История формирования и эволюция почв лесостепи в голоцене

А.Б.Ахтырцев, Б.П.Ахтырцев, Л.Я. Яблонских

Вторая половина XX в. ознаменовалась активизацией исследований на стыке археологии и почвоведения, начатых на рубеже XIX и XX столетий [11, 6, 7, 5]. Уже в этих работах подчеркивалось важное значение совместных исследований археологов и почвоведов для решения проблем как археологии, так и почвоведения. Затем интерес со стороны почвоведов к изучению археологических объектов как памятников природы несколько уменьшился и немногочисленные работы в этом направлении велись с целью выяснения эволюции отдельных типов почв. Перелом в развитии совместных исследований археологов и почвоведов наступил в 60-70 гг., когда ряд ученых показали их важную роль для реконструкции былых ландшафтов и условий существования древнего человека, понимания взаимодействия человеческого общества с природой, а также последствий этого взаимодействия.

Интенсивное развитие совместных почвенно-археологических исследований характерно для последних 25-30 лет. В них участвуют большие коллективы археологов и почвоведов в Воронежском, Московском, Иркутском университетах, институте географии РАН, Институте фундаментальных проблем биологии РАН, Институте почвоведения и агрохимии СО РАН и других ВУЗах и научных учреждениях. Появилось много публикаций, в которых на основе изучения палеопочв археологических памятников освещаются вопросы истории формирования и эволюции почв и почвенного покрова, а также проблемы развития человеческого общества в разных природных зонах, реконструируются палеоэкологические условия жизни и хозяйственной деятельности древнего человека, его воздействия на окружающую среду, рассматриваются вопросы интеграции палеопочвоведения с археологией.

Комплексные исследования погребенных почв проводятся за рубежом. Существенное повышение результативности совместных работ археологов и почвоведов в современный период обусловлено комплексным характером изучения археологических памятников как памятников природы, хранящих в зашифрованном виде в палеопочвах бесценную информацию о природной среде существования и хозяйственной деятельности человека в разные археологические эпохи. Расшифровка этой информации, заключенной в достоверном фактическом материале, полученном при исследовании точно датированных археологических объектов, позволила, с одной стороны, установить состояние почвенного покрова и по нему реконструировать палеоэкологическую обстановку существования человека в конкретном регионе и в определенное время, c другой стороны – уточнить существующие представления о хозяйственной деятельности человека и роли этих условий в формировании, функционировании и исчезновении этносов прошлого [2, 8, 9, 10].

Развитие комплексных почвенно-археологических исследований в настоящее время достигло такого уровня, когда возникла возможность оформления нового междисциплинарного направления на стыке археологии и почвоведения, основы которого закладывались на рубеже XIX и XX вв. В.В. Докучаевым, В.А. Городцовым и их последователями. Необходимость этого стала очевидной для многих ученых, считавших, что для реконструкции истории развития древних обществ, их экономики, социальной организации в доисторическую и исторические эпохи крайне важным является познание взаимодействия человека и природной среды [10].

Существенный вклад в развитие этого междисциплинарного направления принадлежит воронежским археологам и почвоведам, материалы исследований которых заложили основы для его становления. Подробное обоснование создания археологического почвоведения приведено в монографиях В.А. Демкина “Палеопочвоведение и археология” [8] и М.И. Дергачевой “Археологическое почвоведение” [9]. В них подчеркнута значимость реконструкций природной среды для понимания развития человека и человеческого общества, показано, что почва обладает максимальной способностью сохранять наибольшее количество информации о совокупном взаимодействии всех компонентов и о природной среде в разные эпохи голоцена.

По реликтовым признакам погребенных почв представляется возможность решать вопросы адаптации и взаимоотношения человека с окружающей средой. Поэтому в центре археологического почвоведения была и остается палеопочва разных археологических эпох, а объектами исследования – археологические памятники с погребенными почвами. В их исследованиях все большее место должны занимать вопросы историко-социологических и палеогеографических реконструкций. Все это вызывает необходимость дальнейшего объединения усилий археологов и почвоведов для совместной работы на археологических памятниках в различных регионах страны, изученность которых в этом плане весьма неодинакова и в большинстве случаев совершенно недостаточна. Поэтому региональные исследования должны получить новый импульс в современный период.

Примером практического осуществления такого объединения служат длительные почвенно-археологические работы, выполняемые в археологической экспедиции Воронежского университета, где решаются проблемы и археологии и почвоведения [2].

В современный период решение проблемы истории формирования и эволюции почв в голоцене опирается на использование фактических материалов, полученных на основе комплексных почвенно-археологических исследований почв, погребенных под археологическими памятниками. Совместные исследования с археологами в 1984-1998 гг. дали большой материал для познания истории формирования и эволюции основных типов почв Среднерусской лесостепи и, в частности, гидроморфных почв.

Сравнительное изучение погребенных и фоновых почв с использованием почвенно-археологического, сравнительно-географического и сравнительно-аналитического методов, результаты которого опубликованы в ряде наших paбот в последние 15 лет, свидетельствуют о сложной истории развития гидроморфных почв, обусловленной непостоянством ландшафтно-экологических условий Среднерусской лесостепи с конца плейстоцена до нашего периода [23, 24, 25].

Новейшие палеогеографические исследования показывают, что в конце плейстоцена и древнем голоцене в этом регионе были распространены перигляциальные ландшафты и развивалось криогенное почвообразование [14, 15, 17, 19, 20, 21].

В интервале 10-8 тыс. л.н. они сменяются лесостепными ландшафтами из березово-сосновых лесов с примесью дуба и гидроморфных луговых формаций. На протяжении древнего и раннего голоцена происходили заметные колебания гидротермического режима с продолжительностью от 300 до 700 лет. В этот период на низменных равнинах формировался гидроморфный почвенный покров из лесолуговых глеевых, луговых и болотных почв. На бореально-атлантическом рубеже произошло похолодание климата и усилилось выщелачивание почв. В атлантический период с оптимальным соотношением тепла и влаги, умеренной динамикой термических показателей наибольшее увеличение температуры и осадков в бассейне Дона составляло 1о и 50-100 мм по сравнению с современными [14]. В благоприятных гидротермических условиях при слабой дренированности территории интенсивно развивалось гидроморфное и полугидроморфное почвообразование, которое по мере изменения экологических условий и нарастания расчлененности водоразделов частично трансформировалось в автоморфное. На месте распространения современных лесостепных и степных черноземов к концу атлантического периода образовались черноземно-луговые, лугово-черноземные палеопочвы и палеочерноземы карбонатные слабозасоленные.

В период 7-5 тыс. л.н. отмечались три этапа аридизации климата, сменявшиеся фазами более влажного климата [20]. Направленность почвообразования также менялась и периоды выщелачивания сменялись периодами капиллярного подъема грунтовых вод в почвенный профиль, что приводило к развитию гидроморфизма, засоления и окарбоначивания почв. На низменных равнинах доминировали почвы лугового ряда с признаками засоления, осолонцевания и высокой карбонатности [2].

На атлантико-суббореальном рубеже произошло интенсивное похолодание и максимальное продвижение лесной растительности на юг [20, 21], закончившееся 4200 лет назад. В суббореальный период, к которому относится эпоха бронзы с хорошо сохранившимися археологическими памятниками 4-3-тысячелетнего возраста, в Среднерусской лесостепи отмечалось два суббореальных похолодания (5.3-4.5 и 3.5-2.9 тыс. л.н.) и два потепления (4.5-3.5 и 2.9-2.5 тыс. л.н.). Во время потепления среднегодовые температуры и суммы осадков были близки к современным, лесостепной ландшафт сохранялся [19]. К концу эпохи бронзы произошло расширение площади дубрав и ландшафты приобрели облик, близкий к современному облику ненарушенных хозяйственной деятельностью ландшафтов лесостепи.

На фоне изменений экологических условий в лесостепи развивался процесс формирования и эволюции почвенного покрова и гидроморфных почв. Исследование почв под курганами, оборонительными земляными валами разного возраста (от 4 до 1 тыс. лет), свидетельствует о том, что в эпоху бронзы фоновыми компонентами палеопочвенного покрова были: на дренированных водоразделах Среднерусской и других возвышенностей - палеочерноземы карбонатные засоленные под луговостепной растительностью и серые лесостепные палеопочвы в дубравах, черноземно-луговые и лугово-черноземные карбонатные солонцевато-засоленные палеопочвы на недренированных низменных равнинах и слабодренированных водораздельных участках возвышенностей [1]. Кроме того, в структуре почвенного покрова присутствовали черноземно-луговые палеосолонцы.

В распространении палеопочвенного покрова Среднерусской лесостепи прослеживаются зональные и фациальные особенности и региональные географические закономерности, обусловленные высотной и экспозиционной дифференциацией палеопочв на возвышенностях и их склонах, на низменных равнинах и террасах рек, неоднородностью растительности в прошлом, разнообразием почвообразующих пород, состава и глубины залегания грунтовых вод и др. факторов. В эпоху бронзы на дренированных возвышенных пространствах доминировали палеочерноземы карбонатные слабозасоленные тяжелого гранулометрического состава, которые явились предшественниками современных черноземов типичных и выщелоченных Окско-Донской лесостепной почвенной провинции. Они прошли стадию гидроморфного развития в атлантическом периоде, реликтовые признаки которого (карбонатная пропитка всего почвенного профиля, его засоление легкорастворимыми солями и гипсом с максимальным выражением в верхнем горизонте, журавчики карбонатов кальция и железисто-марганцевые конкреции в нижней части профиля, накопление гумуса гуматного типа) сохранились в палеочерноземах эпохи бронзы.

Период 3900-3500 л.н. отличался более влажными условиями и сменой во времени растительных сообществ злаково-разнотравных степей лесостепными ландшафтами [20]. Происходило усиление выщелачивания карбонатов кальция и процесса гумификации палеочерноземов. Содержание сохранившегося гумуса в погребенных палеочерноземах этого времени достигло 4%. Состав его гуматный с отношением Сгк: Сфк: =2.2. В самом начале срубного времени (в аридном ХV в. до н.э.) отмечалось оживление соленакопления и увеличение количества солей до 0.4-0.6% (в том числе токсичных - до 0.11-0.16%). Однако этап соленакопления был коротким и аридные условия снова сменились более влажными. Они благоприятствовали формированию лесостепных ландшафтов на протяжении 3400-2900 лет назад, с возрастанием роли разнотравно-злаковых сообществ в отрезок времени 2900-2500 лет назад. В этих экологических условиях на фоне усиливающегося дренажа местности палеочерноземы карбонатные слабозасоленные постепенно эволюционировали по элювиальному типу. В субатлантическом периоде ландшафты приобрели стабильные современные черты. Гумусовый горизонт палеочерноземов был промыт от миграционных форм карбонатов, а из солей в нем к концу 1 тыс. до н.э. сохранился лишь гипс в малых количествах. Возросла мощность гумусового горизонта и содержание сохранившегося в погребенных почвах гумуса (до 4.5-5%). Палеочерноземы по своим диагностическим признакам были уже близки к современным черноземам. Эволюция почв в последние 2000-2200 лет продолжалась в том же направлении. В конечном итоге палеочерноземы карбонатные слабозасоленные эпохи бронзы с мощностью горизонтов А + АВ = 55-63 см трансформировались в современные черноземы типичные и выщелоченные средне- и многогумусные с мощностью гор. А + АВ = 75-92 см.

Комплексными почвенно-археологическими исследованиями установлено, что в типичной и южной лесостепи Окско-Донской равнины гидроморфное почвообразование имело и имеет в настоящее время более яркое проявление, чем на Среднерусской и других возвышенностях в тех же ландшафтных подзонах. В эпоху бронзы на низменных равнинах фоновыми компонентами структуры почвенного покрова были гидроморфные и полугидроморфные почвы разной степени засоления и солонцеватости.

Уже к середине II тыс. до н.э. в типичной и южной лесостепи Окско-Донской равнины сложился сложный контрастный почвенный покров, в структуре которого доминировали черноземно-луговые и лугово-черноземные палеопочвы. Наиболее широкое распространение имели полноразвитые полугидроморфные лугово-черноземные карбонатные слабозасоленные среднемощные палеопочвы, хорошо сохранившиеся до настоящего времени под многочисленными курганами-могильниками эпохи бронзы на междуречных водоразделах. Мощность их колебалась в пределах 65-76, а на пологих склонах – 45-60 см. Наличие миграционных форм карбонатов по всему профилю и железисто-марганцевых конкреций в его нижней части, слабая засоленность, очень постепенное уменьшение содержания гумуса в пределах гор. [А] и [АВ], его гуматный состав, однородность гранулометрического и валового химического состава, морфологическое строение профиля подтверждают, что рассматриваемые палеопочвы формировались под растительностью луговой степи в условиях теплого, влажного климата и неглубокого залегания уровня грунтовых вод, подтягивание которых к поверхности и испарение способствовали пропитке почвенных горизонтов карбонатами и слабому накоплению легкорастворимых солей.

В комплексе с этими почвами значительно шире, чем теперь, были распространены лугово-черноземные карбонатные солонцевато-засоленные почвы. Они отличались большей плотностью, трещиноватостью, хуже выраженной структурой, наличием выцветов солей и характеризовались сульфатным кальциево-на- триевым в гор. [А] и сульфатным магниевонатриевым в остальной части профиля засолением.

Изученные подкурганные палеопочвы отражают состояние почвообразования, свойственное атлантическому периоду с наиболее влажным и теплым климатом на протяжении всего голоцена и началу суббореального периода. Они свидетельствуют о том, что с ранних эпох голоцена на Окско-Донской равнине почвы развивались в гидроморфных условиях с накоплением гумуса гуматного типа. В эпоху бронзы они достигли стадии полноразвитых лугово-черноземных почв, которые в целом были менее мощные и выщелоченные, более карбонатны, засолены и солонцеваты, чем современные почвы.

Сопоставление лугово-черноземных палеопочв эпохи бронзы с почвами, погребенными под курганами 3.5-1 тыс. лет назад, и современными лугово-черноземными почвами дает основание утверждать, что их дальнейшая эволюция в условиях общего похолодания и значительной влажности климата, наступивших в субатлантический период, шла по пути усиления выщелачивания и увеличения мощности почв. Это привело к трансформации их в лугово-черноземные обычные мощные тучные и среднегумусные почвы, которые являются главным компонентом современного почвенного покрова южной части Окско-Донского плоскоместья.

Приведенный обзор обширных материалов почвенно-археологических исследований свидетельствует о том, что в Европейской лесостепи в почвообразовании на протяжении голоцена, особенно в атлантический период, важную роль играл гидроморфный процесс. Его проявление было неодинаковым на дренированных возвышенностях и низменностях лесостепи Русской равнины.

На возвышенностях продолжительность и интенсивность гидроморфного процесса была меньшей и формировавшиеся гидроморфные и полугидроморфные почвы уже к эпохе бронзы трансформировались в черноземы карбонатные слабозасоленные с остаточными признаками гидроморфизма. Дальнейшая их эволюция была связана с неоднородными колебательными изменениями природных условий, усилением дренированности территории, что способствовало прогрессирующему развитию автоморфного процесса, нарастанию выщелачивания, мощности и гумусированности почвенного профиля. Лишь вмешательство человека (слабое начиная с эпохи бронзы, интенсивное в последние столетия) осложнило этот процесс и вызвало антропогенную деградацию черноземов. Общая схема эволюции черноземов на рассматриваемой территории на протяжении голоцена представляется на основе существующих фактических материалов предположительно в таком виде: гидроморфные и полугидроморфные аналоги черноземов (атлантический период) – черноземы карбонатные слабозасоленные (суббореальный период) – черноземы типичные и выщелоченные (конец суббореального и субатлантический период).

На низменных равнинах в условиях большего увлажнения преимущественно из-за близкого к поверхности залегания грунтовых вод на недренированных междуречьях развитие почв осуществлялось по схеме: гидроморфные и заболоченные почвы лугового ряда (атлантический период) – черноземно-луговые и лугово-черноземные карбонатные разной степени засоления и солонцеватости почвы (суббореальный период) – полугидроморфные лугово-черноземные и гидроморфные черноземно-луговые современные почвы с комплексом почв западинных ландшафтов (субатлантический период).

На протяжении голоцена (по крайней мере с атлантического периода и до настоящего времени) в структуре почвенного покрова имели место гидроморфные солонцы и засоленные почвы. Доля их участия менялась вместе с колебательными изменениями гидротермических и других природных условий. Нами обнаружены и детально изучены гидроморфные солонцы и солонцеватые почвы под курганами эпохи бронзы в пределах Окско-Донской равнины. Объектами исследований послужили черноземно-луговые корковые карбонатные солончаковатые палеосолонцы и лугово-черноземные солонцеватые палеопочвы.

Установлено, что около 4000 л.н. в лесостепи Окско-Донской равнины были широко распространены полноразвитые гидроморфные палеосолонцы. Под курганами, сооруженными в период 3400-3600 л.н., обнаружены полугидроморфные карбонатные солонцеватые среднезасоленные палеопочвы с мощностью горизонтов [Aк]+[АВк] = 50-60 см. Современные почвы на водораздельных пространствах вокруг курганов представлены лугово-черноземными мощными (А + АВ = 83-97 см) среднегумусными (7-8.5%) и черноземно-луговыми тяжелосуглинистыми и глинистыми почвами.

Сходство основных морфологических признаков погребенных и фоновых почв свидетельствует о том, что формирование палеосолонцов, начавшееся в атлантический период, было обусловлено наложением солонцеобразования на ранее развивавшийся черноземно-луговый процесс. Гумусовый профиль палеосолонца имеет черты сходства и унаследован от черноземно-луговой палеопочвы, а солонцеватой палеопочвы близок лугово-черноземной карбонатной палеопочве, отличаясь большей плотностью сложения, трещиноватостью и призмовидностью структуры. По сравнению с фоновыми почвами они отличаются меньшей мощностью гумусового профиля (50-60 см). Генетическая связь рассматриваемых почв подтверждена результатами сравнительно-аналитических исследований. Черноземно-луговые палеосолонцы имеют глинистый крупнопылевато-иловатый гранулометрический состав с очень слабо выраженным выносом ила из верхнего горизонта. Общая степень дифференциации почвенного профиля по илу равна 1.07, тогда как в солонцеватой палеопочве – 1.16, фоновой лугово-черноземной почве – 1.19, в современных черноземно-луговых солонцах колеблется в зависимости от степени осолодения в пределах 1.67-2.21. Такое изменение степени дифференциации свидетельствует о нарастании элювиирования почв, а в солонцах и осолодения во