Минеральная основа антропогенных почв объектов ландшафтной архитектуры

УДК 631.4

МИНЕРАЛЬНАЯ ОСНОВА АНТРОПОГЕННЫХ ПОЧВ ОБЪЕКТОВ ЛАНДШАФТНОЙ АРХИТЕКТУРЫ

О.В. Семенюк, Т.М. Силева, М.В. Пеленева

При формировании объектов ландшафтной архитектуры преобразуется минеральная основа естественных почв и создаются новые искусственные почвы. Изучен минералогический и гранулометрический состав антропогенно-измененной и антропогенной почв музея-усадьбы «Архангельское» как объекта ландшафтной архитектуры. Оценена степень антропогенного преобразования естественных почв. Выявлены особенности свойств конструктоземов: значительное опесчанивание верхней части почвенного профиля, высокая неоднородность профильного распределения гранулометрических фракций, изменение соотношения долевого участия минералов и их профильного распределения, а также несоответствие степени выветрелости минерального компонента абсолютному возрасту почв. На основе полученного материала сделано практическое предложение для формирования органо-песчаных смесей, используемых для конструирования антропогенных почв.

Ключевые слова: минералогический состав, крупная фракция, антропогенные почвы.

Введение

Ландшафтная архитектура проектирует и создает искусственные открытые пространства — объекты, которые являются особыми антропогенными системами. В соответствии с концепцией проекта на этих объектах формируются новые растительные ассоциации и антропогенные почвы с заданными свойствами, которые замещают природные. Экологическое функционирование таких антропогенных систем специфично и трансформировано по отношению к естественным ландшафтам, что определяет актуальность изучения характера этих изменений.

Объекты ландшафтной архитектуры имеют почвенный покров, в составе которого значительную долю занимают антропогенные и антропогенно-измененные почвы [8]. Формирование последних связано с улучшением агрохимических и агрофизических свойств естественных почв под декоративные культуры путем внесения компонентов различного состава как органических, так и минеральных.

При конструировании антропогенных почв создаются новые верхние плодородные искусственные горизонты. Для их формирования используют смеси торфа, песка и материал гумусовых и перегнойных горизонтов естественных почв с различным соотношением указанных составляющих. В профиле конструктоземов в соответствии с технологическими рекомендациями под искусственными верхними плодородными закладывают песчаные горизонты [3]. В ряде случаев с целью улучшения дренажа в срединную часть профиля искусственных почв помещают слой, состоящий из крупнообломочного материала.

Профиль таких искусственных почв изменен по отношению к естественным с точки зрения гранулометрического и минералогического состава, однако научных публикаций, посвященных изучению минеральной основы антропогеннных почв объектов ландшафтной архитектуры, крайне мало. Практически

все исследования констатируют факт облегчения их гранулометрического состава [2, 5, 6], но отсутствуют количественная оценка опесчанивания почвенного профиля по отношению к естественным аналогам и данные по изучению минералогического состава. Исследование и оптимизация свойств почв объектов садово-парковой архитектуры является необходимым условием для сохранения их стабильности функционирования в целом как экосистемы и поддержания декоративности растительных компонентов, что особенно актуально.

Цель нашего исследования — изучение особенностей гранулометрического и минералогического состава крупных фракций антропогенных почв и оценка влияния конструирования на их минеральную основу на примере парка музея-усадьбы «Архангельское» Красногорского р-на Московской обл.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования послужили наиболее распространенные почвы двух основных частей паркового комплекса: самой старой пейзажной — постагрогенная агродерново-подзолистая почва и регулярной — конструктозем.

Агродерново-подзолистая почва сформирована на покровных суглинках, подстилаемых флювиогля-циальными песками. Почвенный профиль состоит из верхнего окультуренного слоя мощностью 30 см, разделенного на два подгоризонта, ниже элювиальный и иллювиальный горизонты, которые подстилаются флювиогляциальными отложениями (рис. 1, А).

Конструктозем представляет собой набор искусственных слоев до 66 см с верхним гумусовым песчаным горизонтом, под которым располагается прослойка песка мощностью до 5 см и два техногенных горизонта — суглинистый и супесчаный. Нижняя часть почвенного профиля — флювиогляциальные пески (рис. 1, Б).

Рис. 1. Морфологическое строение почвенного профиля и гранулометрический состав почв музея-усадьбы «Архангельское»: А — агродерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками; Б — конструктозем

Крупные фракции (1—0,25; 0,25—0,1; 0,1—0,05 и 0,05—0,01 мм) выделяли методом отмучивания после диспергации многократным разминанием образца в состояние пасты по методу Н.И. Горбунова. Минералы подсчитывали из средней пробы фракции в 3-кратной повторности под поляризационным микроскопом в иммерсии (х 100).

Результаты и их обсуждение

Анализ гранулометрического состава агродерново-подзолистой почвы показал, что в пределах покровных суглинков абсолютно преобладают фракции физического песка (от 61,9 до 94,7%) над таковыми физической глины (от 3,4 до 32,3%) с доминированием фракции крупной пыли, что соответствует литературным данным по покровным суглинкам Московской обл. [9].

В верхнем горизонте почв обнаружено увеличение доли физического песка за счет возрастания содержания крупной пыли. Опесчанивание верхней части профиля окультуренных пахотных почв на покровных суглинках трактовалось исследователями как результат припахивания нижележащих элювиальных горизонтов [4]. Облегчение гранулометрического состава верхнего горизонта почв можно объяснить или природной слоистостью, или внесением органо-песчаных смесей для улучшения физических свойств окультуренного слоя под посадки декоративных культур.

Результаты гранулометрического анализа демонстрируют двучленное строение почвенного профиля агродерново-подзолистой почвы: подстилание верхней толщи покровных суглинков (легкие крупно-пылеватые) сортированными флювиогляциальными песками (среднезернистые рыхлые).

Гранулометрический состав конструктозема отличается от такового агродерново-подзолистой почвы.

Различия связаны как с отдельным содержанием фракций, так и с их распределением по профилю. При конструировании почвенного профиля происходит замена всей толщи покровных суглинков на материал, который в своем составе содержит почти в 10 раз больше песчаных фракций, что приводит к значительному его опесчаниванию. Относительная доля содержания песка в верхнем 50-сантиметровом слое при этом увеличивается практически в два раза.

В гранулометрическом составе конструктозема преобладают песчаные фракции, в то время как в составе агродерново-подзолистой почвы доминируют пылеватые фракции. Антропогенное конструирование приводит к большему разнообразию распределения различных фракций в отдельных слоях почвенного профиля, в том числе песчаных фракций, что свидетельствует о высокой неоднородности сложения данной почвы.

Неоднородность агродерново-подзолистой почвы имеет природное происхождение и определяется двучленным строением почвенного профиля, где различия горизонтов по гранулометрическому составу отмечены в нижней части профиля на глубине 80 см. В конструктоземе разнообразие горизонтов по гранулометрическому составу связано с антропогенным конструированием, причем в пределах всего почвенного профиля. Однако двучленность профиля конструктозема в отличие от агродерново-подзолистой почвы фиксируется в его верхней части, на глубине 15 см.

Выявленная однородность гранулометрического состава агродерново-подзолистой почвы в пределах покровных суглинков дает основание полагать, что они, находясь в самой старой части парка Архангельское, при создании верхнего окультуренного слоя испытали минимальное антропогенное вмешательство.

Рис. 2. Минералогический состав фракций крупной пыли (0,05—0,01 мм) почв музея-усадьбы «Архангельское»: А — агродерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками; Б — конструктозем

В рамках исторического времени информация об особенностях формирования компонентов ландшафта, в том числе и почвенного покрова, имеет не только научную, но и историческую значимость, так как музей-усадьба «Архангельское» является ценным культурным объектом.

Исследования крупных фракций агродерново-подзолистой почвы показали, что минералогические ассоциации горизонтов представлены легкими (кварц, халцедон, полевые шпаты) и тяжелыми (роговые обманки, биотит, эпидот, гранаты, рутил и рудные) минералами; при этом доля участия тяжелых минералов не превышает 8%. В качестве примера приводим данные по крупной пыли (рис. 2).

В процентном отношении преобладающими минералами являются кварц и полевые шпаты, составляющие в сумме более 90% от содержания всех зерен минералов по всем фракциям. Соотношение между кварцем и полевыми шпатами в разных фракциях неодинаково. Отмечается закономерность увеличения соотношения кварца к полевым шпатам от фракции крупного песка, где оно составляет 1:1, к фракции крупной пыли — 4:1. С возрастанием дисперсности частиц для всех типов отложений разнообразие минералов и доля тяжелых минералов в ассоциациях увеличивается.

Сравнение полученных результатов с литературными данными [1, 7] показало, что практически во всех фракциях исследуемой антропогенной почвы содержание гранатов выше, а эпидотов ниже, чем в естественном аналоге. Еще одной особенностью покровных суглинков агродерново-подзолистой почвы можно считать уменьшение количества эпидота и увеличение выветрелых полевых шпатов с глубиной во фракции крупной пыли.

Двучленность отложений, выявленная при гранулометрическом анализе, подтверждается данными анализа минералогического состава. Это хорошо диагностируется по долевому участию в минералогической ассоциации выветрелых полевых шпатов и роговой обманки.

Минералогическая ассоциация материала, из которого сформированы слои конструктозема, имеет тот же набор минералов (хотя и в иных соотношениях), что и агродерново-подзолистая почва. Это свидетельствует о его принадлежности к той же Центрально-Русской минералогической провинции.

Насыпной гумусовый горизонт отличается от верхнего гумусового горизонта агродерново-подзо-листой почвы большим содержанием гранатов во фракциях среднего, мелкого песка и крупной пыли, эпидота и полевых шпатов — в крупнопылеватой фракции. Во фракции крупного песка отмечено увеличение доли микроклина и халцедона по сравнению с агродерново-подзолистой почвой.

Отличительная особенность минералогического состава конструктозема — возрастание доли выветре-лых полевых шпатов во всех крупных фракциях, что позволяет охарактеризовать верхнюю сконструированную часть почвенного профиля как более выве-трелую. Это определяет противоречие, возникающее между возрастом почвы и ее свойствами. С точки зрения абсолютного возраста конструктозем в сравнении с агродерново-подзолистой почвой — более молодой, в то же время он характеризуется относительно большей выветрелостью минералов и соответственно меньшим резервом для выветривания минеральной основы как более старая почва.

А

2

О

Б

2

А' А" Е В Р

чЧЧЧЧЧ|чЧЧЧЧ

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ

1

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ\Ч1

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ

ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ1

КАТ

Тв2 ЮЗ Отем Осв

Чччччччкчччччч^чччччч^чччччч^

чччччччкчччч!

чччччкччччччч^

ччччччкчччччё^

чЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧх]

Рис. 3. Содержание выветрелых полевых шпатов во фракции 1—0,25 мм: А — агродерново-подзолистая почва на покровном суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками; Б — конструктозем

Несоответствие почвенных свойств и возраста отдельных горизонтов наблюдается также в пределах профиля конструктозема. Его искусственные почвенные горизонты, сформированные одновременно, различаются по долевому участию выветрелых полевых шпатов. Их содержание в верхнем искусственном органо-минеральном горизонте конструктозема в два раза выше, чем в нижележащих техногенных горизонтах. Значительное разнообразие свойств горизонтов в профиле искусственно созданных почв является не столько результатом почвенных процессов, сколько отражением различий в возрасте и степени выветрелости материала, использованного для их формирования.

Максимальное количество выветрелых полевых шпатов в верхней части искусственно созданного нового профиля — еще одна особенность минералогического состава данной почвы, что принципиально отличает ее от агродерново-подзолистой почвы, где максимум выветрелых полевых шпатов приходится на нижнюю часть почвенного профиля (рис. 3).

Соотношение кварца к полевым шпатам в слоях конструктозема соответствует таковому в покровных суглинках агродерново-подзолистой почвы изучаемой территории. Характер распределения значений этого показателя в почвенной толще еще раз свидетельствует об искусственном сложении данного объекта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов В. В. Распределение минералов крупных фракций в профиле суглинистых подзолистых почв // Почвоведение. 1988. № 3.

2. Курбатова А.С., Башкин В.Н., Баранникова ЮЛ. и др. Экологические функции городских почв. Маджента, 2004.

3. Машинский В.Л. Пособие по использованию семенного и посадочного материалов декоративных растений в г. Москве. М., 2006.

4. Почвы Московской области и их использование / Под ред. Л.Л. Шишова, Н.В. Войтковича. Т. 1. М., 2002.

5. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Попутни-ков В.О. Трансформация почв рекреационных территорий г. Москвы // Лесные экосистемы и урбанизация. М., 2008.

6. Раппопорт А.В, Лысак Л.В., Прокофьева Т.В., Строганова М.Н. Особенности почв филиала Ботанического сада МГУ // Почвоведение. 2001. № 3.

Выводы

• Результаты исследования конструктозема и агро-дерново-подзолистой почвы парка усадьбы «Архангельское» обнаружили сходство минералогических ассоциаций всех крупных гранулометрических фракций. Это позволяет сделать вывод о том, что при создании почв данного объекта ландшафтной архитектуры использовались материалы с прилегающих территорий. Однако выявлено, что при конструировании верхней части профиля почв и создании новых искусственных горизонтов в конструктоземе использовался более выветрелый материал, что привело к снижению потенциального резерва минералов с точки зрения выветривания. В связи с этим можно сделать практическое предложение по формированию органо-песчаных смесей: при конструировании новых почв использовать более богатые с минералогической точки зрения отложения.

• Конструирование почвенного профиля определило его ярко выраженную неоднородность по гранулометрическому и минералогическому составу.

• Замена всей толщи покровных суглинков на обогащенный песком материал привела к значительному опесчаниванию почвенного профиля. Верхний органогенный искусственно созданный горизонт конструктозема более выветрелый: он характеризуется большим долевым участием выветрелых полевых шпатов и относительным увеличением доли гранатов и рутила.

• В результате внесения компонентов различного состава почва конструктозема, с одной стороны, наследует минералогическую ассоциацию пород, послуживших источником материала для его формирования, а с другой — приобретает новые свойства, не характерные для почв естественного генезиса. Такими новыми свойствами являются опесчанивание верхней части почвенного профиля, высокая неоднородность профильного распределения гранулометрических фракций, изменение соотношения долевого участия минералов и их профильного распределения, а также несоответствие степени выветрелости минеральных компонентов и абсолютного возраста почв.

7. Рубилина Н.Е. Распределение минералов тонкопесчаной и крупнопылеватых фракций в профиле дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1983. № 11.

8. Семенюк О.В., Владыченский А. С. Организация структуры почвенного покрова объектов ландшафтного проектирования // Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты. СПб., 2007.

9. Тонконогов В.Д., Градусов Б.П., Рубилина Н.Е. и др. К дифференциации минералогического и химического составов дерново-подзолистых и подзолистых почв // Почвоведение. 1987. № 3.

Поступила в редакцию 23.03.2011

MINERALOGICAL BASE OF ANTHROPOGENIC SOILS IN THE LANDSCAPE

ARCHITECTURE OBJECTS

O.V. Semenjuk, T.M. Sileva, M.V. Peleneva

The mineral part of soil is transformed during formation and alteration of landscape architecture. In the result, artificial soils are formed. Mineralogical composition and grain size distribution of anthropogenically altered soil and anthroposol have been studied at the estate «Archangelskoe», which is a site of landscape architecture. The degree of anthropogenic transformation of natural soils has been assessed. The following features of anthroposols have been revealed: significant increase in the share of sand fraction in the top soil, high heterogeneity of profile distribution of grain size fractions and soil minerals as well as the ratio of the minerals, and discrepancy between the weathering rate and absolute soil age. On the basis of obtained results, a proposal for practical composition of sand-organic mixtures for formation of anthropogenic soils has been made.

Key words: mineralogical composition, coarse fraction, anthropogenic soils.

Сведения об авторах.

Семенюк Ольга Вячеславовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова; тел. 8 (495) 939-27-40, e-mail: olgatour@rambler. ru. Силева Татьяна Михайловна, канд. биол. наук, ст. преп. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова; тел. 8 (495) 939-27-40; e-mail: tmsileova@ya.ru. Пе-ленева Марина Владимировна, аспирант каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова; e-mail: mari-ka@rambler.ru