный уголь), тогда как в антропогенных почвах включения групп литоморфов (как в органолитостратах, так и литостратах - обломки гранитных пород и известняков) и антропоморфов (в органолитостратах - строительный раствор и стекло; в литостратах - ржавчина, сферулы и кирпич).

По усилению степени засоренности наиболее информативных фракций объекты исследования можно выстроить в следующий ряд: постагрогенные дерново-подзолистые почвы, органолитостраты, литостраты. В пересчете на почву в целом степень засоренности составляет 0,2% для постагрогенных дерново-подзолистых почв (не засорены), 1,0% для органолитостратов (очень слабо засорены) и 3,9% для литостратов (слабозасорены). Содержание включений в крупных фракциях парковых почв в целом сопоставимо с содержанием тяжелых минералов.

Анализ распределения включений по фракциям показал, что молодые сконструированные почвы содержат широкий набор включений во всех крупных фракциях (2-0,5 мм, 0,5-0,25 мм, 0,25-0,01 мм), тогда как постагрогенные дерново-подзолистые почвы более зрелого возраста концентрируют включения в более мелких фракциях (0,25-0,01 мм). Очевидно, с течением времени в результате дробления, выветривания и других процессов осуществляется перераспределение включений в более мелкие фракции. Они могут быть также вовлечены в процесс почвообразования.

3.4. Новообразования

В исследованных почвах обнаружено 7 видов новообразований, различающихся по морфологии и химическому составу: железисто-марганцевые нодули, агрегационные нодули сложного состава (агрегирование железисто-марганцевых конкреций с зернами первичных минералов), глинистые корочки, кристаллический кальцит, криптокристаллический кальцит, железисто-карбонатные и железистые нодули.

Конструирование парковых почв происходит с использованием разных субстратов, поэтому трудно однозначно определить, являются ли новообразования в этих почвах результатом почвенных процессов в пределах нового профиля или они привносятся в составе материала, используемого при их формировании. Новообразования, введенные в новый профиль с материалом для конструирования почв, можно рассматривать в качестве включений.

Результаты исследования показали, что постагрогенные дерново-подзолистые почвы отличаются по составу новообразований от конструированных почв, что свидетельствуют о протекании в почвах разных элементарных почвенных процессов. В составе новообразований дерново-подзолистых почв преобладают Ее-Мп нодули, которые в совокупности с глинистыми корочками свидетельствуют о протекании в почвах процессов

оглеения, сегрегации и лессиважа. Для органолитостратов и литостратов характерны карбонатные новообразования, свидетельствующие о процессе окарбоначивания. Практически во всех горизонтах конструированных почв, где они встречаются, также отмечены и карбонатные включения (затвердевший строительный раствор и обломки карбонатных пород). По-видимому, между ними существует генетическая связь - важным источником карбонатных новообразований служат карбонатные включения.

Органолитострат биндажа (разрез № 19) по составу новообразований занимает промежуточное положение между постагрогенными дерново-подзолистыми и сконстуированными почвами.

Глава 4. Реконструкция исторических аспектов формирования почв парка

Архангельское

Изучение минеральной основы парковых почв позволило решить ряд прикладных задач, связанных с раскрытием некоторых исторических аспектов формирования парковой территории.

На основании полученных данных гранулометрического состава постагрогенных дерново-подзолистых почв и современного органогенного горизонта RAT, а также расчетов по содержанию гранулометрического состава органических смесей, которые используются в современном благоустройстве парковых территорий установлено, что окультуривание верхних горизонтов постагрогенных дерново-подзолистых почв происходило без использования песчано-земляных смесей (рис. 12). В отличие от окультуренных горизонтов постагрогенных дерново-подзолистых почв пейзажной части парка, формирование современного горизонта RAT газона регулярной части парка проводилось в соответствии с технологическими нормативами путем добавления смесей песчаного состава.

Результаты исследования минералогического состава материалов, из которых сформированы горизонты постагрогенных дерново-подзолистых почв и слои органолитостратов и литостратов, выявили их сходство. Это свидетельствует о том, что при их формировании использовался материал с прилегающих территорий.

На основании изучения политизированных полевых шпатов установлено, что при формировании верхней сконструированной части почвенного профиля органолитострата (разрез 2, гор RAT) насыпался менее выветрелый материал по сравнению с постагрогенными дерново-подзолистыми почвами.

Наличие включений в разных почвенных горизонтах почв оказалось информативным с точки зрения индикации антропогенного влияния и определения мощности слоя, затронутого антропогенной трансформацией. Для дерново-подзолистой почвы (разрез № 11) эта мощность составила 34 см (включая элювиальный горизонт), для органолитострата (газон) (разрез № 2) — 45 см, для литостратов (дорожка) (разрезы № 17, 18) и органолитостратов

(газон и биндаж) (разрезы № 16, 19, 22) - весь вскрытый почвенный профиль (до 120 см).

Содержание песчаных фракций в горизонте RAT органолитострата

В 1-0,05 мм

<0,05 мм

Содержание песчаных фракций в верхних гумусовых горизонтах поста грогенных дерново-подзолистых почв

Н 1-0,05 мм

Ш <0,05 мм

Технологически

регламентированное содержание

песчаных фракций в составе

искусственных смесей

.......\ 111-0,05 мм

j Ш <0,05 мм

Рис. 12. Содержание песчаных фракций в верхних горизонтах объектов исследования и искусственных смесях

На основе комплекса проведенных исследований и сравнительной характеристики гумусового горизонта постагрогенных дерново-подзолистых почв с доминированием в составе включений древесного угля, кирпича и спёков и горизонта RAT с доминированием древесного угля, гранитных включений, стекла, строительного раствора и обломков известняков установлено, что при формировании первых использовались материалы естественных или окультуренных органо-минеральных горизонтов. Широкий набор включений в органо-минеральном горизонте RAT газона обусловлен двумя причинами: увеличением антропогенного влияния человека на природную среду и засорением плодородных смесей на каждом этапе их подготовки и транспортировки. Верхний горизонт постагрогенных дерново-подзолистых почв был сформирован путем насыпания плодородного слоя на поверхность пахотных почв без последующего перемешивания.

Комплексное изучение новообразований и включений позволило восстановить сложную историю формирования почвенного профиля. Согласно полевому морфологическому описанию профиль литострата (разрез № 17,

дорожка) представлен двумя антропогенными и двумя естественными горизонтами. Однако лабораторные исследования показали, что нижние горизонты профиля содержат включения, что свидетельствует о насыпном происхождении всего профиля. Несмотря на антропогенное происхождение всех горизонтов профиля, нижние горизонты, в отличие от верхних, выявляют признаки протекания естественных почвенных процессов (наличие в них глинистых корочек), что говорит о более раннем времени формирования нижней части профиля. Таким образом, формирование литострата происходило путем насыпания горизонтов на всю глубину вскрытого почвенного профиля, с последующей более поздней по времени заменой его верхней части. Это дает возможность рассматривать профиль литострата в рамках антропогенной полигенетичности.

Методические рекомендации по изучению минеральной основы антропогенных почв

1. Полученные результаты изучения включений в крупных фракциях почв позволяют рекомендовать использованный метод для индикации антропогенного влияния и установления глубины трансформации почв. Применение данного метода особенно актуально в тех случаях, когда отсутствует возможность заложения полного профиля почвы, а установление глубины его преобразования оказывается затруднительным.

2. Выделение наиболее информативных фракций упрощает исследования комплекса включений: для постагрогенных дерново-подзолистых целесообразно выделение и изучение фракции 0,25-0,01 мм, для постагрогенных горизонтов аллювиальных почв и техногенных горизонтов - 20,5 мм.

3. В качестве индикаторов использования органо-минеральных смесей для формирования горизонтов RAT антропогенных почв рекомендуется использовать содержание песчаных фракций, политизированных полевых шпатов и широкий набор включений.

Выводы

1. Минеральная основа почв музея-усадьбы Архангельское характеризуется среднесуглинистым гранулометрическим составом в почвах пейзажной части парка и песчаным в почвах регулярной части. Неоднородность по гранулометрическому составу постагрогенных дерново-подзолистых почв определяется двучленным строением почвообразующей породы. В сконструированных почвах разнообразие гранулометрического состава горизонтов связано с их искусственным сложением.

2. Конструирование приводит к опесчаниванию почвенного профиля по отношению к условно эталонным постагрогенным дерново-подзолистым

почвам: содержания песка в верхнем 50-сантиметровом слое органолитострата увеличивается в 5 раз, а литострата - до 15 раз.

3. Минералогическая ассоциация материала, из которого сформированы слои парковых почв, соответствует ледниковым отложениям Центрально-Русской минералогической провинции московского возраста, принесенных с Фенноскандии. В минералогическом составе доминируют легкие минералы, содержание тяжелых не превышает 8%. Анализ состава легких минералов показал, что почвы характеризуются высоким содержанием кислых плагиоклазов (№ 11-24), составляющих до 44,0%, что свидетельствует о наличии резерва для дальнейшего гипергенного преобразования минералов.

4. Покровные суглинки постагрогенных дерново-подзолистых почв, подстилаемых разными породами, близки по дисперсности, однако покровные суглинки, подстилаемые мореной, оказались богаче тяжелыми минералами и полевыми шпатами в сравнении с суглинками на флювиогляциальных отложениях, что является подтверждением их генетического родства с подстилающими породами.

5. Конструирование почвенного профиля приводит к формированию почв, минералогический состав которых обеднен тяжелыми минералами за счет использования материала легкого гранулометрического состава. При формировании верхней части профиля органолитостратов и литостратов использовался менее выветрелый материал, что подтверждается повышенным содержанием групп пелитизированных полевых шпатов и основных плагиоклазов.

6. В почвах музея-усадьбы Архангельское обнаружено до 13 видов включений. Засоренность крупных фракций антропогенных почв включениями связана со степенью трансформации почвенного профиля и достигает 15% в техногенном горизонте литострата. По наличию включений выявлена максимальная глубина преобразования почв на террасах - 120 см.

7. Особенностью конструированных почв является процесс окарбоначивания, о чем свидетельствуют формирование не типичных для зональных почв карбонатных новообразований. Новообразования в конструированных почвах могут быть образованными на месте или привнесенными в составе смесей. В последнем случае их можно рассматривать как включения.

8. Мощные окультуренные верхние горизонты постагрогенных дерново-подзолистых почв были сформированы путем добавления на поверхность существующих почв материала покровных суглинков без пескования. Подсыпался материал без последующего перемешивания.

Список работ, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК

1. Семенюк О.В., Силева Т.М., Пеленева М.В. «Минеральная основа антропогенных почв объектов ландшафтной архитектуры // Вестник Московского Университета. Серия 17.2011. № 4. С. 17-21.

22

2. Пеленева М.В., Градусова О.Б., Семенкж О.В. Использование метода экспертного исследования почвенных включений с целью изучения материала искусственных горизонтов сконструированных почв // Теория и практика судебной экспертизы. 2012. № 3. С. 140-148.

3. Семенюк О.В., Градусова О.Б., Пеленева М.В. Оценка антропогенной преобразованности почв музея-усадьбы Архангельское на примере изучения включений // Вестник Московского Университета. Серия 17. Почвоведение. 2013. №2. С. 35-42.

Список работ, опубликованных в других изданиях

4. Карпухина М.В. Минералогический состав почв музея-усадьбы Архангельское как характеристика влияния антропогенного фактора // Материалы XV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008». Секция «Почвоведение». Москва. 2008. С. 58-60.

5. Карпухина М.В. Минералогический состав антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское // XII Докучаевские молодежные чтения: «Почвы и продовольственная безопасность России». Санкт-Петербург. 2010. С. 149150.

6. Пеленева М.В. Особенности органо-минеральной части антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское // XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв». Санкт-Петербург. 2010. С. 97-98.

7. Пеленева М.В. Минералогические особенности крупных фракций антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское // Материалы XVII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2010». Секция «Почвоведение». Москва. 2010. С. 85-86.

8. Семенюк О.В., Силева Т.М., Пеленева М.В. Оценка изменения минеральной основы почв при формировании объектов ландшафтной архитектуры на примере музея-усадьбы Архангельское // Материалы Всероссийской научной конференции «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова». Москва. 2011. С. 405-411.

9. Пеленева М.В. Исследование крупных фракций антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское // Материалы XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011». Москва. 2011. С. 155-156.

10. Пеленева М.В. Включения в антропогенных почах музея-усадьбы Архангельское // XV Докучаевские молодежные чтения «Почва как природная биогеомембрана». Санкт-Петербург. 2012. С. 251-252.

11. Силева Т.М., Семенюк О.В., Градусова О.Б., Пеленева М.В. Минеральная основа парковых почв как результат антропогенного формирования //

Материалы докладов VI съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск-Москва. 2012. Книга 1. С. 433-434.

12. Пеленева М.В. Анализ включений антропогенно-преобразованных и антропогенных почв музея-усадьбы Архангельское // Материалы XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2012». Москва. 2012. С. 145-146.

13. Семенюк О.В., Пеленева М.В., Градусова О.Б., Силева Т.М. Изучение истории формирования парковых почв на основе исследования их минеральной части // Зя научно-практическая конференция «Экологические проблемы исторических парков». Санкт-Петербург. 2012. (в печати).

14. Semenjuk O.V., Gradusova О.В., Peleneva M.V. Anthropogenic inclusion as an indicator of soil anthropogenesis of historic sites landscape architecture // Geomorphic processes and geoarchaeology from landscape archaeology to archaeotourism. Moscow-Smolensk. Russia. 2012. P. 237-239.

15. Пеленева M.B., Семенюк O.B. Минеральная основа почв урбанизированных территорий: от локального к глобальному // Материалы Международной научной конференции «Глобальные экологические процессы». Москва. 2012. С. 348-353.

16. Семенюк О.В., Пеленева М.В., Градусова О.Б., Силева Т.М. Реконструкция технологических приемов формирования парковых почв исторических ландшафтных комплексов // Материалы конференции «Экологические проблемы Балтийского региона». 2012. С. 128-133.

17. Градусова О.Б., Пеленева М.В., Нестерина Е.М. Атлас микровключений в почвах (в печати).

Подписано в печать:

31.10.2013

Заказ № 9001 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 vvww.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Пеленева, Марина Владимировна, Москва

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Пеленева Марина Владимировна

04201365491

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МИНЕРАЛЬНАЯ ОСНОВА АНТРОПОГЕННЫХ ПОЧВ МУЗЕЯ-УСАДЬБЫ АРХАНГЕЛЬСКОЕ

На правах рукописи

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Научный руководитель: доктор биологических наук М.И. Макаров

Москва - 2013

Содержание

Введение.................................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Почвы объектов ландшафтного проектирования...............................8

1.1.1. Почвенный покров объектов ландшафтного проектирования.............................................................................8

1.1.2. Технологические особенности формирования почв объектов ландшафтного проектирования..................................11

1.2. Гранулометрический состав почв и почвообразующих пород.......17

1.2.1. Гранулометрический состав моренных, покровных и флювиогляциальных отложений........................................18

1.2.2. Гранулометрический состав дерново-подзолистых почв на покровных суглинках Московской области..............................23

1.2.3. Гранулометрический состав антропогенных почв....................24

1.3. Минералогический состав почв и почвообразующих пород...........26

1.3.1. Минералогический состав моренных, покровных и

флювиогляциальных отложений................................................26

1.3.2 Минералогический состав крупных фракций дерново-

подзолистых почв........................................................................34

1.3.3. Минералогический состав антропогенных почв......................42

1.4. Включения в почвах.............................................................................43

1.5. Новообразования в почвах...................................................................47

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Природные условия территории музея-усадьбы Архангельское...51

2.2. Объекты исследования...........................................................58

2.3. Методы исследования...........................................................65

2.3.1. Гранулометрический состав........................................................65

2.3.2. Минералогический состав...........................................................67

2.3.3. Включения и новообразования..................................................68

Глава 3. Результаты исследований

3.1. Гранулометрический состав..............................................................70

3.1.1. Почвообразующие породы.............................................................70

3.1.2. Постагрогенные дерново-подзолистые почвы..........................71

3.1.3. Антропогенные почвы регулярной части парка.......................76

3.2. Минералогический состав...................................................................79

3.2.1. Минералогические ассоциации крупных фракций...................79

3.2.2. Минералы групп полевых шпатов............................................110

3.3. Включения.....................................................................................125

3.4. Новообразования................................................................................139

Глава 4. Реконструкция исторических аспектов формирования почв

парка Архангельское...................................................................150

Выводы................................................................................................................153

Список литературы...........................................................................................155

Приложение........................................................................................................169

Введение

Актуальность. Ежегодно соотношение естественных и антропогенных почв изменяется в сторону увеличения последних. Среди антропогенных почв особое место занимают почвы объектов ландшафтного проектирования, в том числе почвы исторических парковых комплексов.

Исторические парки характеризуются почвенным покровом, представленным всеми основными почвами урбанизированных объектов: от естественных слабопреобразованных почв до современных почвоподобных тел - органолитостратов и литостратов. Последние формируются на различных планировочных элементах, таких как древесные посадки, дорожки и газоны. Морфология парковых почв определяется целевым назначением планировочных элементов и технологическими особенностями их формирования, что влияет на степень трансформации почвенного профиля. Искусственное конструирование почв и внесение смесей различного состава приводит к изменению минералогической составляющей почв, которая, в свою очередь, оказывает влияние на свойства почв и ход почвообразовательного процесса.

С ростом урбанизированных территорий увеличивается количество работ, посвященных исследованиям антропогенных почв, а именно -классификации и диагностике антропогенных горизонтов (Строганова, Агаркова, 1992; Матинян, Урусевская, 2001; Герасимова и др., 2003; Урусевская, Матинян, 2005; Строганова, Раппопорт, 2005; Мартыненко и др., 2008; Лебедева, Герасимова, 2011; Прокофьева и др., 2011; Blume, 1989; Hollis, 1991 и др.); их эволюции (Попутников, 2011; Иванников, 2012 и др.); изучению отдельных химических (Большаков, Кахнович, 2002; Никифорова, Алексеева, 2002; Хакимов и др., 2003; Черноусенко и др., 2003; Еремченко, Москвина, 2005; Никифорова, Алексеева, 2005; Когут и др., 2006; Стома, Ткачева, 2006; Водяницкий и др., 2010; Никифорова, Кошелева, 2011; Дымов и др., 2013 и др.), физических (Стома, 2003; Строганова и др., 2008; Кузнецов, 2011 и др.) и биологических свойств (Лысак и др., 2004;

Богатырев, Семенюк, 2008; Васенев, 2011; Васенев и др., 2012 и др.). Однако работ, направленных на исследование минеральной основы крупных фракций почв не найдено.

Вместе с тем, изучение минеральной основы почв парковых территорий позволяет не только получить базовую информацию о свойствах антропогенных почв, но также приобретает актуальность в рамках гуманитарных наук. Почвы парков можно рассматривать как память, которая хранит сведения об устройстве парковой территории и способах формирования отдельных планировочных элементов, а изучение крупной фракции почв как самого стабильного ее компонента позволяет реконструировать приемы формирования почв, что является особенно ценным для восстановления истории создания парка.

Цель работы: получить комплексную характеристику минеральной основы парковых почв разной степени трансформации для реконструкции истории их формирования.

Задачи работы:

1. Охарактеризовать гранулометрический состав.

2. Изучить минералогический состав крупных фракций почв.

3. Установить комплекс включений и оценить степень засоренности

почв.

4. Изучить почвенные новообразования.

5. Реконструировать историю формирования парковых почв.

Научная новизна работы. Впервые дана комплексная характеристика

минеральной основы почв музея-усадьбы Архангельское, включая изучение минералогического состава крупных фракций с использованием разных иммерсионных жидкостей. Для решения фундаментальных и прикладных задач впервые применен метод судебной экспертизы для изучения включений и новообразований, входящих в состав крупных фракций, а также для оценки засоренности почв. Набор классических и новых методов, используемых в диссертации, применен для реконструкции технологий

формирования исторических почвенных объектов музея-усадьбы Архангельское.

Защищаемые положения.

1. Конструирование почвенного профиля приводит к созданию почв, минеральная основа которых изменена и представлена более широким спектром компонентов в сравнении с зональными почвами.

2. При формировании верхней части почвенного профиля органолитостратов (газон) и литостратов (дорожка) увеличивается доля песка по отношению к условно эталонным постагрогенным дерново-подзолистым почвам.

3. Минералогическая ассоциация материала, из которого сформированы слои сконструированных почв музея-усадьбы Архангельское, соответствует ледниковым отложениям Центрально-Русской минералогической провинции московского возраста, принесенным с территории Фенноскандии. При формировании верхней части профиля сконструированных почв используется менее выветрелый с минералогической точки зрения материал.

4. При увеличении степени преобразования почвенного профиля повышается разнообразие и количество включений, что имеет отражение в степени засоренности почв. Сконструированные почвы отличает наличие карбонатных новообразований.

5. Формирование мощных окультуренных верхних горизонтов постагрогенных дерново-подзолистых почв музея-усадьбы Архангельское происходило путем добавления на поверхность существующих почв материала покровных суглинков без пескования. Вероятно, подсыпался материал поверхностного слоя гумусовых горизонтов без последующего перемешивания.

Практическая значимость работы. Полученные данные можно использовать для разработки рекомендаций по изготовлению почвогрунтов, минералогический состав которых богат тяжелыми минералами.

Проведенные исследования показали, что метод изучения включений, заимствованный из практики производства судебных экспертиз, является весьма информативным и его можно рекомендовать в качестве инструмента, позволяющего установить антропогенный генезис отдельных горизонтов и мощность профиля, затронутого преобразованием. Результаты работы содержат ценную с исторической точки зрения информацию о технологиях формирования почв музея-усадьбы Архангельское.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на конференциях: XV международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» (Москва, 2008); XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийская научная конференция «Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова» (Москва, 2011); 3-я научно-практическая конференция «Экологические проблемы исторических парков» (Санкт-Петербург, 2012), и международном семинаре «Современное состояние исследования объектов почвенного происхождения» (Москва, 2013).. Работа прошла апробацию на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

По теме работы опубликовано 16 печатных работ, 3 из которых в рецензируемых журналах из списка ВАК.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Почвы объектов ландшафтного проектирования 1.1.1. Почвенный покров объектов ландшафтного проектирования

Объекты ландшафтной архитектуры, как и любые другие природные и антропогенные экосистемы, развиваются согласно фундаментальным законам биосферы и ноосферы. Такие объекты в той или иной степени трансформированы по отношению к естественным аналогам. Однако основное их отличие как от природных, так и других антропогенных экосистем состоит в том, что они функционируют специфично. Такое функционирование обусловлено их режимами использования и ухода (Семенюк, Владыченский, 2007).

t

C.B. Зонн (1992) под агрогенной и техногенной трансформацией понимал преобразование (новообразование и уничтожение) почв под воздействием человека.

Главной специфической особенностью трансформированных городских почв как одного из объектов ландшафтного проектирования является пестрота морфологического строения, резкая контрастность физико-химических и биологических свойств, мозаичность контуров. Это обусловлено, с одной стороны, их различным антропогенным происхождением, когда утрачивается генетическая связь с почвообразующими породами (например, почвы газонов, парков, насыпные почвы и др.). С другой стороны, самим антропогенным влиянием, которое испытывают почвы (Федорец, Медведева, 2009).

Почвенный покров объектов ландшафтного проектирования, занимая относительно небольшие площади, отличается значительным разнообразием. На их территориях сосредоточен весь основной набор почв урбанизированных объектов, в составе которого значительную долю занимают антропогенно-преобразованные и антропогенные почвы (Семенюк, Владыченский, 2007). , *

.»»''. 1 I 1 1

По М.Е. Герасимовой (2003) антропогенные почвы - это почвы, испытавшие сильные воздействия, которые привели к формированию нового генетического профиля. В антропогенно-преобразованных почвах результат деятельности человека выявляется морфологически или аналитически в отдельных свойствах почв или их сочетаниях. Антропогенно-преобразованные почвы имеют оттенок целенаправленной трансформации, т.е. преобразования. В данной работе практически все почвы можно назвать как антропогенно-преобразованными, так и антропогенными. Основным признаком их разделения является степень преобразования (глубина воздействия).

М.Е. Герасимова с соавторами (2003) в структуре почвенного покрова г. Москвы выделяют следующие группы почв: 1) естественные ненарушенные почвы; 2) антропогенно-поверхностнопреобразованные естественные почвы и 3) антропогенно-глубокопреобразованные почвы (урбанозем, культурозем, некрозем, экранозем, индустризем, интрузем). Последние 2 группы почв отличаются по мощности урбикового горизонта (граница в 50 см) и ненарушенностью нижней части профиля у поверхностнопреобразованных почв. Урбиковый горизонт - это поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, содержащий урбоантропогенные включения (более 5% строительно-бытового мусора, промышленых отходов), мощностью более 5 см.

В.О. Попутников (2011) при анализе картосхем почвенного покрова парков «Покровское-Стрешнево» и «Тушинский» пришел к аналогичному выводу и установил, что парковые территории имеют максимальное количество почвенных типов (7-8) по сравнению с 3-4 типами для окрестных жилых кварталов и 1 типом почв для фоновых территорий, имеющих аналогичную геоморфологическую позицию и материнские породы.

Морфология профиля парковых почв определяется целевым назначением планировочных элементов, основными из которых являются

газоны, дорожки, посадки и технологическими особенностями, которые влияют на степень трансформации почвенного профиля.

Формирование антропогенно-преобразованных почв на объектах ландшафтной архитектуры связано с улучшением агрохимических и агрофизических свойств естественных почв под декоративные культуры путем внесением как органических, так и минеральных компонентов различного состава, а также последующим уходом.

В работе И.С. Урусевской и H.H. Матинян (2005), посвященной изучению антропогенно-преобразованных почв островных монастырей таежно-лесной зоны России, почвы разделены на несколько групп по особенностям морфологического строения: поверностно-преобразованные почвы (агроестественные почвы и поверхностно-стратифицированные естественные почвы), глубокопреобразованные почвы (агроземы и агроземы стратифицированные), новообразованные почвы (стратоземы и агростратоземы) и урбипочвы. В работе предложено расширить понятие стратоземов в классификации почв России, выделяя их не только в синлитогенном, но и постлитогенном стволе (поскольку стратифицированный материал поступал при формировании профилей антропогенно-преобразованных почв преимущественно единовременно).

Изучению почв ботанических садов крупных городов южной тайги посвящена работа М.Н. Строгановой и A.B. Раппопорта (2005). В работе выделяются две группы антропогенных почв городских садов: поверхностно-преобразованные (урбо-почвы) и глубоко-преобразованные (физически) -урбаноземы, которые подразделяются на собственно урбаноземы и рекреаземы. Рекреаземы выделены как новая подгруппа почв городов, характеризующаяся искусственно восстановленным плодородием в результате рекультивации. Они имеют наибольшее распространение в ботанических садах старше 100 лет, характеризуются гумусовым горизонтом более 30-40 см, сформированным путем многократных подсыпок плодородных почвенных смесей.

На основе исследования более 8 тыс. га почв в природно-исторических парках, природном заказнике и ландшафтных заказниках И.А. Мартыненко с соавторами (2008) отмечают, что 10% исследованных территорий занимают постагрогенные почвы (бывшие пахотные угодья), находящиеся под древесной или разнотравно-злаковой растительностью; 41,5% занимают поверхностно-турбированные, урбо-, arpo- и техно-почвы, а также глубоко-преобразованные урбаноземы бывших поселений и современной застройки и 5,0% - антропогенно-созданные почвоподобные тела (техноземы). На долю естественных ненарушенных почв под древесной, луговой, болотной и кустарничковой растительностью по расчетам авторов приходится 48% общей площади обследованных особо-охраняемых природных территорий (далее ООПТ). При этом по отдельным паркам соотношение естественных и в разной степени нарушенных почв крайне неоднородно. Так, площади естественных почв варьируют от 31% до 77%, площади глубоко-преобразованных почв - от 2,6% до 10,4%. Существенные площади отдельных ООПТ заняты созданными почвоподобными телами - до 16,6%.

1.1.2 Технологические особенности формирования почв объектов ландшафтного проектирования

Культурный газон - это своеобразный искусственный фитоценоз, создаваемый путем выращивания различных растений, преимущественно многолетних злаковых видов трав, образующих в результате многолетнего развития дернину. Газон - неотъемлемый элемент объекта ландшафтной архитектуры (Теодоронский, 2008).

В соот