Особенности эколого-геологических систем массивов лёссовых грунтов Белоруссии

Введение

Основным объектом исследований экологической геологии являются эколого-геологические системы (ЭГС) – части экосистемы как совокупности абиотических и биотических компонентов [25]. Ранее нами была охарактеризована систематика континентальных природных эколого-геологических систем Белоруссии элементарного уровня [4], согласно которой на территории страны выделено девять типов ЭГС, сформированных на разных по составу и генезису массивах дисперсных и скальных грунтов, выступающих в качестве литотопов.

Особое место среди них занимают ЭГС массивов лёссовых грунтов, получившие довольно широкое распространение (до 15% всей площади республики) в пределах пологих возвышенностей, на склонах гряд, холмов, а также плоских водоразделах крупных рек (рис. 1, 2). Их эколого-геологические особенности, структура и характерные черты абиотических и биотических компонентов имеют свою специфику, весьма отличную от других ЭГС, и до настоящего времени остаются пока слабо изученными. Поэтому целью данной статьи явилось выявление характерных особенностей природных ЭГС массивов лёссовых грунтов на территории Белоруссии.

Рис. 1. Основные районы распространения массивов лёссовых и лёссовидных грунтов на территории Белоруссии [16]: 1 – Оршанско-Могилёвский; 2 – Минский; 3 – Слуцкий; 4 – Новогрудско-Кореличский; 5 – Лиозненский; 6 – Мозырско-Хойникско-Брагинский; 7 – Туровский

Особенности абиотических компонентов ЭГС массивов лёссовых грунтов

К абиотическим компонентам рассматриваемых ЭГС относятся литотоп, гидротоп и эдафотоп (почвы) [12]. Последние согласно В.И. Вернадскому являются биокосным компонентом. В состав литотопа входят: грунтовый массив определенного состава и строения, рельеф его поверхности, а также сформированные в пределах массива геодинамические и геохимические поля (рис. 3). К основным особенностям литотопа ЭГС массивов лёссовых грунтов Белоруссии можно отнести следующее.

1. В их составе распространены преимущественно лёссовидные грунты, типичные лёссы прослеживаются только на небольших участках. Подстилаются эти образования разнообразными по строению и составу моренными, флювиогляциальными, озёрно-ледниковыми, аллювиальными, озёрными и другими генетическими типами отложений четвертичной толщи. Граница с нижележащими подстилающими грунтами как правило резкая, местами постепенная [2, 5].

Рис. 2. Схематические геологические разрезы по линиям: (a) Орша – Славгород – Гомель, (b) Минск – Могилев, ([22] с изменениями). 1 – моренные супеси и суглинки; 2 – глина; 3 – суглинок; 4 – супесь; 5 – песок; 6 – лессы и лессовидные грунты; 7 – торф; 8 – мел; 9 – мергель; 10 – известняк; 11 – доломит; 12 – доломитизированный известняк

2. Мощность лёссовых и лёссовидных грунтов обычно небольшая и изменяется от 0,5 м на повышенных участках рельефа до 10 м и более в нижних частях склонов, в котловинах, ложбинах стока и других понижениях. На отдельных участках их мощность может увеличиваться в направлении от первой надпойменной террасы в сторону водораздельного плато [5, 21].

3. Минеральный состав обломочной части лёссовидных грунтов Белоруссии характеризуется резким преобладанием кварца, полевых шпатов и кальцита. Доля легкой фракции составляет 98,0–99,5 % и более от всего объема грунта. Общее содержание основных породообразующих минералов (кварца и полевых шпатов) достигает 80–99 %. На зерна кварца приходится в среднем до 80 % количества легкой фракции. Содержание полевых шпатов обычно 15–20 %, изредка более. С уменьшением диаметра зерен количество кварца становится меньше, однако общее количество кварцевых обломков в диапазоне 0,1–0,005 мм никогда не снижается менее 50 %.

Рис. 3. Структура ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов Белоруссии. Обозначения: ГДП – геодинамические поля; ГХП – геохимические поля; ГХБ – геохимический барьер; W – влажность; Sr – степень влажности

Содержание полевых шпатов наоборот возрастает с уменьшением размеров, среди них обычно преобладают зерна умеренной выветрелости. В южном направлении содержание полевых шпатов имеет тенденцию к уменьшению. На карбонаты приходится до 10–20 % и даже до 25 % легкой фракции. Среди карбонатов преобладают мелкие зерна кальцита, реже доломита и сидерита с различными стяжениями [2].

4. Лёссовидные грунты часто слоистые и на глубину до 1,0–1,5 м обычно изменены почвенными процессами (см. фото на заставке). По литологическому составу они весьма неоднородны, представлены преимущественно пылеватыми супесями и лёгкими суглинками палево-жёлтого или палево-бурого цвета, иногда встречаются пылеватые лёссовидные пески и пылеватые слабо облёссованные глины [2, 14]. В некоторых разрезах лёссовидных грунтов отмечались прослойки мелко- и разнозернистого песка, единичные зёрна гравия, окатанная галька и даже мелкие валуны (до 10–15 см в поперечнике) из изверженных и осадочных пород [21].

5. Одним из главных признаков, выделяющих лёссовые и лёссовидные образования на территории Белоруссии среди других литолого-генетических типов отложений, является преимущественно пылеватый состав (содержание пылеватых частиц в них колеблется от 52 до 88 %). В отличие от озёрно-ледниковых отложений, которые также богаты пылеватыми частицами, в лёссах и лёссовидных грунтах все размерные фракции распределены относительно равномерно по всей толще (рис. 4). Незначительное присутствие глинистых частиц (3–12%) придает лёссовым грунтам невысокую емкость обмена, в обменном комплексе преобладает Са²⁺ [2].

6. Плотность лёссовых и лёссовидных грунтов на территории Белоруссии в естественных условиях обычно изменяется от 1,50 до 2,20 г/см³, плотность скелета – 1,53–1,73 г/см³. Наиболее характерное значение плотности скелета 1,63–1,64 г/см³. Их пористость изменяется от 32 до 55 %, коэффициент пористости – от 0,40 до 1,00 (в среднем 0,7) [2, 14]. Нередко в грунтах можно наблюдать хорошо выраженные макропоры в виде пустот по размеру, превышающему размер минеральных частиц. Часть пор унаследована от растительных остатков и корней, иногда пористость увеличивается за счет ископаемых почв. Чаще отмечаются неправильные округлые и удлиненные поры, встречаются шести- и четырехугольные. Иногда удлиненные поры соединяясь образуют цепочки и системы. Это способствует созданию хорошей аэрируемости пород зоны аэрации и вертикальному массопереносу; формируются условия доступности геологического пространства лёссовых и лёссовидных грунтов для микро- и макроорганизмов, что обусловливает их ресурсную экологическую функцию.

Рис. 4. Состав и свойства лёссовидных грунтов по разрезу Поднепровье в районе г. Орша Витебской области [21]: 1 – лёссовидные супеси и суглинки; 2 – погребённая почва; 3 – сожская морена

7. Наиболее мощные лёссовые толщи обладают просадочностью при избыточном увлажнении и дополнительной нагрузке до 30 см. Те образования, у которых мощность более 1 м, дают в ряде случаев просадки при дополнительных нагрузках 15–5 см, а на участках, где их мощность менее 1 м, они непросадочны [2, 5]. Также непросадочны и грунты со степенью водонасыщения S_r > 0,75. В связи с повышенной пылеватостью лёссовые и лёссовидные грунты характеризуются лёгкой размокаемостью и тиксотропностью, в условиях низких температур при значительном увлажнении они обладают пучинистостью.

8. Невысокая прочность лёссовых и лёссовидных грунтов создает благоприятные условия роющим беспозвоночным и позвоночным животным в освоении подземного пространства массивов в качестве среды временного или постоянного обитания.

9. Весьма своеобразен рельеф ЭГС, образованный массивами лёссовых и лёссовидных грунтов. Это преимущественно покровные (чехлообразные) формы залегания толщ. Они не имеют сплошного распространения, а приурочены к определенным геоморфологическим уровням. Основные массивы их располагаются южнее пояса конечно-моренных возвышенностей поозерского оледенения, причем на высших точках водоразделов южнее этой границы они нередко отсутствуют (см. рис. 1, 2). Их поверхность во многих случаях платообразная или волнистая с абсолютными гипсометрическими отметками, располагающимися в интервале высот 170–290 м, и относительными превышениями 2–5 м, с развитой овражно-балочной сетью, часто придающей рельефу увалистый характер и тяготеющей к речным долинам и водно-ледниковым ложбинам. Однообразие водораздельных пространств нередко нарушается блюдцеобразными западинами и воронками [3, 6].

10. Геодинамические поля, формирующиеся в пределах ЭГС лёссовых массивов Белоруссии, порождают в них проявление различных экзогенных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений: просадочных деформаций земной поверхности, овражной эрозии (рис. 5), а также весьма характерных для них суффозионных и оползневых процессов [6].

Рис. 5. Вершина оврага в массиве лёссовых грунтов в г. Мозырь Гомельской области [31]

11. Геохимические поля в пределах ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов обусловливают характерные геохимические барьеры и специфическое перераспределение водорастворимых солей в этих толщах как по глубине, так и по площади. Они обусловливают геохимическую экологическую функцию.

Поскольку разнообразие растительного и животного мира Белорусии формировалось под влиянием геологической истории и современных физико-географических условий [19], следует отметить, что именно лёссовый литотоп оказывает определяющее влияние на все компоненты ЭГС и создает условия для реализации всех экологических функций литосферы. При этом надо заметить, что формирование данных условий, особенно их качество, в значительной степени будет зависеть не только от мощности лёссовой толщи, но и от подстилающего её субстрата – песчаного или глинистого. В связи с чем, по нашему мнению, среди ЭГС массивов лёссовых грунтов Белоруссии необходимо выделять соответствующие типы массивов: а) лёссовые, подстилаемые глинистыми, и б) лёссовые, подстилаемые песчаными грунтами.

Гидротоп ЭГС массивов лёссовых грунтов также обладает специфическими чертами, к которым относятся: а) переменные влажность (9–25 %) и степень водонасыщения (S_r = 0,3–1,0) грунтов, сильно зависящие от времени года, климата, рельефа и других факторов; б) хорошая водопроводимость; в) специфический парагенетический комплекс воды в лёссовых грунтах зоны аэрации, состоящий из капиллярного (с капиллярной и «механически захваченной» водой), диффузионного (с осмотической и капиллярно-стыковой водой) и малоподвижного (с адсорбционной водой и водой капиллярной конденсации) комплексов [12, 13].

Рис. 6. Почва дерново-подзолистая на легких лёссовидных суглинках [27]

Эдафотоп рассматриваемых массивов лёссовых и лёссовидных грунтов представлен в основном автоморфными и полугидроморфными дерново-подзолистыми почвами.

Наибольшее распространение среди них получили дерново-подзолистые почвы местами эродированные, развивающиеся на лёссах и лёссовидных суглинках (рис. 6). Приурочены они преимущественно к высоким эродированным водоразделам, занимают около 10 % территории Белоруссии. Наибольшее распространение получили в северо-восточной и центральной частях республики: на Минской, Новогрудской, Оршанской возвышенностях, Копыльской и Ошмянской грядах, Горецкой и Могилёвской равнинах (см. рис. 1). Следует отметить, что в отличие от ЭГС массивов лёссовых грунтов Средней Азии и юга России, где в ряде случаев эдафотопы на лёссах отсутствуют [12, 13], образуя неполные ЭГС, для территории Белоруссии всегда характерно наличие эдафотопов на лёссовых толщах.

Строение их профиля типично для дерново-подзолистых почв, отличительным признаком является палевый цвет подзолистого горизонта и сильно растянутый профиль на рыхлых породах (супеси, пески), имеют следующее строение: А_п – А₁ – А₂ – В₁ (А₂В₁) – В₂ – ... – С.

В иллювиальном горизонте часто наблюдается чередование белесопалевых и бурых прослоек (рис. 5). Наличие такого горизонта характерно для почв, сформировавшихся на выравненных участках в условиях ослабленного поверхностного стока. Нередко лёссовидные суглинки имеют небольшую мощность и на глубине около метра подстилаются моренными суглинками или водно-ледниковыми песками. Подстилание рыхлыми породами заметно снижает плодородие этих почв [7].

Встречаются вторично оподзоленные почвы со вторым гумусовым горизонтом. Эти почвы получили развитие в восточной части республики, главным образом в пределах Горецкой равнины, где встречаются отдельными участками среди дерново-палево-подзолистых, и широкого распространения не получили [11].

Дерново-подзолистые почвы, развивающиеся на лёссах и лёссовидных суглинках характеризуются пылеватым гранулометрическим составом и содержат значительное количество водорастворимых солей; отмечается наличие горизонтов погребённых почв, свидетельствующих о динамике накопления лёссовых образований и длительности существования их дневной поверхности в предшествующие геологические эпохи и палеогеографических особенностях ЭГС.

Для почв характерна среднекислая реакция среды, невысокие емкость поглощения и насыщенность основаниями, малое содержание Р₂О₅ и К₂О. Содержание гумуса невысокое (<2 %), отношение гумусовых кислот к фульвокислотам (С_гк / С_фк) близко к 1 [7]. Преобладание во фракционном составе пылеватых частиц обусловливает слабую устойчивость этих почв к водной эрозии. Однако, несмотря на ряд отрицательных свойств (кислая реакция, невысокое содержание гумуса, Р₂О₅ и К₂О), почвы на лёссах и лёссовидных суглинках среди дерново-подзолистых почв Беларуси имеют самое высокое естественное плодородие, которое в основном обусловлено наличием в них большого количества питательных компонентов и благоприятной макроструктурой. Распространение их большими, выравненными по рельефу массивами делает их удобными для сельскохозяйственного использования с широким применением средств механизации.

Небольшие площади страны занимают дерново-подзолистые заболоченные почвы на лёссовых грунтах. Формируются они в результате наложения на гумусово-аккумулятивный и подзолистый процесс болотного (глеевого) в условиях продолжительного периодического переувлажнения застойными атмосферными или близко залегающими грунтовыми водами. Насыщенность отдельных горизонтов или всего профиля влагой в течение более или менее длительного времени приводит к развитию в почве восстановительных процессов, следствием которых является образование железистых ржаво-охристых пятен, пунктаций марганца, общее осветление профиля, образование пятен и прослоек глея или сплошного глеевого горизонта. При переувлажнении атмосферными водами признаки гидроморфизма проявляются в верхней части профиля, усиливаются к средней и ослабевают на глубине более 1 м. В нижней части профиля признаки гидроморфизма выражены очень слабо или практически отсутствуют. При близком залегании от поверхности грунтовых вод первичные признаки гидроморфизма появляются обычно в подзолистом горизонте и вниз по профилю усиливаются [11].

В естественном состоянии эти почвы имеют кислую реакцию (рН_КСl =3,6–5,5), высокое содержание подвижного алюминия, низкую степень насыщенности основаниями. Содержание гумуса составляет 2,0–6,0 % в глееватых и до 10 % в глеевых почвах. Во фракционном составе гумуса преобладают фульвокислоты, за исключением верхнего горизонта грунтово-глеевых почв, где соотношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (С_гк / С_фк) больше 1 [7].

Особенности биотических компонентов ЭГС массивов лёссовых грунтов

Микробоценоз рассматриваемых ЭГС также специфичен, однако он малоизучен. Видовой состав их представлен бактериями, протистами, низшими грибами и водорослями. Микробные сообщества осуществляют гумификацию растительных и других органических остатков и формируют гумус на лёссах. Аэробные микроорганизмы осваивают всю зону аэрации ЭГС массивов лёссовых толщ и проникают на глубину. В то же время следует заметить, что количество и качественный состав микробиоты по разрезу лёссовой толщи могут существенно отличаться. Так, исследования К.И. Лукашёва и др. [15] разрезов лёссовых грунтов в районе Горецкой равнины в Могилёвской области, вскрывших субаэральную лёссовую толщу и оглеенные лёссы под озерно-болотными отложениями, показали, что наибольшее количество микроорганизмов, представленных Metallogenium simbioticum, Thiobacillus fenrooxidans, Leptothrix ochracea, Cladothrix, было обнаружено в почвенном слое (39,9 тыс./г). С глубиной (до 4,75 м) в целом количество микробов уменьшалось до 3,9 тыс./г. Совершенно стерильных слоев в лёссовых толщах обнаружено не было; та или иная микрофлора встречалась на различных глубинах. Больше всего отмечалось Cladothrix, в незначительных количествах присутствовали Metallogenium simbioticum, Thiobacillus ferrooxidans. Кроме того, в разрезе субаэральных лёссов наблюдалось больше микроорганизмов всех видов, чем в оглеённых, что связано главным образом с окислительно-восстановительными условиями среды. При этом в нижней части разреза лёссовой толщи под озерно-болотными отложениями в сильнооглеенных лёссах авторам исследований не удалось обнаружить бактерии видов Metallogenium simbioticum, Thiobacillus ferrooxidans [15].

Интересные данные по составу и биомассе почвенной микробиоты в хвойных и широколиственных лесах пригородных зон Могилёва, развитых на дерново-палево-подзолистых супесчано-суглинистых почвах массивов лёссовых и лёссовидных грунтов, приводятся в работе Н.В. Новиковой с соавторами [23]. В частности ими установлено, что в лесных подстилках почвенного разреза длина мицелия грибов достигает до полутора тысяч метров на 1 г подстилочного материала (1072,6–1488,0 м/г); в гумусовых, подзолистых и гумусово-подзолистых горизонтах длина мицелия варьирует от 300 до 900 м/г почвы (рис. 7), в иллювиальных горизонтах длина мицелия грибов составляет десятки метров на 1 грамм почвы (58–186 м/г почвы). Биомасса микроскопических грибов в лесной подстилке составляет 3,55 > 4,33–4,52 >> 5,61–5,80 мг/г подстилочной массы; в гумусовых, подзолистых и гумусово-подзолистых горизонтах грибная биомасса в 1,5–2 раза ниже (1,33–2,34–3,96 мг/г почвы).

Рис. 7. Численность бактерий (1) и длина мицелия микроскопических грибов (2) по генетическим горизонтам дерново-палево-подзолистых почв хвойных биогеоценозов пригородных зон г. Могилёв

Численность бактерий в лесных подстилках хвойных насаждений варьирует в пределах 4–7 млрд бактериальных клеток на 1 г подстилочной массы (4224,0–6681,0 млрд кл/г), биомасса которых равна 0,085–0,134 мг/г лесной подстилки. В гумусовых, подзолистых, гумусово-подзолистых и иллювиальных горизонтах численность бактерий заметно снижается и составляет 1–4 млрд кл/г почвы, биомасса которых равна 0,012–0,086 мг/г почвы. Суммарная биомасса почвенных грибов и бактерий в лесных подстилках 3,64–5,93 мг/г почвы, при этом в минеральных почвенных горизонтах она составляет 0,026–2,310 мг/г почвы.

Результаты учета микробной массы отмечают возрастающие показатели в елово-черничных фитоценозах. При сопоставлении данных по микробной биомассе и содержания биогенных элементов (С, N, Р) между ними выявлены следующие корреляционные связи r = 0,85–0,92 (s_r = 0,08–0,10). Корреляции между микробной массой и содержанием подвижных форм азота и фосфора равны: r = 0,83–0,84 (sr = 0,11). Выявлена также отрицательная корреляция между микробной биомассой и плотностью дерново-палево-подзолистых супесчано-суглинистых почв r = -0,82 (s_r = 0,11). Установлены также тесные корреляционные связи между ферментативной активностью и биомассой почвенных микроорганизмов: r = 0,75–0,86 (s_r = 0,10–0,13), менее тесная связь с активностью дегидрогеназы и наиболее высокая – с активностью каталазы. Расчеты численности микробиоты и микробной биомассы на полутораметровый слой почвы с учетом мощности и плотности генетических горизонтов на 1 см² и 1 м² поверхности позволили выявить не только различия между фитоценозами, но степень воздействия рекреационной нагрузки, где елово-черничные фитоценозы по биогенности их почв характеризуются наиболее благоприятной экологической ситуацией. Запасы микробной биомассы в этих почвах равны 0,82 > 1,16 > 1,47 >>2,15 кг/м². Грибная биомасса составляет до 95 % от общей массы микробиоты. Бактериальная масса колеблется от 3,2 до 8,2 % от микробной биомассы и до 0,2–0,6 % от органической массы почв. Биомасса микробиоты составляет 6–10 % от органической массы почв и 0,4–0,9 % от веса почвы, тогда как ее органическая часть равна 6–14 % от веса почвы [23].

Резюмируя вышесказанное, отметим, что микробоценозы массивов лёссовых грунтов существенно отличаются от таковых у иных грунтов и играют огромную роль в формировании особенностей данных ЭГС. В то же время численность, качественный состав и активность микробных сообществ в них в значительной степени зависят от свойств литотопов и почв, а также физико-географической обстановки. Учитывая различия в почвах и фитоценозах (см. ниже) вероятно, что в самом общем виде микробоценозы массивов лёссовых грунтов Белоруссии можно подразделить на два типа: луговые и лесные.

Среди фитоценозов ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов на территории Белоруссии выделяется два основных типа: 1) луговые фитоценозы с суходольным луговым травостоем из злаков и разнотравья (рис. 8); 2) лесные фитоценозы с небольшими массивами широколиственно-еловых, широколиственно-сосново-еловых, еловых, сосновых и мелколиственных (осиновых и бородавчатоберёзовых) лесов с характерными для них видами подлеска и кустарничково-моховых растений (рис. 9).

Фитоценозы первого типа – луговые (см. рис. 8), занимают повышенные формы рельефа междуречий (плоские равнины, верхние и нижние части склонов), а также неглубокие плоские понижения на равнинах, характеризуются небольшим площадным распространением и мелкоконтурностью, часто они вкраплены среди пахотных угодий, местами закустарены берёзой, осиной и ольхой серой [28].

В зависимости от рельефа местности, условий увлажнения и почв луговые фитоценозы сильно изменяются по качеству травостоя. Среди формирующих их растительных сообществ господствуют злаки и бобовые. Наибольшим распространением пользуются: овсяница красная (Festuca rubra) и овечья (Festuca ovina); мятлик луговой (Poa pratensis); белоус торчащий (Nardus stricta); клевер луговой (Trifolium pratense) и белый (Trifolium repens); мышиный горошек (Vicia cracca) и др.

Рис. 8. Лесолуговая растительность на массивах лёссовых грунтов (Горецкий район Могилёвской области) [32]

Фитоценозы второго типа – лесные (см. рис. 9), получили свое развитие на Минской, Новогрудской, Оршанской возвышенностях, Копыльской и Ошмянской грядах, Горецкой и Могилёвской равнинах. Причем их наличие также является характерной чертой рассматриваемых ЭГС на территории Белоруссии, в отличие от таковых в иных регионах распространения лёссовых грунтов.

Эти фитоценозы неоднородны по составу и весьма разнообразны. Причем среди лесных фитоценозов наиболее широкое распространение на территории страны получили следующие три фитоценоза: а) широколиственно-еловые, б) широколиственно-сосново-еловые и в) еловые (см. рис. 9). Эти группы сложных ельников произрастают преимущественно на плодородных легкосуглинистых дерново-подзолистых почвах, подстилаемых лёссовыми грунтами, где создаются вполне оптимальные условия для роста и развития широколиственных пород (дуба, липы, ясеня, клена), которые не только обильно встречаются в подросте, образуя редкостойный второй ярус, но и входят как примесь в состав верхнего яруса древостоев. В подлеске преобладают лещина (Corylus avellana), жимолость обыкновенная (Lonicera xylosteum), бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosa), реже можжевельник обыкновенный (Juniperus communis) [30].

В типологическом отношении эти лесные фитоценозы своеобразны, хотя их эдафотопы существенно не различаются. Они объединяют следующие типы: кисличный (Piceetum oxalidosum), снытевый (Pic. aegopodiosum), орляковый (Pic. pteridiosum) и папоротниковый (Pic. dryopteridosum) [30].

Рис. 9. Ельник зеленчуково-кисличный (Piceetum galeobdoloso-oxalidosum) [24]

Насаждения ельника орлякового располагаются большей частью на относительно повышенных элементах плато, а также на склонах гряд и холмов, формируются на почвенно-грунтовом субстрате из лёссовидных суглинков, подстилаемых преимущественно сожской мореной. Грунтовые воды на данных участках в межень залегают на глубине 2,0–2,5 м. В периоды сильного выпадения осадков на контакте с мореной образуется верховодка.

Ельники кисличный и снытевый приурочены главным образом к местам залегания массивных лёссовых и лёссовидных суглинков в виде плато (Оршанская возвышенность, Горецкая и Могилёвская равнины) или шлейфов (склоны Минской, Новогрудской возвышенностей, Ошмянской гряды). Почвы на этих территориях высокоплодородны, достаточно обогащены гумусом (4,7–7,3%), увлажняются как грунтовыми водами, залегающими здесь в период вегетации сравнительно неглубоко, так и частыми верховодками, формирующимися в лёссовых массивах в периоды обильного снеготаяния или выпадения дождевых осадков [30].

Фитоценозы ельника папоротникового часто развиваются в западинах, а также на стыках массивов лёссовых грунтов с речными долинами. Сформированные здесь почвы характеризуются повышенной влажностью и кислотностью.

Древостои этой группы сложных ельников исключительно высокопродуктивные, преимущественно смешанные по составу, сложные по форме. Монодоминантные фитоценозы встречаются редко. Насыщенность широколиственными породами древостоев и неморальными видами напочвенного покрова резко возрастает к югу. Подлесочный ярус хорошо развит. В подлеске лещина, рябина, крушина ломкая, можжевельник обыкновенный, жимолость обыкновенная, бересклет бородавчатый. Из кустарничков присутствуют Vaccinium myrtillus, Vac.vitis-idaea, Genista tinctoria. В живом напочвенном покрове этих лесов общий фон образует кислица обыкновенная (Oxalis acelosella). Фрагментарно доминантами покрова выступают представители бореальной флоры (Pteridinm aquilinum, Athyrium filis-femina, Dryopteris filix-mas, D. spinulosa) и неморальные виды – индикаторы типов леса (Aegopodium podograria, Urtica dioica). Из другого неморального разнотравья здесь встречаются зеленчук желтый (Galeobdolon luteum) (рис. 9), живучка ползучая (Ajuga reptans), перелеска благородная (Hepatica nobilis), медуница неясная (Ptilmonaria obscura), ясменник душистый (Asperula odorata) и др. Моховой ярус слагают зеленые мхи – Rhytidiadelphus triquetrus, Hylocomium splendens, Dicranum undulatum, D. scoparium, Mtiium cuspidatum, Climacium dendroides [30].

Таким образом, видовые составы растений двух типов рассматриваемых фитоценозов на лёссовых грунтах Белоруссии существенно различны, что будет, несомненно, сказываться и на различиях, взаимодействующих с ними микробо- и зооценозов.

В соответствии с этим зооценоз ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов Белорусии также представлен двумя типами: 1) луговым и 2) лесным зооценозом.

Луговые зооценозы на массивах лёссовых и лёссовидных грунтов распространены в тех же регионах, что и луговые фитоценозы (см. выше). В их составе выделяются беспозвоночные и позвоночные животные.

Фауна беспозвоночных в составе луговых зооценозов более богата по сравнению с фауной позвоночных. В ней выделяются червеобразные, моллюски, паукообразные и насекомые. Из червеобразных здесь обитают четыре вида дождевых червей: Aporrectodea caliginosa, Octolasion lacteum, Dendrobaena octaedra, Lumbricus rubellus и др. виды, причем численность дождевых червей в луговых зооценозах выше, чем в лесных [18]. Кроме того, их численность меняется по сезонам и достигаем максимума к осени. Из моллюсков встречается виноградная улитка (Helix pomatia), слизни (Arion hortensis) и др. Также многочисленны различные паукообразные (Arachnida).

Из насекомых в луговых зооценозах встречаются представители почти всех отрядов: здесь отмечены стрекозы (Odonata), прямокрылые (Orthoptera), равнокрылые (Homoptera), клопы (Hemiptera), трипсы (Thysanoptera), жуки (Coleoptera), которые доминируют среди прочих насекомых (представлено 6 семейств), двукрылые (Diptera), перепончатокрылые (Hymenoptera) и чешуекрылые (Lepidoptera). Однако изученность представителей этих отрядов в фауне луговых зооценозов неравномерна и недостаточна [1]. Из жуков-карапузиков (Histeridae), относящихся в основном к зоофагам, на массивах лёссовых грунтов отмечено около 45 видов [17].

Среди булавоусых чешуекрылых (Rhopalocera) в луговых зооценозах обычны толстоголовки (Carterocephalus palaemon, C. silvicola, Heteropterus morpheus, Thymelicus lineola, Ochlodes sylvanus, Hesperia comma), белянки (Leptidea sinapis, Anthocharis cardamines, Pieris rapae, P. napi, P. rapae, Pontia edusa, Colias myrmidone, C. hyale, Gonepteryx rhamni), сатиры  (Coenonympga arcania, C. hero, C. glycerion, C. pamphilus, Aphantopus hyperantus, Maniola jurtina), нимфалиды (Aglais urticae, Araschnia levana, Issoria lathonia, Clossiana selene, C. dia, Brenthis ino, Vanessa Atalanta, V. cardui), голубянки (Lycaena phlaeas, Heodes virgaureae, Thersamonolycaena dispar, Palaeochreysophanus hyppothoe, Celastrina argiolus, Maculinea alcon, Plebejus argus, Pl. idas, Pl. argyrognomon, Aricia agestis, A. artaxerxes, Cyaniris semiargus, Plebicula amandus, Polyommatus icarus), а также парусник махаон (Papilio machaon) [19]. Среди разноусых чешуекрылых (Heterocera) в луговых зооценозах доминируют огневки (Pyralidae), пяденицы (Geometridae) и совки (Noctuidae).

Фауна позвоночных в составе луговых зооценозов менее богата в видовом отношении. Пресмыкающиеся здесь представлены ящерицами живородящей (Zootoca vivipara) и прыткой (Lacerta agilis), из птиц встречаются луговые виды: перепел (Coturnix coturnix), куропатка серая (Perdix perdix), пустельга (Falco tinnunculus), чеглок (F. subboteo), чибис (Vanellus vanellus), стриж черный (Apus apus), удод (Upupa epops), жаворонок полевой (Alauda arvensis), воробей полевой (Passer montanus), белая трясогузка (Motacilla alba) и др. [26].

Млекопитающие представлены также луговыми видами, такими как: крот европейский (Talpa europaea), белозубка малая (Crocidura suaveolens), бурозубка обыкновенная (Sorex araneus), зайцы беляк (Lepus temidus) и русак (L. europaeus), суслик крапчатый (Spermofilus suslicus), полевки (Microtus arvalis, M. rossiameridionalis, M. subterraneus, M. oeconomus), мышь полевая (Apodemus agrarius) и др. (рис. 10).

Границы распространения лесных зооценозов также совпадают с границами соответствующих лесных фитоценозов, рассмотренных выше. Они представлены как беспозвоночными, так и позвоночными животными. Наиболее репрезентативной в лёссовых ЭГС является первая группа животных – беспозвоночных.

Рис. 10. Луговые млекопитающие ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов: a – суслик крапчатый (Spermophilus suslicus); b – бурозубка обыкновенная (Sоrех araneus); c – крот европейский (Talpa europaea); d – заяц-русак (Lepus europaeus) [26]

Так, исследования почвенной мезофауны, проведенные Н.В. Гуриной в еловых лесах центральной части Белоруссии [9], развитых на лёссовых и лёссовидных грунтах, позволили выявить 214 видов беспозвоночных, относящихся к 34 семействам и 133 родам. Наибольшим количеством видов представлены пауки – 122, из которых 5 видов отмечены для региона впервые – Formiphantes lepthyphantiformis, Glyphesis cottonae, Megalepthyphantes pseudocollinus, Palliduphantes pillichi, Tegenaria atrica. В комплексе беспозвоночных здесь также выявлено 46 видов жужелиц и 21 вид двупарноногих многоножек. Остальные 4 группы беспозвоночных представлены значительно меньшим числом видов: сенокосцы – 10, губоногие многоножки – 6, дождевые черви – 7, мокрицы – 2 видами. В комплексах беспозвоночных выявлены представители трех трофических групп: зоофаги, сапрофаги и миксофитофаги. Зоофаги представлены 175 видами и доминируют по динамической плотности (рис. 11). Сапрофагов установлено 30 видов с более низкой динамической плотностью. Среди миксофитофагов отмечено 9 видов.

Автором исследований [9] проанализирована также структура функциональных групп дождевых червей, пауков, жужелиц и двупарноногих многоножек. Комплекс дождевых червей включает 36 % подстилочных форм и 39 % почвенно-подстилочных, что связано с наибольшей пригодностью постилки и верхних слоев почвы ельников для обитания этих беспозвоночных. Обилие собственно почвенных дождевых червей составляет 17 %, червей-норников – 8 %. В комплексе пауков выявлено 10 жизненных форм. Наиболее многочисленны представители семейств, плетущих ловчие сети – 76 %. Среди видов семейств, не плетущих сети, доминируют пауки-засадники и виды, охотящиеся на поверхности почвы. Спектр жизненных форм жужелиц включает 9 групп, среди которых доминируют зоофаги и наиболее многочисленные из них поверхностные, подстилочные и подстилочно-почвенные формы. 29 видов жужелиц относятся к мезофильным формам, гигрофильными формами в основном представлены двупарноногие многоножки – 19 видов.

Рис. 11. Динамическая плотность (экз./100 лов-сут.) трофических групп беспозвоночных в ельниках [9]

Изучение структуры групп беспозвоночных в ельниках трёх типов – кисличном, мшистом и орляковом, показало, что по числу выявленных видов беспозвоночных данные ельники практически не отличаются: в самом сухом из них – кисличном отмечено 140 видов почвенных беспозвоночных, а в более влажных ельниках – орляковом и мшистом 130 и 126 видов, соответственно [9]. При этом был проанализирован состав доминантов, встречающихся в ельниках одного типа. В ельнике орляковом выявлен один вид жужелиц – Carabus nemoralis и два гигрофильных вида пауков: Helophora insignis и Pirata hygrophilus (рис. 12).

В ельнике кисличном отмечены такие виды пауков как Cryphoeca silvicola и Diaea dorsata, обитающие в подстилке, под камнями, а из жужелиц – Amara brunnea, которая довольно многочисленна в сухих и светлых лесах (рис. 13). Из доминантных видов двупарноногих многоножек только Rossiulus vilnensis (Jawlowski, 1925) отмечен в одном из ельников (мшистом). Было выявлено также изменение структуры основных групп беспозвоночных по мере увеличения влажности почвы в ряду ельников: кисличный–мшистый–орляковый.

Установлено, что наибольшее число доминантных видов отмечено в самом влажном из ельников – орляковом, главным образом за счет пауков (7 видов), 4 вида которых являются гигрофильными. Как следует из результатов проведенных исследований, условия обитания в ельниках разного типа формируют свойственный каждому их типу видовой состав и структуру сообществ почвенных беспозвоночных, что подтверждается индексами видового богатства и видового разнообразия [9].

Также в составе лесных зооценозов ЭГС массивов лёссовых грунтов на территории Белоруссии значительным числом видов насекомых представлены полужестокрылые (Heteroptera), чешуекрылые (Lepidoptera), двукрылые (Diptera) и перепончатокрылые (Hymenoptera), обитающих большей частью в лесолуговых фитоценозах.

Рис. 12. Доминанты почвенной мезофауны ельника орлякового: a – Carabus nemoralis; b – Helophora insignis; c – Pirata hygrophilus [29]

Рис. 13. Доминанты почвенной мезофауны ельника кисличного: a – Cryphoeca silvicola; b – Diaea dorsata; c – Amara brunnea [29]

Среди чешуекрылых в лесных зооценозах отмечены толстоголовки (Pyrgus malvae, P. alveus, Ochlodes sylvanus), белянки (Leptidea sinapis, Anthocharis cardamines, Aporia crataegi, Pieris napi, Gonepteryx rhamni), сатиры (Parage aegeria, Lopinga achine, Lasiommata maera, Coenonympha arcania, C. glycerion, Aphantopus hyperantus, Erebia medusa, E. ligea), нимфалиды (Apatura iris, A. ilia, Limenitis populi, L. camilla, Neptis rivularis, Inachis io, Nymphalis antiopa, N.polychloros, Aglais urticae, Polygonia c-album, Argynnis paphia, A. adippe, A. aglaja, A. laodice, Clossiana eunomia, C. selene, C dia, Euphydryas aurinia, E. maturna, Melitaea diamina, M. athalia, M. aurelia), голубянки (Nordmannia w-album, Callophrys rubi, Heodes virgaureae, Lycaema palaemon, Cupido minimus, Everes argiades, Plebejus argus, Pl. argyrognomon, Eumedonia eumedon, Polyommatus icarus, Cyaniris semiargus) [20].

Из позвоночных животных в составе лесных зооценозов, экологически связанных с массивами лёссовых грунтов, многочисленны рептилии, птицы и млекопитающие. Из рептилий встречаются ящерицы (Lacerta agilis, Lacerta vivipara), змеи (Coronella austriaca, Natrix natrix, Vipera berus и др.) [8].

Среди птиц отмечено множество видов, значительный удельный вес из которых составляют представители таёжных комплексов. Причём некоторые из них являются редкими и охраняемыми [8]: белобровик (Turdus iliacus), глухарь (Tetrao urogallus), длиннохвостая неясыть (Strix uralensis), клёст-еловик (Loxia curvirostra), снегирь (Pyrrhula pyrrhula), чёрный (Dryocopus martius) и трёхпалый (Picoides tridactylus) дятел и др. (рис. 14).

Рис. 14. Редкие и охраняемые виды орнитофауны ЭГС массивов лёссовых грунтов: a – белобровик (Turdus iliacus); b – глухарь (Tetrao urogallus); c – длиннохвостая неясыть (Strix uralensis); d – чёрный дятел (Dryocopus martius) [26]

Фауна лесных млекопитающих-пелитофилов, приуроченных к массивам лёссовых и лёссовидных грунтов, является смешанной (елово-широколиственных лесов и лесостепных видов) [19] и представлена различными роющими и норными животными, использующими лёссовые грунты как ресурс жизненного геологического пространства. Это мышовка лесная (Sicista betulina), мышь полевая (Apodemus agrarius), мышь лесная малая (Apodemus uralensis), крот обыкновенный (Talpa europaea), бурозубка обыкновенная (Sоrех araneus) и малая (Sorex minutus), полевка обыкновенная (Microtus arvalis), полевка рыжая или лесная (Clethrionomys glareolus), и др. [8, 26] (рис. 15).

Рис. 15. Норные млекопитающие ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов: a – мышовка лесная (Sicista betulina); b – бурозубка малая (Sorex minutus); c – полевка обыкновенная (Microtus arvalis); d – полевка лесная (Clethrionomys glareolus) [26]

Таким образом, луговые и лесные зооценозы в составе ЭГС массивов лёссовых и лёссовидных грунтов Белоруссии существенно различаются между собой, что обусловлено, в первую очередь, различиями взаимодействующих с ними луговых и лесных фитоценозов, соответственно. 

Классификация эколого-геологических систем массивов лёссовых грунтов Белоруссии

Учитывая выявленные и рассмотренные выше особенности абиотических и биотических компонентов ЭГС массивов лёссовых грунтов Белоруссии, можно предложить классификацию этих систем для территории Белоруссии (табл. 1).

Основными принципами ее построения выступают особенности массивов лёссовых грунтов – литотопов, которые подразделяются на лёссовые и лёссовидные грунты. Далее, учитывая два типа почв, развитых на анализруемых массивах, выделяются два соответствующих эдафотопа. Затем подразделение ведется с учетом особенностей биотических компонентов: микробо-, фито- и зооценоза, в которых выделяется два основных типа: луговые и лесные. Для последних также характерны лесные заболоченные типы, связанные с наличием дерново-подзолистых заболоченных почв.

Таблица 1. Классификация эколого-геологических систем массивов лёссовых грунтов Белоруссии

С учетом изложенного, для территории Белоруссии можно выделить всего шесть типов эколого-геологических систем, формирующихся на массивах лёссовых и лёссовидных грунтов.

Выводы

1. ЭГС, развитые на массивах лёссовых грунтов Белоруссии, представляют собой весьма сложные и специфические образования, сформировавшиеся в плейстоцене и голоцене в результате действия различных геологических процессов и физико-географических факторов.

2. Они обладают особой структурой, все составляющие их компоненты характеризуются только им присущими особенностями.

3. Важнейшие особенности ЭГС массивов лёссовых грунтов Белоруссии в основном обусловлены их литогенной основой – лёссами и лёссовидными образованиями, обладающими специфическими свойствами и влияющими на все прочие компоненты ЭГС.

4. Среди ЭГС массивов лёссовых грунтов Белоруссии выделяется два основных подтипа, связанных с разнотравно-луговыми и лесными (широколиственно-ельниковыми) биотопами.

5. На основе выявленных особенностей компонентов ЭГС разработана классификация ЭГС массивов лёссовых пород Белоруссии, в которой выделяется шесть типов эколого-геологических систем.

6. Отмеченные обстоятельства необходимо учитывать при анализе экосистем и ЭГС, формирующихся на массивах лёссовых грунтов, при их систематизации, а также при инженерно-экологических изысканиях и исследованиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бородин О.И., 2013. Насекомые Беларуси: современное состояние изученности. // Зоологические чтения, Материалы межд. науч.-практ. конференции, посвященной памяти профессора И.К. Лопатина. Гродно, 2013, с. 38–41.
2. Галкин А.Н., 2016. Инженерная геология Беларуси. Часть 1. Грунты Беларуси, под ред. В.А. Королева. Изд-во ВГУ имени П.М. Машерова, Витебск.
3. Галкин А.Н. (ред.), 2021. Физическая география Витебской области. Изд-во ВГУ имени П.М. Машерова, Витебск.
4. Галкин А.Н., Королев В.А., 2023. Классификация эколого-геологических систем Беларуси на основе учета особенностей литотопов и инженерно-хозяйственных объектов. Літасфера, № 1 (58), с. 98–109.
5. Галкин А.Н., Матвеев А.В., Жогло В.Г., 2006. Инженерная геология Беларуси. Основные особенности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий и история их формирования. Изд-во ВГУ имени П.М. Машерова, Витебск.
6. Галкин А.Н., Матвеев А.В., Павловский А.И., Санько А.Ф., 2017. Инженерная геология Беларуси. Часть 2. Инженерная геодинамика Беларуси, под ред. В.А. Королева. Изд-во ВГУ имени П.М. Машерова, Витебск.
7. Горбылева А.И. (ред.), 2007. Почвы Беларуси. ИВЦ Минфина, Минск.
8. Гричик В.В., Бурко Л.Д. 2013. Животный мир Беларуси. Позвоночные. Изд. центр БГУ, Минск.
9. Гурина Н.В., 2015. Структура сообществ почвенной мезофауны в еловых лесах центральной части Беларуси. Труды БГУ, Том 10, Часть 1. Экология, с. 320–326.
10. Довгайло К.Е., Солодовников И.А., Рубин Н.И., 2003. Дневные бабочки (Diurna, Lepidoptera) Республики Беларусь (2-я ред.). CD-ROM. Минск.
11. Клебанович Н.В., Аношко В.С., Чертко Н.К., Ковальчик Н.В., Черныш А.Ф., 2011. География почв Беларуси. Изд-во Белорусского гос. университета, Минск.
12. Королев В.А., 2023. Особенности компонентов эколого-геологических систем массивов лёссовых грунтов Таджикистана. Вестник Филиала Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в г. Душанбе. Cерия естественных наук, Том 1, № 4, с. 84–96.
13. Королев В.А., Григорьева И.Ю., 2022. Эколого-геологические системы массивов лессовых грунтов. Инженерная геология, Том ХVII, № 2, с. 42–64, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2022-17-2-42-64.
14. Красовская И.А., Галкин А.Н., Павловский А.И., Андрушко С.В., 2023. Роль суффозии в формировании инженерно-геологических условий территории Белоруссии. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, № 5, с. 17–27. DOI: 10.31857/S0869780923050053, EDN: AHVTQM.
15. Лукашев К.И., Лукашев В.К., Мазо Е.И., 1978. Микробиологическая характеристика лёссовых пород Оршано-Могилевского плато. Доклады АН БССР, Том 22, № 7, с. 655–657.
16. Лукашоў К.I., Стэцко У.У., 1958. Геаграфічныя асаблівасці распаўсюджання лессавых парод на тэрыторыі Беларусі. Весцi АН БССР. Серыя фiз.-тэхн. навук, № 4, с. 94–105.
17. Лундышев Д.С., 2013. Эколого-фаунистическая характеристика жесткокрылых семейства Histeridae (Coleoptera) Беларуси. Зоологические чтения. Материалы межд. науч.-практ. конференции, посвященной памяти профессора И.К. Лопатина. Гродно, 2013, с. 186–189
18. Максимова С.Л., Мухин Ю.Ф., 2016. Видовой состав дождевых червей и их биотопическое распределение на территории Беларуси. Известия НАН Беларуси. Серия Биологич. наук, № 1, с. 56–60.
19. Мешечко Е.Н., 2013. Зонально-топологические особенности фауны Беларуси. Зоологические чтения. Материалы межд. науч.-практ. конференции, посвященной памяти профессора И.К. Лопатина. Гродно, 2013, с. 205–208
20. Мержеевская О.И., Литвинова А.Н., Молчанова Р.В., 1976. Чешуекрылые (Lepidoptera) Белоруссии, под ред. О.И. Мержеевской. Наука и техника, Минск.
21. Мотуз В.М., 1980. Условия образования лёссовых пород перигляциальной зоны плейстоцена (в пределах Белоруссии). Инженерная геология, № 2, с. 14–25.
22. Нечипоренко Л.А., 1989. Условия залегания и тектоническая предопределенность антропогенового покрова Белоруссии. Наука и техника, Минск.
23. Новикова Н.В., Тихончук Г.Н., Ефремов А.Л., 2007. Биота пригородных зон города Могилёва. Изд-во МГУ им. А.А. Кулешова, Могилев.
24. Пугачевский А.В., Вершицкая И.Н., Ермохин М.В., Степанович И.М., Созинов О.В., Сакович А.А., Рудаковский И.А., Кулак А.В., Журавлев Д.В., 2013. Редкие биотопы Беларуси. Альтиора – Живые краски, Минск.
25. Трофимов В.Т., 2009. Эколого-геологическая система, ее типы и положение в структуре экосистемы. Вестник Московского университета. Серия 4. Геология, № 2, с. 48–52.
26. Фауна Беларуси. Позвоночные, 2024. [электронный ресурс] URL: https://gurkov2n.jimdofree.com/ (дата обращения: 26.01.2024).
27. Фядотаў У.Л., Цытленак А.М., 1987. Мінералы, горныя пароды і глебы роднага краю. Народная асвета, Мінск.
28. Шарухо, И.Н. (ред.), 2007. География Могилевской области. Изд-во МГУ им. А.А. Кулешова, Могилев.
29. Энциклопедия насекомых, 2006–2013. Указатели и классификация. [электронный ресурс] URL: http://coleop123.narod.ru/ (дата обращения: 23.01.2024).
30. Юркевич И.Д., Голод Д.С., Адерихо В.С. 1979. Растительность Белоруссии, ее картографирование, охрана и использование. Наука и техника, Минск.
31. iTourist.by, 2022. Заказник «Мозырские овраги». [электронный ресурс] URL: https://www.itourist.by/reserve/mozyr?ysclid=lrouyxlc5k799852903 (дата обращения: 22.01.2024).
32. MOGILEVNEWS.by, 2024. В Горецком районе студенты-археологи обнаружили погребения древнерусской эпохи. Фото. Видео. [электронный ресурс] URL: https://mogilevnews.by/news/23-07-2021-09-12/73777 (дата обращения: 23.01.2024).