Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных источников 8
2. Объекты и методы исследований 42
3. Условия почвообразования и характеристика объектов исследований 53
3.1. Историко-культурная справка (История, культура и быт народов, населявших место исследований) 53
3.2. Климатические условия эпохи голоцена 58
3.3. Современные климатические условия 65
3.4. Почвообразующие породы 69
3.5. Рельеф 74
3.6. Растительный покров: современный и во время воздвижения курганов 76
4. Состав и свойства погребенных и современ ных почв 81
4.1. Морфологическое описание погребенных и современных почв 81
4.2. Минералогический состав 91
4.3. Гранулометрический состав 95
4.4. Солевой состав 99
4.5. Состав обменных оснований 104
4.6. Содержание гумуса и основных элементов питания 108
4.7. Характеристика почвенной микробиоты 118
Выводы 127
- Климатические условия эпохи голоцена
- Рельеф
- Минералогический состав
- Содержание гумуса и основных элементов питания
Введение к работе
Решение многих вопросов почвоведения связано с познанием происхождения почв и закономерностей их развития и эволюции. Долгое время изучение эволюции почв проводилось путем исследования особенностей строения почвенного профиля, при сравнении почв геологически разновозрастных территорий. Формирующееся в последние два десятилетия почвенно-археологическое направление исследований позволяет на новом фактическом материале подробно и прямыми наблюдениями рассмотреть вопросы генезиса и эволюции почв на протяжении последних 50 веков, а в общем виде и за предшествующий период. Это достигается путем сопряженного изучения современных и погребенных под курганными насыпями почв.
Исторические проблемы почвообразования занимают одно из ведущих мест в современном теоретическом почвоведении. Фундамент для их решения был заложен как отечественной, так и зарубежными школами и прежде всего усилиями В.В. Докучаева, П.С. Коссовича, В.А. Ковды, И.П. Герасимова, и многих других. Установление закономерностей дает ключ к познанию многих природных процессов, определяющих направленность развития биосферы и ее отдельных компонентов, в частности, на протяжении последних 5-10 тысяч лет.
В настоящее время установлены основные закономерности развития почв в эпоху голоцена и природных условий Северного Причерноземья (В.П. Золотун, 1974; И.В. Иванов, 1992), в Среднерусском Черноземье (А.Л. Александровский, 1983; 1984; Б.П. Ахтырцев, 1993), на Северном Кавказе (А.Л. Александровский, 1988, А.Н. Геннадиев, 1984; Л.С. Песочина, 1988), в Среднем и Нижнем Поволжье (А.Л. Александровский, 1988; А.Н. Геннадиев,
1990; В.А. Демкин,1993; И.В. Иванов, 1992), в Западной Сибири и Казахстане (И.В. Иванов, 1992).
Одним из перспективных путей существенного повышения результативности палеопочвенного исследования может быть их ориентированность на комплексное изучение археологических памятников. Получаемая при этом возможность прямого сравнительного анализа состояния почв и почвенного покрова в различные исторические эпохи позволяет весьма детально и полно рассмотреть особенности пространственно-временной динамики природной среды. Таким образом, современный уровень развития науки, её дальнейший прогресс диктует необходимость максимальной интеграции исследований, выбора наиболее репрезентативных объектов, объединяющих информацию из различных областей знания. Примером практического осуществления этих положений могут служить почвенно-археологические исследования, актуальность и необходимость которых неоднократно подчеркивалась как почвоведами, так и археологами.
Актуальность темы диссертации.
Изучение эволюции почв - одна из главных задач генетического почвоведения, от решения которой зависит понимание закономерностей развития почв и ландшафта в целом. Основными факторами почвообразования, как правило, признаются порода, растительность рельеф и климат. В современном почвоведении довольно незначительное внимание уделяется времени, как фактору почвообразования. Процесс почвообразования при одних и тех же климатических условиях не прекращается. Изучение направленности почвообразования представляет огромный теоретический и практический интерес. При раскопках курганов-могильников появляется уникальная возможность изучения погребенных почв и на основании полученного материала
выявить направленность почвообразовательного процесса в конкретно сложившихся условиях почвообразования.
Цель и задачи.
Целью исследований было выявление эволюционных изменений каштановых почв степной зоны Ставропольского края в голоцене.
В соответствии с целью, были поставлены следующие задачи:
изучить морфологические признаки погребенных и сопряженных с ними современных почв;
определить изменения в минералогическом и гранулометрическом составе почв;
изучить изменения в составе ППК;
определить степень трансформации органической части почвы и содержания основных элементов питания растений;
- изучить состав микрофлоры погребенных и современных почв.
Научная новизна.
Впервые проведены исследования почв, погребенных под курганами-могильниками в каштановой зоне Ставропольского края и произведено их сравнение с современными почвами. В комплексе исследований впервые изучен минералогический состав данного типа почв.
Практическая значимость.
Результаты исследований позволяют судить о направленности почвообразования, развитии или деградации почвенного плодородия и могут послужить теоретической основой для разработки конкретных практических мер по его сохранению и повышению.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту;
Почвы засушливой зоны Ставропольского края эволюционировали от солонцов автоморфных среднемощных среднесуглинистых на лессовидных суглинках в середине голоцена к каштановым мощным среднегумусным среднесуглинистым почвам на лессовидных суглинках в настоящий период.
В эволюции изучаемых почв основным фактором является время, так как климат голоцена не имел тенденций к резким изменениям.
На основании изучения морфологических признаков и других генетических показателей почв можно судить об изменениях климатических показателей за определенный исторический период.
В естественных условиях эволюция почв носит перманентный и необратимый характер.
Тюльпанову В.И.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой почвоведения Ставропольского государственного аграрного университета, профессору Цховребову B.C. за осуществление руководства диссертационной работой, профессору кафедры почвоведения Ставропольского государственного аграрного университета
и всему коллективу кафедры за помощь и поддержку,
ректору Ставропольского государственного аграрного университета, академику, профессору Трухачёву В.И. за поддержку и финансирование научных командировок, коллективу государственного предприятия «Наследие» Министерства Культуры Ставропольского края и лично его директору Белинскому А.Б., за предоставленную возможность работы на изучаемых объектах, сотрудникам Почвенного института им. В.В. Докучаева и лично Чижиковой Н.П., а так же всем тем, без которых эта работа не состоялась бы.
Климатические условия эпохи голоцена
Потепление климата, начавшееся после максимума Валдайского оледенения около 11000 л.н., носило, как известно, колебательный характер. Оно продолжалось до климатического оптимума голоцена, который был около 5000 - 7000 л.н. (по разным данным). Переход от плейстоцена к голоцену происходил медленно. Границу между ними различные исследователи проводят от 6000 до 16000 л.н. В частности, Дж. Мерсер (1972) считает границей голоцена конец последнего глобального наступления ледников, которое по его мнению, совпадает с Померанской стадией в Западной Европе и приходится на 14500-14000 лет назад (после этого последовало прогрессирующее потепление, прерываемое время от времени относительно кратковременными наступлениями льда, одно из которых было и в Позднем Дриасе). Именно на это время приходится, согласно результатам бурения ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды, начало глобального потепления. На VIII конгрессе Международной ассоциации по изучению четвертичного периода, состоявшийся в 1969 г. в Париже, было принято решение считать нижней границей голоцена рубеж 10000 лет назад. Первое значительное потепление, установленное для многих районов Европы - аллерёдское (по данным радиоуглеродного метода — 10800-12000 л.н.) - по своим масштабам сходно с послеледниковьем. Но от последнего аллерёд отделен похолоданием верхнего дриаса (10300-10800 л.н. по С14) - последней стадией Валдайского оледенения. По К.К. Маркову (1965) наиболее существенные изменения природы при переходе от плейстоцена к голоцену произошли сразу за исчезновением перигля-циальных условий верхнего дриаса около 10000 л.н. С этого времени началось безостановочное отступление и разрушение Европейского ледникового щита. М.И. Нейштадт (1957; 1965) несколько иначе оценивает возраст границы плейстоцен-голоцен и опускает её до 12000 л.н. Он аргументирует это тем, что наиболее древние голоценовые торфяники Центральных районов Русской равнины начали формироваться в аллерёде. Тогда же начал формироваться современный почвенный покров. Аллерёдские почвы, погребенные в материковых дюнах ряда стран (Германия, Польша, Белоруссия и т.д.) часто имеют хорошо выраженные признаки оподзоливания, и могут быть отнесены к слабоподзолистым.
Пока отсутствие надёжных данных не позволяет уверенно сказать, в какой степени аллерёдские почвы сохранились в условиях верхнедриасового похолодания. В центральных и южных районах Русской равнины, где похолодание сказывалось значительно слабее, лесное почвообразование, возможно, продолжалось (А.Л. Александровский, 1972). Впервые идея о вековых изменениях климата в голоцене была высказана норвежским ботаником Акселем Блиттом (1882). Он считал, что особенности стратиграфии торфяников, как и современное распределение растительности Дании и юга Норвегии, свидетельствуют о неоднократных сменах сухих и теплых периодов климата на влажные и холодные. Позднее, шведский ученый Рутгер Сернандер (1910), поддерживавший взгляды Блитта, упростил схему климатических периодов. Она получила широкую известность как схема Блитта-Сернандера. Р. Сернандер полагал, что из пяти выделенных им периодов первый - арк- тический и субарктический - соответствующий переходу от ледниковья к после-ледниковью, обладал холодным климатом. Три последующих периода — бореаль-ный, атлантический и суббореальный - были теплыми. При этом, атлантический период, на который приходится температурный максимум, был влажный, а боре-альный и суббореальный - засушливыми. Последний прохладный и влажный субатлантический период - по мнению Р. Сернандера, начался резким ухудшением климата. После этого, в течение длительного времени, климатические условия оставались суровыми, за что именовались Р. Сернандером «великой зимой». Постепенно к нашему времени вновь началось потепление. И А. Блитт, и Р. Сернандер при анализе стратиграфии торфяных болот использовали макроскопические ископаемые останки растений. Однако, макроскопические органические останки встречаются редко в следствие их плохой сохраняемости. В связи с этим, большое значение для развития дальнейших исследований имело введение Л. Постом (1967) методов статистической обработки данных пыльцевого анализа. Благодаря этому, такие исследования были проведены во многих частях Европы и Америки, что способствовало большему уточнению и детализации схемы Блитта-Сернандера. Схема Блитта-Сернандера сохранила преимущественно хронологическое значение. Более общая схема деления голоцена на три отрезка: ранний, средний и поздний (Марков К.К., 1961; Артюшенко А.Т., 1970). Последний К.К. Марковым (1961) относится к позднеледниковому времени. Ранний голоцен объединяет пре-бореальный и бореальный периоды. Это - время потепления и развития березовых и сосновых лесов. Средний голоцен, включающий атлантический и суббореальный периоды - теплое время голоцена. Наконец, поздний голоцен, который соответствует субатлантическому периоду — время похолодания и увлажнения (ухудшения) климата. Причины изменений климата, как известно, объясняются исследователями неоднозначно. Значительная часть ученых усматривает их в колебаниях солнечной активности или в повторяющихся астрономических явлениях (взаиморасположение небесных тел) и др. Начиная с выявления брикнеровских колебаний, периодом 25-45 лет, к настоящему времени установлены ритмы различной длительности — внутривековые, вековые и многовековые. Основное внимание необходимо уделить последним, поскольку именно они, по мнению многих исследователей, и могли вызвать существенные изменения в растительном и почвенном покрове изучаемого нами периода. А.В. Шнитников (1973) обобщил большой фактический материал в основном по Русской равнине и выявил 1800-1900-летний ритм увлажнения материков северного полушария. Причину этого ритма он, как и предложивший близкий к этому ритм Т.Н. Карл стрем (1966), усматривают в изменениях приливообразую-щей силы по О. Петерсону (1914). Увеличение приливообразующей силы О. Пе-терсон связывает с периодами, когда Земля, Луна и Солнце, находясь в определенном положении, максимально сближены - Земля в перигелии (у Солнца), Луна - в апогее (у Земли).
Такая ситуация повторяется примерно через 1800-1900 лет (Шнитников А.В., 1957). По мнению О. Петерсона (1914), Ч. Брукса (1952) и А.В. Шнитникова (1957) на климат воздействуют не сами изменения приливообразующей силы, а вызванные ими изменения в циркуляции вод океана. Средний голоцен включает в себя два периода блитт-сернандеровской схемы: атлантический и суббореальный. Атлантический период, следовал за более засушливым бореальным, был наиболее теплым и влажным, по сравнению с другими периодами голоцена. Границу между этими периодами большинство авторов обозначает около 8000-7500 л.н. (Нейштадт М.И., 1965; Шулия К.С., 1967). Климат в течение атлантического периода не оставался постоянным. Исследования многих авторов показали, что в начале его, (7000-7500 л.н.), климат был несколько суше, чем в середине. О том, что относительно сухой климат с бореаль-ного времени продолжал существовать в начале атлантического периода свидетельствуют и данные У.А. Валк и др. (1968): господство пыльцы сосны в торфяниках Эстонии с бореального периода прослеживается до 7000 л.н. После этого состав пыльцы резко меняется: основными становятся широколиственные породы. Подобные изменения пыльцевых спектров отмечаются и для других районов; примером может служить известное Шуваловское болото (Нейштадт М.И. и др., 1965). Как отмечает В.П. Гричук (1969), наиболее ярким событием в атлантическом периоде, как и во всем голоцене, был климатический оптимум. Северный Полярный бассейн был полностью свободен от льда, таёжные и широколиственные леса дальше, нежели в настоящее время, продвигались к северу. В пределах 50-70 с.ш. температура января была на 3-5С выше, июля - на 0-2 С, а годовая -на 1,5-2,5 С, чем в настоящее время. Повышенная влажность климата атлантического периода объясняется (Марков К.К., 1965) усилившемся западным переносом воздушных масс. Влажный воздух с Атлантического океана распространялся значительно дальше на восток, чем в настоящее время. В конце атлантического периода начинается постепенное похолодание климата - понижается уровень океана (литориновая регрессия около 5000 л.н.).
Рельеф
Исследуемая нами территория, как и оба административных района, в геоморфологическом отношении находится на северо-восточном выположенном склоне Ставропольской возвышенности. Поверхность рассматриваемой территории однообразна и имеет строение увалистой равнины, для которой характерно гипсометрическое различие. На его основе территория входит в два геоморфологических района: широкоувалистую равнину с высотными отметками 40-50-80-160 м над уровнем моря и Манычскую впадину с отметками ниже 40-50 м. Широкоувалистая равнина располагается на выположенных восточных, северных и северо-восточных склонах Ставропольской возвышенности, постепенно сливается на севере с Манычской впадиной. Данная равнина имеет постепенное падение на восток и север, в этом же направлении выполаживается рельеф и происходит постепенное затухание эрозионных процессов, которые здесь слабее аккумулятивных. На это указывает отсутствие на изучаемой территории развивающихся оврагов и затухание процессов денудации. Особенность широкоувалистой равнины - ясно выраженный микрорельеф. Он представлен микропонижениями в виде целого ряда лунок, западинок, блюдец. Существующий микрорельеф полупустыни ставится в зависимость от частой и быстрой смены на небольшом расстоянии от 28 до 20 м едва уловимых глазом мелких форм рельефа, с разницей в высоте между ними 5-20 см. в формировании микрорельефа важное значение принадлежит почвообразующим породам, микроклимату и животным (особенно сусликам). Описываемая равнина имеет ряд особенностей, влияющих на почвообразование: плоский характер поверхности, расчлененность на отдельные плосковершинные водоразделы, асимметричность склонов и их изрезанность балками. На широкоувалистой равнине можно выделить ряд водоразделов, отличающихся между собой по строению поверхности: а) водораздел p.p. Маныч-Калаус; б) водораздел p.p. Калаус-Рагули; в) правобережье р. Рагули. Водораздел p.p. Маныч-Калаус представляет собой широкоувалистую равнину с постепенным падением высот на восток и более заметным на север к Ма-нычской впадине. Колебание высот от 30-40 до 80 м над уровнем моря. Водораздел асимметричен, северные его склоны более широкие и покатые, крутизной менее 1, южные — короткие и пологие, крутизной 1-2. На вершине его развиты блюдцеобразные западины с лугово-каштановыми почвами. Балок на склонах этого водораздела нет. Водораздел p.p. Калаус-Рагули характеризуется спокойной поверхностью с общим падением высот на восток. Самые высокие отметки достигают 120 м над уровнем моря. Широкий северный склон слабо расчленен небольшими балочками и потяжинами, южный склон более короткий и покатый, крутизной 1-2. На севере водораздел ограничен долиной реки Калаус тектонического происхождения.
Долина реки Калаус корытообразная, широкая с плоским дном. Река прорезала узкое, глубокое русло. Склоны к долине крутые, обрывистые. Широкоувалистый рельеф у р. Маныча приобретает черты поверхности слабоприподнятой равнины, плавно переходящей в Манычскую впадины. На юге водораздел ограничен р. Рагули, которая летом пересыхает. Южные склоны её крутые, местами обрывистые. Характерной особенностью всей описываемой территории является отчетливо выраженный микрорельеф. Он представлен микроповышениями в виде бугорков, холмиков, кочек и микропонижениями: лунки, блюдца, западины, лощины и потяжины. На склонах микрорельеф иногда определяется оползанием почвенных слоев и почвенно-эрозионными процессами. Из описанного следует, что макро-, мезо- и микрорельеф обусловливает закономерность пространственного и комплексного распределения почв. 3.6. Растительный покров По данным палеоботаников (Е.А. Спиридонова и др., 2001 г.) в погребенных почвах изучаемой зоны в общем составе велика роль пыльцы травянистых и кус-тарничковых растений (85 %), тогда как споровые и пыльца древесных пород не превышают 7 и 8 % соответственно. В группе древесных пород господствует сосна. Большая доля приходится на пыльцу ольхи и березы, присутствует пыльца ели и таких широколиственных пород, как дуб и вяз. Среди травянистых растений велико значение мезофильного разнотравья (50 %), представленного семействами Plantaginaceae (Подорожниковые), Fabaceae (Бобовые), Apiaceae (Зонтичные), Geraniacaeae (Гераниевые), Caryophyllaceae (Гвоздичные), Cichoriaceae (Цикорие-вые), Asteraceae (Сложноцветные). Значительна роль злаков (25 %), маревых (15 %), и полыней (10 %). Современный естественный растительный покров на исследуемой территории относится к зоне ковыльно-типчаковой разнотравной степи, на которой сформировались каштановые и темно-каштановые почвы. Растительный покров тесно связан, прежде всего, с условиями увлажнения и тепловым режимом, а также с рельефом и почвенным покровом. Растительность несет на себе резкий отпечаток продолжительного и интенсивного пастбищного её использования. Выпас вносит в структуру растительного покрова, в её видовой состав глубокие изменения. Лучшие по поедаемости травы, плохо переносящие вытаптывание и частое скусывание, постепенно ослабевают и уступают свое место растениям, в кормовом смысле худшим или даже несъедобным. Целинная первобытная растительность сохранилась небольшими участками среди комплексной степи. Она образует типчаково-ковыльные и типчаково-ковыльные с разнотравьем растительные группировки на каштановых несолонцеватых и других разновидностях почв. Приурочены они преимущественно к северо-восточным очень пологим склонам, к реке Калаус и к плоским увалам. Травостой таких участков средней густоты. Общее проективное покрытие его 65 %. Высота травостоя 45 см. Кормовое значение их среднее. Доминантами рассматриваемых пастбищ являются ценный для степной зоны злак - типчак (Festuca sulcata) и злаки среднего качества - ковыли Лессинга (Stipa lessingiana) и тырса (Stipa capillata). Кроме того, рассеянно отмечены в травостое тонконог стройный (Koeleria cristata), костер растопыренный (Bromus squarrosus), житняк гребенчатый (Agropiron cristatum). Разнотравье существенной роли в травостое не играет и характеризуется: гвоздикой-травянкой, шандрой ранней, ясменником стелющимся, шалфеем степным (Salvia steposa Homen), синеголовником полевым (Eringium campestre), чабрецом (Thimus serpilun), молочаем степным, осочкой степной. Урожайность данных пастбищ 7-8 ц/га. На изучаемой территории отмечено наличие типчаковых группировок.
Они занимают небольшую площадь. Травостой их средней густоты. В кормовом отношении это очень ценные пастбища, так как основу травостоя составляет ценный злак — типчак (Festuca sulcata). Из других видов злаков следует отметить ковыли Лессинга (Stipa lessingiana) и тырсу (Stipa capillata), тонконог стройный (Koeleria cristata), житняк гребенчатый (Agropiron cristatum), костер растопыренный (Вго-mus squarrosus). Местами довольно много разнотравья, которое характеризуется такими видами, как шандра обыкновенная (Marrubium vulgare), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium), чертополох акантовый (Carduus okanthoides), спаржа волосистолистная Asparagus trichophyllis), шалфей степной (Salvia steposa Hornen). Урожайность описанных типчаковых пастбищ 7-8 ц/га сена в год. Полупустынная растительность на исследуемой территории образует злако-во-чернополынные, камфоросмово-чернополынные и чернополынно-камфоросмовые растительные группировки. Единого большого массива они не образуют, а являются компонентами комплексной степи. Травостой их разрежен. Общее проективное покрытие его - 40 %. Кормовое значение их различно. На злаково-чернополынных и камфоросмово-чернополынных пастбищах господствует полынь черная, которая осенью и зимой является для овец нажиро-вочным кормом, а на чернополынно-камфоросмовых - камфоросма (Camforosma monspeliaca), которая не подвергается летнему выгоранию, и в критический момент, когда на пастбищах всё выгорает, на камфоросниках овцы находят свежий корм. На злаково-чернополынных пастбищах 35 % в травостое занимают злаки: типчак (Festuca sulcata), костер растопыренный (Bromus squarrosus) с примесью ковыля Лессинга (Stipa lessingiana), мятлика луковичного луковичный (Роа bul-bosa). Рассеянно отмечены - бурачок пустынный (Alyssum deretrorum), солянка обыкновенная (Salsola australis), клоповник пронзеннолистный (Lepidium perfo-liatum). Средняя урожайность описываемых пастбищ - 3 ц/га зеленой массы. Средне сбитые пастбища характеризуются эфемерово-злаково-ромашниковыми, ромашниково-злаковыми, злаково-полынными и полынными растительными группировками. Эфемерово-злаково-ромашниковые, ромашниково-злаковые и ромашнико-вые растительные группировки получили распространение в северной части территории. Возникли описываемые пастбища в результате бессистемной пастьбы скота. Травостой их средней густоты. Кормовое значение их среднего качества. Господствующими растениями на них являются ромашка непахучая (Matricaria perforata), обладающий средними качествами, а также злаки - типчак (Festuca sulcata), мятлик луковичный (Роа bulbosa), житняк гребенчатый (Agropiron cristatum), костер растопыренный (Bromus squarrosus) с примесью ковыля-тырсы (Stipa capillata). Кроме того, рассеянно встречаются в травостое - полынь горькая (Artemisia absinthum), полынок, а также бурачок пустынный (Alyssum deretrorum), клоповник пронзеннолистный (Lepidium perfoliatum), синеголовник полевой (Eringium campestre), шалфей степной (Salvia steposa Homen), спорыш (Piligonum aviculare).
Минералогический состав
В почве постоянно идут процессы выветривания и новообразования минералов. В зоне непосредственного соприкосновения корневых волосков растений с минералами почвообразующей породы, рН может опускаться до 2 и ниже (Келлер У.Д., 1963; Гаррелс Р., Маккензи Ф., 1964). На необходимость изучения минералогического состава почвы как фактора, определяющего её плодородие, историю и современное развитие почвообразовательного процесса, указывали в своих работах К.Д. Глинка (1908), В.И. Вернадский (1928), П.А. Замятченский (1931), Н.И. Горбунов (1978) и др. Значение минералов не ограничивается только функцией источника минерального питания. Минералогический состав определяет физико-химические и физико-механические свойства почвы (Горбунов Н.И., Градусов Б.П., 1976). Наиболее трансформируемой и реакционно-способной частью твердой фазы почвы являются глинистые минералы слюдистого, монтмориллонитового или смешаннослойного состава. По изменению в их составе можно судить о направленности почвообразовательного процесса. Для того, чтобы судить об эволюции почвенного тела за определенный период времени, нами произведен минералогический анализ современной и погребенной почвы под курганом-могильником. Как видно из рисунка 11, погребенная почва и современная имеют значительные отличия в составе слюд и смектитов. В горизонте А погребенной почвы монтмориллонита до 25 %. Происходит увеличение в его содержании по профилю, достигая в породе 38 % от суммы глинистых минералов. Гидрослюды в горизонте А в количестве 58 %. Происходит постепенное снижение в их содержании до 40 % в породе. В современной почве картина совсем иная. В дерновом горизонте целины смекти-ты отсутствуют, появляются в горизонте А в количестве 5 %и увеличивают своё содержание до 43 % в породе. Количество гидрослюды в дернинном горизонте достигает 84 % и снижается вниз по профилю до 35 % в породе. Содержание каолинита не претерпевает значительных изменений по профилю как в погребенной так и в современной почве. Это лишний раз доказывает инертность двухслойных минералов этого ряда к процессам выветривания. Можно лишь отметить, что содержание каолинита в верхнем горизонте погребенной почвы несколько выше, чем в современной. Это может быть связано с каолинитиза-цией верхнего горизонта солонцовой почвы, сопряженной с более активным выветриванием, свойственным для дернинного горизонта солонца.
Налицо эволюция глинистой фракции минералов. За истекшие 5 тысяч лет произошла перестройка в системе смектиты - гидрослюды с новообразованием последних. Как известно, растения в процессе своей жизнедеятельности разрушают минералы и выносят огромное количество питательных веществ. Многие их них теряются с внутрипочвенным или надпочвенным стоком. Другие же, такие как калий, накапливаются в верхних горизонтах, необменно фиксируются в кристаллической структуре монтмориллонита. Это приводит к новообразованию менее набухающих и более благоприятных, в физическом отношении, для почв иллитов. Этот процесс известен в геологии как процесс иллитизации. Верхние горизонты погребенной почвы имеют гораздо больше смектитов, что свойственно для почв солонцового ряда. Они, безусловно, должны были обладать более худшими физическими свойствами, чем современные почвы. И если это сопряжено с отсутствием структурообразователей, таких как карбонаты кальция, то показатели физических свойств изменяются только в худшую сторону. Однообразие минералогического состава горизонта С как погребенной, так и современной почвы доказывает единство их происхождения. Выявленные изменения нельзя в буквальном смысле отождествлять с негативными или позитивными явлениями, происходящими в почве. Они носят чисто эволюционный характер. Хотя необходимо отметить, что более благоприятный минералогический состав имеют современные почвы, и это связано с отсутствием и низким содержанием легконабухающих смектитов в верхних горизонтах почвы. 4.3. Гранулометрический состав Гранулометрический состав тесно связан с водными, физическими, физико-химическими свойствами почвы, определяет степень аэрации и окислительно-восстановительные процессы в почве. По мнению П.Н. Березина (1989) утяжеление гранулометрического состава ведет непосредственно к увеличению общего поверхностного заряда твердой фазы, зависящего от её удельной поверхности и плотности. Последняя величина определяется качеством поверхности, т.е. минералогическим составом, поэтому, вполне объяснима приуроченность слитости, свойственной для солонцов, к тяжелому гранулометрическому и смектитовому составам. Хотя развитие слитости не всегда совмещено с тяжелым гранулометрическим составом. На ферритных, фер-раллитных почвах, при глинистом гранулометрическом составе слитость отсутствует. Для почв солонцового ряда должен быть характерным резкий переход в гранулометрическом составе надсолонцового и солонцового горизонтов. Нами был изучен гранулометрический состав всех трех курганов стоянки «Шарахалсун», «Дамбы-Калаус-2», а также сопряженных с ними современных почв (приложения 1, 2). Не было выявлено значительной разницы в гранулометрическом составе между всеми погребенными почвами. Современные почвы также не различались между собой. Об этом свидетельствует проведенная математическая обработка полученных данных (приложение 12). Точность опыта (Sx%) находилась в пределах 2,1, а коэффициент вариации (Cv) находился в пределах 3,5 -11,1. Как видно из приведенных данных (рис.12), погребенная почва кургана 1 стоянки «Шарахалсун» в верхнем горизонте имеет 23,7 % фракции физической глины. В солонцовом горизонте В этот показатель резко возрастает до 34,6 %. Такая же картина наблюдается и по илистой фракции, её 8,4 % - в надсолонцовом горизонте и увеличивается почти в 2,5 раза в горизонте В. Эта закономерность свойственна для всех курганов изучаемого участка. Таким образом, легкосуглинистый гранулометрический состав верхнего горизонта переходит в средний суглинок в иллювиальном горизонте.
Наибольшим было количество фракций крупной пыли и мелкого песка, что характерно для лессовидных отложений. Изменения в соотношении между физической глиной и физическим песком происходило в большей степени за счет изменений фракций ила и пыли. В современных почвах нет резкого перехода в содержании физической глины между горизонтами. Но, необходимо отметить, что иллювиальный горизонт этих почв тоже обогащен илистой фракцией. Изучение погребенных и современных почв участка «Дамба-Калаус-2» указало на схожесть результатов с предыдущим исследуемым объектом (рис. 13). Таким образом, гранулометрический состав подтверждает выдвинутое предположение о том, что погребенные почвы могли принадлежать к степным солонцам. Коренной перестройки за истекший 5-тысячелетний период после погребения в грансоставе не произошло. В условиях степной засушливой зоны другого нельзя было и ожидать. Твердая фаза почвы стабильна и её коренное изменение может произойти только за гораздо больший отрезок времени. 4.4. Солевой состав Материнским породами для почв исследуемых участков являются лессовидные суглинки. Генезис их сложен и разнообразен. Имея эоловое происхождение, они, тем не менее, обладают богатым минералогическим составом. В совокупности своей, они представляют собой продукты выветривания горных пород Средней Азии, смешанные с морскими отложениями древнего Майкопского моря (Га-лай Б.Ф., 1990) . Изначально они засолены в разной степени. В процессе почвообразования и простого промывания, почвенный профиль освобождается от легкорастворимых солей, что благоприятно сказывается на почвообразовательном процессе и эволюции почв. Солевой состав жидкой фазы почв находится в состоянии равновесия с почвенным поглощающим комплексом. Снижение в содержании любого катиона в почвенном растворе влечет за собой аналогичные изменения и в ППК. В наших исследованиях изучили солевой состав погребенных и современных почв по разрезам. При исследовании солевого состава погребенных почв кургана 1 стоянки «Шарахалсун» (табл. 2.) выявлено, что верхний горизонт средне засолен и сухой остаток составляет 0,45 %. Иллювиальный горизонт имеет среднюю степень засоления, равную 0,40 %. Вниз по профилю количество солей имеет тенденцию к снижению. Среди анионов преобладает хлор, а среди катионов - натрий. Следовательно, основную часть солей должен составлять хлористый натрий. Примечательно, что в иллювиальном горизонте происходит резкое увеличение в содержании натрия (до 4,7 мг-экв./100 г), что более чем в 2 раза превосходит как надсолонцовый, так и подсолонцовый горизонты. Такое распределение характерно для солонцовых почв. Количество гидрокарбонатов имеет тенденцию к увеличению по профилю, а количество сульфатов стабильно. Среди двухвалентных катионов преобладает магний, но в солонцовом горизонте и в породе его количество одинаково.
Содержание гумуса и основных элементов питания
Трансформация органического вещества в аспекте времени представляет огромный научно-практический интерес. По сведениям многих авторов (Орлов Д.С., 1990) гумус является стабильной фазой почвы и слабо подвержен процессам деструктуризации. Возраст гумусных соединений даже в современных почвах может насчитывать до 1500-2000 тысяч лет. Составные части органического вещества почв имеют разную лабильность и, следовательно, разную скорость минерализации. В современных почвах по содержанию гумуса и соотношению гумино-вых и фульвокислот можно судить о развитии и направленности почвообразовательного процесса. Генезис погребенных почв трудно сопоставить с данными по содержанию органического вещества. За исторический период, находясь в условиях относительной консервации, гумус, тем не менее, претерпел определенные изменения и значительно трансформировался. С научной точки зрения, очень важно знать общее количество оставшегося органического вещества и соотношение между его составными частями. При проведении исследований (табл. 5) выявлено значительное различие как количественного, так и качественного состава органического вещества между погребенными и современными почвами. При этом сходные результаты были получены между всеми изучаемыми курганами и между всеми современными почвами. В современных почвах количество органического вещества колеблется в пределах 2,0-2,4 % в дернинном горизонте, снижается в среднем вдвое в иллювиальном горизонте и к породе до 0,21 %. Содержание негидролизуемого остатка в среднем в 1,5-2,0 раза ниже общего количества гумусовых кислот. Гумус носит фульватный характер в верхней части почвы, в дерновом и элювиальном горизонте. Наиболее низкое соотношение гуминовых кислот к фульвокислотам в дерновом горизонте. Так, в погребенных почвах кургана 1 стоянки «Шарахалсун» ГК:ФК=0,3, а «Дамбы-Калаус-2» - 0,2. В горизонте В фульватный характер гумуса резко меняется на гумат-ный и соотношение ГК:ФК увеличивается в 4-5 раз. Это соотношение сохраняется к породе. В погребенных почвах наблюдается совсем иная картина.
В настоящий момент мы не можем с точностью говорить о том, каково было общее содержание гумуса и его групповой состав к моменту погребения. Можем, однако, предположить, что на исходной почвообразующей породе и в условиях более влажного климата значительных отличий от современного гумусного состояния погребенные почвы не имели. За почти 5-тысячелетний период погребения, содержание гумуса снизилось на порядок в погребенных почвах кургана 1 стоянки «Шарахалсун» и в 7 раз в погребенных почвах кургана «Дамба-Калаус-2» в верхнем горизонте. Вниз по профилю содержание гумуса падает до значений 0,04 % и 0,06 % изучаемых погребенных почв. Это в несколько раз меньше, чем содержится гумуса в почвообразующих породах современных почв. Зная единый генезис лессовидных суглинков, можно предположить, что повышенное содержание органического вещества в современных почвообразующих породах является не реликтовым, а приобретенным признаком. В отличие от современных, гумус погребенных почв, носит гуматный характер, причем по всему профилю. В кургане 1 стоянки «Шарахалсун» соотношение ГК:ФК = 1,0 в горизонте А и увеличивается до 1,5 в горизонте С. Если предположить, что качество органического материала в момент погребения почв было аналогично современному, то становится ясным, что наиболее трансформируемыми из гумусовых кислот оказались фульвокислоты. Если содержание гуминовых кислот снизилось в верхнем горизонте погребенных почв в 6 раз в кургане 1 «Шарахалсун» и в 2,2 раза кургана «Дамба-Калаус-2», то содержание фульвокислот снизилось в 20,5 и 15,1 раза соответственно. По признанию многих почвоведов, так называемый негидролизуемый остаток является инертной и наиболее стабильной частью гумуса. В наших исследованиях мы не нашли подтверждение этому предположению. Так, содержание гумина в погребенных почвах, по сравнению с современными, ниже в 8,3 раза кургана 1 «Шарахалсун» и в 4,6 раза «Дамбы-Калаус-2». Вниз по профилю происходит снижение в содержании не только общего гумуса, но и всех его компонентов. По результатам наших исследований налицо резкое снижение содержания гумуса за период погребения. Можно предположить, что в почвах, продолживших свой эволюционный путь, гумус более стабилен, чем в погребенных. Возможно это происходит в следствие постоянного обновления его периферийной части за счет новых порций разложившегося органического вещества. В погребенных почвах нет прихода и баланс органического вещества резко отрицательный. При низких температурах (6-8 С) минерализация его все равно идет, хотя и очень медленно. Правдивость такого предположения мы можем обнаружить, исследуя состав элементов минерального питания, и особенно азота. Определенный интерес кроме содержания азота представляет ещё и содержание фосфора и калия (табл. 6). Содержание основных элементов питания изучали не только в верхнем горизонте, но и по всему профилю. Результаты исследований были несколько неожиданными. При исследовании содержания различных форм азота выявлено, что количество аммонийной формы довольно незначительно. Так, в курганах стоянки «Шарахалсун» его всего 0,08 мг/кг почвы и одинаково по профилю. В современных почвах в весенний период его содержание около 2 мг/кг, снижается по профилю и уже отсутствует в иллювиальном, переходном горизонте и в породе. Содержание нитратного азота в погребенных почвах оказалось очень высоким, при значительной вариабельности между ними. В курганах 1 и 2 стоянки «Шарахалсун» результаты по NO3 сходны между собой. В верхнем горизонте нитратов 105,4 мг/кг и увеличиваются в средней части профиля, в иллювиальном горизонте до значений более 200 мг/кг почвы, имея тенденцию снижения к породе до 125,6 мг/кг в кургане 1 и до 124,0 мг/кг в кургане 2. В кургане 3 стоянки «Шарахалсун» с поверхности нитратного азота в 3 раза больше, чем в первых двух курганах этой гряды. Вниз по профилю прослеживается закономерное снижение в содержании более чем в 2 раза. Однако, надо отметить, что далее в породе нитратов до 150 мг/кг. В современных почвах не было отмечено различий между исследуемыми разрезами. Самое высокое содержание нитратов в дернинном горизонте и составляет около 30 мг/кг; вниз по профилю идёт снижение в изучаемом показателе до 0,5 мг/кг почвы, - что почти в 250 раз меньше , чем в породе погребенных почв.
Выявленные различия в погребенных и современных почвах требуют серьезной проработки и научного обоснования. Ни одни почвы на современном этапе почвообразования не имеют таких запасов растворимых форм азота по профилю. Если сопоставить эти данные с содержанием органического вещества, то картина начинает проясняться. Как было приведено выше, содержание гумуса в погребенных почвах на порядок ниже, чем в современных. Следовательно, в условиях медленной минерализации органического материала в погребенных почвах, высвобождающийся азот имел способность аккумулироваться. Это вызвано тем, что в захороненных под многометровой толщей грунта почвах, нет потребителя, которым являются растения. Если нет потребителя, - нет и выноса этого элемента. Тем не менее, почти за 5-тысячелетний период, высвобожденный азот мог распространяться по профилю. Косвенно можно судить о том, что травостой середины голоцена был богатым и включал злаковые и бобовые травосмеси. Это согласуется с данными, полученными палеоботаниками, о чем было сказано в главе 3.6. Такое количество азота может свидетельствовать и о том, что погребенные почвы имели больше органического материала, чем современные. Если применить самые простые расчеты, то 2 % органического вещества не могут дать такого количества азота. Аналогичные данные по курганам стоянки «Шарахалсун» были получены и по «Дамбе-Калаус-2» (табл. 7). Количество фосфора также было различным. Наименьшее его содержание было в кургане 1 стоянки «Шарахалсун» и составляло 21,2 мг/кг в горизонте А и 5,3 мг/кг в породе. В кургане 2 содержание этого элемента питания почти в 2 раза выше по профилю, в кургане 3 -содержание подвижного фосфора является наибольшим. Примечательно, что его количество по профилю снижается, но довольно незначительно и в породе погребенных почв кургана 3 стоянки «Шарахалсун» его 26,6 мг/кг.
