Разновозрастные почвы археологических памятников лесостепного Зауралья

Почва – незаменимый компонент экологической системы. Частичное или полное разрушение почвенного покрова ведет к потере равновесия экологической системы и утрате, наиболее важного для человека ее свойства – плодородия. Практически почва способна к самовосстановлению, но по теоретическим представлениям формирование устойчивых свойств почвы, ее приближение, по основным параметрам, к состоянию зрелой почвы, должно занимать для разных типов почв от 103 до 104 лет [26, 11, 22].

В связи с этим представляет интерес установление времени, необходимого для восстановления почвенного компонента экологической системы. В качестве объектов могут быть использованы почвы, возраст которых определен: почвы горнодобывающей промышленности [17], почвы островных монастырей [27], почвы театра военных действий [6, 8, 30], палеопочвы [12, 24, 25], почвы курганных захоронений [4, 23], почвы, сформировавшиеся на каменных блоках стен и башен древних крепостей [28, 13], почвы древних укрепленных поселений [18, 21].

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Поскольку в настоящее время оборонительные (фортификационные) сооружения относятся к числу слабоизученных объектов, как в археологическом и историко-культурном, так

и в естественно-научном отношении, а известные нам работы [10, 11, 14, 16, 5, 9]. не многочисленны и охватывают преимущественно Европейскую часть России, объектами нашего исследования были выбраны почвы земляных оборонительных (фортификационных) сооружений, расположенных в Лесостепном Зауралье на территории Курганской области (рис. 1).

Сбор материала проводился в июле – августе 2003 – 2005 гг. и, дополнительно в 2015 г. (табл. 1). Изучение свойств почв проводилось по стандартным методикам.

Общей особенностью исследуемых укрепленных городищ (поселений), Мехонское городище и Прыговское городище, является их расположение на мысовой возвышенности речных стариц. Оборонительные сооружения Прыгов-ского городища представлены двойной кольцевой линией обороны. Наружное кольцо вала огибает внутреннее [7].

Высота оборонительных валов Прыговского и Мехонского городищ 0,4 – 2 м., ширина по основанию от 3 до 7 м. [2]. В районе Мехонского городища встречаются окопы “Колчака”, времен гражданской войны, в виде ветвящейся сети траншей с выкидами почвенной массы по обе стороны. Мощность выкида от уровня дневной поверхности 0,15 – 0,20 м., глубина окопов 0,8 – 1,3 м. Савин вал, расположен вдоль русла старицы р. Тобол. В плане имеет правильную плавную дугообразную форму. Длина только одного из нескольких отрезков более 1000 м., высота 3,3 – 4,1 м. [2], по нашим данным высота более 6 – 8 м., ширина по основанию более 30 – 45 м.

На фоне активного освоения Зауралья и Западной Сибири за последние 300 лет, черноземные почвы оказались полностью вовлечены в сельскохозяйственный оборот. Не тро-

Рис. 1. Карта-схема расположения объектов исследования на территории Курганской области: 1 - Прыговское городище; 2 - Мехонское городище; 3 - Окопы колчака; 4 - Савин вал

Таблица 1. Объекты исследования

№ разреза	Название памятника	Положение относительно дневной поверхности	Абсолютный возраст, лет
Фоновая почва
30:05Ф	Савин вал	На дневной поверхности
1:04Ф	Мехонское городище	–·–
Вал (насыпь)
3:04В	“Окопы колчака” около Мехонского городища	На дневной поверхности	87*
5:05В	Прыговское городище	–· –	600**
1:05В	Прыговское городище	–· –	700**
2:04В	Мехонское городище	–· –	1000***
3:05В	Прыговское городище	–· –	2000**
Погребенная почва
5:05П	Прыговское городище	Ниже уровня дневной	(600)**
		поверхности
1:05П	Прыговское городище	–· –	(700)**
2:04П	Мехонское городище	–· –	(1000)***
3:05П	Прыговское городище	–· –	(2000)**

*[15]; **[19,29]; ***[2]; () количество времени прошедшее с момента погребения почвы нутые естественные почвы сохранились на элементах рельефа, которые оказались непригодны для сельскохозяйственного использования, по этому, почвенный покров Савина вала мы считаем фоновым, так как, по мнению ар- хеологов, [2], данный объект имеет естественное происхождение.

Фоновые почвы представлены выщелоченным черноземом, занимающим 45 % площади всей территории Курганской области. В физико- географическом отношении исследуемые почвы формируются в условиях континентального климата. Территория района работ попадает в 600 – 800-километровую Зауральскую дождевую тень. Гидротермический коэффициент (ГТК) 1,2 – 0,8.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Морфологическое сравнение показывает, что в хронологическом ряду почв на насыпях валов с увеличением возраста происходит увеличение мощности гумусовых горизонтов и горизонтов, переходных к почвообразующей породе, но их мощность остается меньше фонового значения. Так по достижении 2000-летенего возраста мощ- ность горизонта А еще уступает фону (рис. 2). В хронологическом ряду почв насыпи валов была вычислена скорость нарастания мощности гумусового горизонта (рис. 3). Почва 600 и 700-летнего возраста по скорости нарастания горизонта А еще близки почвам первого столетия. В конце 1 тысячелетия и начале 2 тысячелетия скорость нарастания гумусового горизонта начинает приближаться к состоянию равновесия.

Почвы, погребенные под разновозрастными насыпями валов, по морфологическому набору генетических горизонтов, соответствуют черноземным почвам подтипа выщелоченных черноземов.

Исследуемые разновозрастные почвы формируются на породах легкого гранулометриче-

El 87 лет H 600 лет ЕЛ 700 лет И 1000 лет В 2000 лет ■ фон р. 30:05Ф

Рис. 2. Мощность горизонтов в разновозрастных почвах насыпи валов относительно фоновых значений

Рис. 3. Скорость нарастания мощности гумусового горизонта для разновозрастных почв насыпи (данные для 2300-летних почв заимствованы у [3])

ского состава. Среди элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) преобладает сумма крупного и среднего песка и, мелкий песок. Сравнение содержания илистых и пылеватых частиц, в горизонте А хронологического ряда почв насыпи, относительно значений фоновой почвы, показывает постепенное уменьшение доли пылеватых частиц разной фракции и илистых частиц в хронологическом ряду с увеличением времени почвообразования (рис. 4)

В почвах насыпи валов с увеличением возраста от 87 до 2000 лет, по величине коэффициента дифференциации (КД), отношение (ЭПЧ) в горизонте А к горизонту В(В1), для наиболее подвижной илистой фракции, дифференциация профиля нарастает от 0,64 до 5,19. Почвы 1000-летенего возраста, КД 0,73 приближаются к фоновым значениям КД 0,99 – 0,94, тогда как профиль почвы 2000-летенего возраста оказался резко дифференцирован КД 5,19, что может быть связано с быстрым выносом (проваливанием) илистых и пылеватых частиц между частицами песка вследствие преобладания песчаной фракции. Коэффициент однообразия Сu показывает хорошую отсортированность элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) в хронологическом ряду почв насыпи и погребенных почв.

Поскольку почвы насыпи фортификационных валов перекрывают почвы, погребённые под насыпями то, глинистые частицы, представляющие совокупность илистых и пылеватых частиц, перемещаются из горизонта А Cg 10,28 – 1,71 и В(В1) Cg 5,57 – 1,66 почв насыпи фортификационных валов и накапливаются в горизонте [А] Cg 72,29 – 2,48 почв, погребенных под насыпями валов.

В минералогическом составе исследуемых почв преобладает кремний SiO2 84,50 – 95,39 %, дифференциация профиля по валовому железу Fe2O3 и алюминию Al2O3 выражена слабо, что согласуется с результатами гранулометрического состава и подтверждает слабую внутрипрофиль-ную миграцию наиболее подвижных илистых частиц и преобладание частиц песчаной фракции среди элементарных почвенных частиц.

Распределение валового кальция служит специфическим признаком для диагностики выщелоченных чернозёмов. В исследуемых почвах CaO образует два максимума: верхний, в связи с биологической аккумуляцией в органических горизонтах 1,12 – 19,59 % и нижний 0,56 – 3,02 %, за счет появления карбонатов в почвообразующей породе. В целом, в хронологическом ряду почв насыпи и погребенных почв, с увеличением возраста миграционная способность полуторных оксидов получает развитие в почвах более зрелого возраста, причем для почв насыпи проявляются прочесы миграции, а для погребенных почв процессы аккумуляции.

По мощности и содержанию гумуса исследуемые почвы относятся к среднемощным и маломощным, к малогумусным и слабогумусным видам выщелоченного чернозема. В 20-сантиметровом слое, хронологического ряда почв насыпи валов, с увеличением возраста происходит постепенное увеличение доли углерода органического вещества (рис. 5).

В исследуемых почвах обнаружен “ножничный” тип профильного распределения гуминовых кислот и фульвокислот. По [20] точку пересечения кривых ГК и ФК следует считать одним

Рис. 4. Распределение илистых и пылеватых частиц в горизонте А хронологического ряда почв насыпи и в фоновой почве

Рис. 5. Содержание углерода в слое 0 – 20 см разновозрастных почв насыпи (данные для 25 – 60-летних почв заимствованы у [17], для 2300-летних заимствованы у [3])

из объективных показателей, отмечающим нижнюю границу гумусового горизонта черноземов. Так, в хронологическом ряду насыпи валов с увеличением возраста: 87 – 1000 – 2000 лет, точка пересечения створа кривых ГК и ФК постепенно перемещается вниз: 5 – 10 – 30 см., но не достигает фонового значения 45 см.

Сравнение спектрофотометрических характеристик на примере гуминовых кислот фракции ГК-II показывает, что с увеличением возраста: 87 – 600 – 1000 в исследуемом хронологическом ряду почв насыпи валов величина оптической плотности нарастает (рис. 6), а коэффициент цветности: E4:Е6 ГК-II: 4,38 – 3,34 – 3,28 убывает по сравнению с фоном E4:Е6 ГК-II: 2,87.

Почвообразование исследуемых разново- зрастных почв археологических памятников сопровождается нейтральной и слабокислой ре- акцией среды. В хронологическом ряду почв насыпи валов с увеличением возраста наблюдает- ся уменьшение актуальной рН Н2О, обменной рН

KCL и гидролитической кислотности H+ мг·экв/100г почвы

степень насыщенности почв основаниями V% на- растает (табл. 2).

Почвы исследуемого хронологического ряда насыпи валов обеднены подвижными соединениями фосфора и обменного калия. Наши результаты агрохимической характеристики согласуются с аналогичными данными [5], полученными на примере оборонительных соору-

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

Дшцй волны нм

Рис. 6. Оптическая плотность гуминовых кислот почв насыпи валов горизонт А

Таблица 2. Некоторые агрохимические показатели объектов исследования

Агрохимический показатель Возраст (количество лет) фон 87 600 700 1000 2000 pH Н2О 6,28 6,18 5,60 6,09 6,44 6,44 – 6,47 pH KCL 5,60 5,19 4,77 5,43 5,80 5,71 – 6,02 + H мтэкв/100г почвы 14,32 3,26 5,46 3,75 2,99 3,10 – 3,36 V% 78,40 63,21 73,83 81,74 83,19 81,07 – 91,51 жений Русского государства XVI – XVIIвв. Лесостепного Поволжья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До того, как земляные оборонительные (фортификационные) сооружения представляют стратегический интерес, все усилия направлены на поддержание их боеспособности. Как только объект теряет свое стратегическое назначение, территория включается в процесс естественноисторического развития, и мы можем наблюдать здесь процесс естественного восстановления экосистем, включая и почвы.

Формирование почвы на разновозрастных насыпях (фортификационных) оборонительных валов идет на породах легкого гранулометрического состава, элементарные почвенные частицы (ЭПЧ) хорошо отсортированы. Почвообразование сопровождается нейтральной и слабокислой реакцией, средним и низким уровнем содержания гумуса и питательных элементов, высокой степенью насыщенности основаниями. Исследуемые почвы обогащены валовым кремнием, слабо дифференцированы по валовым формам железа, алюминия и фосфора. Валовой кальций обнаруживает характерное для выщелоченных черноземов биологическое накопление в верхней части профиля и геологическое в основании профиля. По набору генетических горизонтов, формирующиеся почвы еще не полностью соответствуют фоновым черноземным почвам.

В исследуемом хронологическом ряду разновозрастных почв насыпи (фортификационных) оборонительных валов, по сравнению с фоновыми почвами, с увеличением возраста происходит увеличение мощности гумусового горизонта, нарастают запасы гумуса и доля углерода органического вещества. Граница гумусового горизонта перемещается вниз. Оптическая плотность гуминовых кислот, связанных с кальцием, ГК-II и степень насыщенности почв основаниями нарастают. С увеличением возраста почв насыпи валов скорость нарастания гумусового горизонта убывает. Уменьшается коэффициент цветности Е4:Е6 и доля илистых и пылеватых частиц разной фракции. Кислотность почв снижается и приближается к нейтральным и слабокислым значениям.

Влияние почв насыпи на погребенные почвы проявляется в результате миграции глинистых частиц, обменных оснований и перераспределении органического вещества из горизонтов почв насыпи в гумусовые горизонты погребённых почв.

Среди признаков почвенного компонента экологической системы для формирования органических горизонтов почвенного профиля требуется не более 100 лет. Около 700 лет не- обходимо для дифференциации профиля почв насыпи по илу, подвижным фосфатам и соотношению ГК/ФК. Наиболее консервативным признаком для почв насыпи и погребенных почв оказалась дифференциация профиля по фракциям песка и валовому кремнию. В погребенных почвах наиболее мобильным признаком оказалось органическое вещество и сумма обменных оснований, остаются неизменными до 600 лет.

В целом, полученные результаты показывают, что восстановление почв длительный процесс, и к 2000-летенему возрасту по основным признакам исследуемые разновозрастные почвы археологических памятников Лесостепного Зауралья еще не соответствуют фону.