Экологический мониторинг состояния палеопочв Татышевского педокомплекса

Введение . В палеопочвах законсервированы и надолго сохранены продукты почвообразования и следы жизнедеятельности растений, животных и человека. Погребенные почвы содержат наиболее полный комплекс диагностических признаков, по которым возможно достоверно реконструировать природную (био-климатическую и почвообразование) обстановку прошлых геологических периодов [1, 2, 7, 10]. Наличие погребенных почвенных образований - следствие преобладания почвообразовательного процесса над процессом осадконакопления. Для определения типа прошлого почвообразования разработан комплекс морфолого-аналитических исследований [3, 5, 8]. В изучаемых геологических разрезах островных и прирусловых участков поймы долины Среднего Енисея в осадочных отложениях голоцена четко прослеживаются горизонты палеопочв, палеопедоседиментов. В изучаемых геологических разрезах островных и прирусловых участков поймы долины Среднего Енисея в осадочных отложениях голоцена четко прослеживаются горизонты палеопочв, палеопедоседиментов [3-9].

Цель исследований . Морфолого-аналитическая характеристика палеопочв Татышевского педоком-плекса.

Объекты и методы исследований . Объектами исследований являются палеопочвы Татышевского педокомплекса, хранящие в своем профиле информацию об особенностях почвообразования в современном межледниковье - голоцене. Основным методом исследований является экологический мониторинг за эволюцией пойменных экосистем в голоценовое время. Основными блок-компонентами экосистем являются почва, растения, животные, вода, рельеф, климат и деятельность человека.

Палеопочвенный экологический мониторинг представляет собой морфолого-аналитическое изучение палеопочвенных образований, содержащихся в них органических остатков и пространственно-временные изменения.

Район исследований расположен на о. Татышев в среднем течении р. Енисей в черте г. Красноярска. Остров имеет осадочное происхождение, его формирование связано с пойменными и аллювиальными процессами.

Д.П. Финаров при изучении особенностей формирования поймы р. Енисей считает, что вследствие блуждания русла р. Енисей, которое на значительной территории обусловлено новейшими тектоническими движениями, образуются галечниковые отмели, затем острова. Образование погребенных гумусовых горизонтов поймы обусловлено блужданием русла Енисея в условиях сформировавшихся островов [7].

При описании геологии и геоморфологии Енисейской долины С.М. Цейтлин указывает, что выраженность пойм зависит от террасовидности различных участков, но в пределах русла имеются обширные пойменные острова (высотой до 4-5 м) [8].

Результаты исследований и их обсуждение. Стратиграфическое залегание осадочных пород. С вмещающимися горизонтами палеопочв залегание осадочных пород представлено в описании геологиче- ских разрезов 1 и 4. Также были использованы результаты исследований Г.А. Демиденко [5, 6], в частности, по обобщенному разрез1 (геологический разрез 1).

Геологический разрез 1 . Обобщенный разрез «Остров Татышев – Енисейская протока)» находится на левобережной части о. Татышев в черте г. Красноярска. Серией разрезов, двумя шурфами и многочисленными зачистками вскрыта левобережная часть острова (табл. 1).

Геологическое строение разреза 1 (сверху вниз)

Таблица 1

Показатель	Мощность, м
1. Зона современного почвообразования (дернина с маломощным почвенным слоем)	0,05-0,10
2. Супесь темно-серая гумусированная	0,05-0,15
3. Супесь серовато-бурая с галечно-щебнистой прослойкой	0,05-0,40
4. Зона почвообразования – серия горизонтов Аh погребенных почв (три-четыре горизонта), разделенных супесчано-песчаными прослойками. Средняя мощность горизонтов от 10 до 25 см, нижний из них в отдельных разрезах диагностируется как погребенная почва с условно идентифицируемыми горизонтами Аh4, ВСh4; гор. Аh4 выделяется более темным цветом, более тяжелым гранулометрическим составом, углифи-цирован, содержит включения углистых остатков древесного происхождения, в нем много костей животных; гор. ВСh4 – супесь бурая, слабо окарбоначенная	0,35-0,65
5. Супесь буровато-серая, разделенная гумусированными прослойками (от 1 до 4 прослоек мощностью 3–10 см). Встречаются линзы песка	0,10-1,10
6. Погребенная почва: гор. Аh5 – суглинок легкий, гумусированный, включения корней растений, мелкие углистые остатки, кости животных	0,10-0,35
7. Песок речной, нижняя граница имеет уклон в сторону течения реки	0,20-0,45
8. Погребенная почва: условно идентифицируются гор. Аh6, ВСh6; гор. Аh6 (160–170 см от дневной поверхности в разрезе 3) – суглинок средний, бурый с мозаичной гумуси-рованностью; редкими углистыми включениями	0,30-0,35
9. Супесь буровато-коричневая с прослойками песка, наклоненная в сторону течения реки, погружается под урез реки. Вскрытая мощность	0,60-0,70

Геологический разрез 4 расположен в правобережной части острова Татышев в черте г. Красноярска (табл. 2).

Геологическое строение разреза 4 (геологическая зачистка берегового обнажения)

Таблица 2

Показатель	Мощность, м
1	2
1. Зона современного почвообразования (дернина с маломощным почвенным слоем)	0,00-0,10
2. Супесь темно-серая	0,10-0,15
3. Погребенная почва: гор. Аh1; гор. ВСh1; гор. Аh1 – темно-серый гумусированный легкий суглинок; гор. ВСh1 – буроватокоричневая супесь	0,15-0,36
4. Погребенная почва: гор. АВh2; гор. Сh; гор. АВh2 – темно-серый гумусированный суглинок. Нижняя граница с затеками в гор.Сh. Гумусированность неравномерная	0,36-0,44
5. Погребенная почва: гор. Аh3; ВСh3; гор. Аh3 – темно-серый гумусированный суглинок с углистыми травянистыми включениями; костные остатки; гор. ВСh3 – серовато-бурая супесь слабо окарбоначенная	0,44-0,65
6. Погребенная почва: гор. Аh4 – темно-серый гумусированный суглинок с древесным углем и крупными костями животных; ожелезнен; нижняя граница слабоволнистая	0,65-0,80

Окончание табл. 2

1	2
7. Супесь буровато-серая. Встречаются линзы песка	0,80-1,05
8. Погребенная почва: гор. Аh5 – суглинок легкий, гумусированный, включения корней растений, мелкие углистые остатки, кости животных; гор. ВСh5 – серая супесь	1,05-1,20
9. Супесь буровато-серая с линзами песка	1,20-1,35
10. Погребенная почва: генетические гор. Аh6, ВСh6; гор. Аh6 – суглинок средний, бурый с мозаичной гумусированностью; редкими углистыми включениями; гор. ВСh6 – серобурая супесь	1,35-1,55
11. Супесь буровато-коричневая с прослойками песка	1,55-1,59
12. Погребенная почва: гор. Аh7; ВСh7; гор. Аh7 – серый суглинок с мозаичной гумуси-рованностью, оглеен; гор. ВСh7 – бурая супесь	1,59-1,95
13. Погребенная почва: гор. Аh8 – буровато-серый суглинок со следами оглеения. Замытые растительные включения	1,95-2,25
14. Речной песок с включениями гальки, уходит под урез воды. Вскрытая мощность	2,25-2,40

Возрастные характеристики палеопочв [10] района исследований (геологический разрез 4) следующие:

• -    гор. Аh8, Аh7 – предбореальный период голоцена;

• -    гор. Аh6 – бореальный период голоцена;

• -    гор. Аh5, Аh4 – первая половина атлантического периода голоцена;

• -    гор. Аh3 – вторая половина атлантического периода голоцена;

• -    гор. Аh2, Аh1 – суббореальный, субатлантический периоды голоцена.

Морфолого-аналитическая характеристика Татышевского педокомплекса. Татышевский педоком-плекс (геологический разрез 4) представлен восемью погребенными почвами разной степени сохранности.

Морфологическое описание первой почвы соответствует черноземовидному типу, что подтверждается ее физико-химической характеристикой. По гранулометрическому составу выделенная почва отличается от вышележащей толщи четкой дифференциацией от суглинистого в гор. Аh1 до супесчаного в гор. ВСh1. Максимальная аккумуляция частиц физической глины, главным образом ила, характерна для гор. Аh1. Минеральная часть по всему почвенному профилю имеет одинаковый химический состав. Почва характеризуется слабощелочной реакцией среды и заметно меньшим, чем в вышележащем слое толще, содержанием СаСО 3 .

Валовый химический состав показывает вторичное перераспределение химических элементов по четвертичным отложениям в разрезе. Распределение гумуса в гор. Аh1, оставаясь низким (1,22 %), немного превышает его накопление в верхнем слое почвы. Органическое вещество аккумулятивного горизонта характеризуется высокой степенью гумификации и относится к фульватно-гуматному типу. Гуминовые кислоты доминируют над фульвокислотами. В составе гуминовых кислот преобладают гуматы кальция при очень низком содержании свободных и прочно связанных с мелкоземом карбонатов. В отличие от вышележащей толщи, в органическом веществе аккумулятивного горизонта погребенной почвы низкое содержание негидролизуемого остатка, что свойственно почвам черноземного типа. Высокая опесчаненность этого горизонта по сравнению с нижележащим является следствием пойменных и эоловых процессов, характерных для суббореального периода голоцена. Первая палеопочва этого разреза относится к черноземной почве.

Первый горизонт второй палеопочвы (АВh2) отличается от гор. Аh1 вышележащей погребенной почвы по литологии. Содержание частиц физической глины в нем составляет 10,8 % (в первой почве 9,4 %).

В разрезе 1 [7–9] в коррелирующей палеопочве были проведены микроморфологические исследования. В шлифах генетический горизонт АВh2 имеет черновато-бурую окраску, неоднородное микростроение, компактное сложение. Глинистый материал разной степени агрегированности (от круглых агрегатов неправильной формы до изометрических агрегатов). Биопоры заполнены экскрементами животных. Глинистая плазма анизотропная, в интенсивно гумусовых участках изотропная. Гумус скоагулирован в бурые сгустки и пленки. Присутствуют органические остатки растительного происхождения со слабым клеточным строением.

По химическому составу минеральной части и распределению основных элементов вторая погребенная почва не отличается от первой. Она также имеет слабощелочную реакцию почвенной среды. Обращает на себя внимание увеличение подвижного железа в гор. Сh2 на фоне отсутствия перераспределения алюминия. Содержание гумуса аккумулятивного горизонта достигает 1,02 %, резко снижаясь в гор. Ch2 до 0,34 %. Органическое вещество характеризуется высокой степенью гумификации и относится к фульватно-гуматному типу. Содержание свободных гуминовых кислот очень низкое. Как и в аккумулятивном горизонте первой погребенной почвы, отмечается низкое содержание негидролизуемого остатка. Палеопочва относится к черноземному типу.

Гранулометрический состав третьей погребенной почвы меняется от супеси к суглинку. Среди механических фракций преобладают частицы мелкого песка. Валовый химический состав мелкозема идентичен лежащей выше толще. Реакция почвенной среды изменяется в слабощелочном интервале. Аккумулятивный горизонт (Аh3) содержит 2,98 % гумуса, в гор. ВСh3 его количество снижается до 0,57 %. По групповому составу гумус гор. Аh3 относится к фульватно-гуматному типу, а в гор. ВСh3 – к гуматно-фульватному типу. Степень гумификации гумуса аккумулятивного горизонта высокая, а подстилающего горизонта может быть охарактеризована как низкая. Хотя время формирования палеопочвы относится ко второй половине атлантического периода, генетическая принадлежность данной почвы близка к вышеописанным. Можно сказать, что это парагенетические ряды. Генетический тип – обыкновенный чернозем со следами луговости.

Четвертая и пятая палеопочвы имеют гумусово-аккумулятивные горизонты суглинистого гранулометрического состава. Содержание углерода гумуса к почве составляет 0,87–0,96 %. По групповому составу гумус относится к фульватно-гуматному типу как в гор. Аh4, так и в гор. Аh5 и ВСh5. Степень гумификации гумуса характеризуется как средняя и слабая.

Данные почвы, видимо, развивались в несколько более влажных условиях, на что указывают находки остатков обуглившейся растительности (древесной), а также костей лесных животных. Аналогичный спектр был обнаружен в корреляционной почве Няшенского педокомплекса. По данным палеонтолога Н.Д. Оводова, обнаруженные кости принадлежат лосю, медведю, косуле, то есть представителям лесного комплекса [6].

Палеопочвы были образованы в первую половину атлантического периода. Вероятно исследуемая почва относится к дерновой лесной почве с признаками оглеения. На сопредельных террасовых уровнях реки Енисей для этого времени характерно формирование серых лесных почв [4]. Формирование почвы происходило первоначально под лесной растительностью в умеренно теплых и влажных климатических условиях.

Гранулометрический состав шестой погребенной почвы меняется от супеси до суглинка. Среди механических фракций преобладают частицы мелкого песка. Валовый химический состав мелкозема идентичен лежащей выше толще. Реакция почвенной среды изменяется в слабощелочном интервале. Аккумулятивный горизонт содержит 2,15 % гумуса, в гор. ВСh6 его количество снижается до 0,83 %. По групповому составу гумус гор. Аh6 относится к фульватно-гуматному типу, а в гор. ВСh6 – к гуматно-фульватному.

Органическое вещество генетического гор. Аh6 характеризуется высокой степенью гумификации, в его составе преобладают гуматы кальция. Органическое вещество гор. Аh6 четко отличается преобладанием прочно связных гуминовых кислот. По сохранности гор. Аh6 и ВСh6 можно судить о генетическом типе почвы, то есть полагать, что она сформировалась в раннем голоцене (бореальный период) по типу аллювиальных (пойменных) слоистых дренированных почв. На прилегающих террасах р. Енисей в это время формировались дерново-карбонатные почвы [9].

Седьмая и восьмая палеопочвы имеют слабый морфологически выраженный горизонт Аh7 и хорошо сохранившийся гор. BCh7. Также хорошо морфологически представлен горизонт Аh8. По гранулометрическому составу гор. Аh7 и Аh8 отличаются повышенным содержанием фракции физической глины.

Содержание гумуса в гумусово-аккумулятивных горизонтах составляет 1,94–1,24 %. Органическое вещество генетического гор. Аh7 характеризуется слабой степенью гумификации. Мозаичность горизонтов является следствием процессов промерзания и оттаивания. Выраженная оглееность.

В Татышевском педокомплексе в генетических горизонтах обнаружены также включения растительного и животного происхождения. Определение костных остатков выполнены палеонтологом Н.Д. Оводовым [6]:

• -    гор. Аh3 – углистые травянистые включения и костные остатки;

• -    гор. Аh4 – включения с древесным углем и костями животных, много костных остатков косули;

• -    Аh5 – включения корней растений, мелкие углистые остатки, кости животных;

• -    гор. Аh6 – в буром суглинке с мозаичной гумусированностью редкие углистые включения;

• -    гор Аh8 – замытые растительные остатки.

Включения растительного и животного происхождения являются индикаторами определенных особенностей протекания почвообразовательных процессов во времени. Татышевский педокомплекс охватывает почвообразование за весь период голоцена. Среди палеопочв выделяются почвы пойменные мерзлотные с застойным увлажнением, затем пойменные дерновые (предбореальный период голоцена), аллювиальные слоистые хорошо дренированные (бореального периода голоцена), дерново-лесные почвы с признаками оглеения (первая половина атлантического периода), степные (черноземные) почвы (вторая половина атлантического периода голоцена) и степные и лугово-степные почвы суббореального и субатлантического периодов голоцена. В пойменных экологических условиях (островная пойма) устанавливается, что почвенный покров в разновременные периоды голоцена эволюционировал под влиянием изменения климата.

Выводы

• 1.    Татышевский педокомплекс представлен разновозрастными палеопочвами разной степени сохранности.

• 2.    Морфолого-аналитическая характеристика палеопочвенных образований позволяет диагностировать тип почвообразования и реконструировать условия почвообразования.

• 3.    Татышевский педокомплекс охватывает почвообразование за весь период голоцена, а результаты его исследований дают информацию о флуктуации почвенно-растительных зон во времени.