Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объекты и методы исследования 13
1.1. Географическое положение лесостепи Среднерусской возвышенности и ее зональные почвы 13
1.2. Объекты исследования 22
1.3. Методы исследования 25
Глава 2. Обзор представлений о естественной эволюции природной среды и почв Центральной лесостепи в голоцене 29
2.1. Развитие представлений о происхождении и эволюции серых лесных почв центра Восточно-Европейской равнины (1883 - 1980 гг.) ; 29
2.2. Современные концепции голоценовой эволюции серых лесных почв Восточно-Европейской лесостепи (по материалам 1983-2003 гг.) 32
2.3. Известные объекты исследования природной эволюции почв лесных территорий лесостепи Среднерусской возвышенности 37
2.4. Анализ представлений о происхождении и природной эволюции черноземов Центральной лесостепи 38
2.5. Хроносхема естественной эволюции природной среды Центральной лесостепи в голоцене (по анализу литературного материала) 41
2.5.1. Древний голоцен, пребореальный и бореальный периоды 42
2.5.2. Атлантический период 44
2.5.3. Суббореальный период 48
2.5.4. Субатлантический период 54
Глава 3. Природная эволюция серых.лесных почв и черноземов Центральной лесостепи в конце среднего и в позднем голоцене (по результатам исследования на ключевых участках) 60
3.1. Изменение во времени почв лесных территорий 60
3.1.1. Эволюция автоморфных почв на суглинках и глинах 60
3.1.2. Эволюция автоморфных почв на песках 88
3.1.3. Направленность и стадиальность автоморфного лесного почвообразования 97
3.1.4. Позднеголоценовое почвообразование в долинах рек 104
3.2. Позднеголоценовая ритмика почвообразования на контакте лесных и степных территорий в пределах лесостепной зоны (по результатам исследования на ключевом участке «Воронежский») 115
3.3. Изменение во времени почв лугово-степных территорий 122
3.3.1. Эволюция черноземов типичных на суглинистых ровных водоразделах, водораздельных склонах, высоких террасах рек 122
3.3.1.1. Хроноряды «черноземы бронзового века- черноземы современного периода» 122
3.3.1.2. Хроноряды «черноземы раннего железного века- черноземы современного периода» 139
3.3.2. Эволюция автоморфных и склоновых черноземов выщелоченных 143
3.3.3. Направленность и стадиальность автоморфного черноземообразования на протяжении последних
4000 лет 151
3.4. Выводы 157
Глава 4. Антропогенная эволюция серых лесных почв и черноземов Центральной лесостепи в позднем голоцене 160
4.1. Некоторые пространственно-временные закономерности антропогенной трансформации почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности 161
4.2. Антропогенная эволюция серых лесных почв 170
4.2.1. Обзор представлений по проблеме антропогенных изменений во времени серых лесных почв 170
4.2.2. Дистанционно-картографическая оценка гумусового состояния серых лесных почв разновозрастных пашен 174
4.2.3. Агрохроноряды серых лесных почв 179
4.2.3.1. Исследование на ключевом участке «Хотмыжский-2» 181
4.2.3.2. Исследование на ключевом участке «Верхнеольшанский» 185
4.2.3.2.1. Морфогенетические особенности почв 186
4.2.3.2.2. Микроморфологические свойства почв 190
4.2.3.2.3. Аналитическая характеристика почв 197
4.2.4. Сравнительный анализ компонентов почвенного покрова лесных территорий разных сроков земледельческого освоения 199
4.2.5. Направленность и стадиальность агротехногенной эволюции серых лесных почв и почвенного покрова лесных территорий лесостепи 207
Антропогенная эволюция черноземов лугово-степных территорий 212
4.3.1. Обзор представлений по проблеме агротехногенных изменений во времени черноземов лесостепной зоны 212
4.3.2. Агрохроноряды черноземов лугово-степных участков 219
4.3.2.1. Исследование на ключевом участке «Жимолостное» 220
4.3.2.2. Исследование на ключевых участках «Болховецкий» и «Белгородский-5» 227
4.3.2.3. Массовый анализ почвенных данных на территориях с разной длительностью земледельческого освоения (ключевой участок «Оскольско-Донской») 233
4.3.3. Сравнительный анализ компонентов почвенного покрова лугово-степных территорий разных сроков земледельческого освоения 238
4.3.4. Направленность и стадиальность агротехногенной эволюции черноземов и почвенного покрова лугово-степных территорий лесостепи 245
4.4. Выводы 249
Глава 5. Дифференциация почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности по возрасту, стадиальности и направленности природной и антропогенной эволюции его компонентов 251
5.1. Хроноструктура почвенного покрова Центральной лесостепи 251
5.1.1. Граница между степью и лесостепью 4000 л. н. Хроноподзоны естественного почвенного покрова лесостепи 252
5.1.2. Возраст распашки почвенного покрова Центральной лесостепи. Агрохроноподзоны почвенного покрова 256
5.1.3. Хроноструктура локальных участков почвенного покрова 257
5.2. Пространственная контрастность эффектов природной и агротехногенной эволюции современного почвенного покрова Центральной лесостепи 261
5.3. Хроно-эволюционные ареалы почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности 264
Заключение 267
Список использованных источников
- Современные концепции голоценовой эволюции серых лесных почв Восточно-Европейской лесостепи (по материалам 1983-2003 гг.)
- Хроносхема естественной эволюции природной среды Центральной лесостепи в голоцене (по анализу литературного материала)
- Направленность и стадиальность автоморфного лесного почвообразования
- Антропогенная эволюция серых лесных почв
Введение к работе
Актуальность работы. Лесостепь Среднерусской возвышенности является одним из самых сложных регионов Восточно-Европейской равнины с точки зрения исследования эволюции почв и почвенного покрова. На протяжении десятилетий ведутся дискуссии по поводу происхождения, взаимовлияния, направленности и стадиальности развития лесостепных почв (Коржинский, 1891; Краснов, 1891; Талиев, 1902; Гроссет, 1930; Тюрин, 1930; Берг, 1947; Мильков, 1952; 1957; Роде, Смирнов, 1972; Ахтырцев, 1979; 1992; Александровский, 1998; 2002 и др.). До сих пор многие страницы голоценовой истории природной среды и почв региона остаются малоизученными, а вопрос о происхождении серых лесостепных почв до конца не решен. Проблема изучения эволюции почв региона осложняется длительным этапом антропогенных воздействий на почвенный покров и ландшафты Центральной лесостепи, в результате чего на больших площадях появились антропогенно-модифицированные почвы и геосистемы, существенно отличающиеся от естественных. Изучение антропогенно-модифицированных почв лесостепи, трендов и стадий их антропогенной эволюции представляет собой самостоятельный теоретический и прикладной интерес, что важно для совершенствования знаний в области эволюции и классификации почв и разработки долгосрочных прогнозов изменения компонентного состава и структуры почвенного покрова региона. Назрела необходимость в новых подходах к исследованию истории формирования лесостепных почв Среднерусской возвышенности, составной частью которых должен быть сопряженный анализ результатов воздействий на почвы природных и антропогенных факторов, участвующих в эволюции почвенного геопространства.
Цель и задачи исследования. Целью работы является анализ направленности и стадий развития почв и почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности под влиянием природных и антропогенных факторов.
Реализация данной цели предполагала решение следующих задач:
1) выявить основные закономерности направленности и стадиальных
изменений естественных зональных почв и почвенного покрова Центральной
лесостепи в позднем голоцене;
охарактеризовать стадии и направленность агротехногенной эволюции серых лесных почв и лесостепных черноземов;
произвести сравнение направленности, стадиальности и контрастности природной и агротехногенной эволюции почв и почвенного покрова региона;
4) обосновать существование хроноэволюционной дифференциации
почвенного покрова Центральной лесостепи по эффектам его природной и
антропогенной эволюции.
Научная новизна. Впервые для территории Среднерусской возвышенности:
- проведены комплексные исследования особенностей сопряженной
естественной и антропогенной эволюции лесостепных почв;
установлена разновозрастность современных компонентов и участков почвенного покрова, рассмотрены варианты и стадии естественной позднеголоценовой эволюции почв и почвенных ареалов;
изучены направленность и стадиальность эволюции серых лесостепных почв и черноземов луговых степей под влиянием длительной распашки, а также направленность агротехногенных изменений во времени строения почвенного покрова широколиственно-лесных и лугово-степных территорий лесостепи;
- выявлена хроноэволюционная дифференциация почвенного покрова
лесостепи Среднерусской возвышенности, возникшая под влиянием
природных и антропогенных факторов.
Практическое и научно-теоретическое значение.
Сведения о стадиях и трендах естественной и антропогенной эволюции почв Центральной лесостепи необходимы для разработки долгосрочных прогнозов изменений геосистем этого региона, совершенствования стратегии управления почвенными ресурсами, разработки рекомендаций, направленных на охрану и улучшение качества почвенного покрова.
Результаты работы внедряются в практику мониторинговых исследований агрохимического состояния почвенного покрова.
Полученные результаты имеют важное значение для развития общей теории почвообразования и эволюции почв. Установленная разновозрастность компонентов современного почвенного покрова широколиственно-лесных и лугово-степных участков лесостепи выступает региональным проявлением асинхронного развития почвенного покрова Восточно-Европейской равнины и Земли в целом. Специфичность эволюции почвенных ареалов и тел, изученная в пределах широколиственно-лесных и лугово-степных участков лесостепи, раскрывает многообразие путей эволюции современных компонентов почвенного геопространства как одной из важнейших закономерностей развития педосферы. Выявление стадий агротехногенной эволюции серых лесостепных почв и черноземов луговых степей, идентификация стадиальных и трендовых почвообразовательных процессов углубляют теоретические представления об особенностях антропогенной эволюции почв. Новые понятия, обоснованные в работе, такие как «хроноструктура почвенного покрова», «хроноподзоны естественного почвенного покрова», «агрохроноподзоны почвенного покрова», «хроно-эволюционные ареалы», - расширяют понятийно-терминологический аппарат эволюционно-генетического почвоведения. На примере сопряженного анализа эффектов природной и антропогенной эволюции почвенного покрова лесостепи Среднерусской возвышенности показана перспективность интегрированного исследования двух указанных категорий эволюции почв на близкой методической и методологической основах.
Обосновано новое направление изучения антропогенной эволюции почвенного покрова - с помощью метода агрохронорядов почвенных ареалов и с учетом принципа позиционно-ландшафтных аналогий.
Сведения, содержащиеся в палеогеографической и историко-географической частях исследования, представляют интерес для историков и археологов, так как могут быть использованы при анализе проблемы взаимодействия общества и природы на разных исторических этапах освоения лесостепи Среднерусской возвышенности.
Результаты исследования нашли применение в чтении автором учебных курсов по дисциплинам «Почвоведение», «Экология почв», «Историческая география».
Основные защищаемые положения
Современный почвенный покров лесостепи Среднерусской возвышенности является интегральным результатом сложного взаимодействия естественных и антропогенных факторов его позднеголоценовой эволюции. Воздействие этих факторов обусловило хроноэволюционную неоднородность почвенного покрова. Дивергенция компонентов почвенного покрова лесостепи в процессе естественного позднеголоценового развития сменилась конвергенцией компонентов почвенного покрова в период распашки территории.
В пределах южной половины Среднерусской возвышенности выделяются две позднеголоценовые стадии естественного формирования почвенного покрова лесостепи: начальная стадия гомогенного черноземного почвенного покрова (3900-1900 л.н.), и современная стадия гетерогенного почвенного покрова с участием двух зональных типов почв - черноземов и серых лесных (1900 л.н. - XVI век). Появление серых лесных почв первоначально произошло в придолинных частях водораздельных поверхностей под нагорно-лесной растительностью и затем - в центральных частях междуречий, которые зарастали лесами позднее.
Длительность эволюционной трансформации автоморфных черноземов в серые лесные почвы определялась литологическим составом почвообразующих пород. Она составляла: на песках и супесях 1000-1500 лет, на легких суглинках около 1500 лет, на средних суглинках 1500-2000 лет, на тяжелых суглинках 2000-2400 лет, на глинах более 2400 лет. Стадиальность эволюционной трансформации черноземов в серые лесные почвы осложнялась естественными флуктуациями климата - в течение кратковременных эпизодов его аридизации происходил возврат почв в подтипы предшествующих стадий их эволюции.
В пределах лугово-степных территорий типичной лесостепи на протяжении последних 3500 лет проявились литогенные эволюционные ряды черноземов. На карбонатных лессовидных суглинках черноземы типичные карбонатные преобразовались в черноземы типичные обычные; на тяжелых выщелоченных суглинках черноземы типичные трансформировались в черноземы выщелоченные; при близком залегании засоленных палеоген-
неогеновых глин черноземы солонцеватые эволюционировали в черноземы типичные.
5. Современный этап непрерывного земледельческого освоения территории
лесостепи Среднерусской возвышенности начался более 400 лет назад.
Согласно полученным данным, на севере региона возраст распашки почв
составляет 430-140 лет, а на юге региона - 320-120 лет. Агротехногенная
эволюция почв в пределах широколиственно-лесных участков лесостепи
происходила на уровне смен почвенных типов (серые лесные - черноземы),
а на лугово-степных участках - на уровне смен почвенных родов и подтипов (черноземы типичные обычные - черноземы типичные карбонатные, черноземы выщелоченные - черноземы типичные). Период указанных антропогенных трансформаций почв и почвенного покрова составляет 150-300 лет.
Агротехногенная эволюция серых лесостепных почв, сформированных на лессовидных карбонатных суглинках, характеризуется двумя стадиями. Деградационно-консервативная стадия охватывает первые 50-100 лет распашки. Проградационно-черноземная стадия проявляется при дальнейшей распашке, когда стабилизируется структурное состояние пахотных горизонтов и улучшается структурное состояние подпахотной толщи, в средней части профилей происходит накопление гумуса, степень перерытости землероями возрастает.
Агротехногенная эволюция лесостепных черноземов, сформированных на лессовидных карбонатных суглинках, характеризуется также двумя стадиями. Деградационная миграционно-гумусовая стадия охватывает первые 50-100 лет распашки. Деградационная карбонатно-щелочная стадия проявляется при дальнейшей распашке.
Агротехногенная и естественная эволюция лесостепных почв Среднерусской возвышенности характеризуются противоположной направленностью. В пределах широколиственно-лесных территорий природный тренд эволюции заключается в трансформации черноземов в серые лесные почвы, а агротехногенный тренд эволюции - в проградации серых лесных почв в черноземы. На лугово-степных участках в процессе естественной эволюции происходит формирование более гумусированных, мощных, менее карбонатных черноземов, тогда как агротехногенный тренд направлен на
дегумификацию, снижение мощности гумусовых профилей и окарбоначивание черноземов. 9. Почвенный покров лесостепи Среднерусской возвышенности состоит из хроно-эволюционных ареалов, возникших под влиянием природных и антропогенных факторов. Хроно-эволюционные ареалы представляют собой участки почвенного покрова, для которых характерна однотипность позднеголоценовой эволюции почвообразования. Они различаются по возрасту современного сочетания факторов почвообразования, трендам, стадиям и темпам развития почв. Для антропогенных хроно-эволюционных ареалов позднеголоценовый этап эволюции ограничивается последними несколькими столетиями.
Апробация результатов. Материалы и результаты исследований, положенных в основу диссертации, докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и региональных конференциях «Оптимизация, прогноз и охрана природной среды» (Москва, 1986), «Археологические исследования в Центральном Черноземье в двенадцатой пятилетке» (Белгород, 1990), «Экологические проблемы в преподавании гуманитарных и естественно-научных дисциплин в педагогических вузах» (Белгород, 1989), «Экология в теории и практике» (Белгород, 1992), «Проблемы экологии в практике педагогического образования и в производстве» (Белгород, 1994), «Принципы формирования сети особо охраняемых природных территорий Белгородской области» (Белгород-Борисовка, 1997), «Экологические и генетические аспекты флоры и фауны Центральной России» (Белгород, 1996), «Юг России в прошлом и настоящем: история, экономика, культура» (Белгород, 1998), «Региональные проблемы прикладной экологии» (Белгород, 1998), «Экология человека: от прошлого к будущему» (Москва, 2000), «Экологическая безопасность и здоровье людей в XXI веке» (Белгород, 2000), «Функции почв в биосферно-геосферных системах» (Москва, 2001), «Проблемы природной и антропогенной эволюции почв» (Пущино, 2001), «Историческая геоэкология, география и природопользование: новые направления и методы исследования» (СПб, 2002), «Социально-экологическое образование учащейся молодежи» (Белгород, 2003), «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2004),
на научных семинарах лаборатории генезиса и эволюции почв ИГ РАН (2003), Пущинского отделения Докучаевского общества почвоведов РАН (2003), на кафедрах геохимии ландшафтов и географии почв, физической географии России и ландшафтоведения географического факультета МГУ (2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 работ, в том числе 1 монография, 1 учебное пособие, 15 статей в рецензируемых журналах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, включает 220 страниц текста, 67 рисунков и 37 таблиц. Список использованных источников насчитывает 363 работы, из которых 40 - на иностранных языках.
Предлагаемая работа выполнялась автором в период докторантуры (2002-2005 гг.) на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ.
Считаю своим долгом выразить искреннюю и глубокую признательность моему научному консультанту - доктору географических наук, заслуженному деятелю науки РФ, профессору географического факультета МГУ А.Н. Геннадиеву, оказывавшему всемерную действенную помощь и поддержку на всех этапах выполнения моей работы.
При обсуждении результатов исследования постоянную помощь конструктивными советами оказывал зав. кафедрой геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ, член-корреспондент РАН, профессор Н.С. Касимов. В организации полевых исследований и сборе материала существенную помощь оказал доктор географических наук, профессор Ф.Н. Лисецкий. В разные годы автор сотрудничал с А.Л. Александровским, Н.П. Авиловым, П.М. Авраменко, А.Н. Бессудновым, А.Н. Геннадиевым, Е.П. Глазуновым, П.В. Голеусовым, А.Г. Дьяченко, Н.С. Касимовым, В.В. Колодой, Д.Е. Конюшковым, А.В. Куликовым, Ф.Н. Лисецким, С.Д. Лицуковым, СВ. Лукиным, А.П. Медведевым, Ю.П. Матвеевым, А.Б. Мирошниковым, А.Н. Петиным, Т.А. Пузановой, И.Ю. Савиным, В.А. Сарапулкиным, Г.Е. Свистуном, С.С. Чернянским, О.А. Чепелевым, И.Т. Шатохиным. Всем им, а также сотрудникам кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ автор выражает большую благодарность.
Современные концепции голоценовой эволюции серых лесных почв Восточно-Европейской лесостепи (по материалам 1983-2003 гг.)
По мнению Б.П. Ахтырцева (1996), предшественниками серых лесных почв Среднерусского Черноземья являлись лесолуговые почвы (ранний голоцен), которые на протяжении атлантического и суббореального периодов голоцена постепенно эволюционировали в сторону зональных серых лесных почв. В субатлантическом периоде голоцена они достигли динамического равновесия со сложившимися ландшафтными условиями устойчивой лесостепи (Ахтырцев, 1996). Данный вывод соответствует представлениям Ф.Н. Милькова (1986) и К.А. Дроздова (1991), рассматривающих островную лесостепь Центрального Черноземья (включая Среднерусскую возвышенность) как древнее (раннеголоценовое) образование со стабильным положением во времени лесных и степных формаций и соответствующих им типов почв.
Однако в последние десятилетия продолжали накапливаться сведения о том, что значительная по масштабам экспансия широколиственных лесов на луговые степи в пределах лесостепного центра Восточно-Европейской равнины происходила лишь в позднем голоцене (Александровский, 1988; Александровский, 1998; Климанов, Серебрянная, 1986; Серебрянная, 1992 и др.). В соответствии с новыми сведениями, пространство лесостепи, где могли длительное время (большую часть голоцена) сохраняться характерные для зональных типов лесостепных ландшафтов и почв условия, сузилось до крайней северной части лесостепной зоны Среднерусской возвышенности. По мнению А.Л. Александровского и А.А. Гольевой (1996 б), в лесной и северной части лесостепной зон центра Восточно-Европейской равнины и средней Волги в интервале времени 10000-3000 лет назад под пологом лесов действительно формировались исходные автоморфные темно-серые лесные почвы с мощными гумусовыми горизонтами. В течение последних 3000 лет в результате похолодания климата происходила деградация верхней части их гумусового горизонта с сохранением нижней в виде так называемого второго гумусового горизонта. Отмечается, что за последние 3000 лет темно-серые лесные почвы рассматриваемой территории эволюционировали в более северные подтипы: светло-серые или дерново-подзолистые почвы (Александровский, Гольева, 1996 б). В лесостепных районах, расположенных южнее, сценарий природной эволюции растительности и почв мог быть иным. Первыми обратили на это внимание исследователи, использующие палинологический метод анализа отложений. По результатам исследования торфяников в различных частях Среднерусской возвышенности, на ее северной половине (в современной зоне широколиственных лесов) значительные площади лесов существовали уже в среднем голоцене (6000-4500 л. н.), тогда как в ее центральной части и на юге безлесные степные пространства преобладали вплоть до конца среднего голоцена (Климанов, Серебрянная, 1986).
Имеется ряд других свидетельств того, что в конце среднего и в позднем голоцене на широком пространстве лесостепной зоны центра Восточно-Европейской равнины происходило естественное разрастание лесов, занятие ими ранее остепненных территорий с черноземами и поступательная трансформация (ставших лесными) черноземов в серые лесные почвы.
На территории III Чертовицкого городища (Воронежская область, высокая надпойменная терраса р. Воронеж) были исследованы профили почв, погребенных под валами городища скифо-сарматского времени, и профили современных фоновых почв рядом с ними. Были выявлены позднеголоценовые стадии эволюции серых лесных почв - от стадии со слабым проявлением лесного почвообразования и с чертами, унаследованными от исходных среднеголоценовых черноземов, до современного хорошо развитого профиля темно-серой лесной почвы. Само городище возникло в начальную стадию распространения лесов. Подчеркивается, что последовательные изменения профилей черноземов, оказавшихся под лесами, в серые лесные почвы объясняются не постепенным изменением климата в сторону его увлажнения за последние 2500 лет, а постепенным развитием профилей темно-серых лесных почв в относительно стабильных условиях после резкого изменения климата и облесения многих степных участков лесостепи около 3500 л. н. (Александровский, 1998).
Под курганами железного века на верхнем Дону (Данков) погребены черноземы, находившиеся на начальной стадии их деградации под лесом. Современные почвы в районе курганов - серые лесные по чернозему. Они имеют деградированный за 1500 лет исходный профиль чернозема и палеослепышины (Александровский, 1994).
На территории Сумской области в автоморфных условиях под искусственными земляными насыпями, датированными 2400 л. н., были идентифицированы черноземы, тогда как фоновыми почвами вблизи насыпей являются темно-серые лесные (Александровский, 2002).
Позднеголоценовая экспансия лесов на степи происходила на больших площадях Восточно-Европейской равнины. С помощью метода почвенных хронорядов этот процесс зафиксирован в Прикарпатье, в предгорьях Кавказа, на территории северной лесостепи, в зоне широколиственных лесов центра и востока Восточно-Европейской равнины (Александровский, 1988; 2002). В лесостепной полосе Украины широко представлены ареалы черноземов оподзоленных, граничащие с ареалами темно-серых и серых лесных почв (Почвенная ..., 1977). Украинские почвоведы придерживаются мнения, согласно которому оподзоленные черноземы и темно-серые лесные почвы образовались в результате оподзоливания черноземных почв в процессе проникновения лесной растительности в степные пространства. Серые и светло-серые лесные почвы рассматриваются как результат наиболее длительного лесного почвообразования под древними лесными массивами (Природа ..., 1986).
Черноземы, развитые под дубравами Центрально-Черноземного заповедника им. В.В. Алехина, были подвергнуты детальному почвенно-генетическому анализу, результатом чего послужил вывод, не соответствующий ранее выдвинутому предположению об их самобытности (Афанасьева, 1966): данные почвы были сформированы под травянистой растительностью, а в дальнейшем (при надвигании леса на степь) стали частью лесной экосистемы (Марголина, 1982; Марголина, Ильичев, 1985).
Б.П. Ахтырцев и А.Б. Ахтырцев (1986), рассматривая процесс надвигания лесов на степи в обстановке позднеголоценового изменения климата, подчеркивают, что ставшие лесными черноземы (выщелоченные или типичные) на протяжении субатлантического периода голоцена не трансформировались в другой почвенный тип (серых лесных почв), а эволюционировали лишь в черноземы оподзоленные.
Хроносхема естественной эволюции природной среды Центральной лесостепи в голоцене (по анализу литературного материала)
Атлантический период голоцена, несмотря на сложную динамику биоклиматических обстановок, на протяжении большей его части характеризовался господством на территории Среднерусской возвышенности растительного покрова степной зоны (Спиридонова, 1991). Это мнение разделяют и другие исследователи. В.А. Климанов и Т.А. Серебрянная (1986) подчеркивают факт почти полного остепнения плакоров в атлантическом периоде голоцена даже на севере лесостепной зоны, где широколиственные леса сохранялись лишь в наиболее благоприятных для них местах (вероятно, в теневых экспозициях склонов речных долин и местами в поймах рек). На юге лесостепной зоны дуб и липа существовали в еще более угнетенном состоянии и произрастали лишь в долинах рек разобщенными группами (Климанов, Серебрянная, 1986). По мнению Л.Г. Динесмана (1976), климатический оптимум голоцена в лесостепной и степной зонах Восточно-Европейской равнины был выражен намного слабее по сравнению с более северными регионами, где он явно прослеживается в стратиграфических колонках отложений и свойствах палеопочв. А.Л. Александровский (2002) предлагает характеризовать атлантический период на большей части бореальной и суббореальной подобластей умеренного пояса Восточной Европы как термический максимум, подчеркивая тем самым относительно засушливые климатические условия этого хроноинтервала.
Однако (в целом засушливый) атлантический период не был однороден в климатическом отношении и состоял из нескольких биоклиматических этапов.
Согласно приводимой в работе О. А. Чичаговой (1985) палеоклиматической реконструкции для территории лесостепи Курской области, при переходе от бореального к атлантическому периодам голоцена произошло резкое повышение зимних температур воздуха.
После палеоэкологического кризиса (8300-8000 л. н.) происходило затухание эоловых процессов в долинах рек и восстановление лесной растительности на склонах и в депрессиях эрозионной сети. В составе лесов возросла доля широколиственных пород (особенно липы) (Лаврушин и др., 1992). Анализируя состав гумуса древних черноземов, погребенных под выбросами роющих животных (сурков), Л.Г. Динесман (1992) пришел к выводу о том, что в начале среднего голоцена (после 8000 л. н.) климат в луговых степях был теплее и влажнее современного. С 8000 до 7200 л. н. в условиях низкой интенсивности почвенной эрозии и аллювиального осадкообразования на поверхности высоких пойм рек современной степной и лесостепной зон, а также на склонах балок в лесостепной зоне продолжали активно протекать процессы почвообразования (Сычева, 1999; Сычева и др., 1998).
Интервал 7200-7100 л. н. был эпизодом глубокой аридизации климата, которая проявилась как в лесной, так и в степной зонах Восточно-Европейской равнины (Спиридонова, 1991; Спиридонова, Алешинская, 1999). После этого эпизода климатические условия стали несколько более благоприятными, и, тем не менее, оставались более засушливыми по сравнению с условиями начала атлантического периода голоцена. В течение 7200-6500 л. н. северная граница лесостепи была стабильной и продвижения к югу границы леса не происходило (Спиридонова, Алешинская, 1999). Резкое снижение интенсивности аллювиального осадконакопления в поймах малых рек Калачской возвышенности доказывает их маловодность в интервале времени 7200-4580 л.н. (Сычева, 1999). Обстановки, более аридные по сравнению с современными, существовали в неолите в бассейне нижнего течения р. Хопер (Серебрянная, Ильвейс, 1973). На территории Курской области в интервале времени 7200-4950 л. н. господствовали неустойчивые климатические условия, при которых на склоновых участках местности происходила неоднократная смена процессов почвообразования и эрозии (Сычева и др., 1998). В целом засушливые климатические условия этого времени, вероятно, были тождественны климату лесостепного и степного пограничья. Этот вывод соответствует данным Е.А. Спиридоновой (1991), согласно которым в интервале времени 6500-6200 л. н. на северной половине современной лесостепной зоны господствовали лесостепные обстановки, а южнее были распространены ландшафты степной зоны.
Непрерывное почвообразование на высоких поймах рек Курской области, сформировавшее почвы лугового генезиса, продолжалось, как минимум, с начала среднего голоцена до 6600 л. н. (Сычева и др., 1998). Интенсивная аллювиальная аккумуляция на этом этапе пока отсутствовала и не нарушала почвообразование на поверхности пойм. После 6600 л. н. аллювиальное осадконакопление, по-видимому, стало более интенсивным, и почвообразовательный процесс был уже не в состоянии активно прорабатывать накапливавшийся сверху аллювий (Сычева и др., 1998). Оптимальный период увлажнения климата на территории Среднерусской лесостепи, по сведениям Е.А. Спиридоновой (1991), как раз соответствует хроноинтервалу 6600-6200 л. н. На территории степного юго-востока Украины этап наиболее мягкого климата и расцвета мезофильных и термофильных видов (оптимум голоцена) соотносится с более широким временным интервалом - 6500-5500 л. н. (Gerasimenko, 1994). Однако по результатам исследования пойменных отложений р. Айдар на юге Среднерусской возвышенности (север степной зоны), в интервале времени 6000-5500 л. н. все же наблюдалась аридизация климата, в результате которой участие широколиственных лесов в составе растительного покрова долинно-речных ландшафтов оказалось сниженным (Гурин, 1992). Некоторое улучшение климатических условий произошло в интервале времени 5600-5100 л. н. На территории Среднерусской возвышенности вновь возросла площадь лесов пойменного и придолинно-речного типов (Спиридонова, 1991). В бассейне Верхнего Дона (окрестности с. Костенки Воронежской области) в это время господствовали относительно теплые и влажные климатические условия, которые благоприятствовали продвижению лесов по долинам рек с севера на юг Среднерусской возвышенности (Шпуль, Нестерова, 1991).
Палеогеографические реконструкции, приведенные для хроноинтервала 6000-5000 л. н., не вполне укладываются в представления (возможно, слишком обобщенные) В.А. Климанова и Т.А. Серебрянной (1986), согласно которым в центре Восточно-Европейской равнины в данное время происходило увеличение температур воздуха (среднегодовых и вегетационного периода) при количествах осадков, близких к современным или меньше их, что способствовало деградации лесных сообществ на севере современной лесостепи и продвижению степей к северу.
Направленность и стадиальность автоморфного лесного почвообразования
Результаты проведенных исследований позволяют выявить общую направленность изменений морфогенетических, химических свойств и классификационного положения автоморфных почв лесных территорий лесостепной зоны в позднем голоцене
В табл. 5 приводится сравнительная характеристика морфометрических показателей фоновых и погребенных почв на всех ключевых участках исследования природной эволюции автоморфного лесного почвообразования.
С помощью разностного метода (Доспехов, 1985) был осуществлен статистический анализ парных различий между морфометрическими характеристиками фоновых и погребенных почв на 6 ключевых участках исследования, где почвообразующими породами являются суглинки и глины. Анализу подвергалась разность мощностей гумусовых профилей, средних частей почвенных профилей (пространства между нижней границей гумусовых или гумусово-элювиальных профилей и горизонтами ВС (BtC)), горизонтов ВС (BtC), почвенных профилей в целом, глубины вскипания. По результатам расчета, достоверный рост во времени был найден для элювиально-иллювиальной части почвенных профилей, мощности почвенных профилей, глубины залегания карбонатов (рис. 15).
Результаты физического и химического анализа древних и современных почв лесных территорий свидетельствуют о закономерном росте во времени содержания и запасов физической глины в иллювиальной части профилей, подкислении во времени почвенных профилей, уменьшении в гумусовых профилях содержания подвижного фосфора, обменных оснований, увеличении в составе гумуса доли фульвокислот (табл. 2-4, рис. 14).
Выявленная направленность изменений во времени морфометрических, морфогенетических, физических и химических признаков почв отражает закономерный тренд эволюции черноземов, оказавшихся под лесами, в серые лесные почвы, главной особенностью которого было развитие текстурной (элювиально-иллювиальной) дифференциации профилей и соответствующих ей почвообразовательных процессов.
Длительность эволюционной трансформации лесных черноземов в серые лесные почвы определялась литологическим составом почвообразующих пород. Этот вывод сделан нами на основании результатов собственных исследований, а также анализа сведений, содержащихся в работах ряда авторов. На участке «Воронежский», где почвообразующими породами являются флювиогляциальные пески, выщелоченные черноземы первых веков н. э. трансформировались в серые лесные почвы со вторыми гумусовыми горизонтами за период менее 1500-1700 лет (Чендев, Александровский, 2002). На склоновом участке Мохначанского городища эволюция супесчаных черноземов в серые лесные почвы, по нашим расчетам, произошла за 600 лет. По результатам исследования А.Л. Александровского (1998), на территории Чертовицкого III городища трансформация лугово-степных черноземов легкосуглинистого состава в серые лесные почвы могла произойти в интервале времени 3500-2000 л.н. (за 1500 лет). Период трансформации черноземов, сформированных на средних суглинках, в серые лесные почвы на территории Мохначанского городища оценивается нами в 1500-2000 лет (Чендев, 2004 а). Деградационная эволюция степных суглинистых черноземов в серые лесные почвы на севере Липецкой области охватывала период не менее 1500 лет (Александровский, 1994). По нашим расчетам, на территории Дмитриевского городища черноземы на тяжелых опесчаненных суглинках конца среднего голоцена трансформировались в серые лесные почвы за время 2200-2300 лет. Длительность лесной стадии развития черноземов на тяжелых лессовидных суглинках Центрально-Черноземного заповедника, которые пока не трансформировались в серые лесные почвы, оценивается как минимум, в 1500 лет (Динесман, 1976). Степные черноземы на породах аналогичного механического состава в Сумской области за 2400 лет уже трансформировались в темно-серые лесные почвы (Александровский, 2002). На участке «Люботинский» за 3000 лет трансформации под лесом черноземов, развитых на коричневых глинах, образовались почвы, которые были идентифицированы как черноземы оподзоленные, переходные к темно-серым лесным почвам.
Таким образом, расчеты показывают, что на территории Центральной лесостепи Восточно-Европейской равнины в реальной обстановке позднеголоценовых вариаций увлажненности климата период эволюционной трансформации автоморфных (на плакорах и пологих водораздельных склонах) черноземов в серые лесные почвы в результате экспансии лесов на степи имел следующую длительность: на песках и супесях - 1000-1500 лет, на легких суглинках около 1500 лет, на средних суглинках - 1500-2000 лет, на тяжелых суглинках - 2000-2400 лет, на глинах - более 2400 лет (вероятно, около 3000 лет).
Направленность позднеголоценовых изменений почвенного покрова лесных территорий современного периода на южной половине лесостепи Среднерусской возвышенности заключалась в возникновении и разрастании ареалов почв лесного генезиса (черноземов оподзоленных и серых лесных почв) и в сокращении ареалов черноземов луговых степей.
Стадиальность эволюционной трансформации черноземов под лесами уместно рассматривать на уровне смен почвенных подтипов. Несомненно, между начальной стадией покрытия лесами черноземов луговых степей и конечной стадией трансформации черноземов в серые лесные почвы существовала промежуточная стадия эволюции типичных или выщелоченных черноземов в черноземы оподзоленные.
Антропогенная эволюция серых лесных почв
На протяжении субатлантического периода голоцена биоклиматические условия не были неизменными. Возрастание влажности климата в позднем голоцене выступало лишь тенденцией на фоне климатических флуктуации разной амплитуды и длительности. Поэтому естественно предполагать варьирование во времени направленности и скорости почвообразовательных процессов при рассмотрении более коротких отрезков эволюционного тренда формирования лесных почв. Например, эпизоды аридизации климата могли наблюдаться в малый климатический оптимум голоцена и в эпоху сарматов. В частности, в сарматское время (III в. до н. э. - III в. н. э.), по-видимому, произошел возврат степных условий почвообразования на ранее уже покрытую лесом поверхность нагорной части долины р. Воронеж (Чендев, Александровский, 2002).
Курганный могильник сарматского времени расположен в непосредственной близости от крутобережной части долины р. Воронеж на ровной поверхности увала, между балочным склоном и крутым спуском к долине реки. Ширина увала в месте исследования 100-120 метров. В настоящее время территория занята ясенево-кленовым лесом с небольшой примесью дуба и с разреженным лесным разнотравьем, проективное покрытие которого - не более 20-30 %. На основании результатов археологических раскопок было выявлено, что до создания могильника на увале существовали поселения разных культурно-исторических общностей: эпох средней и поздней бронзы (воронежская и другие культуры), а также раннего железного века (лесостепная культура скифского времени). Непрерывного заселения территории увала в интервале бронзовый - ранний железный века, очевидно, не было. Весьма вероятен длительный перерыв в освоении территории на рубеже эпох бронзового и железного веков и в начале раннего железного века, когда антропогенно модифицированный ландшафт восстанавливал свой природный облик.
Исследованный сарматский курган находится на южной периферии существовавших до этого поселений - примерно в 30 м от бровки крутого склона к долине р. Воронеж. Курган сильно оплыл: его первоначальная высота могла составлять 1 м, а диаметр - 5-6 м при современных 0,5 и 7,0 м соответственно. В шурфе, заложенном через всю насыпь в ее центральной части, были вскрыты могильная яма, участки погребенной почвы с ненарушенным строением, а у восточного края раскопа - угол хозяйственной ямы с фрагментами керамики бронзового века (рис.20). В верхней толще суглинисто-супесчаного заполнения хозяйственной ямы, ниже погребенной поверхности фиксировался серый гумусовый горизонт почвы черноземного облика мощностью 30-35 см с элементами зернистой структуры и следами мелкой роющей фауны (копролиты червей). Ниже, во всей толще заполнения, на желтовато-буром фоне четко выделялись серые и буровато-серые палеослепышины, свидетельствующие, как известно, о степном происхождении почвы, сформированной на вмещаемом субстрате. Вместе с тем, данная почва к моменту погребения под сарматским курганом уже имела следы лесного почвообразования в виде горизонтов AlA2Bt и BtC (располагаются в приведенной последовательности ниже гумусового горизонта), которые, однако, находились на начальных стадиях оформления.
В западной стенке шурфа был описан ненарушенный профиль палеопочвы с незначительными диагенетическими изменениями и, в целом, отражающий диагностические признаки почвообразования конца I - начала II вв. нашей эры (время создания кургана). Палеопочва бескарбонатна на всю глубину профиля. По диагностическим признакам ее можно отнести к чернозему оподзоленному, переходному к темно-серой лесной почве (рис. 21).
Современная фоновая почва изучена на ровном участке, в 25 м юго-восточнее основания кургана. Она также бескарбонатна на всю глубину изученного профиля, однако относится к подтипу серой лесной текстурно дифференцированной почвы. Иллювиальные горизонты фоновой почвы приобрели насыщенную бурую окраску (вследствие аккумуляции органо-минеральных коллоидов, содержащих оксиды железа), плотную текстуру и глинистый (в отличие от среднесуглинистого погребенной почвы) механический состав, весьма затруднявший экскавацию данной почвы.
На основании изученных признаков древних и современных почв, а также с учетом известных литературных сведений относительно эволюции почв (Александровский, 1995; 1998; Ахтырцев, Ахтырцев, 1986; Чендев, 1997 а), палеогеографии голоцена (Климанов, Серебрянная, 1986; Серебрянная, 1976; Спиридонова, 1991), истории этнокультурного развития региона (Медведев, 1993; 1998) картину изменения во времени природной среды на участке исследования можно представить в следующем виде. В среднесуббореальное время (3700-4000 л. н.) крутобережная часть долины р. Воронеж, как, впрочем, и других крупных рек Среднерусской лесостепи, не была покрыта сплошными лесами. Лесная растительность предпочитала селиться в балочных системах, возможно, местами занимала крутосклоновые участки и поймы рек (Климанов, Серебрянная, 1986). На межбалочных грядах и мысовых участках крутого правобережья произрастала степная растительность, под которой формировались черноземы. Удобное географическое и военно-стратегическое положение, богатая кормовая база травянистых биоценозов привлекали сюда древних жителей Подонья, что послужило причиной возникновения поселка на участке исследования - одного из ряда поселений бронзового века на межбалочных мысах правобережной части долины Воронежа. На степном междуречье Воронежа и Дона населением бронзового века создавались курганные могильники (один из абашевских курганов нами был исследован в почвенном отношении (рассмотрен ранее).
