Взаимодействие общества и природы в лесной зоне Восточно-Европейской равнины в голоцене: динамика ландшафтов и история землепользования (РНФ)НИР

Human-environment interaction in the forest zone of the East-European Plain during the Holocene: landscape dynamics and land-use history

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 18 мая 2016 г.-31 декабря 2016 г. Взаимодействие общества и природы в лесной зоне Восточно-Европейской равнины в голоцене: динамика ландшафтов и история землепользования
Результаты этапа: Результаты первого этапа НИР Основная стратегия исследований в рамках проекта заключается в исследовании динамики растительности и климата в голоцене и изменения структуры землепользовании с высоким временным разрешением на 6-ти ключевых участках в лесной зоны Восточно-Европейской равнины, как основы для проведения межрегиональных корреляций палеогеографических событий голоцена и истории хозяйственного освоения Европейской части России. Как наиболее значимые научные результаты 2016 года следует отметить систематизацию и обобщение палеогеографических и исторических данных для ключевых участках «Мещерский» и «Центрально-лесной заповедник». Для этих территорий выполнены детальные палеоэкологические и историко-географические реконструкции для основных хроносрезов голоцена и исторического периода, на основе которых построены карты палеоландшафтов и структуры землепользования на характерные хроносрезы. Для остальных ключевых участков собраны первичные палеоэкологические данные и построены карты соотношения различных типов угодий, выполнен их анализ (участки «Устьянский» и «Боровский»). В 2016 г. в рамках проекта была выполнена систематизация и анализ данных о численности и размещении земледельческого населения в XVII-XVIII вв. Европейской части России и проведена оценка влияния природных факторов на динамику процесса заселения и земледельческого освоения Восточно-Европейской равнины в раннее Новое время.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Взаимодействие общества и природы в лесной зоне Восточно-Европейской равнины в голоцене: динамика ландшафтов и история землепользования
Результаты этапа: Основная стратегия исследований в рамках проекта заключается в исследовании взаимодействия общества и природы и реконструкции изменений природной среды с высоким временным разрешением на 6-ти ключевых участках в лесной зоне Восточно-Европейской равнины. В 2017 г. выполнен большой объем полевых и аналитических исследований. В ходе экспедиционных работ составлена крупномасштабная карта для участка «Мордовия», существенно уточнены карты для участков «Калужские засеки» и «Тамбовский», продолжены почвенно-морфологические и педоантрокологические исследования ключевых участков «Мещерский» и «Калужские засеки» и впервые проведены подобные работы на территории Мордовского заповедника, проведено бурение 24 торфяных залежей болот, отобрано более ста образцов для определения таксономической принадлежности углей и возраста торфа, углей, почв и древесины. Получены новые результаты спорово-пыльцевого анализа, включая изучение непыльцевых палиноморф; ризоподного и ботанического анализов торфа, определены степень гумификации торфа и потери при прокаливании, выполнен анализ содержания макро-частиц угля в торфе. В целом, по каждому виду анализа было выполнено около 150 проб. Было проанализировано 73 пробы на видовую принадлежность фрагментов углей и древесины. Определены таксоны для 675 фрагментов углей. Получено 40 новых радиоуглеродных датировок, в том числе 8 АМS-дат. Как наиболее значимые научные результаты 2017 года следует отметить систематизацию и обобщение палеогеографических и исторических данных для ключевых участков «Калужские засеки», «Устьянский» и «Мордовия», дополнены реконструкции по участку «Мещерский». Палеоэкологические и палеоландшафтные реконструкции в 2017 году были сфокусированы на анализе доантропогенных ландшафтов и изменений геосистем и окружающей среды в позднем голоцене, так как этот период позволяет наиболее подробно рассмотреть влияние антропогенного фактора на трансформацию природной среды. Для модельных территорий выполнены детальные палеоэкологические, климатические и историко-географические реконструкции. Получены новые результаты исторических исследований. Рассмотрим полученные научные результаты более подробно. 1. Результаты комплексных палеоэкологических и почвенно-морфологических исследований, дополненные определениями видового состава углей, на ключевом участке «Калужские засеки» показали, что коренными ландшафтными комплексами на этой территории были урочища эрозионных моренных равнин на покровных лессовидных суглинках под широколиственными лесами (доминантные ПТК). Урочищами субдоминантами были водно-ледниковые равнины, под березовыми и сосново-березовыми лесами. Установлено активное внедрение ели в растительные сообщества после 2400 кал. л.н. Начало интенсивного сельскохозяйственного освоения территории относится ко времени Раннего железного века (вероятно, существования мощинской культуры) в период 1–6 веков н.э. Максимальное освоение ландшафтов связано с развитием хозяйства славянских племен и пришлось на 10–12 века н.э. 2. Реконструкция ландшафтно-климатических изменений на ключевом участке «Мордовия» позволила сделать заключение, что в доаграрный период растительными сообществами доминантных и субдоминантных ПТК территории были березово-сосновые леса с примесью ели и широколиственных пород и широколиственные леса. Начало антропогенной трансформации геосистем Мордовского заповедника, вырубки и распашка территории происходили в период с первой четверти 19 века до первой четверти 20 века, лесистость территории сократилась с 50-60 до 30%. Согласно результатам почвенно-морфологических исследований, старопахотные горизонты в почвах водоразделов имеют почти повсеместное распространение. С установлением заповедного режима в 1936 г. антропогенный пресс на геосистемы заповедника уменьшился, широкое распространение получили сосновые леса. На основе климатических реконструкций, выполненных по палинологическим данным, и реконструкции уровня болотных вод по результатам изучения сообществ раковинных амеб выявлен направленный рост среднегодовой и летней температур и незначительное снижение среднегодового количества осадков с середины 16-го века, что очевидно является отражением потепления при выходе климатической системы из Малого ледникового периода. 3. Согласно палеоэкологическим данным по ключевому участку «Устьянский», доантропогенными ландшафтами водораздельных пространств Устьянского плато были слабодренированные плоские моренно-водноледниковые равнины под среднетаежными еловыми лесами. Их антропогенная трансформация и формирование современных елово-осиново-березовых лесов началось в конце 19-го – начале 20-го века. Лесистость сократилась с 60-70% до 40-50%. Климатические реконструкции, выполненные по палинологическим данным, показали существенное похолодание и увлажнение климата в 15-17 веках, очевидно, соответствующее Малому ледниковому периоду (среднегодовые температуры были на 3ºС ниже современных значений, а количество осадков превышало 700 мм/год). Состав сообществ раковинных амеб и степень гумификации торфа, сформировавшегося в этот интервал, указывают на накопление торфа в относительно прохладных и/или влажных условиях. 4. На территории ключевого участка «Мещерский» по результатам исследования строения почв и радиоуглеродного датирования фрагментов углей выявлены следы пожаров и сельскохозяйственного освоения, которые позволяют предположить наличие двух пиков пожаров/выжиганий: около 2200 и около 1000 кал. л.н. Определение видовой принадлежности 237 фрагментов углей показало абсолютное доминирование частиц древесины сосны (97%), что говорит о сходстве видового состава деревьев с современным при его бедности. 5. Реконструкции пожарных режимов. Реконструкция частоты пожаров по данным концентрации макро-частиц угля в торфе для ключевых участков «Мещерский», «Устьянский», «Мордовия», «Центрально-лесной заповедник» и «Калужские засеки» показала, что начало хозяйственного освоения всех изучаемых территорий четко маркируется усилением пожарной активности. Для ландшафтов полесского типа (Мещерская низменность, Мордовия) периоды усиления пожарной активности имели место и до освоения этих районов человеком, когда влияние антропогенного фактора было минимальным. Наибольшая частота пожаров установлена для периодов 9000-6000 кал. лет назад и 3500 – 2500 кал. лет назад, и около 1000 кал. л.н., когда межпожарный интервал составлял от 15-20 до 120 лет. Для ландшафтов моренно-водноледниковых равнин, где преобладали таежные еловые леса или смешанные елово-широколиственные леса, пожары были исключительно редким явлением вплоть до начала хозяйственного освоения Нового времени (последние 300-500 лет). Так, на территории Центрально-лесного заповедника в период с 7000 до 500 кал. лет назад выявлено только три крупных пожара. А на участке «Устьянский» пожары зафиксированы лишь в начале 20-го века. На ключевом участке «Калужские засеки», где преобладали широколиственные леса, выявлено существенное увеличение частоты пожаров около 2000 кал. л.н. (РЖВ) и максимальная частота пожаров (8 крупных пожаров за 1000 лет) в течение последнего тысячелетия. 6. Ландшафтно-исторические исследования. В 2017 году получены первые результаты реконструкции структуры землепользования участка «Тамбовский» на 2 хроносреза – конец 18-го века и настоящее время, восстановленные по материалам Генерального межевания и данным ДЗЗ. Определено, что для обоих периодов характерно преобладание пашни над остальными типами хозяйственного освоения. Тем не менее, в конце 18-го века её положение в большей степени, чем сейчас, определялось ландшафтной структурой территории. Если тогда её размещение было приурочено к плакорным и склоновым типам местностей со слабым проявлением лимитирующих факторов (переувлажнение), то сегодня эти ограничения частично нивелируются агротехническими приемами. Кроме того, в конце 18-го века по сравнению с современным состоянием леса и целинные луговые степи занимали заметно большую площадь в междуречном недренируемом, пойменном и террасовом типах местностей, имеющих ограниченную хозяйственную пригодность. Доля лесов сократилась с 30 до 5%, целинных земель не осталось. Ландшафтно-исторические реконструкции на участке «Мещерский» в 2017 году были существенно расширены по площади и проведен статистический анализ полученных данных с целью выявления факторов, обуславливающих пространственное распределение угодий. Результаты исследований на трех модельных территориях в Мещерской низменности показали, что максимум распашки (от 15% в центральной Мещере до 50% на правобережье Оки в районе Касимова) приходился на последнюю треть 18-го века, и ее доля практически не менялась вплоть до 1940 года. Коллективизация и индустриализация в 1930-х гг. резко сократили плотность населения (с 30 до 5 чел/км.кв.), однако доля и конфигурация сельхозземель практически не изменились (продолжали распахиваться те же типы ПТК, 70% которых характеризуются умеренными условиями увлажнения и плодородия почв). Статистически достоверные значения odds (шансов) при анализе методом логистической регрессии для природного фактора (параметров трофотоп и гигротоп) превышали другие параметры на три порядка. Статистический анализ показал, что социо-экономические, природные факторы и данные о местоположении полей обусловили пространственную дифференциацию используемых и заброшенных с/х угодий и составили вклад от 60 до 90% в объяснение распределения полей в разные исторические периоды. В период монархии, основные значимые факторы в распределении с/х угодий- это плотность населения и удаленность от крупной реки. На основе первого происходит разделение моделью лесов и сельхозземель, а второй уже отделяет пашню от лугов (сенокосов и выпасов). В советский период большее значение приобретают инфраструктурные факторы – близость к деревне (вне зависимости от плотности населения) и удаленность от автомобильных дорог. В постсоветский же период точность моделей несколько падает, что отчасти связано с появлением залежей в классе лугов. Резкое повсеместное забрасывание пашни здесь связано с общей низкой эффективностью сельского хозяйства в регионе и происходит по вектору центр-периферия. 7. Исторические исследования. В 2017 году сделан разбор положения каждого изучаемого ключевого участка в рамках общего процесса освоения новых земель, проанализировано сочетание исторических и природно-географических факторов. Особое внимание было уделено темпам заселения тех районов страны, в которых расположены ключевые участки, и факторам роста населения в этот период. В частности, выяснено, что ключевые участки «Калужские засеки» и «Центрально-лесной заповедник» в 17-м веке относились к пограничным районам страны, где развитие сельского хозяйства и рост населения существенно замедлялись из-за сохранявшейся внешней угрозы. Напротив, участки «Боровский», «Мещерский» и «Устьянский» относятся к районам старого освоения, и их развитие в большей степени определялось внутренней логикой развития хозяйства, в частности, воздействием природных факторов. Показано, что в 18-м веке для всех исследуемых районов характерен существенный рост населения, однако темпы его были неодинаковыми и в значительной степени определялись процессом формирования основной полосы расселения населения России, важнейшим из демографических процессов 18-го века.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Взаимодействие общества и природы в лесной зоне Восточно-Европейской равнины в голоцене: динамика ландшафтов и история землепользования
Результаты этапа: Основная стратегия исследований по проекту - реконструкция изменений ландшафтов и климата в голоцене на примере 6 модельных территорий, характеризующих различные природные и социально-экономического условия в пределах лесной зоны ЕТР (Европейской территории России), с использованием комплекса сопряженных палеогеографических и исторических методов с высоким временным разрешением. В рамках проекта выполнен большой объем полевых работ и лабораторных анализов. Всего в течение 2016-2018 гг. выполнены 703 пробы на спорово-пыльцевой анализ, 526 проб на ризоподный анализ, 539 проб на содержание макрочастиц угля в торфе, в 680 пробах определены ботанический состав торфа, потери при прокаливании и степень гумификации торфа. За весь срок выполнения проекта получено 126 новых радиоуглеродных датировок. Как наиболее значимые научные результаты проекта следует отметить детальные ландшафтно-климатические и историко-географические реконструкции голоцена и исторического периода для каждого ключевого участка, на основе которых построены карты палеоландшафтов и структуры землепользования на характерные хроносрезы, определены этапы антропогенных трансформаций ландшафтов. В рамках проекта получены первые для ЕТР реконструкции пожарных режимов в голоцене по палеоантрокологическим данным. На основе большого массива радиоуглеродных датировок, полученных в ходе выполнения проекта, выделены этапы болотообразовательного процесса в ландшафтах полесского типа. В рамках проекта была выполнена систематизация и анализ данных о численности и размещении земледельческого населения в XVII-XVIII вв. Европейской части России и проведена оценка влияния природных факторов на динамику процесса заселения и земледельческого освоения Восточно-Европейской равнины в раннее Новое время. В рамках проекта для ключевого участка «Мещерский» было выполнено инновационное исследование, не имеющее аналогов для территории России. Была разработана модель и выполнена картографическая реконструкция структуры землепользования для периодов, не обеспеченных картографическими материалами, но для которых есть письменные источники. Рассмотрим полученные результаты более подробно: 1. Реконструкция ландшафтно-климатических изменений лесной зоны ЕТР. На основе проведенных исследований выделены главные этапы изменений ландшафтов и климата лесной зоны ЕТР. В раннем голоцене лесную зону Восточно-Европейской равнины занимали березовые и березово-сосновые леса, растительность, не имеющая аналогов в настоящее время, как зональный тип, и представлявшая собой переходный этап от гиперзональных перигляциальных условий к широтной зональности голоцена. При потеплении климата в начале атлантического периода голоцена, около 9-8.8 тыс. кал. л.н. (почти синхронно, учитывая точность датирования радиоуглеродным методом) произошла перестройка ландшафтной структуры. В это время юг Архангельской области (Устьянское плато) заняли южно-таежные еловые леса. Южнее, на Валдайской возвышенности распространились хвойно-широколиственные леса, и в интервале 7.5-5.5 тыс. кал. л.н. (наиболее теплая и относительно сухая климатическая фаза) – широколиственные леса. На Смоленско-Московской и северо-западе Среднерусской возвышенностей около 9 тыс. кал. л.н. сформировались широколиственные леса. В полесьях в результате частых пожаров и бедности субстрата сосново-березовые леса сохранялись значительно дольше – до 7 тыс. кал. л.н. в юго-восточной Мещере и до 5 тыс. кал. л.н. в Мордовии. Территории, расположенные в таежной зоне («Устьянский» участок) и зоне широколиственных лесов («Калужские засеки») не претерпевали ландшафтных смен на протяжении всего среднего и позднего голоцена, несмотря на циклические климатические изменения. Трансформации ландшафтов были обусловлены только действием антропогенного фактора. Для территории современной зоны хвойно-широколиственных лесов перестройка растительного покрова была связана с увеличением численности ели, которая происходила трансгрессивно с севера на юг. На Валдайской возвышенности формирование хвойно-широколиственных лесов относится к 5.5 тыс. кал. л.н. (рубежу атлантического и суббореального периодов) и к 2.5. тыс. кал. л.н. (начало субатлантического периода) в бассейне Средней Протвы, в Мещере и Мордовии. Фазы экспансии еловых лесов совпадали с этапами похолодания и увлажнения климата. Следующий, почти синхронный рубеж изменений ландшафтной структуры на всех ключевых участках определен, как последние 300 лет. В этот период произошло формирование современных природно-антропогенных ландшафтов. Климатические реконструкции выявили общие тенденции изменений термического режима и увлажнения для лесной зоны ЕТР. Для всех изученных территорий было характерно быстрое потепление в интервале 8.8(8.5)-8.0 тыс. кал. л.н., атлантический термический максимум голоцена 8.0-5.7 (5.5) тыс. кал. л.н. характеризовавшийся теплым и относительно сухим климатом в его позднюю фазу (6.5 – 5.7 тыс. кал. л.н.), длительное похолодание второй половины голоцена, осложненное этапами потеплений и похолоданий. В климатических реконструкциях всех модельных территорий выявлена теплая и экстремально сухая фаза между 3.5 и 2.5 тыс. кал. л.н. В этот период среднегодовые и летние температуры превышали современные на 1–2°С, количество осадков было близким к современным или немного ниже, для этого времени реконструирован наиболее низкий уровень болотных вод в изученных геосистемах за весь голоцен. По палеоантрокологическим данным повсеместно на территории ЕТР для периода 3.5 – 2.5 тыс. кал. л.н. установлено увеличение частоты и интенсивности лесных пожаров. 2. Полученные в рамках текущего проекта, радиоуглеродные датировки базальных горизонтов торфа 40 болот, расположенных на водоразделах или террасах и образовавшиеся путем суходольного заболачивания, показали, что возраст большинства изученных болот варьирует между 9 тыс. и 6 тыс. кал. л.н. и относятся к термическому атлантическому максимуму голоцена. Максимальное количество болот образовалось между 7.6 и 6.0 тыс. кал. л.н. Второй максимум болотообразования приурочен к периоду между 3.7 и 3.2 тыс. кал. л.н. Поскольку для этих же периодов реконструированы сухие и теплые климатические условия и увеличение частоты и интенсивности пожаров, нами предложена гипотеза, что болотообразовательный процесс в этих районах находился под влиянием пожарного режима территории и связан с изменениями водного баланса плоских и слабо дренируемых равнин после гибели древостоя. 3. Антропогенные преобразования ландшафтов лесной зоны ЕТР. Согласно полученным данным, таежные ландшафты («Устьянский» участок и «Центрально-лесной заповедник») испытывали слабое антропогенное воздействие вплоть до середины XVII века, когда началось масштабное освоение этих территорий, наиболее интенсивные преобразования относятся к XX веку. На участках, расположенных в зонах хвойно-широколиственных и широколиственных лесов наиболее ранние эпизоды хозяйственных воздействий (вероятно, связанных с подсечно-огневым земледелием, около 3.0 тыс. кал. л.н.) характерны для долин средних и крупных рек, и, возможно, прослеживается на участках «Калужские засеки» и «Боровский». Однако отсутствие археологических свидетельств обитания человека на этих участках и прямых палинологических индикаторов хозяйственной деятельности человека оставляет реконструкцию этого этапа проблематичной. Следующие по времени этапы антропогенных воздействий на геосистемы выявлены по всему комплексу палеоэкологических и почвенно-морфологических данных и относится к Раннему железному веку (датировки в диапазоне 1.5-2.0 тыс. кал. л.н.), времени славянской колонизации и последующим столетиям (VIII-XIV века н.э.) и периоду последних 200-300 лет (максимум антропогенного воздействия на ландшафты и распространения пашенного земледелия на территориях всех ключевых участков). 4. Формирование структуры землепользования и трансформация природной среды за последние 300 лет (историко-географические исследования) Анализ исторических данных и разбор положения каждого изучаемого ключевого участка в рамках общего процесса освоения новых земель показали, что большое влияние на формирование структуры землепользования модельных территорий оказывали темпы заселения и рост численности населения тех районов страны, в которых расположены модельные территории. Установлено, что процессы расселения на протяжении XVII-XVIII вв. существенно отличаются в пределах разных физико-географических провинций, и в большей степени отличия определяются природными факторами, не опосредованными историческими причинами. Среди исторических факторов, оказывающих влияние на темпы освоения модельных территорий, наиболее значимый - уровень внешней угрозы. Ключевые участки «Калужские засеки», «Центрально-лесной заповедник» и «Мордовия» в XVII веке относились к пограничным районам страны, где развитие сельского хозяйства и рост населения существенно замедлялись. Реконструкция пространственной структуры землепользования модельных территорий позволила выявить общую тенденцию их развития: активное освоение территорий в начале XVIII века (рост населения и доли сельскохозяйственных земель), стабильное соотношения угодий в XVIII –XIX веках, рост в XX веке и резкое сокращение доли сельскохозяйственных земель в XXI веке. Как показал анализ ландшафтной приуроченности угодий на различные хроносрезы, структура землепользования в XVIII –XIX вв определялась природными и позиционными локальными факторами. В этот период расположение пахотных угодий в большей степени зависело от влажности почв, они чаще занимали слабонаклонные зандровые, придолинные и террасовые ПТК, с более легким гранулометрическим составом, обеспечивающим лучший дренаж; а также в пределах 2 км от деревень, так как чаще сельское хозяйство было не товарным, а скорее самообеспечивающим. В начале XVIII в. ключевые участки «Боровский» и «Тамбовский» представляли собой уже агроландшафты, доля пашни достигала 60%. На расположенном севернее и малонаселенном участке «Устьянский» доля пашни была значительно ниже (24%). В центральной части Мещерской низменности и на участке «Центрально-лесной заповедник» низкая доля пашни в XVIII веке (7-10% и 5-7% соответственно) связана с переувлажнением земель и неблагоприятными эдафическими условиями для земледелия. В XVIII в. на участке «Калужские засеки» доля пашни не превышала 10-15%, что объясняется положением района в пределах «Заокской засечной черты». На ключевых участках, где доля пашни мала, население чаще занималось отходничеством. На протяжении XVIII – XIX веков соотношение угодий на этих модельных территориях сохранялось. В XX веке за счет появления новых технологий и механизации сельского хозяйства произошло смещение обрабатываемых площадей на более влажные, но и более трофные междуречья. А также за счет мелиораций произошла трансформация болотных ПТК. Институциональные особенности плановой экономики приводили к увеличению распашки часто на неблагоприятных для этого почвах. На участках «Боровский» и «Тамбовский» доля пашни достигла 70%, на участке «Устьянский» - 50%. В районах с исторически сложившимся лесным типом землепользования («Центрально-лесной заповедник», «Калужские засеки», «Мещерский») в XX веке доля пашни также немного увеличилась, однако ее прирост не превысил 2%. С увеличением плотности дорожной сети в XX веке и ростом числа поселений, усилилось влияние позиционных факторов на размещение угодий (расстояний до поселений и дорог). Распад СССР в 1990-х годах и переход к рыночным механизмам привел к повсеместному забрасыванию пашни и резкому увеличению доли лесов. К началу XXI века доля пашни сократилась до 50% на участке «Тамбовский», до 30% на участках «Боровский» и «Устьянский». На остальных участках пахотные угодья были полностью заброшены.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".