CC BY
55
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2010, том 16, № 5 (45), с. 31-45
————————— СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК =========
УДК 599.323.4:631.431
ЗАПАДИННЫЙ МИКРОРЕЛЬЕФ ПРИКАСПИЙСКОЙ НИЗМЕННОСТИ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ1
© 2010 г. Б.Д. Абатуров
Учреждение Российской академии наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Россия, 119071 Москва, Ленинский проспект, д. 33. Е-mail: abaturov@sevin.ru
Реферат. Формирование специфического западинного микрорельефа в северной части Прикаспийской низменности - многоступенчатый комплексный процесс. Начальный этап связан с накоплением в почве легкорастворимых сульфатов, уменьшением плотности почв и образованием микроповышений. Образование западин - вторичное явление, связанное с локальным увлажнением и уплотнением первично разрыхленной и засоленной почвы водами атмосферных осадков.
Ключевые слова. Почвообразование, легкорастворимые соли, микроповышения, порозность почвы, западины, грунтовые воды, засоленные почвы, солонцы, норы млекопитающих плотность почв.
Равнинные территории северной и северо-западной части Прикаспийской низменности, относительно недавно (12-15 тыс. лет назад) освободившиеся от вод Хвалынской трансгрессии Каспия, всегда отличались уникальностью, необычайным разнообразием природной среды, в которой тесно переплетаются элементы разных природных зон в узких пределах одного и того же ландшафта (Мильков, Гвоздецкий, 1978). Эти особенности более всего заметны на обширной равнинной территории в северной части Прикаспийской низменности, ограниченной с севера Общим Сыртом, с юга - Боткульско-Хакскими озерными депрессиями и песчаной равниной (Рын-пески), с запада - Волжской долиной с прилегающей к ней супесчаной грядой, с востока - долинами рек Малый и Большой Узени. Здесь типичные степные каштановые и черноземовидные почвы тесно соседствуют с солонцами и солончаковыми почвами, степная мезофильная разнотравно-дерновиннозлаковая растительность чередуется с сообществами ксерофильного разнотравья и галофильных трав, полукустарничков и кустарников. В животном населении наблюдается совместное обитание степных и пустынных видов. Такая же пестрота свойственна и грунтовым водам: сильно минерализованные засоленные грунтовые воды чередуются с расположенными рядом линзами пресной воды.
Общепризнано, что возникновение подобного комплексного характера природной среды обязано специфике мезо- и микрорельефа данной территории. Элементы мезорельефа в данном случае представлены, с одной стороны, неглубокими изолированными депрессиями -падинами и лиманами, и, с другой, - межпадинной равниной. В первом случае - это крупные замкнутые понижения размером от гектара до нескольких квадратных километров и глубиной до 1.0-2.0 м, происхождение которых обязано неровностям дна отступившего Хвалынского моря. Эти элементы мезорельефа занимают 10-15% площади всей территории.
Что касается межпадинной равнины, которая занимает основную часть территории (85-
1 Исследования выполнены на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН при финансовой поддержке РФФИ (09-04-00125), Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Биоразнообразие: инвентаризация, функции, сохранение» и Программы Отделения биологических наук РАН «Биологические ресурсы России: Оценка состояния и фундаментальные основы мониторинга».
90%), то ее характерная особенность - наличие хорошо развитого микрорельефа, состоящего из микроповышениий, образующих сплошной непрерывный фон всей равнины; западин -замкнутых понижений небольших размеров (диаметром до 15-20 м и глубиной до 50 см), густо вкрапленных в поверхность микроповышений; микросклонов - переходных участков от западин к микроповышениям (Каменецкая, 1952; Мозесон, 1955; Роде, Польский, 1961; Гордеева, Ларин, 1965). Микроповышения занимают около 50% площади межпадинной равнины, западины и микросклоны - примерно по 25%.
Свойства всех природных компонентов (почвы, растительность, животный мир и т. д.) в настоящее время хорошо изучены (Новиков, 1936; 1950; Большаков, Боровский, 1937; Ковда, 1950; Каменецкая, 1952; Роде, Польский, 1961; Ходашова, 1960; Роде, 1963; Гордеева, Ларин, 1965; Абатуров, 1984; Линдеман и др., 2005). Известно, что отмеченное выше разнообразие всех показателей природной среды связано, прежде всего, с перераспределением атмосферных осадков по элементам микрорельефа: в среднем западины получают двойную норму осадков за счет стока вод с микроповышений (прежде всего в период весеннего снеготаяния), микроповышения - не более половины годовой суммы осадков, микросклоны - около 100% (Роде, 1963; Большаков, Базыкина, 1974). Все это послужило причиной формирования степной среды с разнотравно-злаковой растительностью на каштановых почвах разных типов (от светло- до темнокаштановых) в западинах, пустынной с сильнозасоленными солонцовыми почвами и галофильной растительностью на микроповышениях, сухостепной со светлокаштановыми солонцеватыми почвами и ксерофильным разнотравьем на микросклонах и в мелких понижениях (Каменецкая, 1952; Гордеева, Ларин, 1965; Роде, 1963).
Вместе с тем до настоящего времени остаются неясными причины и механизмы формирования столь характерного с уникальными природными свойствами микрорельефа. Нужно учитывать, что исходно данная территория представляет собой морскую аккумулятивную равнину, относительно недавно (12-15 тыс. лет назад) освободившуюся от вод Хвалынского моря (Леонтьев и др., 1976; Чепалыга, Пирогов, 2006). В настоящее время -это плоская глинистая равнина с почти полным отсутствием поверхностного и грунтового стока. Почвенно-грунтовая толща представлена мощными отложениями засоленных раннехвалынских (морских) тяжелых суглинков, однородных по гранулометрическому составу с характерным комплексным почвенно-растительным покровом, представляющим собой, как отмечено выше, сочетание типично степных, пустынных и сухостепных элементов. Однородность почвенно-грунтовой толщи и равнинность территории, казалось бы, должны были обеспечить формирование однородной природной среды. Между тем расчленение поверхности с образованием специфического микрорельефа полностью перенаправило течение важнейших средообразующих процессов, прежде всего водного, солевого режима почв, и повлекло за собой формирование специфической структуры растительного покрова и животного мира.
Формирование микрорельефа в данных условиях - особый природный процесс, привлекавший к себе внимание большого числа исследователей. Характерно, что все внимание в этом случае было направлено исключительно на образование западин. Были выдвинуты разные гипотезы для объяснения причин и механизмов этого явления: от исходных неровностей морского дна (Саваренский, 1931; Новиков, 1936) и эрозионных явлений под действием текучих вод и ветра (Неуструев, 1910) до специфического действия животных-землероев, прежде всего сусликов (Мозесон, 1952; Богдан, 1900). Позднее было установлено, что западины имеют суффозионное происхождение, связанное с локальным выщелачиванием из почвенной толщи солей и проседанием почвы (Новиков, 1936; Большаков, Боровский, 1937; Швыряева, 1939; Большаков, 1950; Иванова, Фридланд, 1954).
Совсем иначе представил ход формирования микрорельефа А.А. Роде (1953). Он прежде
всего показал, что формирование микрорельефа не ограничивается образованием западин. Происхождение микрорельефа - это сложный многоэтапный и последовательный процесс, связанный не столько с суффозией, локальным оседанием поверхности и образованием западин, сколько с обратными процессами рыхления (вспушения) почвенной массы и приподнимания поверхности. Анализ этого явления основывался на том, что в почвенной толще на глубине от 20-30 до 90-100 см существует специфический почвенный горизонт, отличающийся низкой плотностью и высокой порозностью. В результате малой плотности, которая снижается здесь иногда до 1.0 г/см3, и высокой сухости почвы произошло вспушение почвенного субстрата, которое сопровождалось увеличением его объема и приподниманием поверхности. Расчет, выполненный А. А.Роде, показал, что уменьшение плотности почвенной толщи мощностью 65 см с исходной величины 1.60 до 1.09 г/см3 приводит к подъему поверхности на 21 см. Такой подъем вместе с дополнительным увеличением высоты на 8.6 см в результате аккумуляции около 240 кг/м2 солей (в основном гипса и сульфата натрия в твердой фазе) в семиметровой почвенно-грунтовой толще практически полностью обеспечивает формирование современных микроповышений и покрывает перепад высот между элементами микрорельефа, который в среднем равен 26.5 см (Роде, 1953).
Однако нужно заметить, что в данном случае для расчетов был взят только наиболее рыхлый почвенный слой мощностью всего 65 см, в то время как пониженная плотность почвенного субстрата на микроповышениях прослеживается значительно глубже. Как известно, пространственная дифференциация почвы по плотности прослеживается на глубину до 2 м. Глубже плотность стабилизируется под всеми элементами микрорельефа на уровне около 1.60 г/см3, характерном для тяжелосуглинистых почв данной территории (Роде, Польский, 1961).
Проведенное нами специальное измерение плотности всей 2-х метровой почвенной толщи на разных гипсометрических отметках микрорельефа показало, что действительно плотность почвенного материала строго дифференцирована в пространстве в соответствии с микрорельефом и варьирует между разными элементами микрорельефа даже на одинаковых глубинах (>0.5 м) в весьма большом диапазоне - от 1.06 до 1.70 г/см3, но уже на глубине около 2 м под всеми элементами микрорельефа выравнивается при величине 1.60 г/см3 (рис. 1). Анализ величин плотности почвы убедительно свидетельствует, что перепад высот между всеми частями микрорельефа практически полностью обусловлен различием плотности их почвено-грунтовой толщи. В данном случае средняя плотность двухметровой толщи изменялась между высшей (микроповышение) и низшей (дно западины) точками микрорельефа от 1.29 до 1.54 г/см3, что согласно расчету вызвало перепад высот микрорельефа равный 34 см. Фактическая измеренная амплитуда высот между этими точками равнялась 40 см и, таким образом, почти полностью покрывалась изменением микрорельефа, связанным с варьированием плотности почвы (Абатуров, 2007). Недостающие 6 см, по-видимому, здесь как раз покрываются той массой солей, которая по расчетам А.А. Роде (1953) обеспечивает рост высоты микроповышений на эту величину. Следует добавить к сказанному, что на начальных стадиях почвообразования после освобождения суши от вод моря, исходные почвы отличались высокой плотностью (1.501.54 г/см3) и были сходны по этому показателю с почвами современных западин (Абатуров, 1985). Очевидно, наши расчеты, основанные на сравнении современных почв микроповышений и западин, полностью приложимы к начальным стадиям почвообразования.
Таким образом, на исходных стадиях почвообразования формирование микрорельефа выражалось в поднятии поверхности за счет рыхления почвы. Лишь с этого момента началась активная дифференциация элементов микрорельефа, которая выразилась первоначально в возникновении микроповышений. «Если до этого момента почвенный
покров развивался на всей межпадинной равнине более или менее равномерно и однородно, благодаря большой выровненности ее поверхности - в сторону засоления нижних слоев и осолонцевания верхних, то с началом активного развития микрорельефа направление процесса почвообразования на различных элементах микрорельефа должно было сделаться различным, вплоть до возникновения процессов, прямо противоположных друг другу по их общему характеру» (Роде, Польский, 1961, стр. 207). Таким образом именно рыхление (вспушение) почвы было начальным этапом дифференциации микрорельефа. Образование западин - это следующий этап, связанный с локальным уплотнением и соответствующим оседанием ранее разрыхленной почвы.
Каковы же причины динамики плотности почвенного субстрата, в данном случае ее рыхления (вспушения)? Чтобы понять этот механизм, нужно исходить из эволюции почв и особенностей почвообразования после
освобождения суши от вод моря. Совершенно очевидно, что после спада хвалынских вод формирование почв в течение длительного времени происходило при высоком уровне грунтовых вод. Известно, что спад уровня моря носил циклический характер с периодическими возвратами, при этом циклы сменялись с периодичностью 500-600 лет (Чепалыга, Пирогов, 2006). На рассматриваемой нами территории с абсолютными высотами 25-30 м н. у. м. динамика уровня морских вод в среднехвалынский период, продолжавшийся около 2 тыс. лет (с 14 до 12 тыс. лет назад), имела циклический характер и выражалась в последовательном чередовании подъемов и спадов. В этот период произошло три цикла подъемов с задержкой на абсолютных уровнях +22, +16, +6 м (рис. 2).
Совершенно очевидно, что морские воды служили базисом эрозии, и для суши того периода с абсолютными отметками около 25-30 м при указанных уровнях воды (+22, +16, +6 м) определяли близкое к поверхности расположение грунтовых вод, обеспечивали выход на поверхность капиллярной каймы. Очевидно, первоначально после схода морских вод первой стадией почвообразования были луговые почвы с близким уровнем грунтовых вод (Роде, Польский, 1961). Поверхностное расположение капиллярной каймы служило причиной активного физического и физиологического испарения воды и интенсивного накопления солей в почве. В результате сумма только водорастворимых солей достигла 80 мг-экв ионов на 100 г почвы или 3% от веса сухой почвы. Весьма важно, что основная
Рис. 1. Плотность почвы на разных высотных отметках микрорельефа. Относительная высота и элемент микрорельефа: 1 - 0 см (дно западины); 2 - 5.0 см (западина); 3 - 14.9 см (микросклон); 4 - 16.5 см (мелкая западина со светло-каштановой почвой); 5 - 25.7 см (микроповышение, низ); 6 -28.0 см (микроповышение); 7 - 35.7 см (микроповышение, верх); 8 - 39.7 см (микроповышение, верх; Абатуров, 2007). Fig. 1. Soil bulk density on different high-rise marks of a microrelief. Relative height and microrelief element: 1 - 0 ст (a bottom of microdepressions); 2 - 5.0 ^ (microdepressions); 3 - 14.9 ^ (microslope); 4 - 16.5 ^ (small microdepressions with light-chestnut soil); 5 - 25.7 ^ (microrisings, underside); 6 -28.0 ^ (microrisings); 7 - 35.7 ^ (microrising, top); 8 - 39.7 ^ (microrising, top; Abaturov, 2007).
часть этих солей приходится на сульфаты натрия, которые как раз и ответственны за рыхление почвенного субстрата. Масса только сульфат-ионов в водной вытяжке достигает 30-40 мг-экв (рис. 3). Общее количество легкорастворимых солей, накопившихся в семиметровой толще почвы (до современного уровня грунтовых вод) составило 1400 т/га, абсолютно преобладающая часть которых образована легкорастворимыми сульфатами. Общее количество сульфатов, преимущественно гипса, во всей толще (7 м) превышает 4000 мг-экв на 1 м2 (Роде, Польский, 1961). Характерно, что их распределение в вертикальном профиле по данным указанных авторов образует три отчетливых максимума: первый - в средней части верхнего метрового слоя, второй - на глубине около 2 м, третий -на глубине нижней части четвертого и верхней пятого метровых слоев. Образование нескольких максимумов накопления гипса свидетельствует о том, что процесс накопления солей шел с отчетливыми тремя перерывами, при этом аккумуляция солей происходила на разной глубине, что как раз соответствует отмеченным выше трем циклам затопления с последовательно понижающимся уровнем (рис. 2).
Рис. 2. Абсолютные отметки уровня морских вод в разные
хронологические периоды трансгрессии-регрессии Хвалынского бассейна, из рисунка: А.Л. Чепалыга и
А.Н. Пирогов (2006). Fig. 2. Absolute marks of level of sea waters during the different chronological periods of transgression-regression of Hvalynsky pool (it is taken from fig.: Chepaliga, Pirogov, 2006)
Последующее отступление вод моря и понижение базиса эрозии, как известно, сопровождалось, с одной стороны отрывом грунтовых вод и капиллярной каймы от верхних горизонтов почвы, и с другой, - отмыванием накопившихся солей из поверхностного слоя водами атмосферных осадков, что привело к осолонцеванию верхней части почвенного профиля и образованию в нем слабо проницаемого для воды солонцового горизонта (Роде, Польский, 1961). Все вместе это, как А.А. Роде отметил еще в 1953 г., повлекло за собой резкое иссушение почвенной толщи, кристаллизацию накопленных в ней солей, особенно сульфатов натрия и кальция, которая сопровождалась увеличением порозности, рыхлением (вспушением) почвенного субстрата и формированием характерной пескообразной структуры. Результатом этих процессов явилось отмеченное выше увеличение объема засоленной почвенной толщи и приподнимание поверхности всей территории, которое составило почти 50 см.
Важно учитывать, что необходимым условием данного процесса является смена гидрохимических типов соленакопления: приморский тип, при котором в почвах преобладает хлоридное засоление, замещается континентальным с сульфатным засолением (Славный и др., 1970). Очевидно, смена морского типа засоления на континентальный требует достаточно длительного времени, в течение которого должна произойти замена
грунтовых вод морского генезиса с господством хлоридов на инфильтрационные с формированием сульфатно-натриевых вод. Возможны ситуации, при которых в случае быстрого отступления морских вод, или в условиях хорошо дренированных территорий с глубоко расположенными грунтовыми водами, когда капиллярная кайма оказывается оторванной от верхней почвенной толщи, в почве сохраняется остаточный реликтовый тип хлоридного засоления морского генезиса (Славный и др., 1970). Приморской тип засоления сохраняется также и в бессточных солончаковых понижениях, где засоленные грунтовые воды как морского, так и континентального происхождения находятся близко к поверхности. И в том, и в другом случаях описанный процесс вспушения, приподнимания поверхности почвы и формирования характерного микрорельефа отсутствует.
мг-экв на 100 г почвы
о
40 80 120
160
40 20
20 40
40 20 0 20 40
- 1-1—
\5
г
I
«У
Чч
А
Глубина, см
0 -1— 1 J Г-1-i " 1
40 - г/ Уи / 'а I Д а i \ - /Г I ' 1/ м 1 -
30 - V > А / - д е Л s \
120 h / 1 1 ■ \ г 4 к ( и 1
160 - - N г] А / » -
200 - - ( { ( t i f / 1 / -
Глубина, см 1 2
Рис. 3. Распределение ионов солей (мг-экв на 100 г почвы) по данным водной вытяжки из почв, расположенных в условиях разных типов засоления: А - целинные почвы; Б - почвы на холмиках сусликов (на сусликовинах); 1 - плоская бессточная равнина на абсолютных высотах 25-30 м н. у. м. (Джаныбекский стационар); 2 - прибрежные почвы в северной части солончака Соленые грязи-Хаки (0- -4 м н. у. м.); 3 - дренированная равнина с уклоном к озеру Шала-Купа (абсолютные высоты 1020 м н. у. м; Абатуров, 1985); ионы солей: 1 - Na+, 2 - Ca2+, 3 - Mg2+, 4 - HCO3", 5 - Cl-, 6 - SO42" (Абатуров, 1985). Fig. 3. Distribution of ions of salts (meq/100 g of soil) according to a water extract from the soils located in the conditions of different types of salinity: A - virgin soils; Б - soils on hillocks of ground squirrel; 1 - flat plain without outflow at absolute heights of 25-30 m (the Dzhanybek Experimental Station); 2 - coastal soils in northern part of salt lake Khaki (absolute heights 0 —4 m.); 3 - drained plain with a deviation to the lake Shala-Kupa (absolute heights 10-20 m); salts ions: 1 - Na+, 2 - Ca2+, 3 - Mg2+, 4 - HCO3-, 5 - Cl-, 6 - SO42" (Абатуров, 1985).
Все это в настоящее время хорошо прослеживается на плоской равнине, дренированной озерными депрессиями Соленые Грязи-Хаки и Шала-Купа, а также в прибрежных участках обширного солончака Соленые грязи-Хаки, представляющего собой мелкий солончаковый водоем, сохранившийся после отступления позднехвалынской стадии морской трансгрессии (рис. 2). Прибрежные равнинные участки солончакового озера, располагающиеся на абсолютных отметках от 0 до -3 м и с грунтовыми водами на глубине около 2 м, отражают начальную стадию почвообразования. В этих почвах, а также в характерных почвах многочисленных здесь холмиков сусликов, наблюдается весьма интенсивное хлоридное и сульфатное засоление почвенной толщи (рис. 3). Количество сульфат-ионов, ответственных за вспушение почвы, достигает по данным анализа водной вытяжки 25 мг-экв на 100 г почвы. Тем не менее, рыхления (вспушения) основных фоновых почв не произошло. Средняя плотность метровой толщи почвы осталась высокой - 1.54 г/см3, что объясняется повышенной влажностью почвы в зоне капиллярной каймы, достигающей здесь поверхности. Примечательно, что в почвах на холмиках сусликов (на сусликовинах) практически при таком же содержании сульфатов средняя плотность метровой толщи почвы заметно снижена - до 1.27 г/см3 (Абатуров, 1985). При таком снижении плотности поверхность метровой толщи почвы должна подняться не менее чем на 20 см. Безусловно, почвообразование на сусликовинах отличается своеобразием (Абатуров, Зубкова, 1969). Вспушение почвы здесь произошло в результате выпадения накопившихся сульфатов в твердую фазу, что обеспечено резким иссушением этих почв, которое в свою очередь вызвано десугирующей деятельностью корней солянок - полукустарничков (Anabasis aphylla, A. salsa), пышно разрастающихся на сусликовинах (Абатуров, 1985). Возможно, этому содействует также выпуклая поверхность сусликовин и более обширная за счет этого поверхность испарения, что отмечал значительно раньше как раз для сусликовых холмиков В.И. Вернадский (1889). Если в толще фоновой почвы содержание влаги на глубине 20100 см равнялось 19% (от веса почвы), то в почве на сусликовинах не поднималось выше 13%, т. е. почти соответствует здесь влажности завядания (Абатуров, 1985). Так или иначе, близкое расположение грунтовых вод и выход капиллярной каймы на поверхность ограничивают формирование микрорельефа. Лишь на холмиках многочисленных здесь сусликов возникают характерные начальные признаки специфического формирования микроповышений. Совершенно очевидно, что в случае опускания грунтовых вод и отрыва капиллярной каймы от верхней толщи почвы здесь на всей площади произойдет характерный подъем поверхности.
Несколько иная картина наблюдается на плоской равнине, дренированной озерной котловиной Шала-Купа с ее овражно-балочной системой (Мурат-Сай и др.). Здесь грунтовые воды находятся значительно глубже (более 10 м). Быстрый отрыв капиллярной каймы от верхней толщи почвы препятствовал развитию здесь сульфатного засоления, фоновая почва сохранила отчетливое хлоридное засоление приморского типа (рис. 3). Соответственно и плотность всей почвенной толщи осталась высокой: средняя плотность метровой толщи составила 1.50 г/см3. Признаки формирования микрорельефа здесь полностью отсутствуют. Однако, как и в предыдущем случае, особым характером отличается почвообразование на многочисленных здесь сусликовинах. В почвах сусликовин произошло заметное накопление легкорастворимых сульфатов, количество которых на глубине 50-150 см достигает 20-30 мг-экв. на 100 г почвы. Соответственно и средняя плотность метровой толщи существенно уменьшилась и составила всего 1.24 г/см3. Только за счет такой разницы в плотности поверхность почвы на сусликовине оказалась приподнятой на 21 см, а сами почвенные образования на месте сусликовин приобрели вид крупных бугров высотой до 40 см и диаметром до 10-15 м (Абатуров, 1985).
Из всего сказанного следует, что начальным этапом формирования микрорельефа на
большой части плоской хвалынской аккумулятивной равнины после ее освобождения от вод моря выступает рыхление (вспушение) почвенной толщи и поднятие (по выражению А. А. Роде) поверхности, связанное с накоплением сульфатов и выпадением их в твердую фазу в результате иссушения почвы. Низкая плотность (вспушенность) почвы и высокое содержание легкорастворимых солей в почвенной толще придали ей характерные просадочные свойства и этим обеспечили развитие следующего этапа формирования микрорельефа, заключающегося в образовании локальных понижений (западин).
Следует учитывать, что этот процесс развивается не повсеместно, а только в специфических условиях плоской бессточной недренированной равнины. Как ранее было отмечено Ю.А. Славным, Т.В. Турсиной и З.Н. Кауричевой (1970), на дренированных территориях с быстрым отрывом грунтовых вод и капиллярной каймы от верхней толщи почвы, а также в местах с постоянным высоким расположением грунтовых вод в бессточных понижениях, где сохраняется гидрохимический тип засоления морского генезиса, данный процесс не получил развития.
Так или иначе, на основном пространстве плоской бессточной равнины после снижения уровня грунтовых вод и отрыва капиллярной каймы от верхней толщи почвы основную роль в почвообразовании стали принимать воды атмосферных осадков. Очевидно, достаточно интенсивное поверхностное увлажнение (около 280 мм осадков при почти полном отсутствии стока) должно было бы обеспечить процесс отмывания накопившихся легкорастворимых солей, опреснение и уплотнение почв и общее проседание поверхности. Однако этот процесс осложнился образованием в верхней части почвы на глубине до 1040 см солонцового горизонта. Низкая водопроницаемость солонцового горизонта препятствовала проникновению влаги в глубь почвы. Считалось, что проникновение влаги в почву происходило лишь по отдельным трещинам в почве или под влиянием корневой системы растений и иных случайных причин, что в итоге привело к неравномерному локальному увлажнению почв и суффозионному формированию замкнутых понижений (западин; Шевыряева, 1939; Розмахов, 1940;. Большаков, 1950 и др.). В итоге на межпадинной равнине сформировался специфический западинный микрорельеф, имеющий ярко выраженный пятнистый характер (рис. 4).
Рис. 4. Снимок из космоса межпадинной равнины с западинным микрорельефом: темные пятна -западины со степной дерновинно-злаковой растительностью (49°05' с. ш., 46°11' в. д., август 2003 г.). Fig. 4. A picture from space of Mesotopography plain (between big depressions) with a microdepresions microrelief: dark stains - the microdepressions with a steppe vegetation (49°05' N, 46°11' E, August, 2003).
Представляется важным отметить, что помимо отмеченных выше причин, обеспечивающих проникновение вод атмосферных осадков в глубь почвы, более реальным, эффективным и закономерным фактором выступает деятельность постоянно обитающих здесь сусликов, заселивших территорию, как известно, сразу после спада вод моря (Варшавский и др., 1980). На большое значение этого фактора ранее обращали внимание А.А. Роде и М.Н. Польский (1961), К.С. Ходашова и Л.Г. Динесман (1961). Среди разных форм деятельности сусликов в данном случае особое значение принадлежит их норам. В полупустыне северного Прикаспия (Джаныбекский стационар РАН) малые суслики (Spermophilus pygmaeus Pall.) ежегодно сооружают несколько десятков/га одиночных вертикальных нор-веснянок, каждая из которых используются лишь однократно для выхода из зимней гнездовой камеры после спячки, на следующий год роется новая такая же нора. Этот тип нор представляет собой вертикальную дрену диаметром 5-6 см, пронизывающую почвенную толщу, в том числе непроницаемый для воды солонцовый горизонт, на глубину до 1 м и тем самым открывает доступ талым и дождевым водам в глубокую засоленную толщу (Абатуров, 1984; 1985). Водопроницаемость почвы с такой норой приобретает провальный характер. На солончаковых солонцах почва весной по такой норе увлажняется на глубину до 1.5 м, тогда как обычно (без нор) не глубже 40-50 см (рис. 5; Абатуров, Зубкова, 1972). Характерно, что глубокое весеннее увлажнение сопровождается более интенсивным осенним иссушением увлажняемой толщи, что косвенно свидетельствует об ее опреснении. Образуются постоянные сухие линзы, которые сохраняются даже после разрушения и исчезновения нор, что указывает на необратимость происходящих процессов.
Таким образом, ежегодно появляющиеся вертикальные норы сусликов действуют по типу вертикальных дрен и обеспечивают локальное проникновение поверхностных вод в глубь засоленной почвенной толщи, что сопровождется растворением и отмыванием солей, уплотнением рыхлых подсолонцовых горизонтов почвы с образованием на месте нор понижений. На месте понижений в результате накопления талых вод постепенно формируются западины (Абатуров, Зубкова, 1972). Следует учитывать, что формирование западин под влиянием нор - многоэтапный и длительный процесс. Первоначально вертикальные норы, появляющиеся на плоском участке и не имеющие своего водосбора, не обеспечивают достаточно интенсивного увлажнения почв. Чаще всего глубокого увлажнения вообще не происходит (рис. 5). На месте норы после ее разрушения образуется слабо заметное понижение, способное задерживать некоторое количество воды. Дальнейшее развитие данный процесс получает в том случае, если на том же месте сменится несколько поколений таких же нор. В результате чисто механического разрушения нор образуется довольно обширное понижение, вмещающее значительное количество воды, и при очередном появлении новой норы она глубоко и интенсивно увлажняет почву (рис. 5). Количество воды, поступающее в почву по такой норе, в 2 раза превышает поступление воды в ненарушенный солончаковый солонец (187 вместо 89 мм; Абатуров, Зубкова, 1972). Такой процесс с появлением нор происходит неоднократно и вызывает глубокие изменения физических и химических свойств почвы: сумма легкорастворимых солей на глубине 40120 см уменьшается с 3.0 до 0.25%, т. е. более чем в 10 раз. Сильное смачивание рыхлого почвенного субстрата и вымывание солей сопровождается уплотнением почвенного материала: средняя плотность почвы на глубине 40-150 см увеличивается с 1.27 до 1.38 г/см3, что вызывает усадку метрового слоя почвы на 9 см. В результате отмеченных явлений образуется просадка диаметром около 1 м, глубиной до 10 см и емкостью до 50 л (50 мм). Неоднократное повторение этого процесса при появлении новых нор сопровождается дальнейшим рассолением и уплотнением почвы. Дальнейшее развитие просадки совершается обычным путем, и на ее месте формируется западина с каштановой почвой и степным разнотравно-злаковым растительным покровом. При избытке поступающей в
западину воды увлажняются и прилегающие к ней участки солончакового солонца, что ведет к расширению западины и увеличению ее водосборной площади.
Рис. 5. Увлажнение почвы весной на солончаковом солонце под влиянием вертикальных нор малого суслика и последовательные стадии формирования микрозападины со светло-каштановой почвой, Джаныбек, 1-15 апреля 1970 г. (Абатуров, Зубкова, 1972). Условные обозначения: I-II - новые вертикальные норы на плоском участке; III - старая нора (воронка); IY - разрушившаяся нора (лунка); Y - молодая просадка на месте новой норы в понижении; YI - просадка с разрушившейся норой (лункой); YII - старая просадка после неоднократной смены нор; YIII - молодая микрозападинка со светло-каштановой почвой. Fig. 5. Soil moistening in the spring on solonchakous solonetzes under the influence of vertical holes of a ground squirrel and consecutive stages of formation of microdepressions with light-chestnut soil, Dzhanybek, on April, 1 -15st, 1970 (Abaturov, Zubkova, 1972). Symbols: I-II - New vertical holes on a flat site; III - old a hole (funnel); IY - the collapsed hole (crater); Y - young subsidence of soil at the place of new hole in depression; YI - subsidence of soil with the collapsed hole; YII - old a subsidence of soil after numerous change of holes; YIII - young microdepression with light-chestnut soil.
Сопоставление высотных отметок сформированного западинного микрорельефа и средней плотности почвенной толщи на этих отметках показало отчетливую согласованность их динамики (Абатуров, 2007). Здесь при постепенном увеличении глубины микрорельфа (западин) до 39 см средняя плотность почвенной толщи исходной мощностью 210 см поступательно нарастает от 1.29 до 1.54 г/см3. Легко рассчитать, что только за счет такого увеличения плотности должно произойти углубление микрорельефа на 34 см, т. е. практически на ту же величину. Эти данные показывают, что современная амплитуда глубин микрорельефа (западин) полностью обусловлена уплотнением почвы, а изменение средней плотности почвенной толщи глубиной 2 м на 0.10 г/см3 сопровождается в нашем случае изменением фактической глубины микрорельефа на 11.9 см.
Все это дает основание полагать, что изначально до того как произошла дифференциация почв территории по плотности и сформировались западины, ее поверхность была относительно ровной без выраженного микрорельефа. Очевидно, при отсутствии нор сусликов, большая часть воды, скапливающаяся на поверхности солончаковых солонцов при отсутствии стока, не проникала в почву. И сейчас можно обнаружить такие плоские места застоя воды, на которых происходит заиливание поверхностного слоя солончакового солонца с образованием такырообразной поверхности. Безусловно, появление в таком месте норы приведет к образованию очередной микрозападинки со светло-каштановой почвой.
Важно иметь в виду, что рост крупных западин по мере увеличения их числа, размеров и соответствующего уменьшения свободных водосборов замедляется и в настоящее время, очевидно, прекратился совсем (Кремер, 1970). Тем не менее, и сейчас даже при небольшом количестве воды, стекающей с поверхности оставшихся микроповышений, норы сусликов обеспечивают повышенное увлажнение почвы, что приводит к формированию на солончаковых солонцах небольших (около 1.0-1.5 м в поперечнике) микропонижений со светло-каштановыми почвами (Абатуров, Зубкова, 1972; Абатуров, 2001). Известно, что периодические колебания климата, проявляющиеся в смене сухих и влажных периодов, неизбежно отражаются как на почвенном покрове, так и на микрорельефе Прикаспийской низменности (Демкин, Иванов, 1985). Исследования последних лет показали, что за прошедшие полвека наблюдений за одними и теми же почвами произошли заметные вертикальные и горизонтальные подвижки во всех элементах микрорельефа, что убедительно свидетельствует о продолжающихся изменениях микрорельефа с положительным и отрицательным знаком отклонений (Хитров, 2005). Возможно, эти изменения вызваны климатическими сменами, которые в данном случае отчетливо выразились в значительном подъеме уровня грунтовых вод и капиллярной каймы (Сапанов, 2007).
Характерно, что размер западин и доля занимаемой ими площади на межпадинной равнине зависят от интенсивности атмосферного увлажнения. По данным Г.Н. Новикова (1936) западины вместе с микросклонами (т. е. понижения разной глубины, образовавшиеся в результате уплотнения и оседания почвы) в южных районах (между селениями Эльтон и Джаныбек) при средней годовой сумме осадков 270 мм занимают около 50% поверхности межпадинной равнины. При движении на север процент западин увеличивается, и уже на расстоянии 100 км (в районе г. Палласовка) в сходных условиях при годовой сумме осадков около 300 мм западины доминируют на поверхности равнины, создавая непрерывный фон; площадь микроповышений, наоборот, уменьшается, и здесь они сохраняются лишь в виде отдельных небольших изолированных пятен (Новиков, 1936).
Нельзя не отметить важную особенность происхождения западин, свидетельствующую об их происхождении, как и всего микрорельефа, из одной исходной формы. Сравнение характера засоления, проведенное на серии из 6 типов почв, расположенных в разных частях микрорельефа от солончакового солонца на микроповышении до темноцветной почвы
западины, показало одинаковое распределение максимумов содержания гипса в сравниваемых почвах (Роде, Польский, 1961). Эти данные убедительно доказывают, что все сравниваемые в данном случае почвенные типы происходят из одной исходной почвы и их образование связано с последовательными стадиями формирования западинного микрорельефа.
Заключение
Формирование специфического западинного микрорельефа в северной части Прикаспийской низменности - многоступенчатый комплексный процесс, впервые проанализированный А. А. Роде. Начальным этапом формирования на большой части плоской хвалынской аккумулятивной равнины после ее освобождения от вод моря выступает поднятие поверхности, связанное с резким уменьшением плотности (вспушением) почвенной толщи в результате накопления сульфатов и выпадения их в твердую фазу при иссушении почвы. Необходимым условием этого процесса послужило длительное подтопление равнины водами Каспия в период Хвалынской трансгрессии и замена хлоридного засоления на сульфатный с последующим отрывом грунтовых вод от почвенной толщи после отступления моря. В результате снижения плотности почвы и аккумуляции солей почвенная толща приобрела просадочные свойства. Равномерному увлажнению почв водами атмосферных осадков препятствовало образование в верхнем слое почвы водонепроницаемого солонцового горизонта. В этой ситуации ведущую роль сыграла деятельность постоянного компонента среды - населения малого суслика. Ежегодно создаваемые ими особые норы-веснянки действовали по типу вертикальных дрен, открывали доступ атмосферных вод в глубокие горизонты почвы, обеспечивали увлажнение разрыхленной и засоленной почвы, что вело к ее уплотнению и проседанию с последующим образованием западин. Локальный тип образования западин придал прикаспийской равнине пятнистый характер. Размер западин и занимаемая ими площадь зависит от интенсивности увлажнения поверхностными водами. Уменьшение водосборной площади на микроповышениях по мере расширения западин ведет к затуханию этого процесса, и в настоящее время обеспечивается образование только мелких понижений небольших размеров.
Все имеющиеся данные служат подтверждением представлений А.А. Роде о том, что различающиеся в настоящее время по своим природным свойствам элементы микрорельефа, сформированного на плоской межпадинной равнине, представляют собой стадии почвообразовательного процесса, образованы из одной и той же материнской породы, однородной по своим свойствам. Формирование специфического микрорельефа на рассматриваемой территории связано с изменением плотности почв. Современная амплитуда высот микрорельефа полностью покрывается динамикой поверхности, обусловленной плотностью почвы. Совершенно очевидно, что изначально, до того как произошла пространственная дифференциация почв по плотности, ее поверхность была относительно ровной и не имела выраженного микрорельефа. Весь специфический процесс почвообразования в итоге привел к созданию характерного западинного микрорельефа со всеми уникальными особенностями комплексного почвенно-растительного покрова, животного мира и природной среды в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абатуров Б.Д. 2001. Зоогенные формы почвенных неоднородностей // Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Издательство Московского университета. С. 61-75.
Абатуров Б.Д. 2007. Плотность почвы как фактор формирования микрорельефа в полупустыне северного Прикаспия // Почвоведение. № 7. С. 140-148.
Абатуров Б.Д. 1985. Формирование микрорельефа и комплексного почвенного покрова в полупустыне северного Прикаспия как результат жизнедеятельности малого суслика // Млекопитающие в наземных экосистемах. М.: Наука. С. 224-249.
Абатуров Б.Д. 1984. Млекопитающие как компонент экосистем (на примере растительноядных млекопитающих в полупустыне). М.: Наука. 286 с.
Абатуров Б.Д., Зубкова Л.В. 1969. Влияние малых сусликов (Citellus pygmaeus Pall.) на водно-физические свойства почв полупустыни Заволжья // Почвоведение. № 10. С. 5969.
Абатуров Б.Д., Зубкова Л.В. 1972. Роль малых сусликов (Citellus pygmaeus Pall.) в формировании западинного микрорельефа и почв в северном Приккаспии // Почвоведение. № 5. С. 59-67.
Богдан В.С. 1900. Отчет Валуйской сельскохозяйственной опытной станции. СПб. 128 с.
Большаков А.Ф. 1950. Водный режим почв комплексной степи Каспийской низменности // Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева АН СССР. М.-Л.: Издательство АН СССР. Т. 32. С. 369-396.
Большаков А.Ф., Базыкина Г.С. 1974. Природные биогеоценозы и условия их существования // Биогеоценотические основы освоения полупустыни северного Прикаспия / Ред. Роде А. А. М.: Наука. С. 6-34.
Большаков А.Ф., Боровский В.М. 1937. Почвы и микрорельеф Прикаспийской низменности // Солонцы Заволжья. М.-Л.: Издательство АН СССР. С. 134-169.
Варшавский С.Н., Лавровский А.А., Шилов М.Н. 1980. Колебания уровня Каспийского моря и изменение ареала малого суслика в голоцене // Колебания увлажненности Арало-Каспийского региона в голоцене. М.: Наука. С. 163-169.
Вернадский В.И. 1889. Путевые заметки о почвах бассейна р. Чаплынки Новомосковского уезда Екатеринославской губернии // Труды Вольного экономического общества. № 3. С. 22-29.
Гордеева Т.К., Ларин И.В. 1965. Естественная растительность полупустыни Прикаспия как кормовая база животноводства. М.: Наука. 160 с.
Демкин В.А., Иванов И.В. 1985. Развитие почв Прикаспийской низменности в голоцене. Пущино: Научный центр биологических исследований АН СССР. 165 с.
Иванова Е.Н., Фридланд В.М. 1954. Почвенные комплексы сухих степей и их эволюция // Вопросы улучшения кормовой базы в степных, полупустынных и пустынных зонах СССР. М.-Л.: Издательство АН СССР. С. 162-190.
Иозефович Л.И. 1928. К вопросу о происхождении микрорельефа и комплексности сухих степей // Природа и сельское хозяйство засушливо-пустынных областей СССР. Воронеж. № 3. С. 113-148.
Каменецкая И.В. 1952. Естественная растительность Джаныбекского стационара // Труды Комплексной научной экспедиции по вопросам полезащитного лесоразведения. Т. 2. М.: Издательство Академии Наук СССР. С. 101-162.
Ковда В.А. 1950. Почвы Прикаспийской низменности. М.: Издательство АН СССР. 256 с.
Кремер А. М. 1970. Неоднородности почвенного покрова как самоорганизующиеся системы // Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. М.: Наука. С. 68-80.
Леонтьев О.К., Каплин П. А., Рычагов Г.И., Свиточ А.А., Абрамова Т. А. 1976. Новые данные о четвертичной истории Каспийского моря // Комплексные исследования Каспийского моря. М.: Издательство МГУ. Вып. 6. С. 49-63.
Линдеман Г.В., Абатуров Б.Д., Быков А.В., Лопушков В.А. 2005. Динамика населения
позвоночных животных заволжской полупустыни. М.: Наука. 252 с.
Мильков Ф.Н., Гвоздецкий Н.А. 1958. Физическая география СССР. М.: Государственное издательство географической литературы. 351 с.
Неуструев С.С. 1910. К вопросу о "нормальных" почвах и зональности комплекса сухих степей // Почвоведение. Т. 12. Вып. 2. С. 177-190.
Новиков Г.Н. 1936. Растительно-почвенные комплексы северной части Каспийской равнины, их типы и происхождение // Растительность Каспийской низменности. М.: Издательство АН СССР. Т. 1. С. 36-176.
Роде А.А. 1953. К вопросу о происхождении микрорельефа Прикаспийской низменности // Вопросы географии. Сб. 33. С. 249-260.
Роде А.А., Польский М.Н. 1961. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства // Почвы полупустыни северо-западного Прикаспия и их мелиорация. Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева АН СССР. М.: Издательсто АН СССР. Т. 56. С. 3-214.
Розмахов И.Г. 1940. К вопросу о возникновении и развитии солонцовых комплексов // Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева АН СССР. М.: Издательство АН СССР. Т. 22. Вып. 1. С. 31-89.
Саваренский Ф.П. 1950. Гидрогеологический очерк Заволжья. Избранные сочинения. М.-Л.: Издательство АН СССР. С. 48-106.
Сапанов М.К. 2007. Синхронность изменения уровней Каспийского моря и грунтовых вод в северном Прикаспии во второй половине XX в. // Известия РАН. Серия географическая. № 5. С. 82-87.
Славный Ю.А., Турсина Т.В., Кауричева З.Н. 1970. К вопросу о генезисе засоленных почв в Прикаспии // Почвоведение. № 10. С. 19-25.
Усов Н.И. Генезис и мелиорация почв Каспийской низменности. Саратов: Саратовское Областное издательство. 1940. 439 с.
Хитров Н.Б. 2005. Связь почв солонцового комплекса Северного Прикаспия с микрорельефом // Почвоведение. № 3. С. 271-284.
Ходашова К. С. 1960. Природная среда и животный мир глинистых полупустынь Заволжья. М.: Издательство АН СССР. 131 с.
Ходашова К.С., Динесман Л.Г. 1961. Роль малых сусликов в формировании комплексного почвенного покрова в глинистой полупустыне Заволжья // Почвоведение. № 1. С. 875.
Чепалыга А.Л., Пирогов А.Н. 2006. Влияние вод Хвалынского бассейна древнего Каспия на формирование долины Маныча и его ландшафтов // Роль особо охраняемых природных территорий в сохранении биоразнообразия. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета. С. 409-415.
Швыряева А.М. 1939. Эволюция растительного покрова темноцветных западин в двухчленном комплексе // Советская Ботаника. №. 2. С. 20-29.
MICRODEPRESSIONS MICRORELIEF OF CASPIAN LOWLAND AND MECHANISMS OF ITS FORMATION
© 2010. B.D. Abaturov
A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian Academy of Sciences Russia, 119071 Moscow, Leninskyiprospect., 33. E-mail: abaturov@sevin.ru
Abstract. Formation of specific microrelief of shallow depression in the northern part of Caspian lowland is a multistage complex process that was analyzed by A.A. Rode for the first time. The initial stage of the microdepression formation on the most part of Hvalynsky accumulative plain after its clearing of sea waters was the surface rising on 30-40 cm. It was connected with the sharp reduction of soil density as a result of accumulation of sulphates and their precipitation in a solid phase after dessication of soils. The necessary condition of this process was a long-term flooding of plain by the Caspian Sea during the Hvalynsky transgression and the replacement of chloride salinization on the sulphatic one and the subsequent separation of ground waters from soil after sea deviation. As a result of soil density decrease and accumulation of salts, the soil has got sagging properties. The formation of water-proof solonetz horizon in the topsoil interfered with uniform humidifying of soils by waters of an atmospheric precipitation. The key role in this situation has played ground squirrels which are the constant component of environment. These animals formed annually the special holes-vesnjanki. They functioned as vertical drains, opened access of atmospheric waters to deep soil horizons and provided humidifying of the loosened and salted soil. These processes have led to soil consolidation and falling with the subsequent formation of microdepression. Thus, the spotty character of Caspian plain was caused by local type of formation of microdepression. The size of microdepression and its area depended on intensity of humidifying by the surface water. Reduction of the catchment area as a result of microdepression expansion has led to the attenuation of this process and formation of shallow depression only.
Key words: soilformation, readily soluble salts, microrisings, total porosity, microdepression, ground water, saline soil, solonetz, holes of mammals, soil density.
