Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СВОЙСТВА НОВООБРАЗОВАННЫХ ПОЧВ ПОСТСЕЛИТЕБНЫХ ГЕОСИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РАЙОНА

Агафонов В.А. 1 Голеусов П.В. 1
1 ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»
В XX веке на территории Центрально-Черноземного района начался процесс изменения территориальной структуры системы расселения. В результате развития процесса урбанизации, смены форм хозяйствования, а также вследствие экономических и социально-демографических причин произошло сокращение количества сельских населённых пунктов. Данный процесс привел к запустению сельских территорий и к образованию постагрогенных и постселитебных геосистем, которые являются объектом проводимого исследования. Эти геосистемы характеризуются протеканием процессов экологической ренатурации. В статье рассматриваются свойства новообразованных и регенерационных почв, исследованных в 2018–2019 гг. на территории Белгородской, Воронежской, Курской, Липецкой и Тамбовской областей. Проведена оценка почв по трем показателям: степень гумусированности почв, водородный показатель (рН), карбонатность почв. Установлено, что почвы заброшенных сельских поселений развиваются на их культурных слоях – субстратах, представляющих собой смесь строительных материалов, отходов и почвенного материала фоновых почв. Почвы постселитебных геосистем Центрально-Черноземного района относят к слабощелочным, имеют высокую степень карбонатности, невысокое содержание органического вещества. Эти свойства они наследуют от материнских пород, в которых наблюдается повышенное содержание органического вещества. Статистические показатели варьирования свойств новообразованных почв свидетельствуют о том, что гумусово-аккумулятивные горизонты имеют меньшую вариабельность почвенных свойств, в сравнении с почвообразующими породами по показателям гумусированности и рН, но большую – по показателю содержания карбонатов. Статистические показатели варьирования свойств новообразованных почв свидетельствуют о том, что максимальные изменения свойств характерны для горизонтов почвообразующих пород, а наименьшие – для гумусово-аккумулятивных горизонтов, данный процесс указывает на начало организации, упорядочения профиля новообразованных почв, а также о «выравнивании» свойств в изучаемых почвах, сглаживании процессов развития почвенных систем.
постселитебные геосистемы
ренатурация
генетические горизонты почв
новообразованные почвы
органическое вещество (гумус)
водородный показатель (рН)
карбонатность почв
1. Алексеев А.И. Изменение сельского расселения в России в конце XX – начале XXI века // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2015. № 2. С. 66–76.
2. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 2010. 416 с.
3. Голеусов П.В. Концепция ренатурации антропогенно нарушенных геосистем: методологические и прикладные аспекты // Фундаментальные исследования. 2014. № 11–3. С. 556–564.
4. Голеусов П.В., Артищев В.Е., Морабандза К.Б. Эколого-геохимическая характеристика постселитебных геосистем на территории Белгородской области // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2–3. [Электронный ресурс]. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=23288 (дата обращения: 27.04.2020).
5. Андроханов В.А., Курачев В.М. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка. Новосибирск: Изд. Сибирского отделения РАН, 2010. 32 с.
6. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы. Генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.

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).

agafon1.tif

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».


Библиографическая ссылка

Агафонов В.А., Голеусов П.В. СВОЙСТВА НОВООБРАЗОВАННЫХ ПОЧВ ПОСТСЕЛИТЕБНЫХ ГЕОСИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РАЙОНА // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 5. – С. 23-28;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37387 (дата обращения: 15.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074