CC BY
12
УДК 631.417
ФОСФОР В КУЛЬТУРНЫХ СЛОЯХ И ПОЧВАХ УРБОЭКОСИСТЕМ Н. О. Ковалева*, Р. А. Решетникова, И. В. Ковалев
МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 *E-mail: natalia_kovaleva@mail.ru
Показано, что культурные слои урбоэкосистем отличает накопление всех групп (общего, минерального, органического) фосфора. При этом гумус горизонтов антропогенного происхождения обогащен органическим фосфором по сравнению с природными аналогами в 3-10 раз. Ввиду нейтрального и близкого к нейтральному характеру почвенной кислотности снижена подвижность всех групп соединений фосфора, что является главной причиной их закрепления в профиле стратоземов. Обнаружено, что групповой состав фосфора в почвах городищ и поселений не отражает зональные закономерности накопления и профильного распределения фосфора, но может служить надежным индикатором наличия антропогенной деятельности в прошлом, а также конструктивных особенностей археологических сооружений.
Ключевые слова: органофосфаты, почвы поселений, органическое вещество почв, антропогенная эволюция.
Введение
Ежегодное прогрессирующее увеличение доли селитебных ландшафтов в структуре земельного фонда всех стран мира, переход земель сельскохозяйственного назначения в урабоноземы, как известно, сопровождается изменением параметров биологического круговорота биофильных элементов (азота, серы, углерода, фосфора) по сравнению с естественными природными ландшафтами [11]. При этом именно фосфорсодержащие органические соединения способны в наибольшей степени накапливаться в урбоэкосистемах благодаря их низкой растворимости в почвах. Последние сведения о природе органических фосфатов почвы, закономерностях их аккумуляции и трансформации в разных экологических условиях наиболее полно представлены в обобщающей работе М.И. Макарова [9]. Однако именно состав соединений фосфора в городских почвах и почвах поселений остался за рамками рассмотрения автора. Поэтому целью данного исследования стал анализ группового состава соединений фосфора в почвах урбоэкосистем (на примере почв городищ и поселений южной тайги, лесостепи и сухой степи).
Материалы и методы
В качестве объектов исследования были выбраны почвы урбоэкосистем оборонительных сооружений городищ и поселений 1) южной тайги (г. Дмитров, Московская область, археологический комплекс Дмитровский кремль), 2) черноземной лесостепи (Тамбовская область, археологический памятник Давыдовское городище; 3) степной зоны (д. Галка, с. Щербаковка и д. Нижняя Банновка, Саратовская область) и 4) археологический памятник Во-дянское городище (Волгоградская область) (рис. 1).
Объекты исследования представляют собой разновозрастные (по историческим и археологическим данным) почвы и культурные слои поселений. В Московской области разрезы и археологические раскопы заложены на вершине и на склоне средневекового крепостного вала Дмитровского кремля (стратоземы серогумусовые), в днище рва у основания вала (темногумусовая глеевая типичная почва), а также на территории археологического комплекса у внутренней части вала (стратозем темногумусо-вый на погребенном подзоле).
В черноземной лесостепи катена из четырех почвенных разрезов заложена на территории археологического памятника Давыдовское городище: стратозем на погребенной почве в археологическом раскопе оборонительного вала городища, чернозем гидрометаморфизованный в днище рва у оборонительного вала, чернозем сегрегационный под луговой степью и под лесом за пределами вала выбран в качестве фоновой почвы.
В Саратовской и Волгоградской областях в степных ландшафтах в качестве объектов исследования выбраны: 1) каштановая солонцеватая почва рыбацкой деревни Нижняя Банновка (поселение ХУШ-Х1Х вв.), солонцы светлые и стратоземы светлогумусовые немецких поселений Щербаковка и Галка ХУШ-Х1Х вв. (профиль солонца на погребенной почве вскрыт также в районе села Щерба-ковка с культурным слоем предположительно ордынской культуры), стратоземы светлогумусовые Водянского городища у с. Дубовка (г. Бельджамен (с тюркского — «город дубов»), отождествляемый археологами с Водянским городищем, был одним из развитых и благоустроенных городов Орды в ХШ-Х1У вв.).
Методы исследования включали морфологический анализ почв, определение актуальной почвен-
Рис. 1. Расположение объектов исследования: 1 — археологический комплекс Дмитровский кремль (г. Дмитров, Московская область); 2 — археологический памятник Давыдовское городище (Тамбовская область); 3 — д. Нижняя Банновка (Саратовская область); 4 — с. Щербаковка (Саратовская область); 5 — д. Галка (Саратовская область); 6 — археологический памятник Водянское городище (Волгоградская область)
ной кислотности потенциометрически стеклянным электродом, содержание карбонатов волюметри-ческим методом [2]. Определение группового состава соединений фосфора проводилось по методу Саундерса-Вильямса, при этом фосфор, экстрагируемый из исходного образца 1н Н2804, относили к неорганическому, а фосфор, экстрагируемый 1н Н2804 из образца после прокаливания (при 500° в течение 2 ч), — к общему; органический фосфор выявлялся по разности. Концентрация фосфора установлена колориметрически по методу Мерфи-
Райли в модификации Ватанабе-Олсена (аскорбиновым методом) [13]. Определение углерода, азота, серы выполнено на элементном CNS-анализаторе (VARIO EL, Elementar GmbH, Hanau). Все определения выполнены в трехкратной повторности.
Результаты
Морфологические и химические свойства исследованных почв позволяют диагностировать наличие культурных слоев с обилием артефактов, более темной окраской, утяжелением грануломе-
Таблица 1
Химические свойства почв урбоэкосистем южной тайги (г. Дмитров)
Горизонт Глубина, см Сорг, % Гумус, % N % Скарб, % С/Ы 8, % Р А орр мг/кг Рорг, % от гумуса рНводн. С/Рорг
Стратозем темногумусовый на погребенном подзоле, основание вала Дмитровского кремля
Ли 0-10 2,87 4,95 0,26 0 12,92 0,07 742,6 1,5 7 38,6
Ш1 окт.35 1,15 1,98 0,12 0 11,37 0,04 369,7 1,9 7,2 31,1
ЯШ 35-50 0,75 1,29 0,17 0 12,82 0,03 641,2 4,9 7 11,7
Ш3 50-65 1,8 3,10 0,16 0 13,47 0,05 1214,8 3,9 7 14,8
[ли] 65-80 1,39 2,40 0,12 0 13,93 0,04 529,3 2,2 7,1 26,3
[ЛВ] 80-110 1,36 2,34 0,1 0 15,49 0,04 299,0 1,3 7,1 45,5
[Л] 110-115 1,8 3,10 0,13 0 16,61 0,06 226,7 0,7 7 79,4
[Е] 115-130 0,12 0,21 0,01 0 12,36 0,03 0 0 7,1 -
Стратозем серогумусовый, на оборонительном валу Дмитровского кремля
ЛУ 0-20 2,45 4,22 0,23 0 12,64 0,07 499,6 1,2 7 49
ЯУ 20-60 1,16 2,00 0,13 0 10,12 0,04 274,7 1,4 6,9 42,2
ЯУ2 60-85 1,35 2,33 0,12 0 13,31 0,04 1286,3 5,5 6,6 10,5
ЯУ3 85-110 1,82 3,14 0,17 0,04 12,43 0,06 2101,2 6,7 6,8 8,7
ЯУ4 110-123 1,19 2,05 0,11 0 12,46 0,04 892,9 4,4 7 13,3
ЯУ5 123-140 1,65 2,84 0,16 0 12,39 0,05 306,3 1,1 6,9 53,9
ЯУ6 140-160 1,64 2,83 0,14 0 13,88 0,05 965,9 3,4 6,9 17
ЯУ7 160-170 1,05 1,81 0,11 0 10,72 0,04 490,9 2,7 7 21,4
ЯУ8 170-175 0,49 0,84 0,06 0 9 0,03 110,2 1,3 7 44,4
ЯУ9 175-185 1,34 2,31 0,14 0 11,2 0,06 245,4 1,1 6,8 54,6
[Л] 185-190 1,1 1,90 0,11 0 11,87 0,04 240,9 1,3 6,7 45,7
ЯУ10 190-195 0,38 0,66 0,05 0 8,99 0,04 0 0 6,8 -
[Л2] 195-200 0,97 1,67 0,1 0 11,85 0,08 240,6 1,4 6,5 40,3
ЯУ11 200-205 0,68 1,17 0,08 0 10,21 0,07 0 0 6,5 -
Темногумусовая глеевая почва, ров у оборонительного вала Дмитровского кремля
ли 0-20 3,65 6,29 0,32 0 13,47 0,1 2468,2 3,9 6,8 14,8
ЛВ 20-40 0,77 1,33 0,04 0 21,24 0,03 0 0 6,9 -
В 40-50 0,91 1,57 0,1 0 10,91 0,04 1370,1 8,7 6,8 6,6
ВО 55-70 1,84 3,17 0,19 0 11,4 0,07 3941,7 12,4 6,8 4,7
ВО 70-90 1,4 2,41 0,14 0 11,59 0,05 358,7 1,5 6,9 39
ВО 90-100 0,35 0,60 0,05 0 7,43 0,03 155,1 2,6 7,1 22,6
ВО 100-110 0,28 0,48 0,05 0 7,15 0,03 0 0 7,1 -
Подзол на вершине оборонительного вала Дмитровского кремля
Ли 0-20 1,76 3,03 0,19 0 10,82 0,06 290,4 1 6,8 60,6
ЯУ1 20-38 0,56 0,97 0,07 0 8,96 0,04 84,2 0,9 6,9 66,5
ЯУ2 38-58 0,31 0,53 0,05 0 7,19 0,04 183,3 3,4 6,9 16,9
ЯУ3 58-78 0,25 0,43 0,04 0 7,26 0,03 87,9 2,1 6,8 28,4
Дерново-подзолистая супесчаная почва под редколесьем на второй террасе р. Яхрома (фон)
Ли 0-20 0,66 1,14 0,03 0 25,74 0 0 0 6,3 -
Таблица 2
Химические свойства почв урбоэкосистем лесостепи (Тамбовская область)
Горизонт Глубина см Сорг, % Гумус, % N % C ^карб С^ S, % Р орг мг/кг Рорг, % от гумуса рНводн. С/Рорг
Стратозем на погребенной почве, вал Давыдовского городища
ЛУ 0-8 3,07 5,29 0,32 0 11,22 0,11 0 0 7,24 -
ли 8-18 2,27 3,91 0,22 0 12,07 0,1 3405 8,70 7,16 9,0
ЛБЬ 18-33 2,54 4,38 0,23 0 12,92 0,1 0 0 7,24 -
КС 33-47 1,27 2,19 0,12 0 12,38 0,06 6279 28,68 7,12 4,0
КС1 40-70 1,64 2,83 0,15 0 12,79 0,07 2483 8,78 7,35 5,1
КС2 70-90 1,25 2,16 0,14 0 10,45 0,07 3294 15,29 7,2 5,0
С2 90-105 2,72 4,69 0,22 0 14,47 0,07 10754 22,93 6,85 1,2
КС3 105-145 0,99 1,71 0,11 0 10,53 0,06 0 0 7,35 -
С3 145-160 5,04 8,69 0,25 0 23,59 0,09 606 0,70 7,73 16,3
[ли] 160-165 2,19 3,78 0,28 0 9,15 0,07 11135 29,49 7,45 4,5
[лив] 165-180 1,7 2,93 0,2 0 9,95 0,06 0 0 7,23 -
[Е] 180-195 0,61 1,05 0,09 0 7,93 0,05 48 0,46 6,83 354,2
ЛУ 195-202 0,75 1,29 0,1 0 8,78 0,05 1445 11,18 7,08 4,2
С дно 202-220 0,19 0,33 0,04 0 5,56 0,06 379 11,57 7,12 19,8
Чернозем гидрометаморфизованный, ров у вала Давыдовского городища
АО 0-5 2,01 3,47 0,22 0 10,69 0,07 569 1,64 6 35,3
ли 5-65 1,8 3,10 0,21 0 10,03 0,07 1640 5,28 5,98 11,0
А^ 65-100 1,95 3,36 0,21 0 10,86 0,06 1338 3,98 5,92 14,6
Сд 100-150 0,18 0,31 0,05 0 4,21 0,07 878 28,29 5,9 2,1
Чернозем сегрегационный под лесом (фон)
АО 0-3 1,38 2,38 0,17 0 9,5 0,05 708 2,98 6,35 19,5
ли 3-34 1,23 2,12 0,15 0 9,59 0,05 825 3,89 6,8 14,9
Лие 34-54 1,02 1,76 0,13 0 9,18 0,05 632 3,59 6,15 16,1
вел 54-74 0,61 1,05 0,08 0 8,92 0,05 258 2,45 6,73 23,6
С 74-100 0,37 0,64 0,06 0 7,22 0,04 651 10,21 6,5 5,7
трического состава, нейтральной в почвах южной тайги, близкой к нейтральной — в лесостепи и слабо- и среднещелочной реакцией среды в почвах сухой степи, повышенным содержанием углерода, азота, серы по сравнению с фоновыми почвами, а также присутствие горизонтов погребенных почв с зональными признаками элювиально-иллювиальной дифференциации профиля, гидроморфизма, засоления, гумусонакопления и т.д. (табл. 1-3).
Все исследуемые почвы отличают среднесугли-нистый гранулометрический состав, слабокислые в фоновых почвах и близкие к нейтральным значения почвенной кислотности в почвах урбоэкоси-стем южной тайги, нейтральные — в почвах архео-
логических комплексов лесостепи и слабокислые и близкие к нейтральным — в фоновых черноземах (табл. 2).
При движении вниз по Волге вслед за уменьшением количества осадков от 650-700 мм в таежной зоне до 350 мм в сухой степи и соответствующим увеличением испаряемости закономерно нарастают минерализация грунтовых вод и степень засоления почв. Реакция среды степных почв Среднего и Нижнего Поволжья нейтральная, близкая к нейтральной, слабо- и среднещелочная, что обусловлено засолением, а также содержанием карбонатов и гипса, наличием известняковых булыжников — остатков фундаментов старых поселений (табл. 3).
Таблица 3
Химические свойства почв поселений, степи и сухой степи (Поволжья)
Горизонт Глубина, см Сорг, % Гумус N, % Скарб., % С/N S, % Рорг, мг/ кг Рорг, % от гумус рНводн. С/Рорг
Каштановая почва, д. Нижняя Банновка, Саратовская область
AJ 0-16 3,03 5,22 0,34 0,11 10,55 0,13 464,90 0,9 8,19 65,2
BMKsn 16-51 1,65 2,84 0,18 0,24 10,93 0,07 354,58 1,2 8,63 46,5
B 51-78 2,56 4,41 0,23 0,05 13,03 0,09 288,91 0,7 8,31 88,6
[A1] 78-87 2,43 4,19 0,24 0,17 11,88 0,09 1242,69 3 8,28 19,6
BCA 87-95 1,26 2,17 0,16 0,36 9,25 0,08 152,92 0,7 7,99 82,4
[A2] 95-125 1,98 3,41 0,22 0 10,73 0,09 0 0 7,64 -
[A2] 125-160 2,7 4,65 0,29 0 10,94 0,08 469,15 1 7,53 57,6
Солонец светлый, с. Щербаковка, Саратовская область
AJ 0-15 2,26 3,90 0,22 0,07 11,84 0,07 307,21 0,8 8,17 73,6
Abel 15-32 1,23 2,12 0,1 0,09 14,2 0,06 164,97 0,8 8,75 74,6
BSN 32-78 0,69 1,19 0,11 0,05 7,43 0,1 176,60 1,5 7,71 39,1
BCca 78-110 0,37 0,64 0,11 0 3,87 0,08 164,60 2,6 7,89 22,5
Каштановая почва у подножия горы Сырт (фон), Саратовская область
А 3-13 2,83 4,88 0,28 0,27 11,66 0,13 913,57 1,9 7,88 31,0
В 22-53 2,67 4,60 0,26 0,24 11,9 0,1 990,35 2,1 8,1 27,0
B2 40-66 1,22 2,10 0,33 0,38 4,31 0,14 0 0 7,85 -
[A] 66-98 1,65 2,84 0,44 0,34 4,33 0,17 145,60 0,5 7,61 113,3
Солонец на погребенной солоди, д. Галка, Саратовская область
AJ1 5-30 1,35 2,33 0,18 0,43 8,82 0,06 368,06 1,6 8,33 36,7
AJ2 30-49 4,06 7,00 0,38 0 12,33 0,12 714,48 1 7,15 56,8
EL 50-53 1,44 2,48 0,18 0 9,09 0,06 418,99 1,7 5,92 34,4
Bsn 50-85 0,89 1,53 0,13 0,09 8,01 0,06 360,33 2,4 7,14 24,7
Каштановая почва д. Галка, берег залива (фон), Саратовская область
А 0-10 1,77 3,05 0,17 0 12,13 0,08 992,53 3,3 7,83 17,8
Вса 10-25 1,75 3,02 0,16 0 12,88 0,07 992,34 3,3 7,17 17,6
Стратозем светлогумусовый на погребенной почве Водянского городища, д. Дубовка, Волгоградская область
AJ 0-15 1,49 2,57 0,16 0,02 11,12 0,05 268,73 1 7,81 55,4
KC 15-35 1,74 3,00 0,19 0 10,71 0,06 529,04 1,8 8,17 32,9
RJ1 35-70 1,29 2,22 0,13 0,27 11,75 0,04 489,96 2,2 8,2 26,3
RJ2 70-110 0,77 1,33 0,07 0,04 11,96 0,06 0 0 7,88 -
[A] 110-175 0,74 1,28 0,06 0 14,24 0,04 64,76 0,5 8,25 114,3
Каштановая почва, д. Дубовка (фон), Волгоградская область
А1 8-30 1,55 2,67 0,18 0 10,19 0,07 893,62 3,3 7,6 17,3
АВ 30-60 0,54 0,93 0,09 0 7,39 0,07 608,58 6,6 7,36 8,9
В 60-90 0,58 1,00 0,07 1 9,53 0,07 762,24 7,7 8,04 7,6
Регрессивно-аккумулятивный характер профильного распределения углерода и азота нарушен локальными пиками в погребенных горизонтах и культурных слоях (табл. 1-3). В почвах Дмитровского вала количество азота находится в пределах от 0,01 до 0,32%, а органического углерода от 0,05 до 3,65%; минимальные значения характерны для песчаных горизонтов, а максимальные — для верхнего горизонта гидроморфной почвы рва. Закономерно высоким содержанием углерода (до 4-5%) отличаются черноземы, содержание азота в них колеблется от 0,06 до 0,32%. Обогащенность гумуса азотом по отношению углерода к азоту — средняя [10]. Содержание азота в почвах Среднего и Нижнего Поволжья варьирует от 0,1 до 0,44% (в фоновых почвах 0,07-0,29%), а органического углерода — от 0,37 до 4% (в фоновых почвах 0,54-2,89%). Содержание серы максимально в верхних горизонтах черноземов (0,09-0,10%) и каштановых почв (до 0,13-0,14%)
А
Фосфор, мг/кг
2000 4000 6000
го X X
ю >
0 20 40 60 80 100 120 140
; г. • / /
•• П и 1
\ ч Р а
/ / ¥ Г л //
1 1 // «¿Г
1 ■ * ^—..
£---
С
Фосфор, мг/кг
1000 2000 3000
го X х
Ю >
40
80
120
200
240
< ^
* А < <
> ь в
м
:
«
и повышается в культурных слоях и погребенных горизонтах всех исследованных объектов. Таким образом, культурные слои поселений всех природных зон демонстрируют обогащенность углеродом, азотом и серой.
Максимальная доля органического фосфора в гумусе темногумусовой глеевой почвы в днище рва у оборонительного вала Дмитровского кремля достигает 8,7-12,4% в иллювиальных и глеевых горизонтах при соотношении С : Рорг около 8-11 (табл. 1). В черноземах лесостепи подобным высоким содержанием фосфора в органическом веществе почв отличаются только культурные слои вала Давыдовского городища — до 14-26% при отношении С : Рорг около 3-4 (табл. 2).
В культурных слоях и погребенных почвах всех исследованных урбоэкосистем отмечается повышенное по сравнению с зональными аналогами содержание общего, неорганического и орга-
В
Фосфор, мг/кг
2000 4000
6000
го X X
ю
50
100
150
200
250
• ч
\ \ » ч ч N ч4^ » N
•г' V ч Х- л / /
( ¥
г
D
Фосфор, мг/кг
2000 4000 6000 8000
20
40
60
• общ
го X X
ю
80
100
120 — орг —^
\ /
* и'' ч ч
ч / \ Л *
\
1 1 1 * 1
• 9
неорг
Рис. 2. Профильное распределение содержания общего, органического и неорганического фосфора
в почвах урбоэкосистем южной тайги (Дмитровский кремль): А — стратозем темногумусовый у основания вала, В — стратозем темногумусовый на склоне вала, С — стратозем светлогумусовый на вершине вала, D — темногумусовая глеевая почва в днище рва.
0
А
С
го X X
ю >
Фосфор, мг/кг
0 10000 20000 30000
в
Фосфор, мг/кг
1000 2000 3000
4000
50
с
го- 100
ю >
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Г
Фосфор, мг/кг
500 1000
1500
Г 1 1
/ 1 \ Ь 1
1 / / / 1
\ 1 1 1 I
t 4 / > / /
1 1 / / /
■ / 1/
#ч « ч
0
20
40
м 60
с
(О
X X 80
ю
>
|5 100
120
140
160
180
D
0
10
20
30
м
с 40
<0
X
X 50
ю
>
[5 60
70
80
90
100
V' \ X
ч ч *
/ / 1 1 1
/ / 1 1
Т I 9 1 §
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1;
Фосфор, мг/кг
500 1000 1500
\ • i * /
\ * / 4 < I
\ \ < 1 \
\ X \
« >ъ /\ \
' \ \
4 >
1 1 /
4 • .
■ общ
—•--■ орг
неорг
Рис. 3. Профильное распределение групп соединений фосфора в почвах урбоэкосистем черноземной лесостепи, Давыдовское городище: А — стратозем на погребенной почве, В — чернозем гидрометаморфированный в днище рва, С — чернозем сегрегационный под лесом, D — чернозем сегрегационный под луговой степью.
нического фосфора. Так, в почвах Дмитровского кремля (южная тайга) содержание общего фосфора в поверхностных гумусовых горизонтах достигает 1000-2000 мг/кг почвы в автоморфных вариантах и до 2000 мг/кг почвы — в темногумусовой глее-вой почве оборонительного рва (рис. 2). При этом среднее содержание общего фосфора в пахотном горизонте дерново-подзолистых почв Московской области, по данным К.Е. Гинзбурга [4] и М.И. Макарова [9], составляет около 400 мг/кг почвы и до 600 мг/кг — в болотно-подзолистых почвах. Общее содержание органического фосфора в исследованных почвах Дмитровского кремля — 400 мг/кг
почвы в автоморфных вариантах и до 2200 мг/кг почвы — в гидроморфной почве рва, при среднем содержании фосфора в почвах Московской области 200 мг/кг почвы и 400 мг/кг почвы соответственно.
Обогащенность органического вещества дневных гумусовых горизонтов почв фосфором наибольшая в почвах урбоэкосистем южной тайги и лесостепи: 1,0-3,9% в стратоземах Дмитровского кремля, 2-6% — в черноземах и 0,8-3,3% — в каштановых почвах. При этом в каштановых почвах и солонцах отмечаются и наибольшие цифры отношения С : Рорг — до 30-50 в фоновых почвах и до 80-100 в почвах поселений.
0
0
0
0
В черноземах урбоэкосистем Тамбовской лесостепи содержание общего фосфора составляет, как и в зональных почвах, около 900 мг/кг почвы, достигая максимальных значений в черноземно-лу-говых (чернозем гидрометаморфизованный) почвах в днище оборонительного рва — до 1500 мг/кг (рис. 3). По данным М.И. Макарова [9], содержание общего фосфора в пахотных горизонтах чернозема и черноземно-луговых почв колеблется от 700 до 900 мг/кг почвы, содержание органического фосфора в горизонтах черноземов Русской равнины составляет от 500 до 700 мг/кг. Что касается содержания органического фосфора в исследованных стратозе-мах, его количество составляет 600-700 мг/кг почвы в разрезе вала Давыдовского городища и 900 мг/кг почвы в черноземно-луговой почве днища оборонительного рва.
В черноземах урбоэкосистем Тамбовской лесостепи содержание общего фосфора составляет 3200 мг/кг почвы в почвах вала Давыдовского городища на глубине 150 см. По нашим данным [6], содержание органического фосфора в пахотных горизонтах агрочерноземов Тамбовской равнины составляет от 2500 до 2700 мг/кг почвы.
Общее содержание фосфора в дневных гумусовых горизонтах почв сухой степи составляет около 1500-2000 мг/кг почвы при среднем содержании в каштановых почвах и солончаках — от 600 до 900 мг/кг почвы (рис. 4). Количество органического фосфора в урбаноземах Саратовской и Волгоградской областей колеблется от 200 в почвах Водянско-го городища до 400 мг/кг почвы в почвах поселений Саратовского Поволжья. Среднее содержание органического фосфора в фоновых каштановых почвах,
А 0
20
40
60
м
с 80
го
X
X ю 100
•
[5
120
140
160
Фосфор, мг/кг
1000 2000 3000 4000
• 1 т
1 1 9 1 •ч
1 1 1 \Ч \\ V
/ У "Т
г"" Г*
1 \ \ /Т
\ \ \ \ / / /
• ш •
В
Фосфор, мг/кг
2000 4000
6000
0
20
40
60
м
с 80
го
X
X ю 100
•
[5
120
140
160
• \ \
* 1 / /
1 * />
/ 1 # / у
> / 1 /
1 / 1 / 1 /
4 •
С 0
10
20
30
м 40
с
<0 50
X
X
ю • 60
|5
70
80
90
100
Фосфор, мг/кг
1000 2000
3000
• л ^
1 1 ✓ г
4 щГшГ /Г
1 1 /7
! / //
■ /7
! //
! ' / 1 Ч
! //
ш
D
го X X
ю
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Фосфор, мг/кг
5000 10000
15000
! ^ 1 Чч
1 4 ч
1 1 1
Т Я*"
общ
--• орг -Я
неорг
Рис. 4. Профильное распределение содержания общего, органического и неорганического фосфора
в почвах степных урбоэкосистем: А — каштановая почва, д. Нижняя Банновка, В — стратозем светлогумусовый, Водянское городище, С — солонец на погребенной солоди, д. Галка, D — солонец светлый, с. Щербаковка
0
0
по данным Л.М. Войкина [1] составляет около 300400 мг/кг почвы.
Доля фосфора органических соединений составляет 24-33% от общего в верхних гумусовых горизонтах городских почв таежной зоны, что хорошо согласуется со средним содержанием органического фосфора в зональных дерново-подзолистых почвах и даже несколько ниже. В средних частях профилей эти цифры увеличиваются до 40-50%, а в ги-дроморфной почве рва достигают 64% в верхнем горизонте.
Доля фосфора органических соединений в почвах сухостепной зоны достигает 20-40% от общего — в верхних горизонтах профиля и обнаруживает максимумы в погребенных культурных слоях. В фоновых почвах доля органического фосфора значительно больше и достигает в каштановых почвах Саратовской области 50-60%.
Однако в стратоземах Водянского городища при очень высоком содержании общего и минерального фосфора (6000-7000 мг/кг) в почвах доля органических фосфатов составляет лишь 12-17% ввиду невысокого содержания органического вещества в этих почвах в целом — не более 1,5% (табл. 3).
Содержание общего фосфора в культурных слоях достигает 4700 мг/кг почвы на валу Дмитровского кремля и 7000 мг/кг почвы — на глубине 60 см в перегнойно-болотной почве рва у основания вала. Аккумуляция органического фосфора в составе соединений фосфора данных культурных слоев составляет до 2000 мг/кг почвы на валу и до 4000 мг/кг почвы — в темногумусовой глеевой почве. Второй максимум на кривых профильного содержания общего и минерального фосфора проявляется в погребенном под валом подзоле и, вероятно, связан с проявлением подзолистого процесса. Кривые профильного распределения органического фосфора подобного накопления не обнаруживают.
Распределение общего, минерального и органического фосфора по профилю в разрезе вала Давыдовского городища также носит полимодальный характер с максимумом на глубине 70 см от поверхности, диагностируя этап подсыпки вала (рис. 2). Содержание как органического, неорганического, так и общего фосфора увеличивается в культурных слоях почв, например в КС на глубине 33-47 см — 6279 мг/кг, 4963 мг/кг и 11242 соответственно (рис. 2).
В слабо- и среднещелочных условиях почв поселений степи и сухой степи подвижность фосфора увеличивается. Кривые распределения общего, минерального и органического фосфора имеют либо равномерно убывающий характер, как в разрезах солонца с. Щербаковка и стратозема Водянского городища с максимумом в верхней части профиля, либо отличаются накоплением всех форм фосфора в погребенном культурном слое (до 3000 мг/кг почвы общего фосфора и до 1000 мг/кг органиче-
ского фосфора), как в разрезе каштановой почвы заброшенной рыбацкой деревни Нижняя Банновка.
Обсуждение
Полученные результаты обнаруживают, что культурные слои всех исследованных городищ и поселений независимо от природной зоны обогащены органическим углеродом, азотом, серой и фосфором. Причем, на фоне общего накопления всех форм соединений фосфора, лишь распределение минерального фосфора отвечает природным условиям объектов исследования.
Фосфор органических соединений доминирует во всех культурных слоях средневековых городищ и поселений более позднего времени. При этом гумус горизонтов антропогенного происхождения обогащен органическим фосфором по сравнению с природными аналогами в 3-10 раз. Ввиду нейтральной и близкой к нейтральной реакции среды снижена подвижность всех групп соединений фосфора, что является, по-видимому, главной причиной их закрепления в профиле стратоземов. Действительно, обогащенность органического вещества дневных гумусовых горизонтов почв фосфором наибольшая, в целом, в почвах урбоэкосистем южной тайги и лесостепи, что согласуется с данными других авторов [12] о повышенном содержании фосфора в органическом веществе кислых почв по сравнению с нейтральными и карбонатными [1]. В целом, цифры обогащения гумуса фосфором согласуются с данными других авторов [3, 7, 12] для зонального ряда почв.
Уплотнение и обогащенность илистой фракцией [7] современных и погребенных дневных поверхностей также способствует адсорбции и аккумуляции соединений фосфора в культурных слоях. Эти факты надежно диагностируют антропогенное происхождение погребенных гумусовых горизонтов.
Вниз по профилю доля органического фосфора в составе гумуса увеличивается во всех исследованных почвах, что объясняется большинством авторов [5] повышенным содержанием фосфора в составе фульвокислот и пониженной микробиологической активностью в нижних горизонтах профиля.
Значительный разброс величин процентного содержания фосфора в гумусе исследуемых почв отмечается для почв поселений с культурными слоями, где они достигают наибольших значений, в 3-5 раз превышающих зональные нормы. Очевидно, что подобный разброс обусловлен неоднородностью толщи культурного слоя урбоэкосистем и обогащенностью культурных слоев трудноразла-гаемыми фосфорсодержащими соединениями.
Профильное распределение соединений фосфора обнаруживает разброс значений по горизонтам почв разных природных зон и зависит от функциональной роли почвенного объекта в урбоэкоси-стеме и химических свойств почвы. В стратоземах Дмитровского кремля в условиях близкой к ней-
тральной реакции среды (табл. 1) и слабой подвижности соединений фосфора максимумы на кривых содержания различных групп соединений фосфора диагностируют культурные слои бывших дневных поверхностей вала и тем самым конструктивные особенности его подсыпки местным грунтом. По-видимому, это дневная поверхность средневекового вала, подвергавшаяся интенсивной многолетней эксплуатации в ходе бытования крепости, в том числе постоянным конным объездам дружинников (устное сообщение археологов).
Причинами образования в почвах органического вещества с высоким содержанием фосфора, по-видимому, является накопление богатых фосфором продуктов синтеза микроорганизмов; липи-дов, белков, инозитолфосфатов, тейхоевых кислот, фосфополисахаридов [11], а также присутствие высокомолекулярных органических соединений, обогащенных фосфором антропогенного происхождения, и закрепленных в хелатных комплексах, а также адсорбированных на поверхности минеральных частиц.
При этом коэффициент корреляции между содержанием фосфора органических соединений и количеством органического углерода в почвах южной тайги при Р < 0,05 составляет 0,53-0,67. Интересно заметить, что корреляция содержания органического фосфора с серой в гидроморфной почве оборонительного рва также высока в отличие от остальных вариантов и достигает величины 0,88. А с величиной рН наблюдается высокая обратная корреляция содержания органического и общего фосфора в культурных слоях Дмитровского кремля. Последний факт закономерно отражает увеличение подвижности фосфорсодержащих соединений при сдвиге рН в область слабокислых значений и закрепление в почве при нейтральной реакции среды.
В стратоземах Давыдовского городища наблюдается наибольшее содержание органического фосфора — 60-80% от общего пула соединений фосфора, что вполне соответствует его содержанию в черноземах вследствие высокого содержания органического углерода — 3-5% (табл. 2). Коэффициент корреляции между пулами органического углерода и органического фосфора — 0,97-0,99 (Р < 0,05).
Корреляция между содержанием органического фосфора и количеством органического углерода в почвах сухой степи закономерно высокая и составляет 0,87-0,99 (при Р < 0,05). Величины коэффициента корреляции между значениями рН и содержанием органических фосфатов около 0,59 (при Р < 0,05).
Заключение
Таким образом, групповой состав фосфора в почвах городищ и поселений не отражает зональные закономерности накопления и профильного распределения фосфора, но может служить на-
дежным индикатором наличия антропогенной деятельности в прошлом и служить целям изучения конструктивных особенностей фортификационных сооружений средневековья.
Информация о финансировании
Исследование выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды» и государственного задания МГУ (часть 2).
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что исследования проводились при отсутствии любых коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Войкин Л.М., Андреев Ю.Б., Кирикова Н.С., Вой-кин М.Л. Влияние окультуривания почв на групповой состав фосфатов в Среднем Поволжье // Почвоведение. 1976. № 5.
2. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М., 2006.
3. Габбасова И.М., Сираева Э.З., Кольцова Г.А., Хаки-мова Г.А. Содержание и состав органических фосфатов в почвах Башкирии // Почвоведение. 1993. № 2.
4. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М., 1981.
5. Кирюшин В.И. Фосфор в почвах черноземно-со-лонцового комплекса Северного Казахстана // Агрохимия. 1974. № 6.
6. Ковалев И.В., Ковалева Н.О. Органофосфаты в почвах периодического переувлажнения (по данным 31Р ЯМР-спектроскопии // Почвоведение. 2011. № 1.
7. Ковалев И.В., Ковалева Н.О. Отражение социально-экологического кризиса XIX века в работах В.В. Докучаева (на примере антропогенной эволюции черноземов Тамбовской равнины в историческое время) // Живые и биокосные системы. 2016. № 16.
8. Кривоносова Г.М. Методика определения и фракционный состав органических фосфатов в мощном и оподзоленном черноземах // Агрохимия. 1972. № 6.
9. Макаров М.И. Фосфор органического вещества почв. М., 2009.
10. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М., 1990.
11. Розанова М.С., Прокофьева Т.В., Лысак Л.В., Рах-леева А.А. Органическое вещество почв Ботанического сада МГУ им. М.В. Ломоносова на Ленинских Горах // Почвоведение. 2016. № 9.
12. Rodionov A. Einfluß von Klima und Nutzung auf Humuseigenschaften russischer Steppenböden // Bayreuther Bodenkundliche Berichte. 1999. Bd. 64.
13. Saunders W.M. H., Williams E. G. Observations on the determination of total and organic phosphorus in soils // J. Soil Sci., 1955. Vol. 6.
Поступила в редакцию 24.03.2021 После доработки 25.08.2021 Принята к публикации 09.09.2021
PHOSPHORUS IN CULTURAL LAYERS AND SOILS OF URBAN ECOSYSTEMS N. O. Kovaleva, R. A. Reshetnikova, I. V. Kovalev
It is shown that the cultural layers of urban ecosystems are distinguished by the accumulation of all groups (general, mineral, organic) phosphorus compounds. At the same time, the humus of the horizons of anthropogenic origin is enriched in organic phosphorus in comparison with natural analogues by 3-10 times. Due to the neutral and close to neutral character of soil acidity, the mobility of all groups of phosphorus compounds is reduced, which is the main reason for their fixation in the profile of stratozems. It was found that the group composition of phosphorus in the soils of settlements and settlements does not reflect the zonal patterns of accumulation and profile distribution of phosphorus, but it can serve as a reliable indicator of the presence of anthropogenic activity in the past.
Key words: organophosphates, settlement soils, soil organic matter, anthropogenic evolution.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ковалева Наталия Олеговна, докт. биол. наук, доцент, зав. лабораторией экологического почвоведения каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: natalia_kovaleva@mail.ru
Решетникова Радислава Андреевна, аспирант каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: rada3025@mail.ru
Ковалев Иван Васильевич, докт. с.-х. наук, вед. науч. сотр. каф. физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: kovalevmsu@mail.ru
