ПАЛЕОПОЧВЕННЫЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРЕВНИХ СТЕПНЫХ ПИРАМИД

Около 6000 лет назад у степных племен эпохи энеолита появился новый тип погребального обряда: над могильной ямой и окружающей ее поверхностью стал насыпаться холм из почвенно-грунтового материала. В отечественную научную литературу археологические памятники подобного рода вошли под названием «курганы». Нередко их именуют степными пирамидами. Однако следует сказать, что известные всем египетские циклопические сооружения появились почти на 1500 лет позже во время Древнего царства около 2650 г. до н.э. (пирамида фараона Джосера). Размеры степных пирамид вполне сравнимы с их египетскими сородичами. Первоначальная высота некоторых курганов (например, Чертомлык, Солоха на юге Украины) превышала 20 м, диаметр достигал 300-350 м. Наиболее крупная пирамида Хеопса имела высоту почти 147 м (сейчас 137 м), длину в основании – около 230 м.
В последние десятилетия погребальные археологические памятники степей Евразии привлекают все большее внимание специалистов в области естественных наук, в частности почвоведов [1, 2, 4, 5 и др.], что далеко не случайно. Под разновозрастными курганными насыпями сохранились палеопочвы – свидетели природных событий прошлых эпох. Их исследование дает возможность не только получить новые представления о закономерностях голоценового степного педогенеза, но и реконструировать историю развития ландшафтов и климата за последние 50-60 веков, оценить роль окружающей среды в жизни древнего населения.
Наряду с традиционными морфолого-генетическим и химическим изучением подкурганных палеопочв в последнее время одно из ведущих мест в наших исследованиях заняли работы по изучению состояния микробных сообществ этих почв. Их актуальность и перспективность прежде всего обусловлена тем, что проблема развития и функционирования микроорганизмов в процессе эволюции почв и природной среды за историческое время относится к числу практически не разработанных в современной почвенной микробиологии. Ранее полученные нами результаты показали [3], что в погребенных почвах археологических памятников сохраняются живые микроорганизмы, которые несут информацию об экологических условиях прошедших столетий и даже тысячелетий. При высеве из водной суспензии, приготовленной из почвенных образцов, они хорошо развиваются на агаризованных питательных средах. Используя различные по составу питательные среды, удается выяснить пищевые (или трофические) предпочтения микроорганизмов, обитавших в палеопочвах в различные исторические эпохи, их численность и биомассу и, соответственно, судить о природной обстановке в древности.
Итак, остановимся на некоторых результатах, полученных при изучении подкурганных палеопочв эпох энеолита, бронзы, раннего железа и средневековья (IV тыс. до н.э. – XIV в. н.э.) в различных природных районах Нижнего Поволжья.
Юг Приволжской возвышенности, сухостепная зона с каштановыми почвами. Археологические памятники расположены на первых высоких надпойменных террасах рр.Иловля и Бердия (бассейн Дона). Исследованный педохроноряд включает палеопочвы, развитые в регионе в бронзовом (III – начало II тыс. до н.э.), раннежелезном (I-III вв. н.э.) веках и в средневековье (XIII в. н.э.). Установлено, что в течение последних 4500 лет древние каштановые солончаковатые палеопочвы эволюционировали в каштановидные карбонатные, а затем вновь в каштановые солонцеватые солончаковатые. В ходе педогенеза параметры гумусового, солевого, карбонатного профилей испытывали весьма существенную временную динамику. Палеопочвенные данные свидетельствуют о том, что наиболее благоприятные экологические условия с повышенной атмосферной увлажненностью имели место в I и XIII вв. н.э. Во второй половине III тыс. до н.э. и во II-III вв. н.э. наблюдалась аридизация климата, причем в течение первого хроноинтервала более резкая.
Теперь остановимся на результатах микробиологических исследований. В палеопочве рубежа III-II тыс. до н.э. обнаружено низкое содержание микробной биомассы (0,4 мкгС/г почвы): в 550 раз меньше, чем в современной почве (здесь и далее приведены средневзвешенные величины микробиологических параметров для профиля, включающего почвенные горизонты А1+В1+В2). Суммарная численность колониеобразующих единиц (КОЕ) микроорганизмов различных трофических групп составила 19 млн.КОЕ/г почвы, что сопоставимо с фоновой почвой (17 млн.КОЕ/г почвы). Доля Смикроб. в Сорг. почвы составила всего 0,03%, что в 60 раз меньше, чем в современной почве. Эколого-трофическая структура была представлена ПА:НА:БС=59:4:37, где ПА – численность микроорганизмов, выросших на почвенном агаре, НА – то же на нитритном агаре, БС – то же на богатой органической среде. Коэффициент олиготрофности (Ко) равен 157. Эти данные указывают на несущественные сдвиги микробного сообщества палеопочвы в сторону олиготрофности по сравнению с современной почвой, в которой ПА:НА:БС=54:5:41, Ко=130. В палеопочве I в. н.э. отмечена в 50 раз большая микробная биомасса и на порядок большее значение Смикроб./Сорг. по сравнению с палеопочвой рубежа III-II тыс. до н.э., незначительное увеличение суммарной численности микроорганизмов и снижение Ко. В палеопочве II-III вв. н.э. выявлено снижение микробной биомассы и величины Смикроб./Сорг. в 10 раз по сравнению с палеопочвой I в. н.э. Другие рассматриваемые параметры существенно не изменились. В палеопочве XIII в. н.э. вновь отмечено значительное возрастание микробной биомассы (в 22 раза), величины Смикроб./Сорг. (в 45 раз) и незначительное увеличение суммарной численности микроорганизмов по сравнению с палеопочвой II-III вв. н.э.
Северные Ергени, сухостепная зона с каштановыми почвами. Исследованные курганы находятся на вершине плоского межбалочного водораздела, сложенного с поверхности лессовидными суглинками. Время их сооружения относится к эпохам энеолита (первая половина IV тыс. до н.э.), средней бронзы (начало II тыс. до н.э.) и раннего железа (I-III вв. н.э.). Впервые установлено, что 6000-5500 лет назад в регионе на месте современных каштановых почв были развиты маломощные темно-каштановые почвы. Главной причиной их формирования послужили более влажные климатические условия атлантического периода голоцена. Вместе с тем, в этих палеопочвах в строении солевого профиля обнаруживаются первые признаки наступления аридизации климата. Около 4000 лет назад на Северных Ергенях значительные площади занимали эродированные каштановидные карбонатные засоленные почвы. Этот факт свидетельствует о засушливости климата в эпоху средней бронзы, даже о наличии палеоэкологического кризиса. Однако уже в первой четверти II тыс. до н.э. наметилась тенденция смягчения климатических условий. В средне- и позднесарматское время (1900-1700 лет назад) на возвышенности доминировали каштановые почвы различной степени солонцеватости и засоленности. Сравнительный анализ их морфологических и химических свойств дает основания считать, что степень атмосферной увлажненности в I веке была выше, чем во II-III веках.
Микробное сообщество палеопочвы, датированной первой половиной IV тыс. до н.э., характеризовалось величиной микробной биомассы в 28 раз меньшей, чем фоновая почва и составила 7 мкгС/г почвы. Доля Смикроб. в Сорг. Равнялась 0,10% или в 16 раз меньше, чем в современной почве. Численность микроорганизмов различных трофических групп (21 млн.КОЕ/г почвы) была сопоставима с величиной этого параметра в фоновой почве (23 млн.КОЕ/г почвы). Эколого-трофическая структура микробного сообщества древней (ПА:НА:БС=54:5:41) и современной (ПА:НА:БС=57:3:40) почв близки, хотя в первой больше доля микроорганизмов, использующих гумус, за счет снижения доли микроорганизмов, использующих элементы питания из рассеянного состояния, что отразилось и в более низком значении Ко (в палеопочве 131, в современной почве 145). В палеопочве начала II тыс. до н.э. установлена более низкая биомасса микроорганизмов (в 18 раз) и меньшая доля Смикроб. в Сорг. (в 2,5 раза) по сравнению с палеопочвой первой половины IV тыс. до н.э. Другие параметры практически не изменились. В палеопочве I в. н.э. микробное сообщество характеризовалось в 93 раза более высокой биомассой и в 10 раз большей долей Смикроб./Сорг. по сравнению с палеопочвой начала II тыс. до н.э. Значительных изменений других параметров не установлено. Во II-III вв. н.э. вновь отмечено 9-ти кратное уменьшение микробной биомассы и 7-ми кратное снижение величины Смикроб./Сорг. по сравнению с I в. н.э., а в эколого-трофической структуре отмечено незначительное повышение олиготрофности микробного сообщества.
Южные Ергени, пустынно-степная зона со светло-каштановыми почвами. Объекты исследований расположены на вершинах плоских межбалочных водоразделов. Почвообразующими породами являются лессовидные суглинки. Изученные курганы относятся к эпохе бронзы и сооружались носителями майкопской (конец IV тыс. до н.э.), ямно-катакомбной (третья четверть III тыс. до н.э.) и катакомбной (конец III тыс. до н.э.) культур примерно 5000, 4300 и 4000 лет назад. Полученные данные свидетельствуют о том, что в исследуемом регионе в хроноинтервале 5000-4000 лет назад светло-каштановые солонцеватые солончаковатые палеопочвы эволюционировали в эродированные каштановидные карбонатные солончаковые. Этот процесс сопровождался активным соленакоплением в верхней части профиля, перестройкой гумусового и карбонатного профилей. Подобные преобразования почвенных свойств дают основания считать, что в течение III тыс. до н.э. шло нарастание аридизации климата с максимумом в конце данного тысячелетия (палеоэкологический кризис). Около 5000 лет назад имели место сравнительно благоприятные природные условия, близкие современным.
Проведенные микробиологические исследования показали, что в палеопочве конца IV тыс. до н.э. активная микробная биомасса составляла 14 мкгС/г почвы, величина Смикроб./Сорг. достигала 0,8%, что соответственно в 10 и 2 раза ниже, чем в современной почве. Суммарная численность колониеобразующих единиц микроорганизмов различных трофических групп составила 17 млн.КОЕ/г почвы, что сопоставимо с фоновой почвой (20 млн.КОЕ/г почвы). Эколого-трофическая структура микробных сообществ древней и современной почв различаются несущественно, хотя в палеопочве прослеживается тенденция увеличения доли микроорганизмов, использующих растительные остатки, и снижение Ко. В палеопочве третьей четверти III тыс. до н.э. произошло трехкратное снижение микробной биомассы и четырехкратное уменьшение доли Смикроб./Сорг. В эколого-трофической структуре отмечен сдвиг в сторону увеличения олиготрофности: доля микроорганизмов, использующих элементы питания из рассеянного состояния увеличилась с 44% до 49% за счет снижения доли микроорганизмов, использующих легкодоступное органическое вещество с 52% до 46%. Величина Ко повысилась с 85 до 105. В палеопочве конца III тыс. до н.э. произошло еще снижение микробной биомассы более чем в 10 раз. Во столько же раз уменьшилась доля Смикроб./Сорг. по сравнению с палеопочвой третьей четверти III тыс. до н.э. Продолжилось повышение олиготрофности микробного сообщества и нарастание величины Ко до 114.
Сравнительный анализ полученных данных дает основания говорить об однотипных закономерностях эволюции почв и динамики климата в различных природных районах Нижнего Поволжья. Вместе с тем наблюдались местные особенности педогенеза, касающиеся скорости и масштабов преобразования отдельных почвенных свойств. Динамика состояния почвенных микробных сообществ в целом отвечала закономерностям эволюции почв и изменчивости климата. Проведенные палеопочвенные и микробиологические исследования погребальных археологических памятников свидетельствуют о том, что во второй половине III тыс. до н.э. в нижневолжских степях получил развитие палеоэкологический кризис вследствие резкой аридизации климата. Сравнительно засушливая природная обстановка также наблюдалась во II-III вв. н.э. На первую половину IV тыс. до н.э., XVI-XIII вв. до н.э., I и XII-XIV вв. н.э. приходились влажные климатические эпохи.
Работа выполнена при поддержке РФФИ и ФЦНТП (тема 10).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геннадиев А.Н. Почвы и время: модели развития. – М.: МГУ, 1990. – 232 с.
2. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении природы и общества. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1997. – 213 с.
3. Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробные сообщества палеопочв археологических памятников пустынно-степной зоны // Почвоведение, 2000. №9. – С. 1117-1126
4. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. – 228 с.
5. Иванов И.В., Васильев И.Б. Человек, природа и почвы Рын-песков Волго-Уральского междуречья в голоцене. – М.: Интеллект, 1995. – 264 с.