Особенности химических и микробиологических свойств культурного слоя городища Болгар в зависимости от характера использования территории

УДК 631.48:930.26

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КУЛЬТУРНОГО СЛОЯ ГОРОДИЩА БОЛГАР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХАРАКТЕРА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ1

© 2018 г. А. В. Борисов, А. Э. Федотов

Проведено изучение химических и микробиологических свойств культурного слоя городища Болгар в зависимости от характера использования территории. В качестве объектов изучения были выбраны административно-торговый центр города, элитный жилой район и кладбище. Установлено, что в центральной части города высокая антропогенная нагрузка обусловила резкое увеличение содержания фосфора и ряда других биогенных и техногенных элементов. Показана преимущественно минеральная природа фосфатов в культурном слое этой части города, что говорит о поступлении фосфора в виде золы. Выделяются слои с высокой уреазной активностью, что указывает на содержание скота и периодическое накопление навоза. В жилой зоне обогащение культурного слоя микроэлементами выражено в меньшей степени, накопление фосфора связано с поступлением в культурный слой органических продуктов - бытовых отходов, остатков пищи, и др. Уреазная активность низкая, что исключает факт содержания скота в данной части города. На территории имела место минимальная нагрузка на почвы, в результате чего все почвенные показатели находятся на уровне фоновых значений.

Ключевые слова: Болгар, культурный слой, химические свойства, биологическая активность

В последние годы значительно возрос интерес исследователей к вопросам изучения свойств почв и культурных слоев археологических памятников. Результаты использования методов почвоведения и смежных естественно-научных дисциплин позволили получить ответы на многие вопросы, связанные с бытовой и производственной деятельностью древнего населения и особенностями взаимодействий в системе природная среда - древний человек. Однако, до недавнего времени все эти работы носили точечный характер. Как правило, исследовалась одна колонка образцов из одного конкретного участка памятника. Это позволяло получить важную информацию о свойствах культурного слоя в конкретном месте, но не позволяло судить о вариации почвенных свойств на разных участках памятника. В результате оставалась неисследованной инфраструктура поселения и особенности антропогенной деятельности на разных участках памятника. В наибольшей мере это относится к городищам эпохи средне-

вековья, где наиболее сложная стратиграфия культурного слоя и резко выраженная неоднородность культурных напластований.

В данной статье приведены результаты изучения химических свойств и биологической активности культурного слоя на разных участках городища Болгар в связи с особенностями использования территории во время функционирования памятника.

В 2013 году проводились исследования почв на разных участках городища Болгар в зависимости от интенсивности антропогенного воздействия в прошлом. Были исследованы свойства культурного слоя в торгово-административном центре с максимальным антропогенным воздействием на почвы, на участке с менее интенсивным антропогенным воздействием, который представлял собой элитный жилой район, и за пределами центральной части городища на территории кладбища.

Наиболее сильное антропогенное воздействие имело место в центральной

1 Работа выполнена при поддержке РФФИ. Грант 17-29-04257 ОФИ-М «Археологическая микробиология: теория и практика выявления исходного присутствия органических материалов в археологических исследованиях»

части городища Болгар в районе расположения "Рынка" (раскоп 179). Здесь сформировался наиболее мощный и стратифицированный культурный слой, в котором видны несколько периодов аккумуляции мелкозема и антропогенного материала и несколько периодов пожаров.

Менее интенсивное воздействие имело место в районе раскопа 191. Но и здесь на поверхности погребенной почвы сформировался культурный слой, мощность которого была в два раза меньше, чем в разрезе Б-373. В слое меньше археологического материала, нет прослоек углей от пожаров.

В раскопе 194 морфологические свойства почвы практически не были изменены в результате антропогенного воздействия.

Во всех разрезах были отобраны образцы культурного слоя по морфологически различимым слоям. Проведено определение содержания органического углерода, содержания карбонатов, гранулометрического состава (Аринушки-на, 1970) и содержания микроэлементов с помощью рентген-флуоресцентного анализатора. Кроме традиционных химических анализов проведено исследование кератинолитической активности как индикатора поступления в почву шерсти, и активности фермента уреазы, как показателя поступления в почву мочевины.

Химические свойства почв на различных участках городища Болгар существенно варьировали. На территории раскопа 179 рН водной вытяжки меняется в интервалах от 7,7-8,6, минимального значения достигает в нижнем погребённом слое 129-130 см. В раскопе 191 рН изменяется от слабо щелочной 7,5 до сильно щелочной 9,2. В раскопе 194 рН водной вытяжки уменьшается с глубиной от 9,4 в слое 10-35 до 7,0 70-75 см. В современной почве рН нейтральный.

Содержание гумуса в раскопе 179 варьирует от 5,6 % в верхнем 0-25 см слое и 0,5 % в слое 104-110 см. В раскопе 191 гумус достигает своего максимального значения 5,7 % и минимального значения 0,8%. В разрезе раскопе 194 гумус постепенно снижается по профилю то 1,5 % до 0,3 %, за исключением культурного

слоя 10-35 см 1,0%. В современной почве гумус снижается вниз по профилю от максимального значения 2,6 % в верхнем слое до минимального 0,2 в нижнем слое.

Содержание карбонатов в раскопе 179 невысокое, максимальное значение 2,8%, минимальное значение 1,0%. В раскопе 191 содержание карбонатов постепенно снижаются по профилю от 6,2% в верхнем горизонте до 1,6% в нижнем горизонте, за исключением слоя 18-42 см 49,8%. В культурном слое 10-35 см раскопа 194 содержание карбонатов резко возросло до 60,3 % из-за антропогенной нагрузки, также высокое содержание карбонатов наблюдается в погребённой почве 35-40 см. Современная фоновая почва не отличается высоким содержанием карбонатов.

Значение фосфатазной и уреазной активности также демонстрировали существенную динамику, связанную с характером использования территории. Уреазная активность в культурных слоях Болгарского городища варьировала от 10,34 до 145,70 мкг ]Ч-ЫИД час. Максимальным ее значением характеризовался верхний слой 0-25см, что связанно с внесением навоза в последние годы.

Минимальные величины уреаз-ной активности были зафиксированы на глубине 46-45 см и в нижней части профиля на глубине 104-110 см. Достоверное увеличение уреазной активности было отмечено в слоях 40-46 см и 85-86 см, что связано, вероятно, с особенностями использования территории в различные исторические периоды, когда формировался культурный слой. Вероятно, в этот период на данной территории содержался скот, что и обусловило высокие значения уреазной активности. В слоях раскопа 191 величины уреазной активности варьировали от 9,08 мкг К-ЫН4/г час в нижнем слое до 157,99 мкг К-ЫИД час в верхнем слое. В целом, значения этого показателя уменьшались с глубиной, за исключением культурного слоя 53-63 см, где наблюдалось увеличение уреазной активности по сравнению с вышележащим слоем. Культурные слои раскопа 194 характеризовались существенным уменьшением уреаз-

ной активности по сравнению с разрезами, описанными выше

Фосфатазная активность в культурных слоях Болгарского городища варьировали от 2,93 до 85,02 мкг Р205/г час. Наибольшими величинами фосфатазной активности характеризовались верхние слои 0-25 и 25-40 см. В более глубоких слоях она уменьшалась в 15-20 раз. На фоне резкого уменьшения фосфатаз-ной активности с глубиной был отмечен ее максимум в слое 85-86 см, а также существенное увеличение в первых по времени формирования слоях 115-120 и 120-129 см по сравнению со слоем погребенной почвы 129-130 см. Это говорит о том, что на первом этапе функционирования городища в почву поступало большое количество органического материала с высоким содержанием фосфора (отходы жизнедеятельности, бытовой мусор, растительный материал, навоз). Фосфа-таза принимала участие в разложении органического материала, что обусловило возрастание фосфатазной активности в слоях 115-129 см.

В культурных слоях раскопа 191 величины фосфатазной активности с глубиной постепенно уменьшались от 45,00 до 4,26-4,72 мкг Р2О5/г час. Исключение составлял слой 53-63 см. Здесь увеличение фосфатазной активности было связано с увеличением антропогенной нагрузки на втором этапе образования культурного слоя.

В раскопе 194 располагался антропогенная нагрузка была выражена в наименьшей степени. Величины фосфатазной активности здесь были существенно меньше, чем в раскопах, описанных выше, и варьировали от 1,78 мкг Р205/г час в самом нижнем слое 70-75 см до 24,46 мкг Р205/г час в слое 10-35 см.

Активность кератинолитических грибов в культурных слоях Болгарского городища варьировала от 0 до 5%. Наибольшими величинами содержания кератинолитических грибов характеризовались слои 30-40 см, 90-105 см и 115-130 см, что говорит нам о том, что во время формировании этих слоев в почву поступало большое количество шерсти,

пера и других кератинсодержащих субстратов. В раскопе 191 содержание кератинолитических грибов убывает на глубине 40 см, что соответствует развалу каменной постройки. В раскопе 194 содержание кератинолитических грибов очень мало, так как располагался за пределами деревни, на развале древнего мавзолея, где антропогенная нагрузка была выражена в наименьшей степени.

Рассмотрим общие закономерности изменения химических и микробиологических свойства культурного слоя в различных участках городища.

В раскопе 179 в слое на глубине 130 см, который относиться к домонгольскому периоду, отмечено резкое повышение содержания фосфора, олова, марганца, серы, свинца, органического углерода, уреазная активность, фосфатазная активность и кератинолитические грибы. К концу домонгольского и раннеордынского периодов происходит снижение содержания всех микроэлементов, органического углерода, а также уреазной активность и фосфатазной активности и снижается обилие кератинолитических грибов.

В раннеордынском периоде в слоях 95-103 см так же наблюдается повышение содержания фосфора, олова, марганца, серы, свинца, органического углерода, уреазной активности и плотности кератинолитических грибов. На стыке раннеор-дынского и позднеордынского периодов видно снижение содержания всех микроэлементов и микробиологической активности.

В позднеордынском периоде на глубине 65 см фиксируется пик содержания всех микроэлементов, включая медь, органический углерод, отмечается возрастание уреазной активности, при этом содержание кератинолитических грибов и фосфатазная активность очень низкие. Резко возрастает содержания фосфора. В финале позднеордынского периода происходит резкий всплеск уреазной активности, что говорит, о том, что на данной территории было хранение навоза или загон для скота. Это подтверждает большим содержанием кератинолитических грибов и высокой фосфатазной активностью. В конце позд-

неордынского периода отмечено большое содержание свинца.

В раскопе 191 на стыке I и II культурных слоев на глубине 60-65 см увеличивается содержание фосфора, меди, олова, марганца, железа, органического углерода, уреазная и фосфатазная активности. Во II культурном слое идет снижение всех микроэлементов и микробиологической активности. С глубины 42 см идет развал каменной постройки. Можно сделать вывод, что данный набор свойств отражает типичный культурный слой жилой зоны средневекового города.

В раскопе 194 содержание, меди, олова, марганца, кальция распределённых по профилю связано с развалом каменной постройки. Содержание фосфатов, микроэлементов, уреазная активность, фосфатазная активность и активность кератинолитических грибов на фоновом уровне. Очевидно, данная территория городища была подвержена очень слабому эпизодическому антропогенному воздействию.

Таким образом, на территории городища Болгар на разных ее участках, культурные слои имеют резкие различия, вызванные различной интенсивностью и характером использования территории. Наибольшие различия выявлены в содержании фосфатов и ферментативной активности культурных слоев.

В раскопе 179 выявлено три периода максимального антропогенного воздействия на почву, имевшее место в домонгольский, раннеордынский и позднеордынский периоды. В финале позднеордынского времени территория использовалась в качестве загона для скота.

В раскопе 191 имел место один период формирования культурного слоя в XIV в. Территория использовалась для проживания, при этом нет следов содержания скота и других видов хозяйственной деятельности.

В раскопе 194 антропогенная деятельность не вызвала изменений химических и микробиологических свойств почвы.

ЛИТЕРАТУРА

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

Информация об авторах:

Борисов Александр Владимирович, кандидат биологических наук. ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией археологического почвоведения Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г. Пущино, Россия); a.v.borisovv@gmail.com. Федотов Андрей Эдуардович, независимый исследователь (г. Пущино, Россия).

FEATURES OF THE CHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL PROPERTIES OF THE CULTURAL LAYER OF THE BOLGAR SITE, DEPENDING ON THE NATURE OF THE USE OF THE TERRITORY2

A. V. Borisov, A. E. Fedotov

A study of the chemical and microbiological properties of the cultural layer of the Bolgar site, depending on the nature of the use of the territory, was conducted. As objects of study, the administrative and commercial center of the city, an elite residential area and a cemetery were chosen. It is established that in the central part of the city a high anthropogenic load caused a sharp increase in the content of phosphorus and a number of other biogenic and technogenic elements. Mainly the mineral nature of phosphates in the cultural layer of this part of the city is shown, which indicates the intake of phosphorus in the form of ash. Layers with high urease activity were isolated, which indicates

2 This work was conducted with the support of RFBR. Grant No. 17-29-04257 OFI-M "Archaeological microbiology: theory and practice of identifying the initial presence of organic materials in archaeological studies"

livestock maintenance and periodic accumulation of manure. In the residential zone, the enrichment of the cultural layer with microelements is less pronounced, the accumulation of phosphorus is associated with the entry of organic products - household waste, food residues, etc. - into the cultural layer. Urease activity is low, which excludes the fact of livestock keeping in this part of the city. On the territory there was a minimum load on the soil, as a result of which all soil indicators are at the level of background values.

Keywords: Bolgar, cultural layer, chemical properties, biological activity.

About the Authors:

Borisov Alexandr V. Candidate of Biological Sciences, Institute of Physical-Chemical and Biological Promblems of Soil Science of the Russian Academy of Sceinces. Institutskaya St., 2, Pushchino, 142290, Moscow Oblast, Russian Federation; a.v.borisovv@gmail.com.

Fedotov Andrey E. independent researcher. Pushchino, Moscow Oblast, Russian Federation;

РгОб Си Эп Мп 5 РЬ

Уреазная Кератинопитические Фосфатазная

активность грибы активность

Рис. 1. Химические и микробиологические свойства культурного слоя в раскопе 179

Рис. 2. Химические и микробиологические свойства культурного слоя в раскопе 191

Рис.3. Химические и микробиологические свойства культурного слоя в раскопе 194