Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления об агрогенной трансформации почв и ландшафтов в лесостепной и степной зонах
1.1. Особенности агрогенной трансформации почв и ландшафтов при разной длительности аграрного освоения 11
1.2. Особенности агропедогенеза в лесостепи и степи 21
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 31
2.1. Объекты исследования 31
2.1.1. Хотмыжский полигон исследования агрогенных изменений лесостепных почв 34
2.1.2. Ольвийский полигон исследования агрогенных изменений почв сухостепной зоны 36
2.1.3. Херсонесский полигон исследования агрогенных изменений почв предгорной лесостепной области 40
2.2. Методы исследования 44
2.2.1 Историко- и почвенно-картографические методы и пространственно-временное моделирование антропогенных трансформаций почв по данным ДЗЗ и средствами ГИС-технологий 46
2.2.2 Комплексные исследования методами изучения эволюции почв .54
2.2.3 Специфические аналитические методы исследования 55
ГЛАВА 3. Исследование агрогенно преобразованных почв на основе комплексного подхода к оценке изменения их вещественного состава и учета их зональных и региональных особенностей 59
3.1, Агрогенно обусловленные изменения свойств лесостепных почв (на примере Хотмыжского полигона) 59
3.2, Агрогенно обусловленные изменения в почвах сухой степи (на примере Ольвийского полигона) 76
3.3, Агрогенно обусловленные изменения свойств почв предгорной лесостепной области (на примере Херсонесского полигона) 83
ГЛАВА 4. Обоснование системы мониторинговых показателей агрогенной трансформации дневных горизонтов почв разной длительности освоения 97
4.1. Оценка количественных связей между длительностью агрогенного использовани я почв и индикаторами агрогенных трансформаций 97
4.2. Система индикаторов агрогенной трансформации почв в целях агроэкологического мониторинга 115
Заключение 118
Библиографический список
- Особенности агропедогенеза в лесостепи и степи
- Ольвийский полигон исследования агрогенных изменений почв сухостепной зоны
- Агрогенно обусловленные изменения в почвах сухой степи (на примере Ольвийского полигона)
- Система индикаторов агрогенной трансформации почв в целях агроэкологического мониторинга
Введение к работе
Актуальность исследования. Наиболее масштабным, экологически и экономически ведущим антропогенным влиянием на ландшафты является сельскохозяйственная деятельность, изменяющая структуру земельного фонда и активизирующая разнозначимые процессы антропогенного почвообразования. Одна из приоритетных задач мониторинга земель состоит в анализе структуры земельного фонда и его трансформации. Постановлением Правительства Российской Федерации от 12 июня 2008 г. № 450 на Министерство сельского хозяйства возложены полномочия по осуществлению государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Одобренная распоряжением Правительства РФ от 30 июля 2010 г. Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения на период до 2020 г. создает предпосылки для организации эффективной системы наблюдений за параметрами плодородия почв и процессами их деградации. Первая цель государственного мониторинга земель заключается в систематическом наблюдении за состоянием и использованием полей севооборотов, рабочих участков, а также за параметрами плодородия почв и развитием процессов их деградации. По данным FAOSTAT, 28 % деградируемых почв мира приходится на нерационально используемые пахотные земли. Свойства агрогенных почв определяются комбинациями природных факторов и неспецифическими сельскохозяйственными воздействиями, природоподобными по существу, но более мощными по масштабам и скорости изменения.
Порядок государственного учета показателей состояния плодородия земель сельскохозяйственного назначения, утвержденный приказом Минсельхоза РФ от 4 мая 2010 г. №150, определяет контроль за 19 и 15 показателями с периодичностью 1 раз в 5 и 15 лет соответственно, что учитывает развитие быстротекущих и среднетекущих процессов. Согласно «Техническим указаниям по государственной кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий в субъекте РФ» (2000), количество основных показателей почвенного плодородия, учитываемых при определении совокупного балла бонитета, ограничивается тремя. Однако, при длительной истории трансформации структуры земельного фонда, сложной пространственно-временной организации почвенного покрова и долговременных сельскохозяйственных нагрузках на земельные ресурсы необходимо использовать особый набор индикаторов почвенного плодородия, отражающих как почвенно-географические, так и антропогенные различия в агроландшафтах.
Мониторинг состояния пахотного горизонта почв, подвергшихся долговременным сельскохозяйственным воздействиям, позволяет понять их современное состояние, прогнозировать развитие процессов антропогенного почвообразования и деградации почв.
Объект исследования - длительно изменяемые в результате агрогенных воздействий почвенно-земельные ресурсы в зоне лесостепи, степи и предгорной лесостепной области.
Предмет исследования - агрогенная трансформация структуры землепользовании во времени, изменение физических, химических, геохимических свойств
почв в условиях разной по длительности истории сельскохозяйственного освоения ландшафтов.
Основная цель исследования - разработать систему индикаторов агрогенеза почв для организации мониторинга почвенного плодородия при длительном освоении агроландшафтов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
-
Разработать методику и критерии моделирования пространственно-временной трансформации земель при многократной смене видов их использования для обоснования рядов агрогенных трансформаций почв.
-
Выявить диагностические индикаторы физико-химических и биогеохимических свойств для оценки диахронических агрогенных изменений почв.
-
Установить связь интенсивности пространственно-временных трансформаций почв и изменения почвенных свойств.
-
Предложить дополнения к перечню показателей состояния плодородия почв, учитываемых в рамках государственного регулирования плодородия земель сельскохозяйственного назначения и направленных на учет долговременных изменений ресурсов почвенного плодородия.
Теоретические основы исследования. Значение мониторинга земель и, в частности, почвенно-экологического мониторинга обосновали в своих работах И.П. Герасимов (1975), Б.В. Виноградов (1984), И.А. Крупеников (1985), В.А. Ковда (1988), В.Н. Жердев (1994,2000), П.С. Русинов (1999), В.В. Медведев (2002) и др.
Исследуя комплекс агрогенных изменений почвенных свойств в различных природных зонах, Ф.И. Козловский (1986, 1994), В.А. Ковда (1989), В.В. Добровольский (1999, 2008), Ф.Н. Лисецкий (1999, 2000), И.А. Крупеников (2000, 2005), Д.И. Щеглов (1999, 2000), A.M. Русанов (2000), З.П. Кирюхина, З.В. Папукевич (2004), В.Е. Приходько (2006), А.В. Смагин (2009) и др. отмечали проявление до 50 видов почвенно-деградационных процессов (Крупеников, 2008).
В ряде работ (П.Г. Адерихина (1964), Д.С. Булгакова (1985), Т.И. Евдокимовой (1999) и др.) для разных типов агропочв приводятся данные об улучшении агрохимических свойств, структуры, количества и качества гумуса под воздействием окультуривания. Во многих работах выявлены неоднозначные влияния на почвы разных сельскохозяйственных воздействий и систем земледелия (В.Д. Муха (1994), Н.А. Караваева, СИ. Жариков (1996), АЛ. Щербаков, И.И. Васенев (2000) и др.).
Главной закономерностью культурного почвообразовательного процесса В.Д. Муха (2006) считает резкое усиление микробиологической и ферментативной активности, интенсификацию процессов минерализации и трансформации органического вещества почвы, выветривания и трансформации илистой минеральной части почвы, что и приводит к противоположным результатам агрогенеза. Этим объясняется парадокс естественно-антропогенного почвообразования, что усложняет выбор и обоснование мониторинговых индикаторов агрогенных трансформаций почв, особенно, старопахотных и залежных модификаций.
Проблему поиска почвенных индикаторов, наиболее объективно отражающих агрогенные трансформации, исследовали И.А. Крупеников (1985, 2008), Н.А. Кара-
ваева и др. (1985, 1989, 2005), Б.Г. Розанов (1990), Д.И. Щеглов (1999), В.О. Тар-гульян, СВ. Горячкин (2001), Ф.И. Козловский (1991, 2003), В.Б. Азаров (2004), Е.В. Приходько (2006), И.И. Васенев (2008), ЮГ. Чендев (1997, 2008), в том числе проблему поиска индикаторов агрогенеза почв в районах традиционного и древнего земледелия разрабатывали А.Л.Александровский (1991, 2007), Ф.Н.Лисецкий (2000, 2008), МБ. Бобровский (2001), М.И. Герасимова, М.Н. Строганова, Н.В. Можарова, Т.В. Прокофьева (2003), А.А. Гольева, А.А. Малышев (2003), М.И. Дергачева (2006), М.И. Гоняный (2007) и др. Однако, еще не решена задача обоснования общих и региональных систем мониторинговых индикаторов, отражающих агрогенную трансформацию почв разного по длительности сельскохозяйственного освоения территории.
Материалы и методы исследования. В основе диссертации лежит трансзональный подход к организации научного исследования, что позволяет при сопоставлении контрастных почв найти общие и региональные индикаторы агрогенной трансформации почвенного плодородия. Полевые исследования проводили в период с 2008 по 2011 гг. на территории Белгородской области России, Николаевской области и Автономной республики Крым Украины (рис. 1). Обследованы почвы лесостепи (темно-серые, в т.ч. агротемно-серые, агротемно-серые оподзоленные, агрочерноземы глинисто-иллювиальные); степи (черноземы текстурно-карбонатные солонцеватые, в т.ч. постагрогенные, агроземы текстурно-карбонатные, турбоземы текстурно-карбонатные); лесостепной предгорной области (коричневые и агрокоричневые почвы, турбоземы карбонатные постагрогенные, карболитоземы темногумусовые постагрогенные).
полигоны исследования: Хотмыжский, 2 - Ольвийский, Херсонесский;
- граница физико-географических зон;
- граница области предгорной лесостепи;
IV - границы древнерусского государства (X в.);
V - зона смешанных лесов;
VI - лесостепная зона;
VII - степная зона;
VIII - Крымские горы
Рис. 1. Расположение полигонов исследования
Сельскохозяйственное освоение на территории ключевых участков отличается максимальной длительностью для рассматриваемых зон. Так, общая длительность агрогенных трансформаций в Центральной лесостепи составляет порядка 400 лет (Чендев, 2008), на территории Хотмыжского полигона она достигает 800-1100 лет; период нового освоения степного Побужья составляет порядка 150 лет (Материалы..., 1883), в пределах ключевого участка «Крестовый овраг» Ольвийского поли-
гона длительность античного освоения определена в 310-330 лет. Период нового освоения Гераклейского полуострова составляет 200 лет, общая продолжительность земледелия достигает 1600 лет.
В исследовании применяли следующие методы: историко-картографический, сравнительно-географический, геоинформационного анализа и моделирования, рядов антропогенных трансформаций почв и ландшафтов (Иванов, Александровский, 1984), физико-химические методы исследования почв, математико-статистической обработки. С помощью историко-картографического метода и геоинформапионных систем (БелГИС, ArcGIS) созданы пространственно-временные модели территории. В качестве исходных картографических материалов использовали архивные карты и планы, современные топографические и тематические карты, аэрокосмические снимки. Применяемый в историко-географических исследованиях диахронический подход (Жекулин, 1982) позволяет связать исторические срезы и определить общие тенденции развития географического объекта за определенное время.
Выполнены физико-химические определения по следующим видам анализов: гумус по Тюрину, групповой гумус по Кононовой-Бельчиковой, фракционно-групповой состав гумуса по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой, рН водной и солевой вытяжек, гидролитическая кислотность, обменные кальций и магний, обменный натрий, сумма поглощенных оснований по Каппену, С02 карбонатов ацидиметрическим методом, валовой азот по Кьельдалю, лабильный гумус методом М.А. Егорова, соединения фосфора по методу Мачигина в модификации ЦИНАО, подвижного фосфора и калия по Чирикову; структурно-агрегатный состав (сухое и мокрое просеивание) по Саввинову, водопрочность агрегатов по Андрианову, цвет сухой и влажной почвы - по шкале Манселла. Валовой химический состав почв определяли методом рентгенофлуоресцентных измерений по 20 аналитам (оксидам: ТЮ2, MnO, Fe203, CaO, А1203, Si02, Р205, К20, MgO и элементам: V, Сг, Со, Ni, Си, Zn, As, Sr, Pb, Rb, Na). Рассчитано 25 агрофизических, агрохимических и геохимических коэффициентов.
Коэффициент накопления микроэлементов D.M. Shaw (1964), рассчитываемый как среднее арифметическое, автором предложено вычислять по модифицированной формуле:
где Sj и Pj - содержание каждого микроэлемента (Mn, Zn, Си, Ті, Ni, Cr, V) в почве и почвообразующей породе соответственно.
Расчетная формула коэффициента элювиирования (Liu, 2009) включает основные оксиды (MnO, CaO, К20, MgO, Na20):
Кэ = Si02/(RO+R20). (2)
Стандартизацию данных и математико-статистическую обработку полученных материалов выполняли в программах MS Excel и Statistica 8.0. Многомерный разведочный анализ проводили методом иерархической классификации и
К-средних. Для установления откликов почв на агрогенные трансформации использована модель экспоненциального роста из блока нелинейного оценивания.
Достоверность результатов обусловлена взаимодополнением актуальных картографических материалов и данных дистанционного зондирования Земли, широким обеспечением каждого исследуемого почвенного образца данными физико-химических и геохимических определений (около 800), 3-5-кратной повторностью агрофизических лабораторных измерений, использованием гостированных методик определения агрохимических показателей. Определение валового химического состава почв проводили по аттестованной в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 методике измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа.
Научная новизна. Разработаны пространственно-временные модели агроген-ных трансформаций для организации мониторинга почв при многократной временной изменчивости: модель изменения распаханности территории и модель трансформации ландшафта. Впервые для оценки агрогенной трансформации почв лесостепи, степи и предгорной лесостепи разработаны региональные системы мониторинговых индикаторов почвенного плодородия.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Технология и результаты пространственно-временного моделирования и геоинформационного картографирования трансформации структуры земельного фонда, предлагаемые в качестве территориальной основы организации мониторинга земель сельскохозяйственного назначения для агроландшафтов с неоднократной сменой сельскохозяйственного использования.
-
Система индикаторов физико-химических и биогеохимических свойств для оценки диахронических агрогенных изменений почв.
-
Регистрация историко-географических этапов освоения территории и их количественное выражение через предложенную систему кодировки эколого-хозяйственных трансформаций земель. Связь интенсивности трансформации земель с индикаторами устойчивых изменений почвенных свойств в результате агрогенеза.
-
Предлагаемые дополнения к перечню показателей состояния плодородия почв, учитываемых в рамках государственного регулирования плодородия земель сельскохозяйственного назначения.
Практическая значимость и применение результатов исследования.
Материалы диссертации вошли составной частью в отчеты по следующим научным проектам: «Фундаментальные основы развития геоаналитических систем на базе научно-образовательного кластера «Геоинформатика и технологии дистанционного зондирования в естественных науках» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)»» (ГР № 01200951916, № 01201151337); «Развитие космических и геоинформационных технологий мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды для экологически ориентированного развития региональных социогеосистем» (ГР №01201252106); внутривузовский грант аспиранта
НИУ «БелГУ» - «Исследование агрогенной эволюции лесостепных почв Центрального Черноземья» (№ ВАКС-32-10).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены автором на научных и научно-практических конференциях: Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Регион-2010: общественно-географические аспекты» (15 апреля 2010 г., г. Харьков); XIX Международном научно-методическом семинаре «Картографическое обеспечение современного географического образования» (14 сентября 2010 г., г. Харьков); Всероссийской научно-практической конференции «Модели автоматизированного проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия» (15 сентября 2010 г., г. Курск); IV Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (14 октября 2010 г., г. Белгород).
Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликовано 13 научных работ, включая три в изданиях перечня ВАК Российской Федерации, общим объемом 3,83 п.л., в том числе 2,80 авторских п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованных источников из 226 наименований, из них 33 на иностранных языках. Основной текст диссертации изложен на 144 страницах машинописного текста и содержит 38 таблиц и 21 рисунок.
Глава 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АГРОГЕННОИ ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЧВ И ЛАНДШАФТОВ В ЛЕСОСТЕПНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОНАХ
1.1 Особенности агрогенной трансформации почв и ландшафтов при разной дли
тельности аграрного освоения
1.2 Особенности агропедогенеза в лесостепи и степи
Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
-
Хотмыжский полигон исследования агрогенных изменений лесостепных почв
-
Ольвийский полигон исследования агрогенных изменений почв сухостепной зоны
-
Херсонесский полигон исследования агрогенных изменений почв предгорной лесостепной области
2.2 Методы исследования
-
Историко- и почвенно-картографические методы и пространственно-временное моделирование антропогенных трансформаций почв по данным ДЗЗ и средствами ГИС-технологий
-
Комплексные исследования методами изучения эволюции почв
-
Специфические аналитические методы исследования
Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ АГРОГЕННО ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ПОЧВ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ОПЕНКЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА И УЧЕТА ИХ ЗОНАЛЬНЫХ И РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ
-
Агрогенно обусловленные изменения свойств лесостепных почв (на примере Хотмыжского полигона)
-
Агрогенно обусловленные изменения в почвах сухой степи (на примере Ольвий-ского полигона)
-
Агрогенно обусловленные изменения свойств почв северостепной умеренно засушливой почвенной зоны (на примере Херсонесского полигона)
Глава 4 ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ,
-
Оценка количественных связей между длительностью агрогеиного использования почв и индикаторами агрогенных трансформаций
-
Система индикаторов агрогенной трансформации почв в целях агроэкологиче-ского мониторинга
Особенности агропедогенеза в лесостепи и степи
По мнению И.А. Павленко (1955) в результате выборочных рубок за последние 300 лет в лесном почвообразовании возросла роль трав, признаки оподзоленности уже не могут формироваться, т.к. растительные остатки быстро минерализуются в подстилке и обогащают верхние слои почвы карбонатами оснований.
На проградацию серых лесных почв в черноземы оподзоленные при переложной системе землепользования указывает изучение серых и темно-серых лесных почв под средневековыми валами городищ, находящихся в ареалах черноземов выщелоченных (Гоняный, Александровский, Гласко, 2007; Чендев, 2008). Историко-картографический анализ антропогенных трансформаций почвенного покрова лесостепи выявляет приуроченность ареалов черноземов оподзоленных к территориям в прощлом покрытых лесом (Фатьянов, 1959; Харитонычев, 1960; Чендев, 19976).
В результате сведения лесов и последующей распашки темно-серые лесные почвы эволюционировали до черноземов и началась деградация в результате их распашки. Длительность трансформаций почвенного покрова из темно-серой лесной почвы в чернозем оподзоленный и выщелоченный оценивается разными исследователями по-разному: в 300 лет (Чендев, 2008), более 200 (Фатьянов, 1959; Харитончев, 1960), 160 лет (Ахтырцев, Щетинина, 1969). Ю.Г. Чендев (2008) выделяет двухстдийность трансформации зональных лесостепных почв: для лесных почв в течение первых 50-100 лет распащки отмечается деградационно-консервативная стадия, в последующий период проградационно-черноземная; для черноземов - деградационная ми-грационно-гумусовая в первые 50-100 лет и деградационная карбонатно-щелочная в последующий период. Трансформация лесных почв в черноземы под влиянием непрерывной распашки оценивается осторожно, чаще отмечается лишь сближение свойств данных почв с черноземами.
В пахотных лесных почвах лесостепи Восточно-Европейской равнины незначительно увеличивается мощность гумусовых горизонтов, ослабляется морфологическая выраженность элювиальных признаков за счет механического перемешивания, разрушается структура в толще пахотного горизонта, в нижележащих горизонтах слабо меняется при стабильном состоянии водопрочнос, содержание гумуса в пахотном горизонте заметно уменьшается, увеличиваясь в средней части профиля, гумус становится более гуматным, происходит возрастание оптической плотности гуминовых кислот, что свидетельствует об усложнении строения их молекул в связи с изменившимися условиями почвообразования, уровень залегания карбонатов несколько повышается и происходит слабое подщелачивание нижней половины почвенных профилей (Чендев, 2008).
Совпадение агрогенных воздействий с естественными эволюционными трендами могут быть причинами малых масштабов изменений химических и физико-химических свойств в результате земледельческого использования, лабильные свойства серых почв варьируют естественным образом в широких пределах (Герасимова и др., 2003).
Деградация серых лесных почв наиболее отчетливо проявляется в потери гумуса и уплотнении. Дегумификация суглинистых почв в среднем составляет 10-20% (до 45%) от исходных запасов (Ахтырцев, 1979).
Длительное экстенсивное использование серых лесных почв приводит к нивелированию зональных свойств (Герасимова и др., 2000), а также к однонаправленной деградации их свойств: отмечается нарастание фульватности (Шугалей, 1991), активизируются процессы лессиважа и оглеения, происходит снижение содержания и запасов гумуса (Караваева и др., 1989), чередование периодов распашки и развития почв под лесами в системе перелога трансформирует серые лесные почвы в дерново-подзолистые с образованием зоны элювиального осветления профилей (Бобровский, 2001).
При агрогенной трансформации черноземов отмечается быстрая потеря первоначальной структуры почвы (в течение 5-6 лет распашки), происходит уплотнение почвы под пропашными культурами (Медведев, 1986, 2008; Коз ловский, 1994, 2003 и др.), формируется подплужная подошва, использование агротехники увеличивает мощность пахотных горизонтов черноземов во времени, снижается населенность почвенными организмами (Ахтырцев, 1991; Щеглов, 1999). При длительном земледелии отмечается дезагрегация, переорганизация микроструктуры, уменьшается пористость, снижается коэффициент структурности пахотного горизонта, снижается водопрочность, в нижние горизонты мигрирует подвижный гумус и мобильные органомине-ральные соединения (Щеглов, 1999; Уваров, 1997)
Дискуссионным является вопрос темпов и длительности периода дегу-мификации черноземов. П.Г. Адерихин (1964) отмечал, что наибольшие темпы дегумификации характерны для черноземов оподзоленных. По мнению Д.И. Щеглова (1999) в черноземах выщелоченных и оподзоленных важной статьей дегумификации является вынос воднорастворимого гумуса за пределы почвенного профиля, а в черноземах обыкновенных - усиление процессов минерализации органического вещества. По исследованиям Б.П. Ахтырцева и В.Д. Соловиченко (1984) скорость агротехногенных потерь органического вещества черноземов обыкновенных превышает скорость потерь гумуса черноземов выщелоченных и типичных. Существует два мнения по вопросу длительности периода дегумификации: потери гумуса интенсивны в первые десятилетия после начала распашки и в стропахотных почвах прекращаются (Пономарева, 1974; Ахтырцев, Ахтырцев, 2002); дегумификация пахотных черноземов продолжается столетиями (Адерихин, 1964). При окультуривании пашни и систематическом применении повышенных дох органических удобрений агрогенная деградации гумусового состояния сменяется програ-дационным трендом развития, но его средняя скорость в 2-3 раза ниже дегумификации (Васенев, 2008).
Процесс агролессиважа в лесостепных, степных и сухо-степных почвах переносит илистые частицы в подпахотную часть почвенного профиля, в ле состепных черноземах агролессиваж может протекать совместно с оглинива-нием (Ахтырцев, Ахтырцев, 1993; Щеглов, 1999; Козловский, 2003).
Агрогенная дезагрегация и распыление способствуют развитию водной эрозии и дефляции. За 300 лет распашки лесостепных черноземов от их исходных мощных типичных вариантов остались небольшие участки, а основная часть перешла в группы среднемощных типичных и выщелоченных черноземов (Васенев, 2008).
Ольвийский полигон исследования агрогенных изменений почв сухостепной зоны
Анализ материалов крупномасштабного картографирования территории античного этапа землепользования показывает ее своеобразие по компонентам, составу, геометрии, количественным параметрам структуры почвенного покрова и морфологической структуре агроландшафтов и смежных с ними территорий. Это подтверждает представление о пространственно-временной организации ландшафтов как средоточии “памяти” не только природно-антропогенной эволюции почвенного покрова, но и всей совокупности агро-генно обусловленных процессов, определяющих полихронность рельефа, почв, растительности и других компонентов геосистемы. Морфология про странственно-временных агроландшафтных систем в зоне античного землепользования отличается от районов нового этапа освоения большим количеством составляющих территориального рисунка. Еще более выразительны различия по характеристикам сложности. Так, величина индекса дробности (отнощение количества контуров к площади участка) для участков с античной предысторией землепользования в 2,6-7,8 раз больще по сравнению с районами текущего этапа освоения.
Геометрические особенности ландшафтных рисунков пластово-аккумулятивных лёссовых равнин, прежде всего, определяются процессом формирования эрозионной сети. В зоне античного землепользования ветвистый рисунок эрозионной сети, присущий районам 120-150-летнего земледельческого освоения, уступает место параллельному прямоугольному, что в значительной мере обусловлено организующим началом античной системы размежевания земель.
По сравнению с районами текущего этапа освоения на территории Оль-вийского полигона очень выразительна большая расчлененность формы ландшафтных контуров.
В пределах «Крестового оврага» (на площади 325 га) выявлено 36 разновременных сочетаний ландшафтных таксонов и модификаций из 108 возможных. Отметим, что следы античных систем землеустройства практически отсутствуют на участках, которые были распаханы 40-55 лет назад. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что сельскохозяйственные поля межевой системы непосредственно не подходили к границам античных поселений.
Юго-западная часть Крымского полуострова, обособленная границами Гераклейского полуострова (рис. 2.5), самобытна не только по специфике почвенно-климатических отношений, но и по уникальной длительности сельскохозяйственных нагрузок разных типов насчитывающей до 1600 (Античные..., 1984),
Гераклейский полуостров площадью около 126 км входит в состав Чернореченского физико-географического района Предгорной лесостепной области (Подгородецкйй, 1988).
Границы района исследования охватывают Гераклейский полуостров, что, в общем, соответствует границе Херсонесского государства на рубеже IV-III вв. до н.э. в этом районе (Античные..., 1990, с. 46- 47: карта 5, II). Восточная граница проходит по долине реки Черной от устья и на протяжении 7 км, а затем по западному уступу низкогорья к востоку от Балаклавы вплоть до берега Черного моря. Масштаб размежевания хоры «Старого» Херсонеса и Херсонеса (соответственно): площадь города - 9 и 35 га, площадь хоры -360 и 10 000 га, число наделов - 80-100 и 360-380, стандартный надел - 4,4 га (210x210 м) и 26,5 га (630x420).
Античный полис Херсонес был основан предположительно в конце V в. до н. э. - в результате колонизации юго-западного Крыма греческими переселенцами из Малой Азии (южночерноморского полиса Гераклеи Понтий-ской). Земля в Херсонесе находилась в государственной и частной собственности, причем часть земель государство передавало гражданам в аренду. В пределах IV в. до н. э. высокоорганизованной системой землеустройства на Гераклейском полуострове была охвачена площадью около 10 тыс. га (Стржелецкий ,1961). Размежеванию основных земель хоры подверглась территория в виде прямоугольника, вытянутого с северо-запада на юго-восток на 14 км и в ширину на 9 км. В направлении длинной стороны прямоугольника высотные отметки рельефа увеличиваются от 9-Ю м до 170-200 м над уровнем моря. Система межевания земель охватывала четыре гипсометрических уровня полуострова, каждый из которых условно занимал ступени высот по 50 м.
В наше время, а именно за последние два десятилетия, территория прежней хоры античного Херсонеса претерпела существенные антропогенные трансформации (развитие загородного жилого строительства у Севастополя, создание новых дачных массивов, более интенсивная рекреация и др.).
Современная структура земельного фонда Гераклейского полуострова вместе с его восточным окружением (площадью 20,3 тыс. га) представлена в виде картосхемы, составленной нами по результатам дешифрирования космического снимка (рис. 2.6).
Агрогенно обусловленные изменения в почвах сухой степи (на примере Ольвийского полигона)
Для изучения агрогенио обусловленных изменений свойств лесостепных почв автором в пределах сельскохозяйственной округи Хотмыжского городища было отобрано 13 почвенных образцов освоенной или окультуренной автоморфной темно-серой лесной почвы и чернозема оподзоленного (рис. 3.1, табл. 3.1). В качестве полноголоценовых аналогов привлечены данные о почвах заповедного участка «Лес на Ворскле» (Борисовский район) государственного природного заповедника «Белогорье». Это единственное в лесостепной зоне России место, где на площади 150-160 га сохранилась дубрава в возрасте 280-300 лет. Для изучения отобрана темно-серая средиеопод-золенная почва под коренной дубравой в квартале №8.
Согласно классификации 2004 г. (Полевой..., 2008) тип агротемно-серых почв соответствует по классификации 1977 г. подтипу темно-серых лесных освоенных почв и отчасти подтипу оподзоленных черноземов, а оподзоленный подтип чернозема вошел в агрочерноземы глинисто-иллювиальные. Учитывая нивелирование типовых свойств в пахотном и подпахотном горизонтах, из которых и отбирали почвенные образцы, указанные типы почв рассматриваются в одном агрогениом ряду. Длительность земледелия, годы: о 21) 50 100 200 300 800 ННГ I - археологический памятник «Хотмыжское городище»; II - болота; III -места отбора почвенных образцов (табл. 3.1); IV - границы улиц; V - реки; VI - ручьи; VII - границы современной пашни; VIII - кварталы жилой застройки; IX - территория населенного пункта; X - пруды; XI - современные лесные массивы; XII - прочие земли (поймы, земли овражно-балочного комплекса)
Тем не менее, выявленная (Чендев, 2008) двухстадийность агротехно-генной эволюции в отношении серых лесных почв (первые 50-100 лет распашки - деградационно-консервативная стадия, свыше 100 лет - проградаци-онная) и черноземов (50-100 - деградационная миграционно-гумусовая; свыше 100 лет - деградационная карбонатно-щелочная), требует изучения изменений свойств почв с учетом их типовой принадлежности. Таблица 3.1 - Объекты исследований на Хотмыжском полигоне
Темно-серая лесная среднеоподзоленная Фоновая почва Зап. участок Лес на Ворскле, поляна Сукачева, квартал № 8, коренная дубрава 1 3552 22"5035 45"198,36 Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабо гумусированный Огородная почва, до 2003 г. распашки не установлено, периодически использовалась в качестве пастбища; основная возделываемая культура - картофель, удобренияне использовали 2 3552 26" 5035 34"191,7 800-1100 Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабо гумусированный Огородная почва предположительновходит в контур древней пашни. С XVII-XIII века находится на территории одной из старейших усадеб Хотмыжска. Основная культура - картофель, удобрения не использовали 3 3552 37"5035 38"189,3700-1000-80 (залежь)-8 Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабо гумусированный Огородная почва предположительно входит в контур древней пашни.С XVII - по начало XX вв. обрабатываемые земли при Воскресенскойцеркви. Основная культура - картофель, удобрения не использовали 4 3548 18"5036 02"291,470-100 Чернозем оподзоленный среднемощный слабо-гумусированный слабо-смытый Пашня, обозначенная на топографической карте, съемки 1955 г. Территория подвергшаяся распашке между 1898 и 1955 гг. Полевой севооборот. 5 3548 07"50034 44"197,670-100 Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабо гумусированный 6 3548 36"5036 02"292,770-100 Темно-серая лесная 7 3549 22"5035 27"212,3150-200 Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабогумусированный Пашня, обозначенная на военно-топографической трехверстной карте,съемки 1875 г. Таким образом распашка была осуществлена в период с начала по середину XIX в. Полевой севооборот
Чернозем оподзоленныйсреднемощный слабо гумусированный Пашня, обозначенная на генеральном геометрическом плане Хотмыжска и его уезда 1784 г., а также более раннем рукописном плане XVIII века. Первоначально была включена в гипотетический северный контур древней пашни, однако анализ агрофизических и агрохимических параметров не выявил достоверных различий в свойствах этих точек, от 250-300 летней пашни других полей. Полевой севооборот.
Тип почв указан в соответствии с внутрихозяйственной документацией агрохозяйств, на территории которых находятся точки отбора почвенных образцов. Проведена оценка динамики пространственно-временных изменений физических свойств лесостепных почв в рядах агрогенных трансформаций (табл. 3.2-3.3). Обнаружено ухудшение структурного состояния почвы на пашне) с увеличением длительности использования агроландшафтов (табл. 3.2). Огородные почвы в целом отличаются от пахотных более рыхлой плотностью сложения. На пашне выражена подплужная «подошва», прослеживается общее ухудшение агрономически ценной фракции (АЦФ - 7-0,25 мм) почвы по сравнению с огородной в 1,5-2 раза. & &
Система индикаторов агрогенной трансформации почв в целях агроэкологического мониторинга
На Гераклейском полуострове доминируют коричневые горные карбонатные легкоглинистые щебенчатые почвы в комплексе с выходами плотных карбонатных пород (Кочкин, 1967). В юго-восточной части полуострова структура почвенного покрова усложняется и здесь шире представлены дерновые карбонатные почвы на элювии карбонатных пород.
Нумерация клеров (табл. 3.15) дана по схеме землеустройства хоры (Cordova, 2003), представленной на основе работ Г.М. Николаенко и СЮ. Сапрыкина.
Почвенные образцы отбирали из слоя, который может содержать в своей «памяти» признаки природно и антропогенно обусловленной эволюции на протяжении большей части позднего голоцена.
Лесные массивы вблизи населенных пунктов не сохранились из-за вырубок, хотя на залежах и пустырях часто можно наблюдать возобновление кустарников, преимущественно можжевельника. Например, к востоку от крепости Чембало (сер. XIV-XVIII вв.) изреженные леса и кустарники формируют буферную зону шириной 1,5 км и только дальше начинается субсредиземноморский лес из сосны Станкевича, можжевельника высокого, фисташки туполистной. Редколесья можжевельника высокого, распространенные от мыса Фиолент до Балаклавской бухты, определяют специфику Севастопольского района (Бондарева, 2005). Сильная изреженность лесов способствует развитию травянистой степной растительности - важного условия формирования коричневых почв. Таблица 3.15 - Объекты исследований на Геракл ейском полуострове
Почвообразующая порода разрез 2 11 4434.44 N, 3323.44 Е 10 Почвообразующая порода разрез 10 12 4434.63 N, 3324.48 Е 9 Почвообразующая порода разрез 6 Почвы субтропической ксерофитно-лесной зоны, впервые описанные С.А. Захаровым, были названы им коричневыми лесными. В дальнейшем, выделение коричневых почв сухих субтропических лесов и кустарников на правах самостоятельного почвенного типа обосновано И.П. Герасимовым (1949). По генетической эколого-субстантивной классификации почв Украины они выделяются как коричневые низкогумусоаккумулятивные почвы (Ви значник..., 2005), причем плантажированная почва выделяется на таксономическом уровне варианта. Изучаемые почвы, согласно новой классификации, ориентированной на субстантивные свойства почв (Полевой..., 2008), относятся к отделу структурно-метаморфических почв (типы - коричневые и агрокоричневые почвы), отделу турбоземов (турбоземы карбонатные постаг-рогенные) и отделу литоземов (карболитоземы темногумусовые постагро-генные).
Для коричневых почв характерно большое разнообразие почвообра-зующих пород: известняки, мергель, песчаники, конгломераты, сланцы, их глинисто-щебнистый элювий и смешанный делювий (Почвы..., 1969). Известняки неогенового возраста обычно залегают близко к поверхности.
В пределах Главной гряды Крымских гор продукты выветривания светлых верхнеюрских известняков приобретают красноватый оттенок: например, нижние горизонты коричневой почвы возрастом 1600-1700 лет на известняковых блоках крепости Харакс имеют темно-серовато-коричневую (10 YR 4/2) и темно-красновато-коричневую (5 YR 3/3) окраску). Но есть почвообразующие породы, которые изначально имеют ярко красный цвет. На мысе Херсонес известняки переслаиваются тонкими прослоями глин, которые в сухом состоянии имеют темно-красную окраску (10 R 3/6), содержат 9,4% оксидов железа и 19,7% оксидов алюминия.
Коричнево-красноцветные карбонатные суглинисто-щебенчато-каменистые почвы на карбонатных породах обособились как почвенный вид благодаря красноцветным продуктам выветривания известняков. Почвоведы Крыма (Кочкин, 1967) полагали, что считать коричневые почвы Крыма реликтовыми нет основания, они являются современными почвами, в гумусовом горизонте которых сохраняется окраска почвообразующих пород. Однако реконструкция условий окружающей среды в Юго-Западном Крыму по палеонтологическим данным (Cordova, 2005) показывает, что с началом эпохи раннего железа (3 тысячи л.н.), с более жарким и влажным климатом (максимум приходится на 1500-1600 л.н.) стали соответствовать не коричневые почвы предшествующего периода, а рендзины и черноземы. Примечательно, что археологи, опираясь на консультации местных специалистов-виноградарей, считали, что в античную эпоху количество выпадающих атмосферных осадков в округе Херсонеса было больше (чем 361 мм), хотя, по-видимому, и не намного (Стржелецкий, 1961; Зубарь, 2006).
В районе мыса Фиолент в профиле современных почв выделяют (Cordova, 2005) верхний (до 20 см) горизонт луговой рендзины, а ниже - карбонатный горизонт коричневой почвы, который со 115 см подстилается па-леоповерхностью, датированной радиоуглеродным методом 4 тысячами лет.
По результатам химико-аналитических работ (табл. 3.16-3.19) можно использовать порядка 40 показателей для установления тенденций изменения почвенных свойств коричневых почв во времени. Однако их информативность различна.
Как установлено (Лисецкий, Ергина, 2010) при сопоставлении средних (позднеголоценовых) скоростей формирования гумусового горизонта (Н) основных почв на территории Крымского полуострова, коричневые почвы отличаются низкими скоростями почвообразования и они замыкают по этому показателю следующий убывающий ряд: черноземы южные и темно-каштановые почвы - бурые горно-лесные почвы - коричневые щебнистые почвы. В частности, по модели, разработанной для материнских пород типа карбонатного элювия, средняя скорость формирования Н коричневых щебнистых почв в первые 2000 лет их формирования оценена в 6,9 мм / 100 лет или около 0,88 т/га в год. В начальный период почвообразования средняя скорость формирования Н коричневых щебнистых почв довольно резко уменьшается от 9 до 5 мм/100 лет, а после 800 лет постепенно стабилизируется до 3,5 мм/100 лет.
