С середины XX века в России происходит сокращение системы сельского расселения, сопровождающееся снижением людности населённых пунктов, сокращением их числа, деградацией инфраструктуры. Данные процессы можно объяснить двумя группами причин. Первая группа причин (внешние) – активное развитие городов (урбанизация), а также процесс намеренного укрупнения сел для оптимизации логистики и концентрации трудовых ресурсов в крупных хозяйствах. Вторая группа причин (внутренние) – кардинальные изменения социально-экономической структуры непосредственно в пределах агропромышленных комплексов, что привело к изменениям функций сельской местности. Эти причины привели к социальным изменениям – появлению диспропорций в качестве жизни и структуре занятости населения города и села.
Изучению процессов изменений территориальной структуры сельских поселений посвящен ряд научных работ. В работе [1] автор указывает на то, что в советский период основными факторами изменения выступали экзогенные процессы, например урбанизация. В постсоветский период все большее значение стали играть факторы, имеющие иную, эндогенную природу, т.е. трансформирующие сельскую местность изнутри. В концептуальной монографии «Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв» [2] рассмотрены динамика и состояние сельскохозяйственных геосистем России на протяжении периода с 1897 по 2004 г. Кроме этого, в работе оценивается площадь и возрастная структура залежных земель. На основе обширного экспериментального материала рассматриваются процессы сукцессионного восстановления растительности и почв в разных природных зонах – от средней тайги до полупустыни.
Актуальность исследования постселитебных территорий связана с тем, что данные территории представляют собой особый тип геосистем, в пределах которых происходит процесс экологической ренатурации. Процесс ренатурации антропогенно нарушенных геосистем рассмотрен в работе [3], где описаны результаты исследования воспроизводства почв в антропогенно нарушенных ландшафтах в различных биоклиматических условиях лесостепной зоны. Показаны перспективы применения оценок воспроизводства почв при осуществлении эколого-реабилитационных мероприятий и системы мониторинга ресурсовоспроизводства в сельскохозяйственных и посттехногенных ландшафтах.
В статье [4] описаны результаты почвенных и эколого-геохимических обследований территорий бывших населённых пунктов Белгородской области. В работе указывается, что после прекращения активного функционирования сельских селитебных ландшафтов на постселитебных землях начинают протекать ренатурационные процессы, которые сопровождаются регенерационными сукцессиями биоты и новым почвообразованием с вовлечением в биологический круговорот макро- и микроэлементов культурных слоёв.
Исследование воспроизводства почв на территории постселитебных земель является актуальной проблемой в связи с необходимостью прогнозирования восстановительных процессов на территории данных геосистем, а также для оценки траекторий их экологической реабилитации. Кроме этого, актуальность исследования обусловлена возможным повторным использованием постселитебных территорий в качестве пашни, что порождает опасность загрязнения сельскохозяйственной продукции.
Цель данного исследования – анализ новообразованных почв и оценка химических свойств генетических горизонтов почв постселитебных геосистем.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования выступают постселитебные геосистемы Центрально-Чернозёмного района.
Предметом исследования являются свойства новообразованных почв на заброшенных землях бывших сельских населенных пунктов ЦЧР.
Для выявления эмпирических закономерностей педогенеза были использованы методы:
1) экспедиционные (полевые);
2) лабораторно-аналитические:
– определение органического вещества по методу И.В. Тюрина;
– потенциометрический метод определения водородного показателя (рН) водной суспензии;
– ацидиметрический метод определения углекислоты карбонатов;
3) статистического анализа и математического моделирования с использованием программы MS Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе экспедиционных исследований нами были отобраны пробы на 96 объектах, расположенных в ЦЧР (Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Тамбовская области) (рисунок).
Расположение объектов исследования (http://yandex.ru)
Пробы отобраны в различных генетических горизонтах почв, образовавшихся на развалинах, культурном слое, на залежах заброшенных деревень, и условно разделены на 3 группы:
– горизонт А (гумусово-аккумулятивный);
– переходные горизонты В, АВ, преимущественно – АС;
– горизонты материнской породы С, реже – ВС, D.
Исследуемые регенерационные почвы образуются на нарушенном почвенном покрове исчезнувших сельских поселений. После забрасывания на изучаемых постселитебных геосистемах стали реализовываться процессы естественного воспроизводства почв. Регенерация почв на территории изучаемых геосистем происходит:
– на субстратах, не затронутых предшествующим почвообразованием (первичная регенерация);
– на субстратах, выполнявших ранее почвенные функции в составе какого-либо почвенного горизонта, но не сохранивших морфологического строения (рецентная (квазипервичная) регенерация);
– на антропогенно-нарушенных почвах (вторичная регенерация).
Регенерационные почвы и культурные слои постселитебных геосистем в новой классификации почв определяются как один из этапов естественно-антропогенного развития почв, который сопровождается генетически обусловленным изменением режимов, процессов, строения и свойств на всех стадиях преобразований. Регенерационные почвы, профиль которых под влиянием целенаправленных антропогенных или антропогенно спровоцированных воздействий приобретает новую систему горизонтов, не имеющую аналогов среди естественных почв, группируются в особые «антропогенные» отделы с новыми названиями (стратозёмы, хемодегразёмы, агроаброзёмы и др.). В.А. Андроханов в работе «Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка» регенерационные почвы и культурные слои постселитебных геосистем отнес к эмбриозёмам (молодые слаборазвитые почвы с профилем АС). Используя подход В.А. Андроханова, педогенетическую специфику почвенного покрова постселитебного ландшафта можно было бы определить соотношением четырех типов эмбриоземов [5]: инициальных, органоаккумулятивных, дерновых и гумусово-аккумулятивных. Но селитьба как вид воздействия на почвенный покров и фактор его формирования в постселитебных геосистемах всё же имеет особенности, более сходные с почвами урбогеосистем – урбанозёмами [6], особенностью которых является наличие специфического горизонта, так называемого урбика. Наиболее часто почвенный профиль урбанозёмов представляет собой совокупность урбиковых подгоризонтов, которые образованы из пылевато-гумусового субстрата, а также включают в себя примеси мусора от жизнедеятельности населенного пункта. Таким образом, классификационное положение и таксономия почв постселитебных геосистем ещё представляет собой дискуссионный вопрос.
В ходе лабораторных исследований была проведена оценка содержания органического вещества в регенерационном гумусовом горизонте почв постселитебных геосистем.
Анализируя содержание органического вещества в первой группе проб (горизонт А), по степени гумусированности их можно разделить на 4 подгруппы:
1. Слабогумусные (от 1,34 до 3,92 %) – 40 проб.
2. Малогумусные (от 4,13 до 5,95 %) – 44 пробы.
3. Среднегумусные (от 6,11 до 8,29 %) – 16 проб.
4. Высокогумусные (тучные, от 9,08 до 14,06 %) – 8 проб.
Таким образом, наиболее распространенной подгруппой являются малогумусные почвы, что можно объяснить сравнительно молодым возрастом почвы (20–40 лет). Диапазон содержания гумуса в исследуемых почвах составил от 1,34 до 14,05 %.
Оценивая результаты второй подгруппы проб (горизонты В, АВ, АС) все результаты разделили на 3 подгруппы:
1. Слабогумусные (от 0,71 до 3,96 %) – 40 проб.
2. Малогумусные (от 4,16 до 5,82 %) – 68 проб.
3. Среднегумусные (от 7,03 до 7,73 %) – 2 пробы.
Диапазон значений от 0,63 до 7,73 %.
Анализируя распределение проб нижних горизонтов почв по степени гумусированности, установили максимальное значение 7,59 %, минимальное – 0,16 %, выделили 3 группы:
1. Слабогумусные (от 0,16 до 3,96 %) – 71 проба.
2. Малогумусные (от 4,05 до 5,96 %) – 6 проб.
3. Среднегумусные (7,59 %) – 1 проба.
Таким образом, рассмотрев результаты лабораторных исследований почв по содержанию гумуса, можно заметить закономерность: чем выше содержание гумуса в подпочвенных и материнских породах, тем выше содержание гумуса в поверхностной почве. Данную закономерность можно объяснить тем, что данные поверхностные горизонты образовались не на чистой материнской породе, а на субстратах, представляющих собой смесь строительных материалов и почвенного материала фоновых почв.
Кроме этого, нами был определен водородный показатель водной суспензии почв – рН. Диапазон показателей рН в поверхностном горизонте от 5,31 до 8,24. Таким образом, все пробы по реакции среды (рН) этого горизонта относятся к слабокислым от 5,10 до 5,85 (4 пробы), нейтральным от 6,17 до 7,40 (43 пробы) и к слабощелочным от 7,41 до 8,50 (61 проба).
В горизонтах АС, АВ, и В интервал значений рН составил от 5,98 до 8,29 (от слабокислых до слабощелочных).
В третьей группе проб (материнские породы) показатель рН варьирует в пределах от 4,15 до 8,53 (от сильнокислых до слабощелочных).
Большинство исследуемых почв относят к слабощелочным, т.к. они образуются при избытке зольных элементов, лишь лесные условия и состав материнских пород (песчаных) может способствовать снижению рН. Так, все пробы с низким показателем pH географически относятся к территории Тамбовской области, так как они отобраны в ареале песчаных лесных почв.
Анализируя содержание СО2 карбонатов в исследуемых почвах, мы определили диапазоны для 3 групп проб:
– 1-я группа (горизонт А) – от 0 до 25,82 %.
– 2-я группа (горизонты В, АВ, АС) – от 0 до 30,47 %.
– 3-я группа (горизонты С, ВС, D) – от 0 до 27,93 %.
Высокую степень карбонатности поверхностных горизонтов можно объяснить тем, что на территории Центрально-Черноземного района в сельской местности были распространены карбонатосодержащие строительные материалы (известь в качестве вяжущего материала строительных растворов, мел в составе побелки и др.), а также накоплением золы от сжигания угольного топлива. Кроме этого, высокое содержание карбонатов в почвах заброшенных поселений объясняется расположением населенных пунктов в долинах рек с карбонатными фоновыми почвами (характерно для Белгородской и Воронежской областей). Также стоит отметить, что СО2 карбонаты накапливаются в почвах, в том числе биогенным путем. Накопление карбонатов может осуществляться как высшими организмами, так и почвенными микроорганизмами.
В подповерхностных и материнских горизонтах содержание СО2 карбонатов можно объяснить двумя причинами: первая причина (экзогенная) – объясняется поступлением из выше расположенных генетических горизонтов, в результате вымывания атмосферными осадками или в результате перемешивания горизонтов (антропогенное воздействие), вторая причина (эндогенная) заключается в том, что данные горизонты образованы из карбонатсодержащих почвообразующих пород. Данные породы включают в себя перемешанные почвенные горизонты, а также смесь строительных материалов и почвогрунтов, золы каменного угля, мусора и прочих материалов от жизнедеятельности поселения.
Статистический анализ полученных результатов в исследуемых пробах представлен в таблице.
Сопоставив статистические характеристики выборок по 3 свойствам (гумус, рН, СО2 карбонаты) новообразованных почв, мы обнаружили, что максимальное варьирование свойств характерно для горизонтов почвообразующих пород, а наименьшее – для гумусово-аккумулятивных горизонтов, что свидетельствует об организации, упорядочении профиля и «выравнивании» свойств в новообразованных почвах, снижении хаоса в почвенных системах. Почвообразовательный процесс в постселитебных геосистемах сопровождается выносом карбонатов из поверхностных горизонтов почв, что приводит к большей вариабельности данного показателя в почвах по сравнению с почвообразующими породами.
Заключение
Высокому содержанию органического вещества в исследуемых пробах почв заброшенных поселений способствует локальный характер нарушений почвенного покрова, быстрое формирование экосистем, обеспечивающих высокий уровень поступления органического вещества в почву.
Большинство изученных проб относят к слабощелочному типу, данный тип соответствует наиболее агрономически благоприятной структуре, высокому качеству гумуса и оптимальному водному режиму, что в свою очередь подчеркивает высокую ренатурационную способность почв.
Степень карбонатности в поверхностных генетических горизонтах можно объяснить антропогенным (внешним) влиянием, а в подповерхностных и материнских генетических горизонтах почв постселитебных геосистем можно объяснить как внешними, так и внутренними причинами. В целом ареалы постселитебных почв можно считать кальциевыми геохимическими аномалиями, особенно отчётливо выделяющимися на фоне почв лесного генезиса. Однако почвообразование в постселитебных экосистемах сопряжено с выносом карбонатов из поверхностных горизонтов.
Статистический анализ разных генетических горизонтов почв постселитебных геосистем
|
Гумусово-аккумулятивные горизонты (А) |
Переходные горизонты (АС, АВ, и В) |
Горизонты материнской породы (С, ВС, D) |
|
|
Гумусированность |
|||
|
Среднее |
4,82 |
2,81 |
2,10 |
|
Медиана |
4,35 |
2,60 |
1,82 |
|
Стандартное отклонение |
2,26 |
1,35 |
1,42 |
|
Асимметричность |
1,54 |
1,19 |
1,49 |
|
Коэффициент вариации |
46,94 % % |
48,14 % |
67,66 % |
|
Водородный показатель (рН) |
|||
|
Среднее |
7,50 |
7,52 |
7,66 |
|
Медиана |
7,54 |
7,58 |
7,73 |
|
Стандартное отклонение |
0,43 |
0,50 |
0,64 |
|
Асимметричность |
–1,39 |
–0,86 |
–2,42 |
|
Коэффициент вариации |
5,72 % |
6,59 % |
8,37 % |
|
Содержание СО2 карбонатов |
|||
|
Среднее |
3,67 |
4,63 |
5,68 |
|
Медиана |
2,35 |
2,82 |
3,35 |
|
Стандартное отклонение |
4,63 |
6,08 |
6,10 |
|
Асимметричность |
2,72 |
2,89 |
1,98 |
|
Коэффициент вариации |
125,92 % |
131,27 % |
107,36 % |
Новообразованные почвы на территории постселитебных геосистем выполняют все экологические функции и в дальнейшем станут фактором стабилизации сукцессий растительности.
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ, проект 18-05-00093 «Эколого-экистическое состояние, экологическая реабилитация и стратегии сбалансированного природопользования на постселитебных территориях Центрально-Чернозёмного региона».