Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие представлений о структуре и механизмах её образования 11
1.1. Определение понятия структуры 11
1.2. Механизмы структурообразования
1.3. Водоусточивость структуры 22
Глава 2. Объекты и методы исследований 28
2.1. Краткая физико-географическая характеристика района
исследований 28
2.1.1. Климат 28
2.1.2. Геологическое строение и рельеф 29
2.1.3. Гидрография 31
2.1.4. Растительность 31
2.1.5. Почвы
2.2. Динамика климата за историческое время 33
2.3. Краткая характеристика курганных комплексов разного времени возникновения
2.3.1. Курганная группа «Саломатино» 38
2.3.2. Курганный могильник «Перегрузное» 38
2.3.3. Оборонительный вал «Анны Иоанновны» 41
2.4. Методы исследований 42
2.4.1. Почвенно-археологический метод изучения палеопочв 42
2.4.2. Химико-аналитические и физические методы изучения почв 45
2.5. Методы изучения почвенной структуры 45
Глава 3. Морфологические характеристики, гранулометрический состав и химические свойства погребенных и современных каштановых почв сухостепной зоны Нижнего Поволжья в позднем голоцене 47
3.1. Палеопочва погребенная 3500 лет назад 47
3.2. Палеопочвы погребенные 2000 лет назад 53
3.3. Палеопочва погребенная 1700 лет назад 62
3.4. Палеопочва погребенная 700 лет назад 68
3.5. Палеопочва погребенная 300 лет назад 72
3.6. Закономерности изменчивости морфологических, физических и химических свойств каштановых почв за 3500 лет 79
Глава 4. Структурное состояние каштановых почв сухих степей 85
4.1. Развитие структуры каштановых почв сухих степей Приволжской возвышенности на протяжении последних 3500 лет (курганный могильник «Саломатино») 85
4.1.1. Макрогрегатный состав разновозрастных каштановых почв и его изменения в связи с динамикой климата 86
4.1.2. Содержание органического углерода в воздушно сухих агрегатах почв хроноряда 92
4.1.3. Водоустойчивость структуры каштановых почв хроноряда 96
4.1.4. Содержание органического углерода в водопрочных агрегатах... 98
4.1.5. Оценка структурного состояния каштановых почв хроноряда 101
4.2. Структурное состояние современных и погребенных 2000 л.н.почв сухих степей Ергенинской возвышенности (курганный могильник «Перегрузное») 103
4.2.1. Макроагрегатный состав погребенных и современных каштановых почв 103
4.2.2. Содержание органического углерода и состав гумуса в воздушно-сухих агрегатах и масштабы минерализации органического вещества в диагенезе 107
4.2.3. Водоустойчивость структуры 109
4.2.4. Содержание органического углерода в водопрочных агрегатах и его потери в диагенезе 110
4.2.5. Оценка структурного состояния каштановых почв, погребенных 2000 лет назад 112
4.3. Структурное состояние каштановых почв южной части Приволжской возвышенности, погребенных 300 лет назад под оборонительным валом «Анны Иоанновны» 113
4.3.1. Макроагрегатный состав каштановых почв при сухом просеивании 114
4.3.2. Водоустойчивость структуры 117
4.3.3. Органический углерод воздушно-сухих и водопрочных агрегатов: содержание, связь с размером частиц, состав гумуса и потери в диагенезе 119
4.3.4. Влияние мощности насыпи на сохранность структуры погребенных почв 124
Глава 5. Количественная оценка водоустойчивости агрегатной структуры погребенных каштановых почв 128
Выводы 139
Список литературы
- Механизмы структурообразования
- Краткая характеристика курганных комплексов разного времени возникновения
- Палеопочва погребенная 300 лет назад
- Содержание органического углерода и состав гумуса в воздушно-сухих агрегатах и масштабы минерализации органического вещества в диагенезе
Введение к работе
Актуальность темы
Для почвообразования специфичным, а для земледелия важнейшим
свойством является формирование структуры. Она определяет особенности
функционирования почв в биосфере, участвуя в регулировании глобальных
циклов углерода и азота, оптимизации содержания гумуса, определяет
устойчивость почв к неблагоприятным воздействиям и их плодородие.
Уникальными природными моделями для изучения естественных процессов
эволюционного развития структуры почв в связи с климатической изменчивостью
в позднем голоцене являются погребенные почвы разновозрастных
археологических памятников. Их исследование имеет особую актуальность, так как позволяет определить степень сохранности структуры при резкой смене условий функционирования почв после погребения, пределы ее устойчивости в зависимости от длительности погребения, а также расширить перечень почвенных характеристик для возможного использования при реконструкции условий формирования почв.
Степень разработанности темы
В последние десятилетия, благодаря многочисленным исследованиям
погребенных почв и сохранности во времени их специфичности
(Александровский, 1983; Губин, 1984; Иванов, 1984, 1992; Демкин, 1987, 1992, 1994, 1995, 2002; Дергачева, 1997, Алексеев, 2000, 2004; Борисов 2006; Хохлова, 2000; Демкина и др., 2000, 2010; Татьянченко, 2013 и др.), были достигнуты значительные успехи в реконструкции биоклиматических условий формирования палеопочв, анализе и оценке направления их эволюционных изменений.
Однако до сих пор материалы о сохранности почвенной структуры после
погребения и ее устойчивости в погребенном состоянии на протяжении
тысячелетий встречаются редко. В тоже время, обилие разновременных
археологических объектов (курганных насыпей) с погребенными под ними
почвами, сформированными в довольно однородной биоклиматической
обстановке Волго-Донского междуречья на территории Волгоградской области, способствовало изучению закономерностей эволюционного развития структуры почв, изменчивости почвенной структуры в процессе многовековой её эволюции и устойчивости в диагенезе. Особую актуальность эти исследования приобретают из-за возможности прогнозировать изменение структуры почв в связи с варьирующими условиями природной среды при глобальном изменении климата.
Целью исследования являлось определение закономерностей развития структуры каштановых почв в сухостепной зоне Нижнего Поволжья в позднем голоцене, ее сохранности и пределах устойчивости в зависимости от длительности погребения.
Задачи исследования:
-
изучить изменение свойств погребенных почв в процессе их природной эволюции в связи с изменяющимися условиями почвообразования за последние 4000 лет;
-
определить сохранность и особенности трансформации структуры разновременно погребенных палеопочв, оценить её устойчивость в связи с
длительностью погребения и информативность основных характеристик структуры для реконструкции условий формирования изученных почв;
-
исследовать закономерности изменения водоустойчивости структуры палеопочв в зависимости от длительности погребения;
-
определить содержание и состав гумуса агрегатов для оценки их устойчивости.
Научная новизна
В работе впервые установлена сохранность структурно-агрегатного состава погребенных каштановых почв вне зависимости от длительности погребения на протяжении последних 3500 лет. На структурно-групповом уровне показана ритмичность и эволюционная направленность развития структуры почв в связи с динамикой условий почвообразования в регионе.
Проведена оценка разрушения водоустойчивости структуры при
функционировании почв в погребенном состоянии, вызванная дегумификацией в процессе диагенеза.
Теоретическая и практическая значимость
Выявленные особенности структурного состава и состояния почв,
погребенных на разных временных отрезках, а также их гумусного состояния
позволяют использовать полученные материалы для прогнозирования изменения
устойчивости структуры почв в меняющейся среде наряду с традиционными
морфолого-химическими, гумусовыми характеристиками, магнитными
параметрами почв. Они могут использоваться так же для уточнения прогнозов изменения условий среды. Полученные данные могу применяться в учебном процессе в ВУЗах соответствующего профиля.
Методология и методы диссертационного исследования
В работе использованы методические подходы, разработанные ведущими
специалистами в области почвоведения и археологии. Сбор материала и отбор
образцов погребенных и современных почв проводился согласно
рекомендованным методикам. Оценка физико-химических и структурных характеристик исследуемых почв проводилась по принятым ГОСТам. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных для выявления взаимосвязей между почвенными характеристиками была проведена с помощью программ STATISTICA 6 и Microsoft Excel.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
структура погребенных почв под курганными насыпями и валом вне зависимости от длительности погребения сохраняется;
-
структурно-групповые характеристики, определяемые условиями почвообразования в процессе природной эволюции, на протяжении последних 4000 лет изменялись в зависимости от колебаний увлажненности климата, показывая их информационную значимость для реконструкции условий палеосреды;
-
снижение водоустойчивости структуры погребенных почв, связанное с минерализацией органического углерода в диагенезе, замедляется с длительностью погребения;
-
функциональная связь между водоустойчивостью структуры погребенных почв,
и содержанием, и составом гумуса сохраняется на протяжении тысячелетий.
Степень достоверности
Полученные результаты статистически обработаны. Данные обработаны методом вариационной статистики. Все выводы достоверны. Принятый уровень вероятности Р=0.95.
Апробация работы
Материалы исследования по теме диссертации докладывались и
обсуждались на семинарах лаборатории археологического почвоведения и Ученом
совете ИФХиБПП РАН (2006, 2009, 2012, 2015). Основные положения работы
представлялись на Всероссийской конференции «Докучаевские молодежные
чтения» (Санкт-Петербург, 2006); Международной конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2006» (Москва, 2006);
Международном научном семинаре «Проблемы древнего земледелия и эволюции
почв в лесных и степных ландшафтах Европы» (Белгород, 2006); Международной
научно-практической конференции «Экология Биосистем: Проблемы изучения,
индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007); Юбилейной конференции
ИФХиБПП РАН (Пущино, 2010); VI Съезде общества почвоведов им. В.В.
Докучаева. (Петрозаводск, 2012); 4-ой молодежной конференции «Природные и
природно-антропогенные геосистемы: мировой и региональный опыт
исследований» (Курск, 2012); VI международном симпозиуме «Степи Северной
Евразии» (Оренбург, 2012); 17-ой международной Пущинской школе-
конференции молодых ученых «Биология – Наука XXI века» (Пущино, 2013); II
Ковалевских молодежных чтениях «Почва как базовый компонент наземных
экосистем» (Новосибирск, 2013); 10-м сборнике научных трудов «Археология
Восточно-Европейской степи» (Саратов, 2013); Всероссийской научной
конференции по археологическому почвоведению, посвященной памяти проф. В.А. Дёмкина (Пущино, 2014); 8-ой международной молодежной школе-конференции «Меридиан» (Курск, 2015).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ (Бухонов, 2006; Бухонов, Борисов, 2006; Бухонов, Золотарёва, Борисов, Демкин, 2006; Бухонов, Золотарёва, Демкин, 2007; Бухонов, 2010; Бухонов, Гугалинская, Овчинников, Попов, Вагапов, Кондрашин, Рапацкая, Алифанов, 2011; Бухонов, Демкин, Золотарёва, Демкина, Пампура, Пробст, Хомутова, Ельцов, Алексеев, Каширская, 2011; Бухонов, Демкин, 2012; Бухонов, Борисов, Коробов, Симакова, Занина, Демидов, 2012; Бухонов, Золотарёва, Демкин, 2012; Бухонов, Демкин, 2012; Бухонов, Золотарёва, Демкин, 2012; Бухонов, 2013; Бухонов, 2013; Бухонов, Борисов, Гак, Плеханова, 2013; Бухонов, Золотарёва, Демкин, 2014; Бухонов, Золотарёва, 2015).
Структура и объем работы
Механизмы структурообразования
Практиками земледелия давно замечено, что большинство физических свойств почвы зависит от характера и состава почвенной структуры, поэтому вопросы генезиса и эволюции почвенной структуры всегда привлекали внимание агрономов и почвоведов. Известно, что почва – четырехфазная система, и в структурообразовании принимают участие все фазы: твердая, жидкая, газообразная и живая. Впервые о структуре почв как обособленном свойстве почвенного профиля упоминается в работах И.М. Комова (1789). По его мнению, лучшей почвой считается чернозем, так как он структурен и богат органическим веществом. В его работах подробно описываются практически все физические свойства почвы (воздушные, водные, тепловые), связанные со структурой. Продолжение работ И.М. Комова получило своё дальнейшее развитие в трудах Thaer (1806), М.Г Павлова (1837), Я.А. Линовского (1846), П.А. Костыче-ва (1940), В.В. Докучаева (1899, 1901).
В вышеизложенных трудах практически все ученые сходятся в едином мнении о важности структуры почвы для её плодородия, но единого мнения о механизмах и основах процессов структурообразования достигнуто ими так и не было. В это время на большинстве опытных станций предпринимаются первые попытки изучения почвенной структуры в ненарушенном состоянии, а так же изучение водного и теплового режимов почв. Большой вклад в понимание роли структуры в плодородии и функционировании почв внес П.А. Костычев. Несмотря на отсутствие на тот момент развитого учения о почвенном поглощающем комплексе, он, опираясь на труды Шлезингера, Вольни и др., а так же на собственные исследования, создал довольно стройную концепцию формирования структуры почв. П.А. Костычев в своих работах строго обосновал роль органического вещества и катиона кальция в формировании структуры и её качестве, разделил структуру почв на водопрочную и не устойчивую к увлажнению.
Главную роль в формировании водопрочной структуры П.А. Костычев приписывал органическому веществу, но при этом указывал, что гумусовые вещества могут только один раз прочно цементировать структуру. Он подробно описал два возможных процесса структурообразования. Первый заключается во взаимном осаждении коллоидов, второй проходит под действием электролитов, в результате чего происходит свертывание коллоидальной части почвы. На эти заключения впоследствии неоднократно ссылались В.Р. Вильямс и К.К. Гедройц.
По мнению П.А. Костычева, наиболее ценной в агрономическом плане считается комковато-зернистая структура, которая создает благоприятные водные, воздушные и тепловые свойства пахотного слоя почвы.
Основываясь на научных достижениях В.В. Докучаева и П.А. Костыче-ва, В.Р. Вильямc создал теорию формирования, восстановления и поддержания почвенного плодородия. В своей теории В.Р. Вильямс описывал развитие почвы из материнской (бесплодной) породы под воздействием сложной цепи физико-химических процессов и процессов жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Структурность почвы, по его мнению, создается корнями растений многолетних трав. Формирование водопрочной структуры связано, в первую очередь, с гуминовыми и ульминовыми кислотами, образующимися при разложении органических остатков аэробными бактериями, а в особенности гуматами кальция, которые придают структуре почвенных агрегатов определенную механическую прочность. Ввиду того, что данные соединения денатурируют в воде, они придают агрегатам, сформированным под их воздействием, водопрочность, но денатурация этих соединений необратима. Этот факт был подтвержден опытным путем в работах А.Н. Сабанина (1909), где описана значительная роль живых и «мертвых» органических факторов в образовании структуры. Следовательно, такая структура, будучи разрушенной, не будет воссоздана вновь без поступления све-жеосажденного органического материала. Основой почвенного плодородия является прочная мелкокомковатая структура, в которой одновременно присутствуют вода, воздух и обеспечивается благоприятный тепловой режим. Прочность, цементация мелких комков перегноем в агрегаты получается в результате взаимосвязанных, диаметрально противоположных микробиологических процессов, происходящих в почве, а именно – аэробного, идущего при свободном доступе кислорода воздуха, и анаэробного, идущего при за-14 медленном доступе кислорода воздуха. В.Р. Вильямс (1947) обратил внимание на то, что для образования прочной структуры необходимо наличие разных коллоидов, а не только органического вещества.
Коагуляционная или коллоидно-химическая концепция структурообра-зования получила мощное развитие в работах К.К. Гедройца, а также дальнейшее признание и широкое распространение. Исследуя почвенный поглощающий комплекс (ППК) и обменную способность почв, К.К. Гедройц выступает создателем нового направления в развитии почвоведения. Особую группу работ К.К. Гедройца составляют исследования, связанные с выяснением значения ППК и состава обменных катионов в создании почвенного плодородия. Согласно его выводам, кальций играет главную роль среди обменных катионов в ППК, так как от степени насыщенности последнего кальцием зависят водный, воздушный и микробиологический режимы почв. Кроме того, под влиянием кальция ППК становится более устойчивым и меньше поддается разрушительному действию почвенной воды. Согласно представлениям автора, под коагуляцией понимается укрупнение частиц в результате их склеивания под действием молекулярных сил на поверхности ЭПЧ. Основной причиной сближения частиц в коллоидных растворах является броуновское движение. Также частицы могут коагулировать и не в растворах, а благодаря разным по знаку зарядам их поверхности (Гедройц, 1955).
Краткая характеристика курганных комплексов разного времени возникновения
Чаще всего курганы (фото 2.1..) представляют собой грунтовые насыпи, сооруженные над могильной ямой и имеющие в настоящее время полу-35 сферическую форму. Для большинства народов, населявших степную зону в эпохи бронзы и раннего железа, курганы зачастую являются единственными дошедшими до нашего времени памятниками культуры той эпохи. Высота насыпей может варьировать от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров, диаметр курганных насыпей может варьировать от 5-7 до нескольких сотен метров. Как правило, насыпной материал представляет собой смесь верхних почвенных горизонтов с включениями почвообразую-щей породы. Для внутреннего строения курганов может быть характерно наличие «обваловки» вокруг могильной ямы, перекрытой слоем почвообра-зующей породы или дернины.
Полнота и достоверность современного изучения памятников часто ограничены их нарушением в результате естественных и антропогенных процессов. На протяжении многих сотен лет курганы подвергались воздействию различных экзогенных факторов (денудация, атмосферные осадки), происходила усадка и уплотнение насыпи, переработка её верхней части почвообразованием. Зачастую памятники бывают нарушены грабительскими лазами, более поздними погребениями, геодезическими и землеустроительными работами, что затрудняет, а в отдельных случаях, даже исключает возможность установления их культурной и хронологической принадлежности. Весьма заметное отрицательное влияние оказывает распашка и различные виды мелиоративных работ. Тем не менее, палеопочвенный анализ позволяет решать возникшие проблемы в практике полевых археологических исследований (Дёмкин, 1997).
Обычай насыпать курганы прослеживается вплоть до эпохи раннего и развитого средневековья. Примерно 500-600 лет назад обычай насыпать курганы исчезает, что, как утверждают исследователи, вероятнее всего, связано с исламизацией населения, проживающего в исследуемом регионе.
Единственными, кроме курганов, дошедшими до нашего времени грунтовыми памятниками эпохи позднего средневековья являются пограничные укрепленные линии. По своей сути эти линии являются частью системы обороны государственных границ. Только в период с 1700 по 1795 гг. на южных, юго-восточных и восточных границах Русского государства была создана система засечных черт, состоящая из более чем 30 укрепленных линий.
Материал для формирования оборонительного вала брался изо рва. Зачастую при строительстве фундамента вала горизонты А1+В1 перемешивались с водой для укрепления основания, если водоемы находились в доступной близости. Из-за особенностей возведения насыпи и мощности перекрытия (составляющей более 3 метров) происходит полная консервация па-леопочвы. Такого рода памятники в отличие от курганов зачастую не нарушены хозяйственной деятельностью человека по причине нахождения их под охраной государства. По историческим документам мы имеем возможность не только точно установить время погребения почвы до года, но и в некоторых случаях, даже установить месяц начала строительства объекта. Это позволяет при изучении палеопочв получить данные об их составе и свойствах с высокой степенью достоверности.
В настоящей работе исследованы палеопочвы Волгоградской области: участок оборонительного вала «Анны Иоанновны», «Перегрузное» - Ерге-нинская возвышенность и «Саломатино» - Приволжская возвышенность.
Курганный могильник расположен в 5км к северу от с. Саломатино Камышинского района Волгоградской области. Он находится в краевой плоской части водораздела междуречья рек Бол. Казанка и Ольховка на правом берегу р. Иловли. Территория имеет слабый уклон к долине р. Иловли с падением высот примерно 5м на 1км. Абсолютные отметки поверхности 170-175м. Участок целинный. В растительном покрове доминируют разнотравно-типчаково-ковыльная и полынно-типчаковая ассоциации с проективным покрытием 90 и 50% соответственно. Почвенный покров комплексный. На водоразделах, склонах и высоких надпойменных речных террасах доминируют каштановые почвы в сочетании с солонцами и лугово-каштановыми почвами. Каштановые почвы имеют различную степень засоленности и солонцевато-сти. До глубины 2м территория сложена двучленными отложениями: с поверхности до 50-60см залегают покровные лессовидные опесчаненные суглинки, подстилаемые делювиальными ожелезненными оглеенными супес-чано-суглинистыми отложениями с включениями гальки, щебня.
Изучено три кургана, время сооружения которых было определено методами археологического датирования. Исследованы подкурганные каштановые палеопочвы, погребенные в эпохи бронзы (3500 л.н.), раннего железа (1700 л.н.) и средневековья (700 л.н.). Отличительной особенностью данного курганного комплекса является то, что на одном участке обнаружены и исследованы разновозрастные каштановые палеопочвы. Курганный комплекс расположен в ареале современных каштановых почв и солонцов. Это обстоятельство позволило изучить педохроноряд, представленный разновозрастными каштановыми почвами.
Курганная группа находится у с. Перегрузное Октябрьского района Волгоградской области на плоской вершине межбалочного водораздела в северной части Ергенинской возвышенности. Время сооружения курганной группы по археологическим данным относится к среднесарматской эпохе (2100-1900 л.н.). В геоморфологическом отношении территория представляет собой западный склон Северных Ергеней, полого спускающийся к долине Дона. Абсолютные высоты около 90м. Грунтовые воды залегают на глубине более 10м. К особенностям района исследования относятся: сильная расчлененность рельефа с относительно хорошими условиями дренированности, почвенно-растительный покров комплексный, почвообразующие породы представлены карбонатными засоленными лессовидными суглинками. Могильник расположен на плоской вершине межбалочного водораздела с абсолютными высотами около 90м. Насыпью кургана на значительной площади перекрыт древний комплексный почвенный покров, представленный мелкими и средними палеосолонцами, каштановыми солонцеватыми и несолонцеватыми и луговато-каштановыми палеопочвами. Памятник раскапывался вручную по квадратам размером 4х4м. Для исследуемого участка площадью 700м2 был составлен топоплан и палеопочвенная карта (рис. 2.2.Б). По профилю всех курганных бровок проведена нивелировка (через 0.5м) поверхности рельефа с фиксацией границ различных палеопочвенных контуров. Максимальный перепад высот в пределах исследуемого участка составляет не более 25см. Микрорельеф практически не выражен. Для поверхности характерно наличие форм нанорельефа в виде мелких (3-5см) западин и бугорков. Для структуры палеопочвенного покрова характерна резкая контрастность с формированием трехчленного солонцового комплекса (рис. 2.2.А) (Демкин и др., 2012).
Палеопочва погребенная 300 лет назад
Курган расположен вблизи с. Перегрузное Волгоградской области на плоской вершине межбалочного водораздела с абсолютными высотами около 90м. К особенностям района исследования относятся: сильная расчлененность рельефа с относительно хорошими условиями дренированности, почвенно-растительный покров комплексный, почвообразующие породы представлены карбонатными засоленными лессовидными суглинками.
По археологическим данным определено время сооружения археологического памятника 2000 лет назад. Почвы, погребенные под курганной насыпью, после детального исследования диагностированы как каштановая солонцеватая, глубоко солончаковатая (Разрез Д-778) и каштановая несолонцеватая, глубокосолончаковатая (Разрез Д-779). Мощность насыпи в месте заложения разрезов составляет более 90см, что обеспечило высокую степень сохранности палеопочв.
Они характеризуются близкими морфологическими и химическими свойствами. Палеопочвы разрезов Д-778 и Д-779 имеют следующее морфологическое строение профиля: гор. А1 (0-13) и (0-10) см - легкосуглинистый, плитчато-порошистый. Белесо-серый, сухой, уплотнен, белесый налет по корням растений. Нижняя граница ровная, переход резкий по цвету и структуре; гор. В1 (13-27) и (10-28) см - среднесуглинистый, мелкопризматический. Коричневато-бурый, влажноват, плотный, грани структурных агрегатов отмыты, встречаются пятна и потеки оксидов марганца. Нижняя граница ровная, переход ясный по цвету и структуре; гор. В2Са (27-40) и (28-43) см - среднесуглинистый, призмовидный. Коричнево-желто-бурый, плотный, влажный, при подсыхании появляется обильная карбонатная пропитка. Нижняя граница ровная, переход заметный по структуре и формам образования карбонатов; гор. ВССа (40-79) и (43-78) см - среднесуглинистый, ореховатый. Желто-бурый, плотный, влажный, при подсыхании проявляется карбонатная пропитка, местами редкая слабооформленная белоглазка, встречаются отдельные вкрапления и прожилки солей. Нижняя граница ровная, переход заметный по структуре и количеству карбонатов; гор. С (79-130) и (78-138) см - среднесуглинистый, глыбистый. Желто-бурый, плотный, влажный. Нижняя граница ровная, переход заметный по появлению гипса; гор. СG,S (130-165) и (138-163) см - среднесуглинистый, глыбистый. Желто-бурый, плотный, влажный, новообразования гипса в виде обильных скоплений кристаллов неправильной формы, присутствуют прожилки и вкрапления солей.
В целом, мощность гумусового слоя (А1+В1) исследованных почв небольшая, и колеблется около 28 см. Вскипание отмечается в нижней части гор. В1 с глубины 28 см. Реакция среды слабощелочная при колебаниях величины рН в гумусовом слое (А1+В1) от 7.0 до 8.2 в горизонте С обеих погребенных почв. Аналитический максимум содержания карбонатов приурочен к горизонту В2Са и составляет 20.5±1.7%. Аналитический максимум содержания ЛРС (1%) отмечен в обеих палеопочвах в горизонте СG,S. В том же горизонте аналитический максимум содержания гипса составляет 2.47±0.35%.
Современные каштановые почвы представлены каштановой несолонцеватой незасоленной (Разрез Д-772) и каштановой солонцеватой глубокосо-56 лончаковатой (Разрез Д-770) и характеризуются близкими с погребенными каштановыми почвами морфологическими и химическими свойствами. Почвы разрезов Д-770 и Д-772 имеют следующее морфологическое строение профиля: гор. А1 (0-12) и (0-12) см - легкосуглинистый, плитчато-порошистый. Светло-серый, свежий, слабо уплотнен. Нижняя граница ровная, переход резкий по цвету и структуре; гор. В1 (12-31) и (12-33) см - среднесуглинистый, ореховато-призмовидный. Светло-бурый, влажноват, плотный, грани структурных агрегатов отмыты. Нижняя граница ровная, переход резкий по цвету, структуре, наличию новообразований карбонатов; гор. В2Са (31-40) и (33-47) см - среднесуглинистый, призмовидный. Белесо-желто-бурый, плотнее предыдущего, свежий, карбонаты в виде пропитки и пятен. Нижняя граница ровная, переход заметный по структуре и формам карбонатов; гор. ВССа (40-74) и (47-79) см - среднесуглинистый, глыбисто-ореховатый. Белесо-желто-бурый, плотный, влажный, карбонаты в виде пропитки и хорошо оформленной белоглазки диаметром до 1,5см. Нижняя граница ровная, переход ясный по количеству карбонатов; гор. С (74-139) и (79-140) см - среднесуглинистый, глыбистый. Желто-бурый, очень плотный, влажный. Нижняя граница ровная, переход резкий по количеству солей и гипса; гор. СG,S (139-165) и (140-160) см - среднесуглинистый, глыбистый. Желто-бурый, плотный, свежий, новообразования солей встречаются в основном в верхних 20 см в виде белых ярких прожилок, совмещены с новообразованиями гипса которые встречаются по всему профилю и представлены горизонтальными скоплениями кристаллов.
Содержание органического углерода и состав гумуса в воздушно-сухих агрегатах и масштабы минерализации органического вещества в диагенезе
Формирование этой группы агрегатов исследователи связывают преимущественно с почвенным органическим веществом - корнями растений, гифами грибов и т.д., а также, лабильными формами гумусовых соединений (Медведев,1994, Булыгин, Лисецкий,1996, Когут, 2012).
Содержание группы агрегатов размером 2-0.5мм за последние 3500 лет почти линейно увеличивалось, отражая направленную эволюцию структуры в процессе почвообразования. После наиболее засушливого аридного периода почвообразования 2-3 вв .н.э. ( 1700 л.н.) образование этой группы агрегатов стало заметно возрастать, а содержание доминировать среди групп агрегатов других размеров. Формирование этой группы агрегатов очевидно связано с увеличением доли гуминовых кислот в составе гумуса почв и определяется органо-глинистыми взаимодействиями на дисперсных компонентах почв с последующим сцеплением образовавшихся частиц друг с другом и укрупнением их размеров. Причем, агрегаты этой группы, как показали дальнейшие исследования, являются наиболее водоустойчивыми. Их водо-прочность в 7-10 раз больше, чем агрегатов 2мм. То есть, векторы образования механически и водоустойчивой на протяжении изучаемого периода времени группы агрегатов 2-0.5мм и гумификации органического вещества в хроноряду изучаемых почв совпадают. За 3500 лет почвообразования в гумусово-аккумулятивном горизонте их доля возросла в 1.5 раза.
Доля зернистых частиц, 0.5-0.25мм, практически постоянна в эволюционном ряду, за исключением почвы, формирование которой пришлось на эпоху средневекового климатического оптимума 700 л.н. Анализ данных показывает, что увеличение их доли в агрегатном составе почвы в этот период связано с распадом крупно-комковатых и глыбистых отдельностей при повышенной увлажненности климата, а частицы 0.5-0.25мм можно рассматривать как «структурообразующий резерв».
Агрегированность иллювиальных горизонтов почв хроноряда незначительно больше чем гумусового, её величина колеблется в пределах 48-75%. Интересно, что изменение агрегированности в погребенных почвах хроноря-да подобно в гор. А1 и В2Са , в обоих случаях ее величина минимальна в почве, формировавшейся в аридных климатических условиях 1700 лет назад. В гор. В1 изменение агрегированности в хроноряду почв имеет несколько иной вид. Ее величина максимальна в гор. В1 почв, погребенных 1700 и 700 лет назад. В обоих случаях это связано с гранулометрическим составом. Дело в том, что содержание глинистых частиц в гор. В1 палеопочв, погребенных 1700 и 700 лет назад, на 10% больше, чем в почве, погребенной 3500 л.н. и современном аналоге. Участие высокодисперсных частиц в процессах агрегации давно показано и обсуждается исследователями (Антипов-Каратаев, 1948; Медведев, 1994; Хан, 2009 и др). Изучаемые каштановые почвы обладают достаточно высокой глыби-стостью (сумма агрегатов 10мм), по величине которой в гор.А1 совокупность каштановых почв распадается на две группы: современные и поздне-сарматские (1700 л.н.) с глыбистостью 20-25% и почвы срубного времени (3500 л.н.) и золотоордынские (700 л.н.), развивавшиеся в более гумидных условиях, с меньшим содержанием глыбистых отдельностей,10-12%.
Взаимосвязь между агрегатным составом и условиями почвообразования выражается отчетливее динамикой отношения содержания фракции агрегированных частиц к глыбистой фракции, А/Г, и коэффициента структурности. В почвах, погребенных в гумидные эпохи, А/Г равно 5-6, в почвах, погребенных в засушливые эпохи, и настоящее время оно равно 2-3. Изменение величины отношения, А/Г, в гумусовом горизонте исследуемых почв коррелирует с динамикой СИ и Кстр. Коэффициент корреляции равен -0.976 и 0.935 соответственно.
Величина Кстр изменяется в гумусовом горизонте почв хроноряда от 0.86 до 1.41 и колебания его значений осциллируют с условиями почвообразования. В гумидные эпохи почвообразования, 3500 и 700 л.н., увеличивается агрегированность структуры, влияющая на Кстр, повышается его величина. В палеопочвах, формирующихся в засушливых условиях, 1700 л.н. и современность, коэффициент структурности заметно уменьшается.
Диспергированность или распыленность (частицы размером 0.25мм) гумусово-аккумулятивного горизонта почв хроноряда высокая, практически мало изменялась в течение 3500 лет и равна 29±2.6%. Она снижается в иллювиальной части профилей до 8-22% в гор.В1 и 13-39% в гор. В2Са, где еще достаточно органического вещества для агрегации глинистых частиц и увеличивается содержание карбонатов, также способствующих коагуляции и «цементации» дисперсных частиц. Распыленность иллювиальных горизонтов почв уменьшается в эволюционном ряду, существеннее, в 2-3 раза, как следует из представленных данных, в современных почвах. Средневзвешенный диаметр воздушно-сухих частиц (комковатость) современной каштановой почвы и палеопочв срубного (3500 л.н.) и поздне-сарматского (1700 л.н.) времени одинаков и равен 3.07±0.035мм. В золотоор-дынской (700 л.н.) палеопочве комковатость значительно меньше - 2.34мм. Это отвечает наиболее благоприятным климатическим условиям для гумусо-и структуробразования, имевшим место в золотоордынское время. Средневзвешенный диаметр воздушно-сухих агрегатов в гор. В1 за все время почвообразования на протяжении 3500 лет мало изменялся и равен 4.22 ± 0.2мм.