CC BY
37
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2017, том 23, № 1 (70), с. 5-16
————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ —==———
УДК 631.46:631.48:930.26
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕВЕКОВЫХ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКИХ ТЕРРАС ГОРНОГО ДАГЕСТАНА1
© 2017 г. Н.Н. Каширская, Е.В. Чернышева, А.К. Ходжаева, А.В. Борисов
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Россия, 142290, Московская обл., г. Пущино, ул. Институтская, д. 2 Е-mail: nkashirskaya81@gmail.com
Поступила 15.04.2016
Исследование средневековых земледельческих террас горного Дагестана выявило полигенетический характер антропогенных почв, отражающий основные этапы их эволюции. Почвенные слои естественного этапа эволюции, с учетом длительного пребывания в погребенном состоянии, характеризовались достаточно высокими величинами биологической активности, за исключением биомассы грибного мицелия, сохранившегося здесь в незначительной степени. В почвенных слоях раннего агрогенного этапа распашка без полива не вызвала существенных изменений микробиологических свойств, однако увеличение уреазной активности в отдельных изученных профилях может свидетельствовать о внесении удобрений на некоторых участках террасы. Прекращение обработки во время Малого ледникового периода (ХУ1-ХУШ вв. н.э.) привело к накоплению в почвах органического углерода в результате залежного процесса, а также к увеличению их ферментативной активности. Второй агрогенный этап в условиях орошения характеризовался заметным увеличением активной микробной биомассы, фосфатазной и особенно уреазной активности почв, что можно рассматривать как свидетельство интенсивного земледелия и внесения органических удобрений. Развитие террас в естественных условиях на протяжении последних 20 лет привело к заметному росту биологической активности верхних залежных горизонтов. Однако для неорошаемых участков здесь отмечалось существенное уменьшение величин уреазной активности, тогда как показатели микробной биомассы оставались на прежнем уровне. Ключевые слова: горно-каштановые почвы, земледельческие террасы, биологическая активность, микробные сообщества, ферментативная активность.
Изучение истории развития почв и их антропогенных изменений является одной из важнейших проблем генетического почвоведения. К настоящему времени проведены многочисленные исследования почвенных объектов, характеризующихся следами антропогенного влияния на тех или иных этапах своего естественного развития. Выявлены отдельные типы антропогенного преобразования почв на протяжении различных археологических эпох (Плеханова, 2010). В этой связи представляет интерес исследование антропогенных почв, возникновение и развитие которых обусловлено многовековой хозяйственной деятельностью древних земледельческих культур (Борисов, Коробов, 2009; когоьоу, Borisov, 2013). Одним из наиболее ярких результатов подобной деятельности являются террасные поля - неотъемлемая составляющая ландшафтов горного Дагестана.
Многочисленные работы последних лет посвящены изучению свойств почв, особенностей почвенного покрова Дагестана (Бабаева, 2002; Залибеков, 2010), оценке земельных ресурсов (Стасюк и др., 2009; Аличаев, 2013), проблемам землепользованиия (Черкашин, Абдулаев, 2014), приоритетным направлениям сельского хозяйства республики (Аджиев и др., 2000; Залибеков, 2010; Баламирзоев и др., 2008; Баламирзоев, Аджиев, 2013). Однако почвы террасных полей, в результате создания и тысячелетнего использования которых сформировался самостоятельный новый почвенный тип (Залибеков, 2010), к настоящему времени изучены в меньшей степени. Создание
1 Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №№ 15-06-05763, 14-04-00934, и 14-06-00200.
5
террас как наиболее целесообразная форма адаптации сельского хозяйства к условиям горного ландшафта было характерно для всех этапов сельскохозяйственного освоения в горной зоне и успешно применялось в широко известных очагах древнего земледелия, таких как Кавказ, Южная Азия и Центральная Америка (Агларов, 2007).
Для выявления особенностей сельскохозяйственной практики прошлых эпох особенный интерес представляет изучение биологической активности антропогенных почв. По сравнению с целинными современными и погребенными почвами аридных регионов, где этот вопрос активно изучается (Каширская и др., 2009; Демкина и др., 2009), можно констатитровать практически полное отсутсвие работ по биологической активности антропогенных почв. Показано лишь, что уменьшение биомассы микроскопических грибов является результатом распашки территории (Лысак и др., 2004; Bittman et al., 2005), тогда как забрасывание полей приводит к увеличению данного показателя (Zamoza et al., 2009). Использование навоза в качестве удобрения увеличивает микробную биомассу почв (Масютенко и др., 2008) и повышает уровень их уреазной активности (Chemisheva et al., 2015). В данном направлении успешно используются различные микробиологические и биохимические почвенные показатели (Чернышева, 2015). Увеличение фосфатазной активности также может свидетельствовать о поступлении в почву органических субстратов, так как при участии почвенных фосфатаз происходит мобилизация органического фосфора - элемента, широко используемого в археологической практике (Holliday, 2007).
В этой связи цель настоящей работы заключалась в исследовании биологической активности горных антропогенных почв земледельческих террас Дагестана.
Район, объекты и методы исследований
Исследования проводились совместно с Гоцатлинской (Ортокалинской) археологической экспедицией Института истории, археологии и этнографии ДНЦ РАН и ОАО НПЦ ДАРС в 2013 г. в рамках охранно-спасательных раскопок в зоне строительства Гоцатлинской ГЭС (Хунзахский район). Объекты исследований расположены в окрестностях поселения Ортоколо эпохи развитого Средневековья (X-XII вв.). Район исследований представляет собой крупную террасу в долине реки Аварское Койсу с высотными отметками на уровне 750 м, окруженной хребтами высотой свыше 1500 м. Климат района сухой и континентальный. Годовое количество осадков составляет 350500 мм. Температура самого теплого месяца (август) достигает 16-18°С, самого холодного (январь) -5-7°С, при среднегодовой температуре 6-7°С.
В геоморфологическом плане террасы расположены на склоне восточной экспозиции с уклоном до 5°. Подстилающие породы представлены аллювиально-делювиальными отложениями известковистого песчаника и крупного галечника с примесью суглинистых и глинистых отложений аллювиальной природы. Подобные участки террас в речных долинах, как правило, заняты горнодолинными почвами. Таким образом, на подтиповом уровне, согласно высотным отметкам и наличию допольнительного поверхностного увлажнения, в почвенном покрове данного участка должны преобладать луговые предгорно-долинные почвы. Однако многовековая сельскохозяйственная обработка полностью изменила генетический профиль этих почв, и в настоящее время их можно идентифицировать как горные антропогенные. Профили почв имели полигенетический характер и содержали следы чередовавшихся на протяжении последнего тысячелетия естественных и агрогенных этапов эволюции. Ранний агрогенный этап развития почв, имевший место до наступления Малого ледникового периода (МЛП), был, по-видимому, связан с выращиванием злаковых культур в условиях богарного земледелия. Последующее прекращение обработки привело к формированию почвенного слоя без признаков распашки, морфологически близкого к черноземам. Время формирования данного слоя, вероятнее всего, относилось к МЛП (XVI-XVIII вв. н.э.), когда отмечалось резкое похолодание на Кавказе (Александровский, Алекандровская, 2005; Perry, Hsu, 2000). Следующий этап развития почв был связан с выращиванием плодовых культур в условиях орошения, что подтверждается этнографическми сведениями. После включения горного Дагестана в экономику России началось поступление более дешевого зерна из центральных областей страны в горную зону. Это сделало нерентабельным выращивание хлеба и привело к широкомасштабному развитию поливного плодоводства в Дагестане, которое продолжалось до 80-х годов прошлого века. В 80-90-х гг. значительная доля поливного садоводства
пришла в упадок, часть садов была запущена, террасы стали использоваться в качестве пастбищ. После прекращения полива почвообразование стало развиваться по естественному пути и началось восстановление почвенных свойств.
Полевые исследования почвенных разрезов и отбор образцов проводились в наиболее информативных участках с выраженной стратиграфией профиля по бортам траншеи глубиной 100120 см, ориентированной вдоль террасированного склона в направлении запад-восток, перпендикулярно магистральному оросительному каналу (рис. 1).
Рис. 1. Общая схема террасных полей и расположение разрезов.
Траншея проходила через весь склон, начинаясь в области тылового шва, где уклон местности составлял 20-30°, проходила по выровненному участку речной террасы с уклоном 5-10° и заканчивалась на склоне террасы у уреза воды, где уклон достигал 45° и более.
Разрез Б-360 был заложен на участке 46-47 м от верхнего края траншеи на выровненном участке с уклоном около 5°. Морфолого-генетическое строение профиля имеет следующий вид. Слой А1 015 см, задернованный с поверхности, проработан почвообразованием в результате залежного процесса за последние 20 лет. Слои АВ1 15-40 см и АВ2 40-85 см относятся к периоду поливного
земледелия (ХУШ-ХХ вв.), слой [В] 85-100 см - к периоду МЛП (ХУ1-ХУШ вв.), когда почва не обрабатывалась (этот вывод подтверждается хорошей гумусированностью, оструктуренность почвы и отсутсвием керамики). Слои [В1] 100-130 см и [В2] 130-150 см относятся к наиболее древнему богарному периоду (Х1-ХУ1 вв.). Горизонты целинной погребенной почвы в данном профиле отсутствуют, так как почва распахивалась до материкового слоя. Этот участок, расположенный наиболее близко к магистральному оросительному каналу, подвергался интенсивному поливу.
Разрез Б-361 был заложен в 110 м от верхнего края траншеи в центральной части речной террасы. Данный участок, вероятнее всего, был наиболее благоприятным для земледелия, и осваивался в первую очередь, так как характеризовался поверхностью, близкой к горизонтальной. Почва с поверхности была задернована. Профиль составляли проработанные залежным процессом слои Ад 0-2 см и А 2-15 см, слои позднего этапа сельскохозяйственной обработки АВ 15-28 см, В1 28-50 см и В2 50-65 см, слой раннего сельскохозяйственного этапа [АВ] 65-75 см и слои целинной погребенной почвы [В] 75-100 см и [ВС] 100-115 см. Слой запустения МЛП на данном участке был распахан на первых стадиях поливного этапа. Участок поливался в меньшей степени по сравнению с участком, расположенным выше, однако достаточно интенсивно.
Разрез Б-363 был заложен в 145 м от верхнего края траншеи на третьей большой террасе, самой нижней в комплексе больших террас. В этом месте заканчивается горизонтальная поверхность речной террасы и начинается склон. Профиль составляли слои естественного этапа Ад 0-3 см и А 2-14 см, слои позднего этапа сельскохозяйственной обработки АВ 14-31, В1 31-45 и В2 45-60 см и слои раннего сельскохозяйственного этапа [АВ] 65-74 см, [В] 74-90 см и [ВС] 90-105 см. Таким образом, профиль Б-363 отличался от профиля Б-361 отсутствием нижних слоев целинной погребенной почвы. По всей видимости на первом этапе сельскохозяйственного освоения мощность почвенного слоя была невелика и распахивалась вся почва почвообразующей породы.
Разрез Б-362 был заложен на участке 180 м от верхнего края траншеи, на узкой террасе с подпорной стенкой, расположенной на самом нижнем участке склона у берега р. Аварское Койсу. Предположительно, данная терраса была создана относительно недавно, позднее других террас, когда более удобные участки были полностью освоены. Следы орошения в профиле не обнаружены. В профиле почвы не отмечены признаки деградации структуры, уплотнения, окарбоначивания почвенной массы. Отсутствуют следы агроирригационных наносов Почва в районе разреза Б-362 начала обрабатываться на более позднем этапе, чем предыдущие профили. Здесь зафиксированы только три слоя - верхний А 8-65 см, проработанный залежным процессом, и слои позднего этапа обработки АВ 8-55 см и В 55-65 см.
Для сравнительного анализа на неорошаемом террасированном участке в окрестностях с. Гоцатль был заложен разрез Б-364. В профиле выделяется горизонт современной залежи (горизонт А, 0-20 см), под которым залегает слой позднего этапа обработки (горизонт АВ, 20-35 см. Ниже залегает слой запустения на глубине 35-52 см (горизонт В, сформированный также, предположительно, во время МЛП), который характеризуется более темной окраской, хорошей оструктуренностью, более высоким содержанием гумуса. На глубине 52-85 см сохранился горизонт (А) погребенной почвы и переходный горизонт (ВС).
Таким образом, при террасном земледелии в развитии почв начинается период функционирования в условиях положительного баланса почвообразования. В это время происходит постепенный рост почвы вверх за счет аккумуляции мелкозема, переносимого с вышележащих участков плоскостным смывом. Этот процесс продолжается и в те периоды, когда территория не используется в сельскохозяйственном производстве, как это видно из профилей разрезов Б-360 и Б-364, где выделяется горизонт В, соответствующий периодам запустения в МЛП. Профиль почв приобретает специфические стратиграфические различия, связанные с особенностями агротехники и возможными изменениями климата. Последнее применимо к террасам, которые функционируют длительное время. Под горизонтом В залегает слой раннего этапа обработки на глубине 52-100 см. Установление времени начала функционирования террас возможно на основании изучения керамики в почвах. Этот метод уже используется при изучении террасного земледелия (Борисов, Коробов, 2009). В данном случае вся керамика в погребенных агрогенных горизонтах в целом однотипная и относится к развитому средневековью. Соответственно, весь террасный комплекс может датироваться от XII века до наших дней.
Определение содержания органического углерода, карбонатов, значений рН, гранулометрического состава было проведено по традиционным методикам (Аринушкина, 1970). Для микробиологического анализа использовали почвенные образцы, отобранные репрезентативно по генетическим горизонтам с соблюдением условий стерильности. Оценка биомассы микроорганизмов, дающих респираторный отклик на внесение глюкозы (С-СИД), проводилась методом субстрат-индуцированного дыхания (Anderson, Domsch, 1978). Биомассу грибного мицелия определяли прямым подсчетом на мембранных фильтрах по методу Хансена в модификации Демкиной и Мирчинк (Звягинцев и др., 1980). Оценка фосфатазной активности почв проводилась методом Галстяна-Арутюнян (Хазиев, 2005), уреазной активности - методом Кандлер-Гербер (Kandeler, Gerber, 1988), полифенолоксидазной и пероксидазной активности - методом Михайловой-Карягиной (Хазиев, 2005). Статистическую обработку данных проводили стандартными методами.
Результаты и обсуждение
Химические свойства. В профилях горных антропогенных террасовых почв были определены содержание органического углерода, карбонатов, рН, а также содержание илистых и глинистых частиц (табл. 1), так как именно эти показатели во многом определяют особенности биологических свойств почв. Исследуемые почвы относятся к сильно карбонатным, поскольку были сформированы на породах древних аллювиальных отложений, обогащенных карбонатами. Повышенное содержание карбонатов в профилях почв обусловило высокие величины рН в пределах 8.2-8.8. По содержанию илистых и глинистых частиц все почвы были определены как среднесуглинистые, за исключением профиля Б-360, который отличался более легким гранулометрическим составом.
Микробиологические свойства. Естественный этап эволюции почв. Среди всех исследованных почв только в профиле Б-361 сохранились ненарушенные земледелием погребенные слои на глубине 75-100 см (рис. 2). Содержание органического углерода составляло здесь 0.76-0.88%. Среди микробиологических свойств обращают на себя внимание достаточно высокие величины активной микробной биомассы С-СИД (112-123 мкг/г), что указывает на высокий исходный уровень биологической активности погребенной естественной почвы. Величина доли С-СИД/Сорг в сохранившихся слоях этой почвы достигала 1.6%, и была выше, чем в отдельных слоях, сформированных на более поздних этапах и испытавших антропогенное воздействие. В то же время длительное пребывание в погребенном состоянии вызвало резкое сокращение биомассы грибного мицелия, в структуре которого стали преобладать темноокрашенные гифы, как более жизнеспособные в условиях стресса и недостатка питательных веществ.
Первый агрогенный этап. Земледелие в богарных условиях. Агрогенный этап развития почв на данном участке начался, вероятнее всего, с момента возникновения поселения Ортоколо, возможно в XI-XII вв., что подтверждается археологическими материалами. Почвенные горизонты этого периода эволюции сохранились практически во всех исследованных профилях, за исключением разреза Б-362. Пахотные неорошаемые горизонты сохранились в профиле Б-360 на глубине 100-150 см, в профиле Б-361 на глубине 65-75 см, в профиле Б-363 на глубине 60-105 см. Что касается профиля Б-364, то здесь орошение не применялось никогда, но наиболее близкими по времени функционирования являются слои 52-85 см и 85-100 см. Для всех агрогенных горизонтов первого этапа характерна непрочная призмовидная и мелкоглыбистая структура, а также равномерное дисперсное распределение по всему слою мелких камней и щебня, что связано с многолетней распашкой. Крупные камни размером более 5 см извлекались из пахотного слоя и использовались при строительстве подпорных стен.
Содержание органического углерода в пахотном слое раннего этапа сельскохозяйственной обработки в профиле Б-361 (рис. 2) практически не изменилось относительно слоев естественной погребенной почвы. Величины Сорг. на данном этапе варьировали от 0.49% в профиле Б-364 до 1.18% в профиле Б-363. Величины биомассы грибного мицелия в слоях раннего этапа обработки были выше, чем в слоях естественной погребенной почвы, при этом увеличивалась доля светлоокрашенных грибных гиф, что можно рассматривать как следствие улучшений условий существования микобиоты. Аналогичный вывод применим к активной микробной биомассе: показатели С-СИД и С-СИД/Сорг увеличились в рассматриваемом слое профиля Б-361 соответственно до 172 мкг С/г и 2.1%. В остальных профилях отдельные слои раннего этапа
10 БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ ПОЧВ
Таблица 1. Физико-химические свойства горных антропогенных террасовых почв.
Горизонт, глубина Сорг, % СаСО3, % рН водный Ил, % Глина, %
Разрез Б-360 Почва горно-долинная антропогенная легкосуглинистая
А 0-15 1.31 22.5 8.2 10 25
АВ1 15-40 0.75 24.0 8.4 16 35
АВ2 40-85 0.75 28.9 8.3 13 26
[В] 85-100 1.26 23.6 8.4 17 35
[В1] 100-130 0.60 26.6 8.6 18 34
[В2] 130-150 0.65 23.6 8.7 15 47
Разрез Б-361 Почва горно-долинная ант эопогенная среднесуглинистая
Ад 0-2 2.27 21.6 8.2 11 31
А 2-15 1.83 24.5 8.5 12 32
АВ 15-28 0.86 21.6 8.7 13 30
В1 28-50 0.81 22.7 8.8 15 23
В2 50-65 0.74 20.9 8.7 19 41
[АВ] 65-75 0.82 16.2 8.8 24 46
[В] 75-100 0.88 15.5 8.6 21 46
[ВС] 100-115 0.76 28.1 8.6 22 45
Разрез Б-362 Почва горно-долинная ант эопогенная среднесуглинистая
А 0-8 4.55 21.8 8.3 27 43
АВ 8-55 2.07 24.4 8.5 10 24
В 55-65 2.77 25.9 8.2 9 22
Разрез Б-363 Почва горно-долинная ант эопогенная среднесуглинистая
Ад 0-3 1.69 23.6 8.5 18 40
А 3-14 1.99 23.6 8.2 18 43
АВ 14-31 1.32 25.1 8.6 22 44
В1 31-45 1.08 22.9 8.5 22 41
В2 45-60 1.02 21.8 8.5 23 41
[АВ] 60-74 1.04 22.1 8.6 23 38
[В] 74-90 1.18 15.4 8.5 23 38
[ВС] 90-105 0.93 27.0 8.5 16 32
Разрез Б-364 Почва горно-долинная ант эопогенная среднесуглинистая
А 0-20 0.94 9.4 8.6 17 32
АВ 20-35 0.70 7.9 8.6 20 35
В 35-52 0.95 6.5 8.6 19 38
[А] 52-85 0.49 10.5 8.7 19 33
ВС 85-100 0.58 12.3 8.7 16 33
использования почв обнаруживали различную изменчивость данных показателей с глубиной. Если в профиле Б-360 величины С-СИД и С-СИД/Сорг увеличивались с глубиной соответственно в 25 и 20 раз, то в профиле Б-363 они практически не изменялись, а в профиле Б-364 уменьшались с глубиной соответственно в 2.5 и 2.0 раза.
Малый ледниковый период. Запустение. Почвенные слои периода МЛП сохранились в разрезе Б-360 на глубине 85-100 см и в разрезе Б-364 на глубине 35-52 см (рис. 2). Слои характеризуются
признаками, указывающими на прекращение сельскохозяйственной обработки: отсутствием каменей и керамики, естественным постепенным переходом в нижележащий горизонт. В других разрезах слой МЛП полностью уничтожен последующей распашкой. В слоях запустения, прежде всего, отмечалось резкое увеличение содержания Сорг - в 2 раза по сравнению со слоями предыдущего этапа, при этом величины активной микробной биомассы С-СИД практически не изменялись.
При выявлении внутрипрофильной изменчивости суммарной биомассы грибного мицелия, обращает на себя внимание разнонаправленное ее изменение в слоях запустения профилей Б-360 и Б-364 относительно более глубоких слоев, относящихся к первому агрогенному этапу. В профиле Б-360 в слое запустения было выявлено увеличение СБГМ, закономерное при увеличении содержания органического углерода. В профиле Б-364 существенное увеличение грибной биомассы было отмечено в предыдущем пахотном слое раннего агрогенного этапа. По-видимому, именно здесь после прекращения распашки начался процесс восстановления грибного мицелия (Zamoza et а1., 2009). Однако в структуре грибного сообщества, сохранившегося в слоях МЛП, в отличие от предыдущего этапа, преобладали темноокрашенные мицелиальные формы.
Второй агрогенный этап. Поливное земледелие. На отдельных террасах второй агрогенный этап был связан вначале с распашкой территории и выращиванием зерновых, об этом свидетельствует равномерное распределение мелких камней в слое 40-85 см в разрезе Б-360. Затем распашка прекратилась, и вся территория стала использоваться для выращивания косточковых в условиях полива (Борисов и др., в печати). Верхняя часть профиля всех почв, за исключением разрезов Б-362 и Б-364, несет в себе признаки орошения. На морфологическом уровне это проявляется в резком изменении всех почвенных свойств: сильно увеличивается плотность, содержание карбонатов, нарушается структура, почва в сухом состоянии становится монолитной, плотной, крупноглыбистой, сцементированной. Изменяется гранулометрический состав, отмечается некоторое уменьшение содержания органического углерода. Что касается микробиологических свойств этого слоя, то здесь отмечены разнонаправленные тенденции, которые объясняются интенсивностью полива. В зоне наиболее интенсивного полива, в профиле Б-360, отмечается довольно высокая величина С-СИД и наблюдается резкое ее уменьшение с глубиной (рис. 2). В зоне менее интенсивного полива, в профиле Б-361, уменьшение данного показателя фиксируется во втором слое рассматриваемого этапа (28-50 см), тогда как в третьем слое (50-65 см) активная микробная биомасса и ее доля в органическом углероде почв увеличиваются более чем на порядок. В зоне минимального полива, в профиле Б-363, величины содержания С-СИД на данном этапе обработки были в 1.5-2 раза ниже, чем максимальные его величины в профилях Б-360 и Б-361, и практически не изменялись с глубиной. Профиль Б-362, не подвергавшийся орошению, характеризовался высокой величиной активной микробной биомассы в слое 55-65 см, что, по-видимому, указывает на внесение удобрений на данном этапе. Наиболее низкие показатели С-СИД отмечены в профиле Б-364, где не было орошения.
Биомасса грибного мицелия в слоях позднего этапа сельскохозяйственной обработки на орошаемых участках практически не изменилась относительно предыдущих этапов, тогда как на неорошаемом участке в профиле Б-364 было отмечено существенное уменьшение данного показателя по сравнению с периодом запустения. Практически во всех профилях преобладал темноокрашенный мицелий, за исключением профиля Б-362, где оптимизация условий для грибного сообщества соответствовала высокому содержанию органического углерода.
Современный этап. Запустение и восстановление почвенных свойств. После прекращения полива в 80-90-х гг. прошлого века почвы участка вновь стали развиваться в естественных условиях. Произошло увеличение содержания органического углерода, активной микробной биомассы и ее доли в общем органическом углероде почв. Только в неорошаемой почве за пределами траншеи величины С-СИД и С-СИД/Сорг оставались на прежнем уровне. Во всех изученных профилях на данном этапе заметно выросла биомасса грибного мицелия, при этом в его структуре стали преобладать светлоокрашенные гифы, что указывает на оптимизацию условий.
Ферментативная активность. Ферментативная активность горно-долинных антропогенных террасовых почв исследовалась на примерах фосфатазной, уреазной, полифенолоксидазной и пероксидазной активности (рис. 3). В погребенных слоях естественного этапа развития почв, сохранившихся в профиле Б-361 на глубине 75-115 см, были отмечены низкие уровни фосфатазной и уреазной активности, что свидетельствует об отсутствии дополнительного поступления в почву
агрогенныи этап
Рис. 2. Микробиологическая характеристика горных антропогенных террасовых почв.
Рис. 3. Ферментативная активность горных антропогенных террасовых почв. АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2017, том 23, № 1 (70)
мочевины, навоза и других органических удобрений. Что касается низких, в целом, значений полифенолоксидазной активности относительно более высоких значений пероксидазной активности, то эти показатели являются результатом преобладания процессов разрушения гумуса и его минерализации.
В слоях первого агрогенного этапа фосфатазная и уреазная активности в профиле Б-361 практически не изменились относительно предыдущего этапа, что не позволяет сделать вывод о внесении органических удобрений в почву на раннем этапе функционирования данного участка. На остальных участках величины фосфатазной активности на данном этапе распределялись, как правило, в соответствии с величинами содержания органического углерода, за исключением профиля Б-360, характеризовавшегося максимальной фосфатазной активностью в наиболее глубоком слое. По-видимому, это объясняется увеличением активной микробной биомассы в данном слое. Величины уреазной активности здесь варьировали в меньшей степени по сравнению с величинами фосфатазной активности. В профилях Б-363 и Б-364 были отмечены более высокие значения уреазной активности, что, вероятно, связано с внесением навоза на данных участках. Отмечается возрастание полифенолоксидазной активности и некоторое уменьшение пероксидазной активности, что можно считать признаком уменьшения интенсивности разложения гумуса, но различия в данном случае недостоверны. В целом, ферментативная активность почв периода распашки без полива изменилась относительно предыдущего периода незначительно.
На этапе запустения фосфатазная и уреазная активность заметно увеличились относительно раннего этапа сельскохозяйственной обработки. Это позволяет предполагать, что в рассматриваемый период данная территория использовалась в качестве пастбища. Повышенный уровень полифенолоксидазной активности на данном этапе (профиль Б-360) может свидетельствовать о преобладании процессов гумусообразования в период запустения, хотя на другом участке (профиль Б-364) такой закономерности не было обнаружено.
Для слоя поливного земледелия характерно возрастание как фосфатазной, так и уреазной активности, что можно рассматривать как свидетельство внесения органических удобрений. Аномально высокие значения всех микробиологических параметров в почве разреза Б-362 следует связывать именно с внесением высоких норм органических удобрений при создании почвы данной террасы.
Резкое увеличение фосфатазной и уреазной активности в верхних залежных слоях всех исследованных профилей является результатом общего увеличения биологической активности в приповерхностных горизонтах почвы. Однако для неорошаемых профилей в верхних слоях было отмечено уменьшение величин уреазной активности. В целом, по мере приближения к поверхности, в почвенных слоях отмечается стабилизация гумусного состояния, что проявляется в снижении уровня полифенолоксидазной активности.
Выводы
1. Выявлен полигенетический характер антропогенных почв древних земледельческих террас. Установлено, что в условиях террасного земледелия почвы характеризуются седиментационным развитием профиля, причем седиментация на террасах шла и при антропогенных воздействиях, и в естественных условиях. Наиболее интенсивный рост почвенного профиля наблюдался в условиях орошения за счет ирригационных наносов и плоскостного смыва. Процесс развития почв земледельческих террас включал следующие основные этапы: естественный этап эволюции (до XI в. н.э.), первый агрогенный этап без применения орошения (XI-XVI вв. н.э.), период запустения (предположительно XVI-XVШ вв. н.э.), второй агрогенный этап в условиях орошения (до 90-х годов прошлого века) и заключительный период запустения, продолжающийся по настоящее время.
2. Почвы естественного этапа эволюции характеризовались достаточно высоким исходным уровнем биологической активности, что подтверждается высокими величинами активной микробной биомассы и доли углерода активных клеток в общем углероде почвы. Длительное пребывание в погребенном состоянии вызвало сокращение биомассы грибного мицелия. Низкий уровень фосфатазной и уреазной активности свидетельствует об отсутствии дополнительного поступления в почву органического вещества в виде удобрений.
3. В почвах первого агрогенного этапа распашка без полива не вызвала существенных изменений
химических и микробиологических свойств.
4. Во время Малого ледникового периода (XVI-XVIII вв.) почвы находились в залежном состоянии. В этот период отмечается накопление гумуса, оструктуривание, увеличение ферментативной активности при сравнительно низкой величине активной микробной биомассы.
5. Во время второго агрогенного этапа в условиях орошения происходило увеличение содержания активной микробной биомассы и ферментативной активности, что является свидетельством интенсивного земледелия и внесения органических удобрений. Повышенные величины уреазной активности в почвах, особенно в профиле Б-362, указывают на внесение навоза. Неорошаемая почва с минимальными показателями биологической активности, по-видимому, не удобрялась.
6. Развитие почв в естественных условиях на протяжении последних 20 лет, как правило, приводило к росту биологической активности. Однако, для неорошаемых профилей было отмечено уменьшение величин уреазной активности, а в неорошаемой почве за пределами траншеи показатели микробной биомассы оставались на прежнем уровне.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агларов М.А. 2007. Дагестан - один из исходных центров мирового террасного земледелия // Вестник
Дагестанского научного центра. № 28. С. 1-6. Аджиев А.М., Контаев И.А., Аджиева Д.А. 2000. Экологические условия аридных территорий и приоритеты
агропромышленного комплекса Дагестана // Аридные экосистемы. Т. 6. № 11-12. С. 115-120. Александровский А.Л, Александровская Е.И. 2005. Эволюция почв и географическая среда. М.: Наука. 223 с. АличаевА.М. 2013. О новой электронной оцифрованной почвенной карте Дагестана. Масштаб 1:400000 //
Аридные экосистемы. Т. 19. № 1 (54). С. 84. Аринушкина Е.В. 1970.Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ. 488 с. Бабаева М.А. 2002. Закономерности распределения содержания гумуса в почвах Дагестана // Аридные
экосистемы. Т. 8. № 17. С. 68-72. Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М-Р., Аджиев А.М., Муфараджев К.Г. 2008. Почвы Дагестана. Экологические
аспекты их рационального использования. Махачкала: Дагестанское книжное издательство. 336 с. Баламирзоев М.А., Аджиев А.М. 2013. Эколого-генетические особенности горно-долинных почв Дагестана и их
использование под многолетние насаждения // Аридные экосистемы. Т. 19. № 1 (54) С. 44-52. БорисовА.В., КоробовД.С. 2009. Изучение следов террасного земледелия в Кисловодской котловине //
Российская археология. № 3. С. 23-34. Демкина Т.С., Хомутова Т.Э., Каширская Н.Н., Стретович И.В., Демкин В.А. 2009. Характеристика микробных сообществ степных подкурганных палеопочв сарматского времени (I-IV вв. н.э.) // Почвоведение. № 7. С. 836-846.
Залибеков З.Г. 2010. Почвы Дагестана. Махачкала: Изд-во ДГУ. 243 с.
Звягинцев Д.Г. 1980. Методы почвенной микробиологии. М.: Издательство МГУ. 225 с.
Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Демкин В.А. 2009. Микробная биомасса подкурганных и
современных почв степной зоны Нижнего Поволжья // Почвоведение. № 5. С. 581-587. Лысак Л.В., Семенова Н.А., Буланкина М.А., Урусевская И.С., Матинян Н.Н. 2004. Бактерии в окультуренных
почвах монастырей таежно-лесной зоны // Почвоведение. № 8. С. 976-985. Масютенко Н.П., Нагорная О.В., Лукьянчикова О.В. 2009. Влияние удобрений, типа севооборота, экспозиции склона и вида угодий на динамику содержания микробной биомассы в черноземе типичном // Агрохимия. № 5. С. 49-54.
Плеханова Л.Н. 2010. Древние нарушения в почвах // Природа. № 3. С. 37-43.
Стасюк Н.В., Быкова Е.П., Залибекова М.З., Саидов А.К. 2009. Дистанционные методы оценки земельных
ресурсов Дагестана // Аридные экосистемы. Т. 15. № 2 (38). С. 52-62. Хазиев Ф.Х. 2005. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука. 252 с.
Черкашин В.И., Абдулаев Ш-С.О. 2014. Новая концепция устойчивости эколого-экономического развития
горных экосистем (на примере Республики Дагестан) // Аридные экосистемы. Т. 20. № 4 (61). С. 5-10. Чернышева Е.В. 2015. Влияние древнего антропогенного воздействия на биологическую активность почв
Кисловодской котловины // Автореф. дис.....канд. биол. наук. Воронеж. 23 с.
Anderson J.P.E., Domsch K.H. 1978. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in
soils // Soil Biology and Biochemistry. Vol. 10. № 3. P. 215-221. Bittman S., Forge T.A., Kowalenko C.G. 2005. Responses of the bacterial and fungal biomass in a grassland soil to multi-year applications of dairy manure slurry and fertilizer // Soil Biology and Biochemistry. Vol. 37. P. 613-623. Chernisheva E.V., Korobov D.S., Khomutova T.E., BorisovA.V. 2015. Urease activity in cultural layers at archeological
sites // Journal of archeological science. Vol. 57. P. 24-31.
Holliday V.T., Gartner W.G. 2007. Methods of soil P analysis in archeology // Journal of Archaeological Science. Vol. 34. P. 301-333.
Kandeler E., Gerber H. 1988. Short-term assay of urease activity using colorimetric determination of // Biology and Fertility of Soils. № 6 (1). P. 68-72.
Korobov D.S., Borisov A.V. 2013. The origins of terraced field agriculture in the Caucasus: new discoveries in the Kislovodsk basin // Antiquity. Vol. 87 (338). P. 1086-1100.
Perry C., Hsu K. 2000. Geophysical, archaeological, and historical evidence support a solar-output model for climate change // Proceedings of the National Academy of Sciences. November 7. Vol. 97. № 23. P. 12433-12438.
Zarnoza R., Guerrero C., Mataix-Solera J., Scow K.M., Arcenegui V., Mataix-Beneyto J.2009. Changes in soil microbial community structure following the abandonment of agricultural terraces in mountainous areas of Eastern Spain // Applied Soil Ecology. Vol. 42. P. 315-323.
BIOLOGICAL ACTIVITY OF MOUNTAN DAGESTANS ANTROPOGENIC SOILS OF MIDDLE AGES AGRICULTURAL TERRASES
© 2017. N.N. Kashirskaya, E.V. Chernisheva, A.K. Khodzaeva, A.V. Borisov
Institute Physicocemical and biological problems of soil science RAS Russia, 142290, Moskov Region, Pushchino, Institutskaya str., 2. Е-mail: nkashirskaya81@gmail.com
The anthropogenic soils of Middle Age agricultural terraces of mountan Dagestan were studied. A polygenetic character, reflecting the main stages of the evolution of the anthropogenic terraced soils was identified. The high level of biological activity, excluding the biomass of fungal mycelium was observed in the soil layers of a pre-anthropogenic stage of evolution. At the early anthropogenic stage, the soil was used for crop production without irrigation. At thise circumstances, the microbiological properties of soils did not change significantly. However, urease activity in same terrases was increased. This may indicate that cattle fertilizers in some areas of the terraces were applied. During the Little Ice Age (XVI-XVIII cc.) the terrases was aboundaned, that led to increasing organic carbon content and enzymatic activity as a result of fallow process. In the layers of the late anthropogenic stage, the soils were used for growing fruit-tree with irrigation. Here the active microbial biomass, fosfatase and urease activity were significantly increased. This may indicate that agriculture was intensive and organic fertilizers were applied. In the last 20 years, terraces were not used. The biological activity in the upper horizons was significantly increased. However, in non-irrigated areas urease activity decreased and microbial biomass did not change
Keywords: mountan antropogenic soils, agricultural terrases, biological activity, microbial communities, enzymatic activity.
