CC BY
34
ские исследования на Горнотаежной станции: сб. науч. тр. - Владивосток: ДВО РАН, 2002. - Вып. 8. -С.203-237.
5. Москалюк, Т.А. Парцеллярная структура сухих дубняков на юге Приморья / Т.А. Москалюк // Биологические исследования на Горнотаежной станции: сб. науч. тр. - Владивосток: ДВО РАН, 2002. - Вып. 8.
- С. 162-196.
6. Почвообразование и особенности круговорота в горных лесах Сихотэ-Алиня / А.П. Сапожников [и др.].
- Хабаровск, 1993. - 270 с.
'--------♦-----------
УДК 551.8: 631.4 М.Л. Мальцева, Г.А. Демиденко
МОРФОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОГРЕБЕННЫХ ПОЧВ В ПАЛЕОЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ЕНИСЕЙ (на примере археологического памятника Афонтова гора II)
В статье рассматриваются вопросы эволюции экосистем в бассейне Среднего Енисея. Изучаются морфолого-аналитические данные палеопочв в геологическом разрезе археологического памятника Афонтова гора II. Палеопочвы рассматриваются как репер в состоянии экосистемы.
Ключевые слова: эволюция, экосистема, аналитические характеристики, стоянка древнего человека.
M.L. Maltseva, G.A. Demidenko MORPHOLOGO-ANALYTICAL CHARACTERISTIC OF THE BURIED SOILS IN THE PALEOECOSYSTEMS OF THE MIDDLE STREAM OF THE YENISEI RIVER (On the example of the archaeological monument Afontova Mountain II)
The problems of the ecosystems evolution in the basin of the middle stream of the Yenisei are considered in the article. The morphologo-analytical data of the paleosoils in a geological aspect of the archaeological monument Afontova Mountain II is studied. Paleosoils are considered as a reference point in the ecosystem condition.
Key words: evolution, ecosystem, analytical characteristics, ancient person site.
Введение. Почва природного сообщества - это не инертный субстрат, а часть экосистемы. Существует взаимно дополняющая связь между почвой, на которой есть сообщество, признаки которого зависят от характера почвы, и этим сообществом, которое развивается и, в свою очередь, влияет на почву. Кроме того, почва содержит в дополнение к мертвому органическому веществу также живые корни и грибы и во многих случаях богатую биоту бактерий, простейших и животных. То есть почва сама по себе является живым сообществом (Уиттекер Р.,1980). Наличие погребенных почвенных образований является следствием преобладания почвообразования над осадконакоплением.
Цель исследований: ретроспективный анализ эволюции почв в ландшафтах позднеплейстоценового времени на примере археологического памятника Афонтова гора II.
Задачи исследований:
1. Изучить основные свойства палеопочв и строение геологического разреза археологического памятника Афонтова гора II; диагностировать тип древнего почвообразования.
2. На основе схемы эволюции палеопочв провести палеоэкологическую реконструкцию природной обстановки обитания древнего человека в Сибири.
Изменение всех аспектов физической среды в пространстве и во времени всесторонне влияют на структуру и функции экосистемы в целом, определяя не только физические и химические свойства почв, но также уровень переноса энергии, круговорот питательных веществ и приспособительные особенности растений и животных.
Объекты и методы исследований. Для определения типа прошлого почвообразования разработан комплекс морфолого-аналитических исследований (Демиденко, 2002). В него входят макроморфологические
исследования (строение почвенного профиля, мощность, цвет, структура генетических горизонтов, новообразования, включения); микроморфологические исследования генетических почвенных горизонтов; аналитические характеристики (гранулометрический состав, содержание карбонатов, общее содержание гумуса и его фракционный состав и др.)
В изучаемом геологическом разрезе раскопа археологического памятника Афонтова гора II (долина Среднего Енисея) в осадочных отложениях верхнего плейстоцена прослеживаются горизонты палеопочв. Представлены палеопочвы сартанского и каргинского времени, как одиночные, так и в комплексном сочетании (зона почвообразования). Палеопочвы обладают разной степенью выраженности и сохранности генетических горизонтов. Это зависит от условий погребения палеопочвенных образований и факторов изменения природной среды (температурный и гидрологический режимы) во времени.
Результаты исследований и их обсуждение. В изучаемых геологических разрезах комплексы палеопочв чередуются с лессовыми отложениями, которые являются почвообразующими породами. Суб-аэральные породы, в том числе и лессовые, интересны тем, что изучение их строения позволяет судить об изменении осадконакопления в четвертичное время на территории Сибири (Волков, 1971; 1980). Если принять, что лессы образовались во время сухого климата, а почвы во время более теплого и влажного климата, можно проследить, как в четвертичном периоде происходила смена влажных и сухих и прохладных и сухих эпох. Накопление толщи лессов в сухое и прохладное время (аридные условия) подтверждается и его свойствами просадочности - уплотнения во время длительного увлажнения, что свидетельствует о его образовании в недостаточно влажных условиях.
Почвообразование каргинского межледниковья
Афонтовский педокомплекс представлен зоной почвообразования двухчленного строения: нижняя и верхняя части.
Нижняя часть имеет общую мощность 4,05-4,70 см от дневной поверхности. Представлена темно-серовато-бурым средним суглинком, неравномерно гумусированным. Кубовидная структура (крупноорехова-тая-мелкозернистая). Уплотненного сложения. В пределах гумусированности включения угольных остатков (от мелких травянистых до сажистых), локальная окарбоначенность и ожелезненность. Морфологически отчетливо выражено бессистемное чередование прослоек разного цвета, связанное с солифлюкцией горизонтов после формирования почвы и перемешивания гор. ЛИ, БИ.
Микроморфологическое описание подтверждает солифлюкционное перемешивание генетических горизонтов ЛИ, БИ. В шлифах гумусированных участков отмечается уплотненное сложение, пылеватоглинистое элементарное микростроение, микроагрегированность. Глинистая плазма бурой окраски, слабоанизотропная, бескарбонатная. Горизонт интенсивно прокрашен тонкодисперсным гумусом и отчасти гидроокислами железа. Характерна сгустковая природа тонкодисперсного гумуса (около одного микрона). Единичные карбонаты вторичного происхождения и замещены анизотропной глиной. По микроморфологической характеристике это типичный горизонт лугово-черноземной почвы. Шлифы негумусированных участков имеют характерное микростроение лессового горизонта, плазменно-пылеватое микростроение. Глинистое вещество в виде анизонропных пленок на поверхности минеральных зёрен. Анизотропность глинистого вещества указывает на промывной водный режим. Безкарбонатен. Микроморфологическая характеристика соответствует горизонту В черноземной почвы.
Верхняя часть имеет общую мощность 330-405 см от дневной поверхности. По морфологическому описанию эта толща представлена красновато-бурым легким и средним суглинком (табл.1), ожелезненым, омарганцованным. Железистые, марганцевые и железисто-марганцевые новообразования, диффузно расположенные по слою или сконцентрированные в виде железистых псевдофибр разной длины и железистых конкреций. Кроме того, встречаются как глинистые натечные образования, так и осветленные микрозоны с отмытыми зернами минералов крупных гранулометрических фракций. Зерна кальцита локализуются под полуразложившимися и разложившимися костями животных. Эта часть зоны почвообразования также со-лифлюкциирована. Включения углистых остатков древесно-кустарничкового происхождения.
По гранулометрическому составу (табл.1) повышенное содержание фракции физической глины характерно для гор. ЛИ погребенных палеопочв (31-37%). Минеральная часть по всей толще зоны почвообразования имеет одинаковый химический состав и перераспределение основных составляющих элементов не выражено.
По данным физико-химических анализов (табл. 2), Афонтовский педокомплекс отличается от вмещающих его осадочных лессовых пород. Верхняя часть зоны почвообразования более окарбоначена (2,85,6 %); характеризуется повышенным содержанием оксалаторастворимого железа (0,3-0,4%).
Таблица 1
Гранулометрический состав осадочных отложений геологического разреза археологического памятника Афонтова гора II
Глубина образца, см Потеря при обработке HCL Размер частиц, мм; содержание фракций, %
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 <0,01
0-10 3,8 0,1 33,6 36,2 8,0 8,1 13,0 30,1
45-70 8,3 0,0 31,5 51,5 3,8 3,7 1,2 8,7
170-180 8,5 0,0 23,5 39,5 16,4 6,3 5,7 28,4
230-240 7,8 0,1 19,7 29,5 5,6 14,8 12,5 32,9
290-300 7,6 1,1 50,5 34,5 2,2 3,2 1,0 6,4
330-340 8,5 0,0 17,1 38,6 7,9 10,8 17,1 35,8
360-370 9,1 0,0 18,3 40,7 4,0 11,4 16,5 31,9
440-450 6,2 0,1 18,3 38,6 7,4 13,0 16,6 37,0
480-490 6,7 0,0 49,1 35,3 2,3 4,5 2,1 8,9
Содержание общего углерода, оставаясь низким, превышает величину общего углерода перекрывающих осадков (0,9-2,8 %). Содержание углерода гумуса зависит от морфологического строения. Четко выраженная солифлюкция (перемешивание) горизонтов проявляется в том, что углерод гумуса гумусиро-ванных участков составляет 2,8%, а не гумусированных участков - 0,5%. Групповой и фракционный состав гумуса (табл. 3) нижней части этой зоны почвообразования характеризуется фульватно-гуматным составом (Сгк:Сфк равно 1,5). Верхняя часть зоны почвообразования имеет гуматно-фульватный состав (Сгк:Сфк равно 0,6-0,7).
Таблица 2
Аналитическая характеристика осадочных отложений с вмещающими горизонтами палеопочв
(геологический разрез Афонтова гора II)
Глубина Генетический pH СаСОз Уд. вес, С, % к Вытяжка Тамма, %
горизонта, см горизонт Н20 % г/см3 почве AL203 Fe203
0-10 А1 8,00 0,28 2,67 2,15 0,30 0,17
45- 70 ВС 8,20 0,34 2,70 0,41 0,22 0,18
170-180 ЛЬ1 8,45 6,70 2,76 2,38 0,10 0,32
167-185 BCh1 15,5 14,5 2,94 1,10 0,24 0,56
230-240 Ah2 8,40 5,25 2,82 2,43 0,46 0,44
290-300 D 8,52 3,21 2,74 0,27 0,26 0,24
330-340 М3 8,70 5,62 2,82 0,96 0,34 0,45
360-370 М3 8,50 2,84 2,10 0,87 0,28 0,38
440-450 2Ah4 8,25 1,10 2,62 2,48 0,32 0,94
460-470 2Ah4 8,65 0,97 2,74 2,98 0,31 0,28
480-490 D 9,05 2,86 2,78 0,37 0,34 0,29
Примечание: * h - знак погребения гумусового горизонта; k - карбонатность.
Таблица 3
Групповой фракционный состав гумуса отложений Афонтовского педокомплекса (в % к общему органическому углероду почвы)
Гори- зонт Г лубина, см С, % к почве Гуминовые кислоты Фульвокислоты Сгк+ Сфк Сгк Сфк Негидроли- зуемый остаток Ес мг/мл ГК, вытяжка
1 2 3 Сумма 1а 1 2 3 Сумма
А1 0-10 2,15 2,9 22,9 10,2 36,0 4,4 3,4 14,2 10,3 32,3 68,3 1,1 31,7 24,6
ДМ 170-180 2,38 9,5 37,8 10,5 57,8 4,2 3,1 13,8 2,1 23,2 81,0 2,5 19,0 28,8
ДИ2 230-240 2,43 0,0 21,9 6,2 28,1 6,2 0,0 12,5 6,3 25,0 53,1 1,1 46,9 16,0
1ДИ3 330-340 0,96 3,6 10,9 7,3 21,8 7,3 1,8 21,9 5,4 36,4 58,2 0,6 41,8 30,0
1ДИ3 360-370 0,87 2,3 11,4 7,2 20,9 6,9 0,6 15,3 5,0 27,8 48,7 0,7 51,3 26,0
2ДИ4 440-450 2,48 10,5 27,2 5,5 43,2 13,2 2,6 10,6 5,0 31,4 74,6 1,4 25,4 18,4
2ДИ4 460-470 2,96 8,1 29,1 7,0 44,2 9,3 0,0 17,4 2,3 29,0 73,2 1,5 26,8 28,5
Геологический разрез археологического памятника Афонтова гора II
Валовой химический анализ свидетельствует о равномерном распределении окислов в пределах пе-докомплекса. Морфолого-химические данные показывают, что нижняя часть зоны каргинского почвообразования формировалась в результате процессов гумусонакопления и лугового режима увлажнения по черноземному типу под степной растительностью при теплом и сухом климате. Отмечаются признаки лугового режима увлажнения, который может быть связан с локальными условиями природной среды: особенностями рельефа и уровнем грунтовых вод. Верхняя часть этой зоны почвообразования имеет явные признаки лесного почвообразования. Формировались серые лесные или дерновые лесные почвы под лесной растительностью при теплом и влажном климате.
Нижняя часть зоны почвообразования отражает малохетское потепление каргинского времени, а верхняя часть - липовско-новоселовское потепление также каргинского межледниковья (Кинд, 1974; Деми-денко, 2008). С началом гыданской стадии последующего сартанского оледенения связано солифлюкцион-ное переотложение почв палеопедокомплекса.
Почвообразование сартанского времени
В сартанскую ледниковую эпоху выделяется два потепления: раннесартанское и позднесартанское (кокоревское и таймырское). В эти интерстадиалы процессы почвообразования доминировали над процессами осадконакопления.
Раннесартанское почвообразование в разрезе археологического памятника Афонтова гора II представлено погребенной почвой с генетическими горизонтами A2h, BC2h. Общая мощность 2,00-2,60 см от дневной поверхности.
Гор. A2h представлен суглинком темно-бурого цвета. Крупновато-ореховатой среднезернистой структуры. Плотного сложения. Диффузное окарбоначивание.
ВС21п - темно-каштановый суглинок мелкоореховатой и крупнозернистой структуры. Конкреции карбонатов. Плотного сложения.
В шлифах этот горизонт имеет бурую окраску, неоднородное микростроение, слабое агрегированное сложение. Пылевато-глинистый материал имеет микроагрегационное строение, типичное для горизонта лессового типа. Признаками почвенного горизонта является бурая окраска глинистого вещества (побурение, как результат метиморфизации); характерное ожелезнение гидроокислами железа, пропитка гумусом, перекристаллизация кальцита. Отмечается наличие двух типов карбонатов: пылеватые равномерно рассеянные зерна, тяготеющие к порам и рассеянный тонкозернистый кальцит.
Подстилающим горизонтом является серый с белесым оттенком песок связный, окарбоначеный, об-лессованый. Микростроение щлифов характерно для горизонта лессового типа и лишено признаков почвенного горизонта.
Морфолого-химические анализы (табл. 2-3) позволяют говорить о том, что почва формировалась в результате древних процессов гидроморфизма (гидрогенного накопления железа). Это позволяет отнести ее к полугидроморфному ряду (луговая оглеенная почва).
Позднесартанское почвообразование в исследуемом геологическом разрезе выражено погребенной почвой с генетическими горизонтами Ah1, Bkhl и Ch1 (общая мощность 160-200 см от дневной поверхности).
Гор. Ahl (160-167 см от дневной поверхности). Темно-серый гумусированный суглинок. Прерывист, размыт. Плотного сложения. По сравнению с перекрывающим слоем осадков слабее окарбоначен. Включения мелких угольков, корешков отмерших растений и мелкой древесины. Граница четкая по цвету.
В шлифах гумусовый горизонт имеет глинисто-пылеватое элементарное микростроение. Пылеватоглинистый материал, имея микроагрегационное строение, агрегирован неравномерно. Агрегаты крупные (более 1мм), слабо пропитаны буро окрашенным дисперсным гумусом. Отмечаются участки с разной степенью гумусированности. Кроме гумусных пленок, локализованных по поверхности зерен, есть гумусовые сгустки. Степень гумусированности по горизонту разная. Глинистая плазма чешуйчатого микростроения, анизотропная, образует тонкие пленки. Окарбоначен зернами пылеватого кальцита, локализованного по порам и трещинам. Характер микростроения указывает, что горизонт был выщелочен, а затем вторично окарбоначен. Форма вторичного окарбоначивания говорит о том, что условия кристаллизации кальцита были спокойными, медленными при низкой концентрации СаСОз.
Гор. Bkh 1 (167-185 см от дневной поверхности). Светло-серый с белесым оттенком карбонатный легкий суглинок, плотного сложения, облессованный. Маломощный, прерывистый, но морфологически четко выраженный в разрезе. Окарбоначивание неравномерное, пятнообразное.
Гор. Ch1 (185-200 см от дневной поверхности). Бурый легкий суглинок, пылеватый, равномерно окар-боначенный. Окраска меняется от бурой до палево-серой и плавно переходит в облессованную супесь. Сложение меняется от плотного до рыхлого вниз по горизонту. В таком же направлении увеличивается степень облессованности.
Гранулометрический состав (табл.1) первой погребенной почвы этого времени меняется от супеси до легкого суглинка. Наиболее тяжелыми являются гор. Ahl и Bkh 1. По всему профилю преобладают частицы мелкого песка и крупной пыли.
Содержание карбонатов возрастает с глубиной по профилю с максимумом в зоне преобладания гидрогенных процессов. Реакция почвенного раствора щелочная (табл.2).
Содержание оксалаторастворимых полуторных окислов низкое, распределение по генетическим горизонтам профиля палеопочвы довольно равномерное (табл.2).
Содержание углерода гумуса колеблется от 2,4% гор. Ah1 до 0,40% гор.СЬИ (табл.2-3). В групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты (Скг: Сфк равно 1.1), а среди гуминовых кислот преобладает фракция 2, связанная с Са. Фракция 1 гуминовых кислот и фульвокислот отсутствует, что коррелируется с содержанием оксалаторастворимых форм железа и алюминия.
Морфолого-аналитические данные показывают, что данная палеопочва первоночально формировалась в результате процессов гумусонакопления и выщелачивания, на которые впоследствии наложился процесс гидрогенной аккумуляции карбонатов (луговой режим увлажнения), что привело к формированию лугово-черноземной почвы.
Вторая погребенная почва этого времени не сохранилась в данном геологическом разрезе. Она фрагментарно горизонтально прослеживается в теле этой надпойменной террасы. В коррелирующем разрезе можно выделить генетические горизонты Ah , BCh, Д (общая мощность 105-150 см от дневной поверхности).
Гор. Ah (105-117 см от дневной поверхности) в горизонтальном простирании фрагментарно выражен. Серовато-бурая супесь, чешуйчатая, окарбоначенная. Карбонаты представлены диффузно расположенным карбонатным псевдомицелием или сконцентрированы в виде колоний, вертикально ориентированы. Включения разложившихся корешков травянисто-кустарничковой растительности. Мелкие углистые включения.
Гор. ВС1п (115-132 см от дневной поверхности). Светло серая супесь, карбонатная, облессованная, слоистая. Переслаиваются супесчаные прослойки различных оттенков серого цвета.
Гор. Д (132-150 см от дневной поверхности). Песок связный серого и буровато-серого цвета. Слоист, окарбоначен. Марганцевые новообразования точечной, пятнистой форм, приуроченных к песчанодресвяным прослойкам. Ожелезненность толщи как диффузная, так и в виде изогнутых и замкнутых микрофибр. Их максимум также приурочен к песчано-дресвяным прослойкам. Толща облессована. Столбчатая трещиноватость.
По морфолого-аналитическим данным эта палеопочва имеет аккумуляцию углерода гумуса в гор. Д1п (2%) и незначительное увеличение углерода гумуса в гор. ВС1п (0,36%). Высокая степень карбонатности (14,8%), приходится на гор. ВС1г Остаточный карбонатный горизонт свидетельствует о засушливых условиях степного типа почвообразования. Содержание углерода гумуса составляет в гор. Д1п 2,05%. В групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты (Сгк: Сфк равно 1,9). Почвообразование шло по черноземному типу в степных условиях.
Широко представленные палеопочвы на второй надпойменной террасе р. Енисей позднесартанского времени имеют даты абсолютного возраста по С14 (Кинд,1974).
Выводы
1. В каргинское межледниковье наблюдается смена почв черноземного типа под степной растительностью на серые лесные или дерновые почвы под лесной растительностью. В ледниковую сартанскую эпоху отмечаются периоды потепления, когда формировались лугово-оглеенные почвы, лугово-черноземные и черноземные почвы.
2. Эволюция почвенного покрова отражает смену климата в разновременные эпохи и периоды плейстоценового времени. Биоклиматические условия этого времени определяли природную обстановку обитания древнего человека в Сибири.
Литература
1. Волков, И.А. Цикличность формирования четвертичных субаэральных осадков умеренного пояса и колебания климата / И.А. Волков // Цикличность формирования субаэральных пород. - Новосибирск: Наука, 1980. - С.25-34.
2. Волков, И.А. Позднечетвертичная субаэральная формация / И.А. Волков. - М.: Наука. 1971. - 205 с.
3. Демиденко, Г.А. Позднеплейстоценовые и голоценовые почвы бассейна Среднего Енисея (палеоэкологический аспект) / Г.А. Демиденко. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2008. - 160 с.
4. Кинд, Н.В. Геохронология позднего антропогена по изотопным данным / Н.В. Кинд. - М.: Наука, 1974. -225 с.
5. Уиттекер, Р. Сообщества и экосистемы / Р. Уиттекер. - М.: Прогресс, 1980. - 327 с.
'--------♦-----------
