CC BY
53
УДК 631.42:551.8
Некрасова О.А., Учаев А.П.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
E-mail: o_nekr@mail.ru
ПАЛЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В СУББОРЕАЛЬНЫЙ И СУБАТЛАНТИЧЕСКИЙ ПЕРИОДЫ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ
ЮЖНОГО УРАЛА
Изучены особенности состава и свойств палеопочв, вскрытых в карьере Батурино и археологическом объекте Степное 7 на Южном Урале. Проведена диагностика палеоэкологических условий в суббореальный и субатлантический периоды в пределах современной лесостепи Южного Урала.
Ключевые слова: палеопочвы, гумус, гуминовые кислоты, суббореал, субатлантика, Южный Урал, палеоприродная среда.
В последнее время все больший интерес вызывают исследования, связанные с изучением климата. Чтобы понять вектор изменения современной природной обстановки, необходимо знать ее предшествующую динамику в разные геологические временные отрезки. Только изучение прошлых ландшафтных условий для локальных территорий обеспечивает возможность воссоздания всеобщих климатических изменений, в том числе в период последнего межледниковья.
В целом для второй половины голоцена Южного Урала различными методами реконструировано направленное снижение теплообеспеченности и многократная смена аридизации-гумидизации. Для конкретного временного интервала суббореала (36003700 лет назад) Зауралья, рассматриваемого в настоящей публикации, имеются сведения для степной зоны о нарастании гумидности [1], [2], росте аридизации [3] и непостоянстве условий увлажнения [4]. Для начала субатлантического времени (2100 лет назад), также рассматриваемого в работе, в степном Зауралье отмечается резкое увеличение увлажнения и, возможно, похолодание [5], в степях Предуралья также восстановлены гумидные условия [6] и на их фоне в целом смягчение климата [7]. Таким образом, палеорекон-струкции климата к настоящему времени осуществлены главным образом для степной зоны Южного Урала, данные по увлажненности климата носят противоречивый характер, что, вероятно, связано с обусловленностью этого показателя особенностями локальных условий.
Цель данной публикации - выявить особенности палеоэкологических условий суббо-реального и субатлантического периодов локальных территорий в пределах современной южной лесостепи Южного Урала. С позиций палеопочвоведения.
Объектами исследования послужили па-леопочвы суббореального и субатлантического периодов Южного Урала. Палеопочва кургана 3 (разрез 3-02) археологического памятника Степное 7, согласно автору археологических раскопок к.и.н. Д.Г. Здановичу, имеет возраст 3600-3700 лет и относится к суббореальному периоду. Этот участок расположен в Троицком районе Челябинской области на левом берегу реки Уй (левый приток Тобола). Вторая палеопочва была вскрыта в одном из бортов заброшенного угольного карьера Батурино (разрез 4-13), который находится в 40 км южнее Челябинска (рис. 1). Согласно полученной радиоуглеродной дате гуминовые кислоты, выделенные из гумусового горизонта палеопочвы, имеют возраст 2073±259 лет (№КА) Таким образом время ее формирования относится к первой трети субатлантического периода.
Расстояние между районами исследования составляет около 100 км.
Оба изучаемых участка находятся в пределах одной современной ландшафтной зоны. Карьер Батурино расположен в южной лесостепи, археологический объект Степное 7 - южнее на 100 км, вблизи ее современной границы со степью, которая здесь проходит по реке Уй. Растительный покров обоих участков представлен березовыми и осиново-березовыми колками с участием злаково-разнотравных луговых и настоящих сте-
пей и остепненных лугов [8]. Ключевые участки имеют разные абсолютные высоты местности, составляющие 300-310 м для Степного и 230-240 для Батурино и сходный холмисто-равнинный рельеф. Для ключевого участка Батурино по сравнению со Степным характерны менее теплые условия (+2,3 °С по сравнению с +2,7 °С) и значительно большее количество осадков (440 мм по сравнению с 390 мм) [9].
Почвенные образцы отбирались подробно, в пределах видимых горизонтов, каждые 5-10 см. Удельная магнитная восприимчивость определялась на каппаметре Kappabrig KLY-2. рН водной вытяжки - потенциометрически, общий органический углерод - методом Тюрина, состав гумуса - по методике Пономаревой-Плотниковой [10]. Гуминовые кислоты были выделены из разных горизонтов палеопочв 0,1 n NaOH после декальцирования, осаждались 2 n HCl, переосаждались и отделялись центрифугированием без жесткой очистки [11], существенно влияющей на их состав [12]. Элементный состав гуминовых кислот определялся в аналитической лаборатории НИОХ СО РАН на автоматическом элементном CHNS-O анализаторе EURO EA-3000 и дублировался по Пре-глю. Радиоуглеродное датирование гуминовых
кислот было проведено методом AMS в ИЯФ СО РАН. Электронные спектры поглощения снимались на спектрофотометре ПЭ-5400 УФ. Расчет коэффициентов экстинкции проводился при X 465 нм, толщине слоя 1=1 см и концентрации беззольной ГК 0,001% [13], коэффициентов цветности - по Вельте [14]. Спектры флуоресценции снимались на сканирующем спектрофлуориметре Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer.
При реконструкции палеоэкологических условий формирования палеопочв педогумусо-вым методом [15], [16] использовалась база данных по эколого-гумусовым связям почв Урала, имеющаяся в распоряжении авторов.
Морфологическое строение исследуемых палеопочв позднеголоценового возраста позволяет отнести их к аналогам черноземов на основании наличия в них всех присущих этому типу почв горизонтов с соответствующими характеристиками. Погребенная почва изучаемого участка Степное перекрыта насыпью кургана, мощность которого в настоящее время составляет около 20 см. Гумусовый горизонт имеет мощность 30 см, серую в сухом состоянии и темно-серую - во влажном окраску. Он характеризуется как плотный комковатый
Рисунок 1. Положение объектов исследования
супесчаный, не вскипающий от соляной кислоты горизонт. Палеопочва субатлантического периода перекрыта насыпью около 40 см, ее гумусовый горизонт мощностью 25 см темно-серой окраски, плотный, комковатый, также не вскипает от соляной кислоты.
Средние характеристики вещественного состава гумусовых горизонтов палеопочв суб-бореального и субатлантического периодов свидетельствуют, что обе почвы имеют относительно высокую и близкую по величинам удельную магнитную восприимчивость (2,9±0,27 и 3,2±0,20 10-5/кг СИ соответственно), слабощелочную или почти нейтральную реакцию среды (рН не превышает 7,27), существенно различающееся из-за широко известного и повсеместного сокращения во времени количество общего органического углерода (соответственно 0,60±0,15 и 3,5±0,04), а также в целом близкое содержание поглощенных оснований, не превы-
шающее 30-32 ммоль/кг, среди которых преобладает кальций.
На гумусовой профилеграмме разреза 3-02 (рис. 2): под современной насыпью (0-16 см) четко выделяется гумусовый горизонт палео-почвы по накоплению общего органического углерода и увеличению в нем доли гуминовых кислот в составе гумуса. В групповом составе гумуса палеопочвы разреза 4-13 гуминовые кислоты, также преобладают в его составе над фульвокислотами в верхней части почвенного профиля, глубже большее представительство имеют фульвокислоты.
Соответственно, состав гумуса изменяется по почвенному профилю от гуматного в горизонтах [А] и [АВ] до фульватного в нижней части горизонта [ВССа]. Во фракционном составе гу-миновых кислот во всей почвенной толще также с большим преобладанием доминирует фракция черных ГК. Фракция бурых ГК представлена
7» к почве
5 30
30 30
% к С орг
30 30 О 3 0 20 О 20 20 0 20 20 0 2020 0 20 0 1 2 3
020406030100120140 СМ
Рисунок 2. Гумусовый профиль иалеоиочв: А - разрез 3-02 (Степное), Б - разрез 4-13 (Батурино). Обозначения: а -общий органический углерод,% к почве;% к общему органическому углероду: б - сумма гуминовых кислот (ГК); в - сумма фульвокислот (ФК); г - негидролизуемые формы гумуса; д - ГК фр.1; е - ГК фр. 2; ж - ГК фр. 3; з - ФК фр. 1а; и - СГК:СФК.
Б
в следовых количествах, содержание связанных с глинистыми частицами ГК в целом невелико.
Таким образом, в горизонте [А] обеих па-леопочв суббореального и субатлантического периодов значения интегрального показателя (Сгк:Сфк) превышают 2,0, диагностируя гумат-ный состав гумуса (табл. 1).
На основании показателей состава гумуса проведена диагностика условий времени формирования палеопочв (рис. 3). Для этой цели использован принцип обобщения данных, предложенный Д.С. Орловым и др. [17], положенный им в основу формирования кривой изменения глубины гумификации в ряду раз-ногенетичных почв.
Для целей диагностики ландшафтных условий формирования палеопочв нами внесены некоторые изменения в кривую Д.С. Орлова, которые отображены на рисунке 3.
Анализ состава гумуса суббореальной почвы с использованием этой кривой показал, что эта палеопочва формировалась в близких к современным условиях, в пограничных между степной и лесостепной природной обстановке. В то время как палеопочва субатлантического
Таблица 1. Средние показатели группового состава гумуса горизонта [А] и соотношения элементов
в гуминовых кислотах палеопочв
п С б .,% общ 5 % к С „ . общ С :Сф гк фк Гуминовые кислоты
ХГК ХФК Н/С С/Ы
Горизонт [А] разреза 3-02
6 0,6±0,15 52,6±6,75 23,9±2,56 2,2±0,07 0,95±0,08 19,4±3,08
Горизонт [А] разреза 4-13
3 3,5±0,04 34,7±0,84 13,9±0,26 2,5±0,02 0,84±0,01 16,8±2,65
Таблица 2. Показатели коэффициента цветности и первого момента спектров флюоресценции гуминовых кислот
изученных палеопочв
Глубина отбора образцов, см Е465/Е650 М1 1Ш(к)/ 1гП(с)*
Горизонт [А] почвы суббореального периода
16-20 2,91 483 Не опр
20-25 2,98 496 Не опр
25-30 2,81 497 Не опр
30-35 2,83 494 Не опр
35-40 2,89 479 Не опр
40-48 3,08 Не опр. Не опр
Горизонт [А] почвы субатлантического периода
0-7 2,95 510 2,34
7-15 3,01 508 2,25
15-25 2,97 509 2,91
*1Ш(к)/ !Ш(с) - соотношение интенсивностей флуоресценции в красной и синей областях спектра
Рисунок 3. Диагностика условий формирования палеопочв. Типы современных ландшафтов: 1 - лес; 2 - лесостепь; 3 - степь умеренного увлажнения; 4 - степь сухая; 5 - полупустыня; 6 - пустыня; а - разрез 3-02 (Степное), б - разрез 4-13 (Батурино)
времени формировалась в относительно более теплых степных условиях.
Соотношение основных элементов в составе гуминовых кислот, значения коэффициентов цветности и первого момента (табл. 2) относительно диагностируют высокую долю
ароматической части в составе макромолекул. тельно в сторону преобладания степного типа Подобные характеристики, также как и отно- почвообразования: в суббореале это привело к шения Сгк:Сфк, типичны для современных почв, формированию почв, близких к современным, формирующихся в лесостепных - степных а в субатлантике - к другому типу древнего ландшафтах [11], [18], [19]. педогенеза, отличающегося от современного,
Таким образом, совокупность показателей а именно к степному типу. Полученные мате-состава гумуса, а также ряда характеристик риалы, как нам представляется, будут способ-гуминовых кислот, показывает, что эти два ло- ствовать выявлению общих закономерностей кальных участка расположения палеопочв при изменения климата локальных территорий со-изменении природных условий и сдвиге при- временной лесостепной зоны Южного Урала родных зон изменялись более или менее значи- в контексте глобальных процессов.
6.09.2015
Данные исследования в Уральском федеральном университете выполнены при финансовой поддержке со стороны Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания УрФУ
№2014/236, код проекта 2485
Список литературы:
1. Лаврушки Ю.А., Спиридонова Е.А. Основные геолого-палеоэкологические события конца позднего плейстоцена и голоцена на восточном склоне Южного Урала // Природные системы Южного Урала: Сб. науч. тр. / под ред. Л. Л. Гайдученко. - Челябинск: Челяб. гос. ун-т. - 1999. - С. 66-104.
2. Плеханова Л.Н. Природно-антропогенная эволюция почв речных долин степного Зауралья во второй половине голоцена: автореф... канд. биол. наук / МГУ им. М. В. Ломоносова. - М. - 2004. - 22 с.
3. Чендев Ю.Г., Иванов И.В. Динамика почвенного покрова на юге Восточной Европы и Южном Зауралье в суббореальном периоде голоцена // Почвоведение. - 2007. - №11. - C. 1298-1308.
4. Масленникова А.В. Геохимическое обоснование палеогеоэкологических реконструкций голоцена Южного Урала: автореф. канд. геол.-минерал. наук / Томский полит. ун-т. - Томск. - 2012. - 21 с.
5. Иванов И.В., Чернянский С.С. Вопросы археологического почвоведения и некоторые результаты палеопочвенных исследований в заповеднике Аркаим // Археологический источник и моделирование древних технологий: труды музея-заповедника Аркаим. - Челябинск: Ин-т истории и археологии УО Рос. АН. - 2000. - С. 3-17.
6. Хохлова О.С., Кузнецова А.М., Хохлов А.А., Моргунова Н.Л., Чичагова О.А. Палеопочвы курганов ямной культуры степной зоны Приуралья // Почвоведение. - 2008. - №5. - С. 545-555.
7. Рысков Я.Г. Реконструкция истории развития почв и природной среды степного Предуралья в голоцене (с использованием методов геохимии стабильных изотопов): автореф. канд. биол. наук / МГУ им. М.В. Ломоносова. - Пущино. - 1996. - 23 с.
8. Куликов П.В. Определитель сосудистых растений Челябинской области. Екатеринбург: УрО РАН. - 2010. - 969 с.
9. URL: http://ru.climate-data.org/location/33789/ location/29226/ (Дата обращения 01.09.2015)
10. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методика и некоторые результаты фракционирования гумуса черноземов // Почвоведение. - 1968. - №11. - С. 104-117.
11. Дергачева М.И., Некрасова О.А., Лаврик Н.Л. Гуминовые кислоты современных почв Южного Урала. Препринт. Новосибирск. - 2002. - 24 с.
12. Тихова В.Д., Фадеева В.П., Дергачева М.И., Шакиров М.М. Анализ изменений состава и структуры гуминовых кислот почв при кислотном и щелочном гидролизе // Журнал прикладной химии. - 2008. - Т. 81, - №11. - С. 1957-1962.
13. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ - 1990. - 325 с.
14. Welte E. Neuere Ergebnisse der Humusforschung // Angev. Chem. -1955. - V. 67. - №5. - P. 153-155.
15. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. - Новосибирск: СО РАН. - 1997. - 228 с.
16. Дергачева М.И. Гумусовая память почв // Память почв: почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий. М: ЛКИ, - 2008. - Гл. 18. - С. 530-560.
17. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. - М.: Наука. - 1996. - 256 с.
18. Дергачева М.И., Некрасова О.А., Васильева Д.И., Фадеева В.П. Элементный состав гуминовых кислот целинных черноземов разных условий формирования // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2012. - №10 (146). - С. 90-96.
19. Дергачева М.И., Некрасова О.А., Оконешникова М.В., Васильева Д.И., Гаврилов Д.А., Очур К.О., Ондар Е.Э. Соотношение элементов в гуминовых кислотах как источник информации о природной среде формирования почв // Сибирский экологический журнал. - 2012. - №5. - С. 667-676.
Сведения об авторах:
Некрасова Ольга Анатольевна, доцент кафедры экологии Департамента «Биологический факультет» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, кандидат биологических наук, доцент 620000, г Екатеринбург, ул. Ленина 51, тел.: 261-74-95, е-mail: o_nekr@mail.ru
Учаев Антон Павлович, аспирант кафедры экологии Департамента «Биологический факультет» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина 620000, г. Екатеринбург, ул. Ленина 51, тел.: 261-74-95, е-таП: uchaev89@inbox.ru
