Известия Русского географического общества, 2021, T. 153, № 3, стр. 34-46

ВВЕДЕНИЕ

Динамика природных компонентов под воздействием климата и антропогенной д-еятельности – актуальный предмет современных палеоэкологических исследований. Интерес к подобным работам обусловлен влиянием событий прошлого на структуру, функционирование, динамику и устойчивость современных природно-территориальных комплексов [18]. Особую важность эволюционный анализ природной среды пр-иобретает в условиях современного глобального потепления, позволяя проводить моделирование вероятных ситуаций будущего по аналогии с подобными обстановками, уже имевшими место в прошлом. Отсюда проистекает не только фундаментальная, но и прикладная значимость подобных исследований.

Мещерская низменность уже более 60 лет служит объектом геолого-геоморфологических и палеогеографических исследований [3, 5, 6, 23]. К настоящему времени накоплен значительный массив работ, посвященных структуре региональных ландшафтов и их динамике [10, 12, 15, 16]. Палеогеографические исследования, связанные с изучением динамики растительности и пожарных обстановок, а также с выявлением этапов хозяйственного освоения региона, проводились на севере Мещерской низменности [7] и в Центральной Мещере [2, 1, 14 ]. В последние годы реконструкции природной среды и пожаров проводятся и для юго-восточной части Мещеры [20, 11, 21, 24 ].

Палеоэкологические исследования в Касимовском районе Рязанской области (юго-восточная оконечность Мещерской низменности) до настоящего времени не проводились. Исследуемая часть Мещеры является региональным ландшафтным экотоном, занимая пограничное положение между Мещерским полесским ландшафтом и Касимовским опольем. С другой стороны, она относится к ландшафтам долинного типа и представляет собой террасовую местность среднего течения р. Оки. Различные археологические свидетельства указывают на то, что подобное разнообразие природных условий и близость к водным путям служили основными критериями при выборе мест для стоянок древним человеком в среднем течении Оки, начиная с эпохи мезолита [4]. Поэтому, несмотря на широкое распространение псаммофитно-боровых ландшафтов, малоплодородные почвы и высокую заболоченность, регион имеет длительную историю освоения человеком [3] и представляет особый интерес для археологических и палеоэкологических исследований.

Целью настоящей работы является реконструкция динамики растительности и пожаров юго-восточной части Мещеры в районе Окско-Цнинского вала в голоцене методами спорово-пыльцевого анализа и анализа потерь при прокаливании.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучаемая территория находится в юго-восточной части Мещерской низменности, на юге Касимовского района Рязанской области (рис. 1). Южная часть района занята плоской водноледниково-моренной равниной с многочисленными карстовыми формами рельефа. Ландшафт территории относится к террасовой местности долины р. Оки, суженной структурами Окско-Цнинского вала. Слагающие геологический фундамент каменноугольные известняки и доломиты перекрыты слоем донской морены и мощной толщей флювиогляциальных песков. Климат территории умеренный, умеренно-континентальный. По данным метеостанции Елатьма, расположенной в 41 км от объекта исследования, средние значения температуры января составляют –10.6°C, июля +19.1°C, среднегодовая температура составляет +4.4°C, среднегодовое количество осадков 583 мм. Касимовский район располагается у южной границы подзоны хвойно-широколиственных лесов. В исследуемой части района по причине широкого распространения бедных песчаных субстратов в растительном покрове преобладают сосновые и сосново-еловые леса, в которых формируются почвы подзолистого профиля. Значительные площади занимают болотно-подзолистые и болотные почвы. Заболоченность региона обусловлена водозастойным режимом и плоским рельефом [22].

Рис. 1

Географическое положение района исследований. Fig. 1. Location of the study area.

В основе работы лежат материалы, полученные в результате детальных полевых исследований болотного комплекса в июне 2017 г. Болото Капелька (54°51′46″ с.ш.; 41°07′52″ в.д.) имеет асимметричную каплевидную форму закарстованной котловины, что послужило причиной появления своеобразного топонима. Болото расположено на второй надпойменной террасе р. Оки, относится к типу переходных и имеет атмосферно-грунтовое питание, усиливающееся в половодье водами Оки, попадающими в понору болота по трещиноватым известнякам. Диаметр болота составляет 90 м. В растительном покрове болотной котловины выделяются 3 фитоценоза: основную часть занимает березово-сосновое пушицево-сфагновое редколесье с пятнами багульника; по закрайке болота произрастает березово-сосновый зеленомошно-беломошный лес с примесью ели, пятнами черники и багульника; склоны котловины заняты беломошно-зеленомошным сосновым лесом с пятнами черники, брусники и багульника. В травяном ярусе присутствуют виды как верхового, так и низинного типов болот. Древесная растительность болота приурочена к кочкам, имеющим высоту до 50 см, что свидетельствует о том, что болото нередко горело и так и не перешло в стадию верхового. Максимальная мощность торфяной залежи 205 см.

Отбор торфяных кернов на спорово-пыльцевой и радиоуглеродный анализы, а также на анализ потерь при прокаливании осуществлялся буром Сукачева производства фирмы “Eijkelkamp” с диаметром пробоотборника 5 см и длиной 50 см. Интервал отбора образцов на спорово-пыльцевой анализ составил 4 см.

Определение радиоуглеродного возраста отложений болота проведено в ЦКП “Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии” Института географии РАН (Москва). Для исследуемого разреза получено 7 радиоуглеродных датировок (табл. 1). Калибровка полученных дат осуществлялась в программе Calib 8.2 с использованием калибровочной кривой IntCal20 [37] на 2 сигмы.

Определение потерь при прокаливании (ППП) образцов торфа проводилось в муфельных печах при t = 550°C в течение 5 ч. Подготовка образцов и тиглей осуществлялась по стандартной методике; величина потери (%) вычислялась по стандартной формуле [8].

Лабораторная обработка образцов на спорово-пыльцевой анализ выполнялась по стандартной методике [34]. Объем анализируемых образцов пыльцы составлял ~1 см³ с интервалом отбора проб 4–5 см. Перед химической обработкой к каждому образцу добавлялись споры Lycopodium clavatum [38]. Химическая обработка образцов включала: обработку 10% КОН на водяной бане в течение 5 мин, ситование (с размером ячеек сита 25 мкм), промывку дистиллированной водой, дегидратацию ледяной уксусной кислотой, ацетолиз, промывку уксусной кислотой и водой [30, 34]. Подсчет и идентификация спор и пыльцы проводились на глицериновых временных предметных стеклах при помощи микроскопа Motic BA310 при 400-кратном увеличении [34]. В каждом образце подсчитывались пыльцевые зерна (в среднем 500 зерен на образец), споры и микроскопические угли. При подсчете микроугля учитывались все частицы размером менее 25 мкм, обнаруженные в препарате; их концентрация на спорово-пыльцевой диаграмме представлена в ед/см³. При определении таксономической принадлежности пыльцы использовались определители [13, 36, 39]. За 100% принималась сумма пыльцы древесных и кустарниковых (AP), а также травянистых и кустарничковых (NAP) растений (AP + NAP = 100%), из которых рассчитывалось относительное содержание каждого таксона. Построение спорово-пыльцевой диаграммы выполнено в пакете программ Tilia/TiliaGraph/TGView [31].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Модель роста отложений и расчеты скорости торфонакопления (рис. 2) выполнены в программе Clam 2.2 [28]. Согласно результатам анализа ППП, отложения на глубине 205–188 см характеризуются минимальными значениями ППП (5%). В интервале 188–176 см величина ППП возрастает до 21–28%. Интервал 176–152 см характеризуется повышенными значениями ППП (53–68%), а верхняя часть разреза, начиная с глубины 152 см, характеризуется максимальными значениями ППП (80–95%); исключения составляют прослои на глубине 144–140, 116–112 и 108–104 см, где показатель ППП понижается до 73–79%.

Рис. 2.

Модель скорости роста торфяных отложений болота Капелька. Fig. 2. Age-depth model for the Kapel’ka mire.

Согласно данным палинологического анализа спорово-пыльцевую диаграмму можно разделить на 4 пыльцевые зоны (рис. 3).

Рис. 3.

Спорово-пыльцевая диаграмма, концентрация микрочастиц угля и потери при прокаливании разреза болота Капелька. Сумма пыльцы древесных и трав принята за 100%. Дополнительные кривые показывают содержание пыльцы таксонов, увеличенное в 10 раз. Литология разреза: 1 – очес сфагнума, 2–4 – торф разной степени разложения, 5 – гиттия, 6 – суглинок. Fig. 3. Pollen diagram, charcoal concentration and LOI of the peat core from the Kapel’ka mire. Pollen sum: AP + + NAP. Additional curves represent x10 exaggeration of base curves. Peat stratigraphy: 1 – tirr, 2–4 – peat of varying degrees of decomposition, 5 – gyttja, 6 – loam.

В спорово-пыльцевых спектрах зоны 1 (205–130 см, 9700–8000 кал. л. н.) доля пыльцы деревьев и кустарников составляет 80–95%, преобладает пыльца Pinus и Betula. Пыльца широколиственных пород (Quercus, Ulmus, Tilia, Corylus) представлена в количествах до 10%. Среди трав и кустарничков преобладает пыльца Poaceaе, Rosaceae и Artemisia, выделяется несколько пиков (1–2%) пыльцы антропогенных индикаторов (Cerealia, Plantago). В группе спор доминирует Sphagnum (до 25%), в незначительном количестве (1%) присутствуют споры папоротников семейства Polypodiaceae.

В спорово-пыльцевых спектрах зоны 2 (130–85 см, 8000–4000 кал. л. н.) доля пыльцы деревьев и кустарников составляет 85–90%. Нижняя граница зоны маркируется увеличением доли пыльцы широколиственных пород (Quercus, Ulmus, Tilia, Corylus) до 20%, а также пыльцы Alnus (до 10%). В группе трав и кустарничков в значительном количестве присутствует пыльца Poaceae (до 10%), Rosaceae (около 5%) и Ranunculus (3–4%). Содержание спор в спектрах данной зоны заметно снижается и становится менее 10%, преобладают споры Sphagnum (8–9%).

В спорово-пыльцевых спектрах зоны 3 (85–10 см, 4000–300 кал. л. н.) доля пыльцы деревьев и кустарников составляет 90%. В данной группе преобладает пыльца Pinus и Betula, доля пыльцы широколиственных пород составляет около 25%. Характерной особенностью данной зоны является появление пыльцы Picea, содержание которой варьирует от 2 до 12%. Содержание пыльцы Alnus остается на уровне предыдущей зоны, за исключением резкого увеличения содержания (до 60%) на глубине 70–60 см. В группе трав доминирует пыльца Poaceae (2–3%) и Artemisia (около 4%). В конце зоны появляется пыльца антропогенных индикаторов (Cerealia, Rumex, Plantago, Fagopyrum). В группе спор увеличивается содержание Sphagnum (до 15%), единично встречаются споры Polypodiaceae и Lycopodium annotium.

В спорово-пыльцевых спектрах зоны 4 (10-0 см, 300 кал. л. н.–настоящее время) значительно сокращается доля пыльцы широколиственных пород (до 5%), доминирует пыльца Pinus и Betula. Среди пыльцы трав преобладает Poaceae, Ericales и Artemisia. Споры в спектрах данной зоны встречаются единично и представлены спорами Polypodiaceae.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты радиоуглеродного датирования показали, что накопление органогенных отложений в исследуемой депрессии началось около 9700 кал. л. н. Для ранней стадии развития болота были характерны значительные скорости седиментации (0.02–0.05 см/год), чему способствовал, по всей видимости, прохладный и умеренно-влажный климат бореального и начала атлантического периодов голоцена (9700–8000 кал. л. н.) [25]. В это время в юго-восточной части Мещерской низменности господствовали березово-сосновые леса, вероятно, сохранившиеся на данной территории с начала голоцена. Особенностью бореальных спорово-пыльцевых спектров Мещеры выступает абсолютное преобладание пыльцы сосны (до 70%), тогда как спорово-пыльцевые спектры этого периода из разрезов центральной части Европейской России характеризуются преобладанием пыльцы березы, о чем свидетельствуют палинологические данные по разрезу Половецко-Купанского болота – опорного разреза для голоцена Европейской части России [33], а также данные других исследований [25, 19]. Подобное отличие, вероятно, обусловлено эдафическими особенностями региона исследований. На протяжении бореала и в начале атлантического периода широколиственные древесные породы на данной территории присутствовали в незначительном количестве. Такой видовой состав древостоев, по-видимому, был характерен не только для юго-восточной Мещеры, но и для других ее частей [2]. Высокое содержание травянистых таксонов (до 20%) в спектрах этого периода свидетельствует о наличии открытых пространств, занятых злаками и разнотравьем.

Около 8500 кал. л. н. произошло некоторое увеличение площади открытых участков (в пыльцевых спектрах выявлено резкое увеличение пыльцы злаков и появление антропогенных индикаторов), что свидетельствует о начале антропогенной деятельности, вероятно, относящейся к эпохе неолита. Неолит Поочья хронологически совпадает с атлантическим периодом голоцена и на территории области представлен стоянками, кремнеобрабатывающими мастерскими и грунтовыми могильниками [4]. Вблизи изучаемого болотного комплекса на расстоянии нескольких километров по левому и правому берегам Оки расположены несколько неолитических памятников. Временной интервал 9700–8000 кал. л. н. характеризуется очень высокой частотой пожаров, на что указывают многочисленные пики концентрации микрочастиц угля в образцах, а также литературные данные [14]. Пожарная динамика болотной геосистемы наглядно прослеживается по результатам измерения потерь при прокаливании. На графике эта динамика отражается в виде частых колебаний значений с довольно высокой амплитудой, а также некотором запаздывании привноса минеральных частиц в торф после каждого пика концентраций микроугля. Можно предположить, что до 8500 кал. л. н. пожары на изучаемой территории имели природное происхождение, о чем свидетельствуют региональные исследования, отмечающие периоды усиления пожарной активности до освоения юго-восточной Мещеры человеком [11]. Начиная с 8500 кал. л. н., пожары были обусловлены, очевидно, антропогенным фактором.

В течение атлантического и первой половины суббореального периодов (8000–4000 кал. л. н.) на изучаемой территории происходило сокращение площади березово-сосновых лесов, несколько возросла доля широколиственных пород в составе древостоев в основном за счет дуба и вяза. Если для центральных районов Восточно-Европейской равнины было характерно повсеместное распространение смешанных широколиственных лесов, чему способствовал теплый и влажный климат [25], то для территории Мещерской низменности характерным было небольшое участие широколиственных пород в растительном покрове. Из широколиственных пород на территории наибольшее распространение имел дуб, обладающий наиболее широкой экологической амплитудой и способный расти на субстратах различного механического состава и различной трофности и, в связи с этим, образовывать значительное число растительных ассоциаций [27]. Как показывают региональные исследования, лимитирующим фактором для расселения широколиственных пород в Мещере были переувлажнение грунтов [7, 10, 1, 20] и частые пожары [11]. На основании данных спорово-пыльцевых спектров можно предположить, что растительный покров юго-восточной Мещеры в атлантическом периоде и первой половине суббореального периода представлял собой сочетание широколиственных и сосновых лесов с подлеском из лещины, березово-сосновых лесов и пойменных лесов с участием ольхи, что хорошо согласуется с региональными литературными данными [11, 20]. Сопоставление полученных данных с разрезами центра Русской равнины свидетельствует о специфике региональной растительности, характер которой не изменялся в течение атлантики и первой половины суббореала, тогда как в центральной части Европейской России широколиственные леса постепенно сокращали площади, сменяясь березовыми, сосновыми и еловыми древостоями в первой половине суббореального периода [25]. Начиная с 6200 кал. л. н. заметно снижается антропогенное воздействие на геосистемы данной территории: из спектров исчезают антропогенные индикаторы, снижается участие пыльцы злаков. Можно пред-положить, что к этому времени поселенцами были исчерпаны местные земельные ресурсы и без того малоплодородных полесских почв. Временной интервал 8000–4000 кал. л. н. характеризуется пониженной частотой пожаров. Об этом свидетельствуют низкие концентрации микроугля, высокие значения потерь при прокаливании и редкие их колебания, а также данные исследований центральной и юго-восточной Мещеры [11, 14].

Более сухой климат второй половины суббореального периода голоцена [25] обусловил низкие скорости торфонакопления (0.009 см/год) изучаемого торфяника. На спорово-пыльцевой диаграмме это проявляется в увеличении доли таксонов трав – маревых, полыней и злаков. Около 4000 кал. л. н в состав лесных сообществ Мещеры начинает проникать ель, происходит дальнейшее увеличение участия в древостоях широколиственных пород, чему способствует, по всей видимости, уменьшение числа лесных пожаров во второй половине голоцена; данное явление отмечается в исследованиях пирогенной динамики лесов Европы и Европейской территории России [9, 32, 35, 29]. Кроме того, распространению широколиственных пород по Мещерской низменности – территории с переувлажненными грунтами – в этот период способствовал и более сухой климат, тогда как на остальной части Европейской России широколиственные леса наиболее полного развития достигли в атлантический период. Широколиственные породы распространялись, очевидно, по наиболее дренированным местообитаниям, тогда как ель занимала полугидроморфные экотопы [20]. Около 1200 кал. л. н. возобновляется антропогенное воздействие на геосистемы данной территории: в спектрах появляется пыльца антропогенных индикаторов, значительно сокращается участие пыльцы сосны и увеличивается содержание микрочастиц угля. На графике потерь при прокаливании (см. рис. 3) прослеживаются повышения значений ППП на глубинах 32 и 22 см, что говорит о привносе зольных элементов в изучаемый торфяник. В совокупности это может свидетельствовать о частых рубках и выжигании леса, применяемых при ведении подсечно-огневого земледелия. Частые пожары этого времени, приводящие к выгоранию основной поверхности болота, по всей видимости, стали причиной низких скоростей торфонакопления (0.01 см/год). Данный исторический период (IX в. н. э.) соответствует проникновению славян в рязанское Поочье. Освоение этих территорий хронологически совпадает с широким распространением монет в Восточной Европе и связано с развитием международной торговли, одним из важных направлений которой был окский путь [4]. Согласно археологическим данным, раннеславянские поселения Рязанской области представляли собой торгово-ремесленные поселки на окском торговом пути [17]. В исследованиях других частей Мещеры [14] фигурирует более ранняя дата возобновления антропогенной деятельности – ок. 1400 кал. л. н., что, по всей видимости, связано с более ранним заселением территории на западе и постепенном продвижением поселенцев на восток.

Около 300 кал. л. н. природные комплексы данной территории приобретают современный облик. Обширные площади юго-восточной Мещеры занимают вторичные сосново-березовые леса, почти полностью из спектров исчезает пыльца ели и широколиственных пород. Заметно возрастает участие пыльцы травянистых растений (полыней, а также представителей семейств злаковых, вересковых и маревых), что указывает на увеличение доли открытых пространств. Появляется пыльца культурных злаков и растений-индикаторов нарушенных грунтов. Эти признаки отражают существенную трансформацию растительного покрова вследствие антропогенной деятельности. При этом в образцах данного временнóго интервала отсутствуют микрочастицы угля, а также колебания значений потерь при прокаливании, что говорит о резком сокращении лесных пожаров. Исследования болот Мещеры указывают на связь этого явления с подъемом грунтовых вод, способствующим обводнению болот, которое препятствовало распространению огня [10, 11]. В значительной степени повлияло на уменьшение числа пожаров и развитие противопожарного дела в России, зачатки которого прослеживаются в законодательных актах XVII в. [26].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Палеоэкологические реконструкции природной среды юго-восточной Мещеры свидетельствуют о неоднократных сменах растительности и пожарных режимов, обусловленных как климатическими, так и антропогенными причинами. Данные спорово-пыльцевых спектров указывают на то, что динамика растительного покрова Мещерской низменности в голоцене обладала рядом характерных черт, не свойственных для центральной части Восточно-Европейской равнины. В бореальный и ранний атлантический периоды в юго-восточной Мещере господствовали березово-сосновые леса, по всей видимости, сохранившиеся на данной территории с начала голоцена. Эти периоды отличались высокой частотой пожаров как природного, так и антропогенного характера. На протяжении атлантического и раннего суббореального периодов происходило сокращение площади березово-сосновых лесов за счет возросшей доли в древостоях широколиственных пород. На протяжении этих периодов растительность региона представляла собой сочетание широколиственных и сосновых лесов с подлеском из лещины, березово-сосновых лесов и пойменных лесов с участием ольхи. Данный временной интервал отличался пониженной частотой пожаров. Во второй половине суббореала широколиственные леса достигли наиболее полного развития, растительность региона представляла собой хвойно-широколиственные леса с участием ели. Несколько увеличилась площадь открытых пространств за счет возросшей частоты пожаров около 1200 кал. л. н. Около 300 кал. л. н. юго-восточная часть Мещеры приобрела современный облик: обширные площади заняли вторичные сосново-березовые леса и нарушенные территории. Данные палеоэкологических исследований показали, что наиболее серьезную трансформацию природные комплексы Мещерской низменности испытали по причине антропогенного воздействия в эпоху неолита (ок. 8500 кал. л. н.), в раннеславянское время (ок. 1200 кал. л. н.) и на современном этапе (последние 300 лет).

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект № 20-05-00234).