Гумус палеопочв курганного могильника Санаторный-1 (западная Сибирь) и реконструкция условий педогенеза на его основе

А.А. Подгорная, М.И. Дергачева, Е.Г. Захарова

ГУМУС ПАЛЕОПОЧВ КУРГАННОГО МОГИЛЬНИКА САНАТОРНЫЙ-1 (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ) И РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ПЕДОГЕНЕЗА НА ЕГО ОСНОВЕ

Изучен состав и свойства гумуса палеопочв, погребенных под курганами археологического памятника Санаторный-1, датируемого Х1-Х111 вв. н.э. и расположенного в лесостепной зоне Западной Сибири на территории Новосибирского Приобья. Во всех почвах, вскрытых под курганами, состав гумуса имеет гуматный тип. Содержание гуминовых кислот существенно выше, чем в современных фоновых почвах, и составляет от 43 до 53%. Доля фульвокислот в составе гумуса погребенных почв отличается от современных незначительно и не превышает 17-22%. Соотношение водорода и углерода в гуминовых кислотах составляет 0,77-0,80. Сочетание показателей состава гуминовых кислот и соотношения их с фульвокислотами соответствует черноземному типу почвообразования в условиях умеренно-засушливых степных ландшафтов. Экологические условия в XI-XIII вв., к которым относятся захоронения человека и погребение почв, были благоприятны для его обитания.

Ключевые слова: гумус; палеопочвы; педогенез; условия формирования; голоцен.

Проблема рационального использования и охраны природной среды требует обоснованных прогнозов поведения ее компонентов в меняющейся обстановке для разных физико-географических территорий. Существенным звеном в обосновании таких прогнозов являются ретроспективные реконструкции климата и ландшафтной обстановки на конкретных территориях. Для этого исследователями проводится разноплановое изучение разных природных компонентов, несущих информацию о времени своего формирования. К таким компонентам относятся и почвы, которые являются памятью экосистем, ландшафтов и процессов биосфер-но-геосферного взаимодействия [1]. Почвы и отдельные почвенные компоненты в своих составе и свойствах отражают специфику условий формирования и хранят об этом информацию в течение длительного времени, поскольку они сенсорны и рефлекторны по отношению к природной среде. Среди почвенных компонентов, формирующих память почв, выделяется гумус или система гумусовых веществ. Состав, структура и свойства компонентов этой системы и их соотношение обусловлены сочетанием тепла и влаги независимо от времени их формирования. Знание специфики разных характеристик гумуса в почвах разного возраста - от плиоцена до современности - позволяет воссоздавать тренды изменений климатических (биоклиматических) и ландшафтных обстановок прошлого [2]. Таким реконструкциям ландшафтной обстановки в ХІ-ХІІІ вв. н.э. в лесостепной зоне Новосибирского Приобья на основе гумусовой памяти почв посвящена настоящая работа.

Объекты и методы исследования

Изучались палеопочвы, погребенные под курганами могильника Санаторный-1 (автор раскопок - канд. ист. наук С.Г. Росляков), расположенного в лесостепной зоне на территории Новосибирского Приобья Западной Сибири. Могильник датируется по аналогиям предметов и результатам радиоуглеродного анализа серединой XI - началом XIII вв. н.э. [3]. Таким образом, погребенные под курганами почвы несут информацию о па-леоприродной среде и типах почвообразования в Новосибирском Приобье в период развитого средневековья.

Курганный могильник Санаторный-1 находится на надпойменной террасе правого берега р. Оби. Территория, на которой расположен памятник, - правобережье Оби - представляет собой повышенную равнину с рез-

ко выраженными чертами эрозионного ландшафта, густой сетью оврагов, холмов и увалов, с долинами притоков рек Оби и Берди. Могильник расположен на незначительном возвышении и вытянут вдоль правого берега небольшого оврага, который перерезает террасу р. Оби. Всего археологами обнаружено 28 курганных объектов, 8 из которых (16, 19-23, 25 и 26) изучены с позиций палеопедогенеза. По данным С.Г. Рослякова [3], курганы имеют округлую, овальную или вытянутую форму и разную мощность насыпи, которая колеблется от 28-45 см (курганы 19-23 и 26) до 80-100 см (курганы 16 и 25). Во всех случаях насыпи в несколько раз по площади превышают размеры могил и поэтому под ними имеются участки сохранившихся погребенных почв, которые и подвергались изучению.

Палеопочвы, погребенные под курганами, вскрываются на разной глубине от дневной поверхности. В большинстве случаев их кровля четко отбивается тонким прослоем палевого цвета, образовавшегося при формировании могильной ямы и кургана. Палеопочвы имеют облик черноземов с хорошо выделяемыми морфологически горизонтами [А], [АВ], [В] и [ВС]. Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта колеблется в пределах 17-24 см, [АВ] - не превышает 10-14 см, глубина вскипания от НС1 в почвах под курганами 16, 19 и 26 приходится на толщу до 70 см (50-67 см), а под курганами 20, 21 22-23 и 25 - после 70 см (72- 77 см) (табл. 1). Карбонаты представлены псевдомицелием.

Все погребенные гумусовые горизонты имеют темно-серую окраску, среднесуглинистый состав и комковато-зернистую структуру, иногда с признаками поро-шистости. Как правило, они являются плотными, характеризуются наличием корней и не вскипают от НС1. Глубже лежит горизонт [АВ]: темно-серый с бурым оттенком, плотный, комковато-порошистый, среднесуглинистый, который переходит в горизонт [В] бурого цвета, прочной крупнокомковатой структуры, среднесуглинистого гранулометрического состава, с уменьшающейся книзу плотностью. Последний горизонт постепенно переходит в горизонт [ВС]. В курганах 19, 20, 26 и 22-23 имеются единичные кротовины диаметром 5-6 см.

Кроме палеопочв отбирались и анализировались по идентичной программе образцы из гумусовых горизонтов дневных (фоновых) почв, состав и свойства которых соответствуют совокупности современных условий почвообразования. В целом современные ландшафтные усло-

вия территории определяются как лесостепные с умеренно прохладным и умеренно увлажненным климатом, с сочетанием естественной растительности, характерной для остепненных лугов и парковых березово-осиновых лесов. Отдельные участки заняты ковыльно-разно-

Диагностика и реконструкция условий почвообразования в Х1-Х111 вв. н.э. для территории Новосибирского Приобья проводились педогумусовым методом М.И. Дергачевой [2], в основе которого лежит концепция гумусовой памяти почв [4], отражающая сочетание специфичности системы гумусовых веществ по отношению к природной среде и сохранности основных характеристик гумуса в диагенезе. Учитывались также результаты изучения морфологических особенностей и вещественного состава палеопочв.

Физико-химические свойства отложений изучались общепринятыми методами [5, 6]. Магнитная восприимчивость измерялась на приборе Kappabridg-KLU-2 и рассчитывалась на 1 г осадка. Состав гумуса определялся по методике В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [7]. Гуминовые кислоты (ГК) выделялись общепринятыми приемами [8] с модификацией в звене очистки [9]. Элементный состав ГК определялся в лаборатории НИОХ СО РАН под руководством д-ра хим. наук В.П. Фадеевой.

Результаты и их обсуждение

Материалы, характеризующие некоторые свойства гумусового горизонта современных (фоновых) почв (табл. 2), показывают, что почвы на территории расположения могильника Санаторный-1 относятся к высо-когумусным, поскольку содержание общего органического углерода в них лежит в пределах 4,7-7,4%. Процент варьирования не превышает 17% (табл. 3). Реакция среды слабокислая, они выщелочены от карбонатов. Магнитная восприимчивость (МВ) колеблется в небольших пределах, составляя от 2,69 до 3,22-Ш-6 8в8М на 1 г массы. Для них характерен гуматный и фульватно-гуматный состав гумуса, в котором около или немного больше трети занимают гуминовые кислоты. Среднестатистическое содержание этого компонента гумуса составляет 33,7±0,82 при невысокой вариабельности (табл. 3). Доля фульвокислот, связанных в комплексы с ГК, в большинстве случаев не превышает 20%, составляя в среднем 18,1±0,77. Величина Сгк:Сфк -одного из наиболее надежных показателей состава гумуса - существенно превышает 1,5, достигая 2,07-2,10. В среднем этот показатель в фоновых почвах составля-

травными и луговыми степями. Почвенный покров формируют черноземы разных подтипов (оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные), а также серые лесные почвы. Почвообразующими породами служат в большинстве случаев четвертичные лессовидные суглинки.

ет 1,88±0,07 при небольшой вариабельности (табл. 3), что характерно для черноземных почв лесостепной зоны. Величина соотношения в ГК гумусовых горизонтов фоновых почв элементов водорода и углерода (Н:С) колеблется в пределах 1,0, составляя в среднем 0,98±0,01 (табл. 3), что также характерно для гумусовых горизонтов современных черноземных почв лесостепи [10].

Современные гумусовые горизонты, сформированные на курганных насыпях, отличаются от фоновых тем, что в большинстве случаев характеризуются более высоким содержанием общего органического углерода, некоторым сдвигом рН в сторону нейтральных или очень слабощелочных условий, а также пределами изменений основных показателей состава гумуса (см. табл. 2). Так, величина Сгк:Сфк в фоновых почвах колеблется в пределах 1,532,10, а в почвах, сформированных на курганах - 1,20-1,76. Однако и те и другие лежат в типовом поле черноземов лесостепи (см. табл. 2).

Сравнение свойств современных и погребенных гумусовых горизонтов показало, что последние чаще всего имеют щелочную реакцию среды, причем некоторые из изученных погребенных почв засолены и имеют рН выше 9,0 (табл. 4). Только почва под курганом 21 имеет близкую к нейтральной реакцию среды.

Все изученные образцы погребенного гумусовоаккумулятивного горизонта не содержат карбонатов, за исключением нижней части гумусированной толщи почвы под курганом 25. Магнитная восприимчивость мало изменяется внутри горизонтов с глубиной, но среди вскрытых гумусовых горизонтов в пространстве есть незначительные различия: МВ колеблется от 2,6 до 3,2-10-6 СГСЕ. С глубиной магнитная восприимчивость внутри гумусовой толщи, как правило, снижается. Почвы под разными курганами характеризуются неодинаковым количеством общего органического углерода, который, в целом, присущ почвам разного возраста черноземного типа [11].

Состав гумуса во всех без исключения почвах, вскрытых под курганами, гуматный, т.е. существенно преобладают ГК (табл. 4). Гуминовые кислоты составляют округленно от 43 до 53% от общего органического углерода, что существенно выше, чем в современных фоновых и сформированных на курганах почвах.

Т а б л и ц а 1

Высота насыпи курганов, мощности гумусовых горизонтов и глубина вскипания погребенных под ними палеопочв

Номер кургана Высота насыпи, см* Мощность горизонта А, см Мощность горизонта АВ, см Глубина вскипания от НС1, см**

16 50 22 13 50

19 52 17 14 67

20 От 28 (зачистка 1) до 50 (зачистка 3) 21 10 72

21 37 18 12 77

22-23 32 24 10 76

25 65 17 13 77

26 35 20 13 60

* Высота насыпи в местах расположения зачисток и отбора образцов для анализов. ** От дневной поверхности.

Т а б л и ц а 2

Характеристика гумусовых горизонтов современных (фоновых) и сформированных на курганных насыпях почв территории расположения могильника «Санаторный-1»

Глубина, см О4 О о pH водный Х-10-6 ЄОЄМ/г Сумма ГК Сумма ФК •е О О Н:С в ГК

Разрез 1

2-5 7,38 6,73 2,82 31,3 17,4 1,80 1,00

5 7 5 6,13 6,92 3,09 34,5 16,5 2,09 0,98

Разрез 2

2-5 7,40 6,71 2,86 34,7 16,8 2,07 0,97

5-10 5,28 6,79 3,11 34,9 16,6 2,10 0,96

Разрез 3

2-5 7,22 6,53 2,74 30,2 17,3 1,75 1,03

5-10 5,45 6,68 3,08 32,1 16,9 1,89 Не опр.

Разрез 4

2-5 6,83 6,76 2,69 34,1 22,3 1,53 1,06

5-10 4,69 6,95 3,22 37,4 20,7 1,81 Не опр.

Современные почвы на курганных насыпях

Курган 21

0-2 10,71 7,15 2,67 31,1 20,6 1,51 Не опр.

2-10 6,06 6,72 3,14 34,1 22,3 1,53 Не опр.

Курган 20, зачистка 1

0-2 3,11 7,70 2,47 45,1 37,7 1,20 Не опр.

2-5 2,29 7,81 2,60 30,0 24,0 1,25 Не опр.

Курган 20, зачистка 2

0-2 6,93 7,34 2,71 33,9 21,3 1,59 1,03

2-7 4,30 7,50 3,06 35,2 20,0 1,76 0,98

7-12 4,83 7,48 3,19 34,0 21,1 1,61 0,96

Курган 25

2-5 8,76 7,22 2,35 30,2 17,3 1,75 1,01

0 7 5 4,71 6,76 2,42 31,1 19,8 1,57 1,00

Т а б л и ц а 3

Среднестатистические показатели основных характеристик гумуса горизонта А1 современных фоновых, сформированных на курганных насыпях и погребенных почв могильника «Санаторный-1»

Показатель % % 3 о Сумма ГК Сумма ФК СГК:СФК Н:С в ГК

Фоновые почвы

хср 6,30 33,70 18,10 1,88 0,98

У,% 16,83 6,86 12,12 10,64 4,07

хср 0,37 0,82 0,77 0,07 0,01

Почвы, сформированные на курганной насыпи

хср 5,74 33,86 22,68 1,53 1,00

У,% 46,52 13,38 25,71 13,07 3,00

хср 0,89 1,51 1,94 0,07 0,01

Почвы, погребенные под курганными насыпями

хср 2,30 48,30 19,10 2,58 0,79

У,% 21,74 5,51 14,03 12,40 5,06

хср 0,13 0,67 0,67 0,08 0,02

Т а б л и ц а 4

Характеристика гумусовых горизонтов погребенных под курганами почв могильника «Санаторный-1»

Глубина, см % % О О | СаС03, % pH водный Х-10-6 ЄОЄМ/г Сумма ГК, % Сумма ФК, % •& :С 'К О Н:С в ГК

Курган 22—23

32-56 1,89 0 9,15 2,79 51,1 19,0 2,85 Не о пр.

32-56 1,90 0 9,04 2,63 51,0 18,7 2,73 0,80

32-56 1,87 0 9,05 2,63 47,1 17,1 2,75 Не опр.

Курган 20, зачистка 1

28-35 2,93 0 8,29 3,10 47,6 17,2 2,77 0,79

35-42 2,13 0 8,25 2,71 48,5 21,8 2,22 Не опр.

42-49 1,54 0 8,18 2,49 45,3 27,5 1,65 Не опр.

Курган 20, зачистки 4—7

27-37 2,47 0 8,21 2,83 49,7 18,9 2,63 Не опр.

28-38 2,66 0 8,19 2,87 47,8 20,6 2,32 Не опр.

28-40 2,81 0 8,17 2,91 46,9 16,9 2,78 0,79

27-38 2,42 0 8,23 2,80 50,1 19,0 2,64 Не опр.

Курган 21

37-42 2,59 0 7,55 3,16 52,7 19,6 2,69 0,77

42-50 1,97 0 7,99 2,94 42,6 16,9 2,52 Не опр.

50-55 1,64 0 8,04 2,80 44,9 19,2 2,34 Не опр.

Курган 25

65-72 3,35 0 8,63 2,78 50,6 19,2 2,64 0,78

72-77 2,47 0 9,08 2,78 49,8 17,8 2,80 0,73

77-82 2,09 0,4 9,22 2,78 47,1 16,2 2,91 0,87

Среднестатистическое количество гуминовых кислот характеризуется величиной 48,3±0,67 при вариабельности около 5% (см. табл. 3). Доля фульво-кислот в составе гумуса погребенных почв невысока и лишь в отдельных случаях превышает 20% от общего органического углерода. Содержание этого компонента гумуса в палеопочвах отличается от современных почв несущественно: 19,1±0,67 и

18,10±0,77 соответственно. То есть количество фульвокислот лежит практически в одинаковых пределах в современных и погребенных под курганами гумусовых горизонтах почв. Учитывая, что накопление гуминовых кислот тесно связано с температурными условиями, а фульвокислот - с осадками [12], можно полагать, что климат в период жизни на этой территории человека был теплее, чем современный, и близок по увлажнению.

Согласно проведенным реконструкциям, климатические показатели могут характеризоваться следующими величинами: осадки 350 мм, среднегодовые температуры +0,2...0,3°С, сумма температур выше 10°С -около 2200°С.

Характеристики гумуса (гуматный состав с высоким содержанием гуминовых кислот и сравнительно невысокой долей фульвокислот) погребенных под курганами почв соответствуют гумусу современных почв черноземного типа умеренно-засушливых степных условий формирования.

Данные, характеризующие соотношение водорода и углерода в макромолекулах гуминовых кислот гумусового горизонта палеопочв, лежат в пределах, также характерных для почв умеренно-засушливой степи, составляют в большинстве случаев 0,77-0,80 и лишь в нижней части горизонта [А] почвы, вскрытой разрезом 25, имеют повышенную величину, достигающую 0,87 (табл. 4). Однако и последний показатель лежит в пределах типового поля черноземов умеренно-засушливой степи [10]. Полученные данные однозначно свидетельствуют, что погребенные почвы, сформированные в Х1-ХШ вв. н.э., соответствуют черноземному типу почвообразования и их формирование протекало в условиях умеренно-засушливой степи.

Такие экологические условия - тепло и умеренно влажно - были благоприятны для бытования человека.

ЛИТЕРАТУРА

1. Почва-память: Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий / Отв. ред. В.О. Таргульян, С.В. Горячкин. М.: Изд-

во ЛКИ, 2008. 692 с.

2. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 221 с.

3. Росляков С.Г. Культура населения Новосибирского Приобья в начале II тыс. н.э. (по материалам курганного могильника «Санаторный-1»):

Автореф. дис. ... канд. ист. наук. Новосибирск: ИАиЭт СО РАН, 2007. 21 с.

4. Дергачева М.И. Гумусовая память почв // Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий / Отв. ред. В.О. Таргуль-

ян, С.В. Горячкин. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. С. 530-560.

5.АринушкинаЕ.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

6. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Изд-во с.-х. лит-ры, 1958. 550 с.

7. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методика и некоторые результаты фракционирования гумуса черноземов // Почвоведение. 1968. № 11.

С. 104-117.

8. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 271 с.

9. ДергачеваМ.И., Некрасова О.А., Лаврик Н.Л. Гуминовые кислоты современных почв Южного Урала. Препринт. Новосибирск, 2002. 24 с.

10. Дергачева М.И. Возможности использования гуминовых кислот для реконструкции естественных и агроландшафтов прошлого // Проблемы

древнего земледелия и эволюции почв в лесных и степных ландшафтах Европы: Материалы Междунар. научн. семинара. Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. С. 6-13.

11. Дергачева М.И., Зыкина В. С. Органическое вещество ископаемых почв. Новосибирск: Наука, 1988. 128 с.

12. Дергачева М.И., Рябова Н.Н. Коррелятивные связи состава гумуса и климатических показателей в условиях горных территорий юга Сиби-

ри // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 15. С. 68-71.

Статья представлена научной редакцией «Биология» 10 октября 2009 г.