ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 370 ЛЕТ
THE REGULARITIES OF CHERNOZEM CHANGES ON THE SOUTHERN TERRITORY OF THE CENTRAL RUSSIAN UPLAND DURING THE LAST 370 YEARS
Л.С.Песочина1, И.В.Иванов1, Ю.Г.Чендев2
L.S.Pesochina1, I.V.Ivanov1, Yu.G.Chendev2
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
(Россия, 142290, Московская обл., г.Пущино, ул.Институтская, 2)
Institute of Physico-Chemical and Biological Problems in Soil Science RAS
(Russia, 142290, Moscow, Pushchino, Institutskaya st., 2)
e-mail: LSPesch@rambler.ru
2Белгородский государственный университет
(Россия, 308012, г.Белгород, ул.Костюкова, 46)
Belgorod State University
(Russia, 308012, Belgorod, Kostyukova st., 46)
e-mail: Chendev@bsu.edu.ru
Проведен сопряженный анализ современных фоновых и погребенных почв под разновозрастными грунтовыми валами (вал оборонительной Белгородской черты, сооруженный в 1637-1640 гг. и межевой вал вдоль границы заповедного участка «Ямская степь», созданный в 1938 году). Установлены основные закономерности изменчивости черноземов южной части лесостепной зоны Среднерусской равнины за последние 370 лет Показано, что в течение последних 370 лет каких-либо существенных эволюционных преобразований на таксономическом уровне типа (подтипа) не происходило. Выявлена весьма существенная динамика карбонатов с ярко выраженным процессом их нисходящей миграции.
A comparative analysis of soils buried under the different ages ground banks ( the rampart of the Belgorod defence line, bilt in the 1637-1640 years and the land-surveying ground bank, created along the boundary of the protected area “Yamskaya steppe” in 1938 years) as well as the modern background soils were carried out. The main regularities of chernozem changes on the southern part of the forest-steppe zone of the Central Russian Upland during the last 370 years have been established. It was shown, that there were nothing anybody essential evolutionary transformations soils at the level of type (subtype) within the last 370 years. The considerable dynamics of carbonates with a pronounced process of downward migration have been revealed.
Голоцен является важным историческим периодом, определившим современное состояние природных ландшафтов. Формирование почвенного покрова в голоцене происходило на фоне климатических колебаний, изменений растительности и других факторов почвообразования. Поэтому анализ истории развития почв в отдельные периоды голоцена имеет важное значение для понимания особенностей состояния современного почвенного покрова.
Огромный вклад в изучение голоценовой эволюции почв внесли исследования палеопочв разновозрастных археологических памятников, в первую очередь курганных могильников. Курганы сооружались с III тысячелетия до н.э. до XV в.н.э. Позже курганный погребальный обряд исчез. В связи с этим практически отсутствуют данные об особенностях лесостепного и степного почвообразования за последние 300-400 лет. В то же время в XVI-XVIII вв. сооружались засечные черты или линии. Они возводились как защитные пограничные системы на юге и востоке Русского государства для отражения набегов степных кочевников, ногайских и крымских татар и представляли собой земляные насыпи, высотой до 4 м. Из исторических источников время сооружения валов было известно с точностью до года. К сожалению, до сих пор эти уникальные объекты слабо изучены.
Целью наших исследований было изучение закономерностей динамики черноземов юга лесостепной зоны Среднерусской равнины за последние 370 лет на основе сопряженного анализа погребенных почв под разновозрастными грунтовыми валами и современных фоновых почв.
Основными объектами послужили вал оборонительной Белгородской черты, сооруженный в 1637-1640 гг. и межевой вал вдоль границы заповедного участка «Ямская степь», созданный в 1938 году.
Район исследований расположен на юге Среднерусской возвышенности и представляет собой возвышенную равнину, приподнятую в северной части и имеющую слабо выраженные уклоны на запад-юго-запад и восток-юго-восток, изрезанную овражно-балочной сетью. Абсолютные высоты территории - 200-230 м.
Почвообразующими породами являются лессовидные суглинки и глины элювиально-делювиального происхождения. Однородность почвообразующих пород нарушают вкрапления палеогеновых глин, мела, флювиогляциальных песков и супесей, древних и современных аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложений.
Территория области характеризуется умеренно континентальным климатом с теплым летом и сравнительно холодной зимой. Среднегодовое количество осадков составляет 480-500мм.
Растительность лесостепи Белгородской области представлена дубравами и разнотравными степями. Разнотравные степи хорошо сохранились в заповедной Ямской степи.
Почвы района исследований относятся к умеренно теплой восточноевропейской фации и согласно схеме почвенного районирования Белгородской области входят в состав Центрального района черноземов типичных и выщелоченных среднемощных среднегумусных с преобладанием смытых их вариантов.
Проведено детальное морфологическое исследование почвенно-грунтовых профилей, изучены химико-аналитические параметры почв, в том числе содержания гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей, гранулометрического состава и состава почвенного поглощающего комплекса (ППК). В качестве фоновых почв были рассмотрены как пахотные почвы, расположенные на территории Белгородской черты, так и целинные аналоги заповедника «Ямская степь». Близкие литолого-геоморфологические условия, в которых развивались эти почвы, позволили объединить их в единый педохроноряд и использовать для выявления как природного тренда изменчивости черноземов за последние 370 лет, так и оценить влияние антропогенного фактора.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что все исследованные почвы являлись черноземами типичными. Поверхность погребенных почв хорошо отделялась от насыпной толщи. На протяжении последних 370 лет почвы характеризовались практически одинаковой стратиграфией и мощностью генетических горизонтов. Все исследуемые почвы среднемощные среднегумусированные. Мощность гумусового горизонта (гор.А и гор.АВ) составляла 66-68 см. Опустилась только верхняя граница карбонатного горизонта. Глубина вскипания переместилась с 65-70 см до 90-92 см. Карбонатные новообразования представлены в двух формах: в верхних горизонтах – мицелярные формы в виде трубочек, прожилок, по граням структурных отдельностей - плесень; внизу на глубине 140-150 см – сегрегационные формы – журавчики, дутики.
Все почвы тяжелосуглинистые с преобладанием илистой фракции и крупной пыли, что характерно для почв, сформированных на лессовидных суглинках. В погребенной почве под межевым валом отмечено выклинивание супесчаной прослойки мощностью 15 см на глубине 1 м , что не позволило использовать ее в полной мере для анализа временной изменчивости черноземов. Почвы не засолены. Сумма солей не превышает-0,12%. В составе ППК преобладает Са (около 80%), Мg не превышает 20%. Na практически отсутствует. Величина рН в верхних гумусовых горизонтах варьирует в пределах 6-7 единиц; в карбонатных горизонтах возрастает до 7,5-7,8. В фоновых почвах на глубине 85-90 см достигает 8,0
Более подробно рассмотрим закономерности изменчивости профилей почв, определяющих сущность черноземообразования : гумусового и карбонатного.
При оценке временной изменчивости гумусовых профилей учитывались масштабы диагенетических потерь гумуса.
Анализ распределения содержания гумуса в профиле почв выявляет следующие закономерности (рис.1-А). Резко выделяется целинная почва, характеризующаяся высоким содержанием гумуса и постепенным его уменьшением с глубиной. Остальные почвы, две из которых являются погребенными (370 и 70 лет назад), а также фоновая пашня фиксируют одинаковое и значительное падение содержания гумуса в верхних 20см, т.е.масштабы воздействия диагенетических и антропогенных процессов соизмеримы и составляют 30-32%. Из этого следует, что максимум диагенетических потерь наблюдается в первые годы погребения почвы.
В почве на пашне выявляется некоторое перераспределение гумуса: миграция его из толщи 20-60см в слой 60-90см. Фиксируется также природный тренд накопления гумуса во втором полуметре почвы (26% за последние 370 лет). Все почвы характеризуются одинаковым и малым содержанием гумуса во втором метре. Запасы гумуса во всех слоях в целинном варианте наибольшие и достигают в метровом слое 464 т/га, в то время как на пашне сокращаются до 420 т/га, а в погребенных 370 лет и 70 лет назад уменьшаются до 360 т/га и 382 т/га соответственно (рис.2). Диагенетические потери запасов гумуса в верхней полуметровой толще погребенных почв не превышали 18,6% за 370 лет и 11,4% за 70 лет Выявлен тренд увеличения запасов гумуса в толще 50-100 см за последние 370 лет (с 87 т/га до 128-107 т/га целина-пашня, соответственно).
Рисунок 1 Распределение содержания гумуса (А) и карбонатов (Б) в профилях почв, погребенных 370 лет назад – р.4; 70 лет назад – р.8 и фоновых (целина - р.7; пашня - р.6)
Карбонатный профиль хорошо фиксирует динамику природных условий в своих свойствах. В частности, глубина расположения карбонатных максимумов является реперами (маркерами) динамики увлажненности климата.
Характер распределения содержания карбонатов в профиле погребенной почвы свидетельствует о двух фазах увлажненности: 1) гумидной, которая обусловила формирование мощного максимума на глубине 115см – (который, вероятно, был реликтовым для почв 370 лет назад и сформировался в середине второго тысячелетия н.э., -один из трех оптимумов второй половины голоцена, имевший глобальный характер и 2) аридной, фиксируемой по накоплению карбонатов на глубине 70см, соответствующей времени сооружения вала (рис.1-Б). Последующие 370 лет характеризовались ярко выраженной нисходящей миграцией карбонатов,
Гумус,кг/м2
Рисунок 2. Запасы гумуса в профилях почв, погребенных 370 лет назад – р.4; 70 лет назад – р.8 и фоновых (целина - р.7; пашня - р.6) в слоях 0-20 см, 0-50 см, 50-100 см, 0-100 см
сформировавшей аккумуляционные максимумы на глубине 90 см как на целинных участках, так и на пашне. Но в последнем случае масштабы выноса были большими. Снижение границы вскипания от HCl и карбонатных максимумов свидетельствуют о развитии новой гумидной фазы в течение последних 370 лет. Карбонатный профиль целинного участка дифференцирован на 3 максимума: верхний- наибольший, расположен на глубине 90 см , второй менее выражен – на глубине 155-160 см и нижний- за пределами 2 м (215-220 см). Эти максимумы фиксируют глубины выщелачивания карбонатов в течение последних 370 лет и динамику увлажненности климата.
Анализ распределения запасов карбонатов в двухметровой толще с шагом в полметра позволили оценить интенсивность и масштабы миграции карбонатов в отдельных слоях (рис.3). Установлено, что максимальными запасами карбонатов в
слое 50-200 см характеризовались почвы Белгородской черты, минимальными – почвы под межевым валом (в слоях 0-150 см, особенно в слое 50-100 см, что обусловлено, по-видимому, особенностями гранулометрического состава). Наибольшее количество запасов карбонатов во всех почвах отмечено в слое 100-150 см, при этом в фоновых почвах (целина и пахота) и почве под межевым валом они близки по значениям и сократились на 18-20% за последние 370 лет. Наибольшей динамикой характеризуются
CаСО3,кг/м2
Рисунок 3. Запасы карбонатов в профилях почв, погребенных 370 лет назад – р.4; 70 лет назад – р.8 и фоновых (целина - р.7; пашня - р.6) в слоях 0-50 см, 50-100 см, 100-150 см, 150-200 см
запасы в слое 50-100см. Вынос карбонатов из этого слоя достигал 45-58% в фоновых
почвах (при этом максимальные изменения отмечены на пахотных участках). Запасы карбонатов в двухметровой толще уменьшились на 22%, при этом скорость выноса достигала 230 г/м2 в год.
Таким образом, сопряженный анализ современных фоновых и погребенных почв под разновозрастными грунтовыми валами выявил отсутствие каких-либо существенных эволюционных преобразований на таксономическом уровне типа (подтипа) в течение последних 370 лет. Зафиксирован дифференцированный характер изменчивости почвенных свойств и признаков в течение исследуемого хроноинтервала. Одни почвенные показатели (стратиграфия почвенного профиля, структура генетических горизонтов, гранулометрический состав) оставались практически стабильными, другие характеризовались значительной динамикой. Наиболее динамичным в почвах оказался карбонатный профиль. Строение гумусового профиля находилось в стабильном состоянии. В то же время отмечалось увеличение содержания и запасов гумуса в толще 50-100см. Диагенетические потери запасов гумуса в верхней полуметровой толще не превышали 18,6% за 370 лет и 11,4% за 70 лет.
Выявленные изменения обусловлены, вероятно, изменениями климата, фиксируемыми 350-150 лет назад. Относительно прохладный и влажный климат (так называемый «малый ледниковый период») инициировал процессы нисходящей миграции карбонатов и гумусовых веществ в почвенном профиле.
Сельскохозяйственное использование типичного чернозема, с одной стороны, привело к значительному снижению содержания гумуса в самой верхней части гумусовой толще, с другой – к увеличение содержания гумуса в результате его перераспределения в средней части профиля по сравнению с целинным аналогом.