Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 26

Подразделение торфов на группы по содержанию древесных,

травянистых и моховых остатков

Группа

Древесная

Древесно-травяная

Древесно-моховая

Травяная

Травяно-моховая

Моховая

Содержание растительных остатков, %

древесных

>40

15-35

< 5-10

< 5—10

травянистых

>40

моховых

5-10

10-35

>40

К низинному типу относят залежи, полностью или более чем

наполовину общей глубины сложенные низинными торфами или

перекрытые верховыми торфами, но не более чем на 0,5 м.

К переходному типу относят залежи, сложенные нацело или

более чем наполовину переходными торфами, слой верховых тор-

фов составляет не более 0,5 м.

Смешанный тип объединяет залежи из низинных или переход-

ных торфов, перекрытых верховыми. При этом мощность слоя вер-

ховых торфов составляет более 0,5 м, но не превышает половины

общей глубины залежи.

К верховому типу относят залежи, полностью сложенные верхо-

выми торфами или такие, где пласт верховых торфов подстилается

переходными или низинными торфами, но при этом мощность вер-

ховых торфов составляет не менее половины общей глубины залежи.

Типы торфов отличаются также по средней конституци-

онной зольности, т.е. зольности, свойственной растениям -

торфообразователям. Зольность в зависимости от тина торфов ко-

леблется в следующих пределах: низинные — 6-18%, переход-

ные

—

4—6, верховые

—

2-4%.

9.4.3.

МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

СТЕПЕНИ РАЗЛОЖЕНИЯ ТОРФА

Степень разложения связана главным образом с интенсивно-

стью биохимического распада тканей в верхнем слое залежи и весь-

ма несущественно зависит от возраста торфа, так как, погружаясь в

глубину залежи, торф в течение тысячелетий подвергается лишь

незначительным изменениям (табл. 27).

По степени разложения можно судить о целом ряде физиче-

ских и химических свойств торфа. Она определяет плотность, связ-

ность и другие свойства. При определенных условиях степень раз-

276

Таблица

Степень разложения торфа по Посту методом сжатия образца

Отжатая

субстанция

Чистая вода

Желто-бурая вода

Мутная вода

Очень мутная вода

с 1/3 торфяной

субстанции

Очень сильно мут-

ная вода с 2/3

торфяной суб-

станции

Водянистая каша

из общей торфя-

ной субстанции

Остаток после

отжатая

не кашеоб-

разный

кашеобраз-

ный

только

волокна,

древесина

почти нет

остатка

Структура

растительности

в торфе

отчетливая

слабоотчетли-

вая

неотчетливая

почти неузнава-

емая

Степень

разложения

едва заметная

очень слабая

слабая

средняя

среднееильная,

довольно силь-

ная

сильная,

очень сильная

почти полная,

полная

Символ

Н2

НЗ

Н4

Н5

Н6

Н7

Н8

Н9

НЮ

ложения может оказаться более существенным показателем, чем

ботанический состав торфа.

Для низинного торфа характерен серый до землисто-черного

цвет, наличие остатков нитевидных светлых корешков осок, блес-

тящих черных пленок хвоща, бронзово-коричневых стеблей и лис-

точков гипновых мхов, оливковых остатков корневищ тростника,

чечевицеобразных семян вахты, белых остатков коры березы.

Верховой торф имеет цвет от желтого до темно-коричневого, в

нем различимы стебли и листочки сфагновых мхов, волокна и ко-

решки пушицы, блестящие пленки шейхцерии, корешки кустарни-

ков,

остатки коры сосны.

В образце нарушенной структуры определяют пластичность

торфа, его цвет, количество и окраску отжимаемой воды, структуру

растительных остатков и их примерный объем. Ниже приведе-

ны признаки низинного торфа (Тюремнов, 1976), позволяющие

на основе микроскопического изучения образца определить его вид.

Древесные торфа, как правило, встречаются отдельными

прослойками в форме примеси в других торфах, реже в форме

сплошных залежей. Древесные низинные торфа формируются в

условиях переменного затопления, относительно хорошей дрени-

рованное™ территории, что обусловливает их высокую степень

разложения и темную окраску.

торфах содержатся остатки ольхи,

березы, ели, реже сосны. Эти торфа имеют наиболее высокую золь-

ность.

277

Ольховый торф — красновато-коричневый, с остатками

древесины и коры, много корешков осок, хвоща, рогоза.

Березовый торф

—

почти черного цвета, с включениями

белой коры березы.

Еловый торф

—

темно-коричневого цвета, преобладает на

торфяниках северо-востока европейской территории России, дре-

весные остатки хорошо различимы визуально.

Травяные торфа низинного типа представлены сле-

дующими видами: хвощовым, тростниковым, тростниково-осоко-

вым, осоковым, вахтовым и шейхцериевым.

Хвощовый торф состоит из корневищ, стеблей, характе-

ризующихся зубчатыми влагалищами, и ветвей с обильным вклю-

чением черных блестящих пленок, облегающих корневища хвощей

и просвечивающих красным цветом в проходящем свете. Легко от-

личается от других торфов. Цвет торфа темный, часто почти чер-

ный. В чистом виде встречается редко, обычно имеет примесь осок

и тростника. Образуется преимущественно в условиях богатого пи-

тания речными и озерными водами.

Тростниковый торф состоит из остатков корневищ и

стеблей тростника, отличается глубоковолокнистым строением и

ленточно-сложной структурой. Легко отличается от других торфов

хорошо заметными блестящими лентами сплющенных корневищ

желтой или бурой окраски. Слаборазложившийся торф пгубоково-

локнистый, свежевынутый, часто пахнет сероводородом. В трост-

никово-осоковом торфе повышенное содержание примеси кореш-

ков осок.

Вахтовый торф легко отличить по частым включениям

корневищ и блестящим красновато-желтым округло-плоским се-

менам. В волокнах торфа корневище вахты, снабженное крупными

воздухоносными полостями, приобретает вид широких и плоских

лент со слабым зеленоватым оттенком.

Осоковый торф отличается буровато-серой окраской, ко-

торую придают ему резко выступающие на общем темном фоне се-

рые корешки осок. Степень разложения в среднем 30%. Примесь

других травянистых и древесных растений невелика.

В шейхцериевом низинном торфе визуально легко

обнаружить большое количество корешков и хорошо сохранив-

шихся соломенно-желтых корневищ шейхцерии. Корневища шейх-

церии несколько похожи на корневища тростника, но уже их. По-

стоянно встречающиеся семена шейхцерии напоминают мелкие

муравьиные яйца. Торф коротковолокнистый, в чистом виде встре-

чается редко и обычно содержит остатки сфагновых и гипновых

мхов,

пушицы, вересковых и др. Этот торф образуется в условиях

подтопления слабоминерализованными водами, отличается пони-

женной степенью разложения и небольшой зольностью.

278

Моховые низинные торфа представлены двумя вида-

ми

—

гипновым и сфагновым.

В гипновом торфе хорошо сохраняются гипновые мхи, листоч-

ки и стебельки легко различимы. Свежий образец гипнового торфа

имеет характерную коричневато-бронзовую окраску, быстро тем-

неющую на воздухе. Зольность и степень разложения понижен-

ные

—

соответственно 6—8 и 20-30%. Однако гипновые торфа мо-

гут развиваться и при богатом грунтовом питании в зонах выхода

кальциевых и железистых вод.

этих случаях их зольность достига-

ет

9—21%.

Торфа этого вида образуются в условиях увлажнения

грунтовыми водами. В вертикальном разрезе верховых (сфагновых)

болот гипновый торф часто образует подстилающие слои, лежащие

на минеральном дне болота.

Помимо чисто гипнового чаще встречаются травяно-гипно-

вые,

осоково-гипновые, древесно-гипновые и сфагново-гипновые

торфа.

Сфагновый низинный торф по окраске светлее выше-

описанных, поскольку основную массу растительных волокон об-

разуют сероватые корешки осок и остатки низинных сфаг-

новых мхов, сохранивших светлую естественную окраску. Сфагно-

вый низинный торф встречается на торфяниках склонов при под-

топлении бедными грунтовыми водами и в виде сплавин по берегам

озер.

Промежуточные группы низинных торфов

—

древесно-травя-

ная,

древесно-моховая и травяно-моховая — образованы соответ-

ственно древесно-осоковым, древесно-тростниковым, древесно-

хвощовым, древесно-сфагновым, осоково-гипновым и осоково-

сфагновым видами низинных

торфов.

Они обладают общими свой-

ствами, присущими растениям-торфообразователям и торфам ос-

новных групп низинных торфов.

При выполнении мелиоративных изысканий важно в полевых

условиях диагностировать почвы переходных и особенно верховых

болот.

Ниже приведены основные признаки, необходимые для визу-

альной диагностики основных групп и видов таких торфов.

К древесным верховым торфам относится сосно-

во-кустарничковый торф, в естественном влажном состоянии —

темно-коричневая пластинчатая масса. Различимы лишь кора и

древесина сосны и корешки кустарничков. Степень разложения

50-60%,

зольность выше, чем у других видов торфов верховых бо-

лот,

—

3—5%. В сосновых торфах переходных болот часто встреча-

ются остатки коры березы.

Травяные верховые торфа включают два вида: пушициевый и

шейхцериевый верховой.

Пушициевый верховой торф имеет темно-коричне-

вую окраску, в нем хорошо заметны волокна пушицы, постоянная

279

примесь сфагновых мхов, встречаются остатки сосны и кустарнич-

ков.

Степень разложения высокая

—

30-60%.

Шейхцериевый верховой торф имеет темно-оливко-

вую окраску и слизисто-волокнистую структуру. Присутствуют

остатки сфагновых мхов. Остатки пушицы до

35%.

Шейхцериевый

верховой торф формируется в наиболее обводненных участках гря-

дово-мочажинного и грядово-озерного комплексов. Эти участки

увлажняются осадками или бедными водами поверхностного сто-

ка. Степень разложения весьма высокая — 40—45%, зольность

—

2,5%.

В нижних горизонтах интенсивно развивается анаэробиоз,

сопровождающийся бурным выделением метана.

Обычно встречаются следующие виды верховых торфов: ангу-

стифолиум, магелланикум, фускум, сфагновый мочажинный и

комплексный верховой. Ангустифолиум, магелланикум и сфагно-

вый торфа имеют желтоватый цвет, фускум — красноватый отте-

нок, сфагновый мочажинный

—

желтый цвет и волокнисто-губча-

тую структуру. Вся ipynna верховых торфов отличается низкой

зольностью (2—4%) и невысокой степенью разложения (5—25%).

Сфагновый верховой торф слаборазложившийся, имеет волок-

нисто-губчатое строение, состоит главным образом из веточек, ли-

сточков и стебельков сфагнума. Часто попадаются кусочки древе-

сины сосны и красные ниточки вересковых.

9.4.4. ДИАГНОСТИКА САПРОПЕЛЕЙ

И ИХ СВОЙСТВА

В болотах, образовавшихся на месте водоемов, придонные

слои заняты сапропелями. В естественно-влажном состоянии сап-

ропели представляют собой однородную студенисто-желеобразную

массу, в которой структурные остатки животных и растительных

организмов почти неразличимы. Поскольку при зарастании водо-

емов образуются чаще всего тростниковые и осоковые болота, над

сапропелем залегают слои осокового и тростникового торфов. В

составе сапропелей, как правило, отсутствуют растительные остат-

ки высших растений.

Во влажном состоянии сапропель легко отстает от

руки,

не пач-

кая ее. При высыхании меняет цвет, сильно твердеет, не размокает,

имеет раковистый излом, легко расслаивается на тонкие листочки.

Окраска серая, зеленоватая, коричневая, реже желтая и черная.

В сухом состоянии на огне обугливается, издавая неприятный

запах горелого мяса, иногда горит коптящим пламенем.

В зависимости от содержания минеральной и органической ча-

стей различается несколько видов сапропелей. На европейской

территории России чаще всего встречаются следующие сапропели:

глинистые — характеризуются большой пластичностью (цвет

280

их обычно серый); песчанистые — примесь песка заметна

на ощупь и на глаз; известковистые

—

содержат большое ко-

личество известковистых частиц, часто имеют примесь кремнезе-

ма, цвет их белесовато-светло-серый, иногда почти белый; диа-

томовые — обогащены кремнеземом, часто содержат окис-

лы железа, придающие им темный или коричневый цвет; д

и -

то вые — состоят в основном из органической массы. Окраска

детритового сапропеля разнообразная: коричневая, оливковая, жел-

товатая, розоватая и др.

В сапропелях — отложениях пресноводных континентальных

водоемов — содержится не менее 15% органического вещества.

В связи с особенностями происхождения они обогащены кальци-

ем,

фосфором, железом, физиологически активными веществами.

Сапропель по содержанию извести делят на следующие категории:

1) менее 30%; 2) 30-50; 3) 50-70; 4) более 70%. Сапропель второй и

более высокой категорий рассматривают только как материал для

известкования кислых почв. В целом от первой к четвертой катего-

рии ценность сапропеля резко снижается.

Диагностика сапропеля, таким образом, актуальна для оценки

генезиса болотного массива, возможности его использования в

качестве удобрения или известкового материала, а также для опре-

деления особенностей производства работ по строительству осу-

шительной системы. Сапропели обладают высокой влагоемкостью,

низкой водопроницаемостью, значительным содержанием коллои-

дальных частиц.

Сапропели

—

весьма нестабильные грунты, в которых каналы

могут быть устойчивы только при значительных коэффициентах

откоса. Они не способны нести большие нагрузки. Выполнение

всего цикла мелиоративных работ связано с серьезными затрудне-

ниями. Поэтому их диагностика при почвенно-мелиоративных

изысканиях и определение контура распространения имеют важ-

ное практическое значение.

9.5. ОСУШЕНИЕ ЗАБОЛОЧЕННЫХ

И БОЛОТНЫХ ПОЧВ

9.5.1.

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ОБЪЕКТА ОСУШЕНИЯ

Основным объектом осушительных мелиорации являются пере-

увлажненные почвы, т.е. почвы, в которых анаэробный период,

обусловленный избытком влаги, столь продолжителен, что при

этом происходит снижение урожая сельскохозяйственных культур

или их рост и развитие (или сев и уборка) оказываются невозмож-

ными. Однако мелиоративные мероприятия должны быть всесто-

ронне обоснованы не только гидрологической и экологической це-

лесообразностью. Кроме того они должны получить подтверждение

281

экономической необходимости. Эта сложная и комплексная задача

определяется уровнем и направленностью хозяйства землепользова-

теля. Однако всегда необходимо показать, что применение мелиора-

ции позволит получить дополнительный доход, оправдывающий

инвестиции на мелиоративное строительство и эксплуатацию осу-

шительных

систем.

В противном случае выполнение таких меропри-

ятий, как правило, допускать не следует.

Оценка экономической целесообразности осушения (как, впро-

чем, и всех других видов мелиорации) должна учитывать особенно-

сти и продуктивность каждой разновидности, слагающей почвен-

ный покров массива мелиорации. Последнее необходимо потому,

что величины дополнительного дохода, сроки окупаемости и целе-

сообразность осушения могут существенно варьировать в зависи-

мости от свойств и режимов конкретных почв. Такой анализ в пер-

вую очередь необходим при оценке целесообразности осушения

минеральных почв разной степени заболоченности.

Аналогичный экономический анализ и обоснование целесооб-

разности осушения нужны и для торфяных почв.

Однако в последнем случае следует учитывать, что без мелио-

рации исключена возможность любого сельскохозяйственного ис-

пользования почв, находящихся в условиях субаквального водного

режима.

По разным причинам, однако, крупные группы торфяных

почв,

по крайней мере в настоящее время, в России не следует во-

влекать в сельскохозяйственное использование. Очевидно, нецеле-

сообразно вовлечение в земледелие торфяных почв всех верховых

болот. Они обладают высокой влагоемкостью и низкой водопрони-

цаемостью, низкими зольностью и степенью разложения расте-

ний-торфообразователей, высокой кислотностью. Их освоение бу-

дет лимитировано не только высокой стоимостью осушения, но и

значительными затратами на освоение и повышение плодородия

этих малопродуктивных почв.

Такая же оценка должна быть сделана и в отношении переход-

ных болотных почв. Только в двух регионах они могут быть эффек-

тивно использованы в земледелии. Такими территориями являются

Карелия и Камчатка. В первом случае торфяные почвы переходно-

го типа обладают повышенной зольностью благодаря поступлению

с водосбора с водами поверхностного стока минеральных частиц.

Это обогащение минеральной массой болот переходного типа обу-

словлено интенсивной водной эрозией рыхлых отложений в усло-

виях пересеченного рельефа Карелии. На Камчатке высокая золь-

ность переходных торфяных почв связана с активной вулканиче-

ской деятельностью на всей территории полуострова и регулярным

осаждением пепла на поверхности органогенных почв. Поскольку

эти почвы формируются на фоне вулканической активности, в сло-

ях всей толщи их профиля можно обнаружить аккумуляции вулка-

282

нического ueiuia разной мощности. Последний, как правило, отли-

чается повышенным содержанием биогенных элементов (калия,

фосфора и др.).

Далее следует признать нецелесообразным сельскохозяйствен-

ное использование аапа — болот, торфяных почв грядово-моча-

жинного ком1шекса. Это также обусловлено сложностью их осуше-

ния и сельскохозяйственного освоения.

Несомненно, нецелесообразно вовлечение в осушение и сель-

скохозяйственное освоение всех типов болот (в том числе и низин-

ных) при подстилании незначительной толщи торфа плотными ме-

таморфическими, изверженными породами или галечниковым и

грубообломочным каменистым материалом.

В этих случаях возможна быстрая сработка торфа в результате

его осадки, биохимического разложения органического вещества,

ветровой эрозии и пожаров. Осушение таких маломощных торфя-

ных почв (мощность торфа < 1,0 м) обычно сопровождается выхо-

дом на дневную поверхность доломитовых отложений, массив-

но-кристаллических пород (гнейса, гранита) или валунно-галечни-

кового аллювия и иного каменистого материала.

Все эти органогенные почвы по рассмотренным причинам не-

целесообразно вовлекать в сельскохозяйственное использование.

Их следует рассматривать как естественные заповедные образова-

ния, которые представляют значительный интерес для создания

охотничьих угодий, ягодников, плантаций лекарственных расте-

ний. Территории, образованные такими почвами, как правило, иг-

рают важную водоохранную роль.

9.5.2. ЗАДАЧИ ОСУШЕНИЯ. ПОНЯТИЯ О МЕТОДЕ

И СПОСОБЕ ОСУШЕНИЯ

Основная задача осушения заключается в том, чтобы в перио-

ды выполнения сельскохозяйственных работ, роста и развития

растений исключить избыточное увлажнение почв и обеспечить

поддержание такого водного режима, при котором возможно полу-

чение максимального амбарного урожая при минимальных капи-

таловложениях. Осушение должно сопровождаться повышением

плодородия почв, обеспечивать их сохранность и экологическую

стабильность. Осушение не следует рассматривать только как меро-

приятие по сбросу избыточных вод. Это всегда комплекс гидротех-

нических, культуртехнических, афомелиоративных, химических и

других мероприятий, направленных как на удаление избыточной

влаги из поверхностных и корнеобитаемых горизонтов, так и на

улучшение их физических и других свойств. Такое представление

о задачах осушения как о комплексе различных абсолютно необхо-

димых и тесно взаимосвязанных мероприятий, направленных на по-

283

вышение плодородия почв, особенно актуально для Нечернозем-

ной зоны России.

Следует подчеркнуть, что в настоящее время основным объек-

том мелиорации здесь являются минеральные заболоченные поч-

вы,

занимающие около 80-90% площадей, сельскохозяйственное

использование которых возможно после осушения.

Выше было показано, что причины заболачивания почв опре-

деляют метод осушения, т.е. принципиальную направленность ме-

лиоративных мероприятий. Так, при заболачивании почв грунто-

выми водами метод осушения будет заключаться в понижении

уровня грунтовых вод; при заболачивании намывными склоновы-

ми водами принципиальная направленность (т.е. метод) заклю-

чается в перехвате этих вод и в ускорении их сброса за пределы осу-

шаемой территории. При заболачивании почв намывными русло-

выми водами метод осушения заключается в защите территорий от

затопления намывными русловыми водами и т.д. Если заболачива-

ние почв связано с одновременным действием разных факторов, то

и методы осушения в этом случае могут приобретать более слож-

ный характер.

Принцип (метод) осушения может быть реализован, очевидно,

с помощью различных конкретных инженерных приемов. Напри-

мер,

при грунтовом заболачивании понижение уровня грунтовых

вод может быть достигнуто как с помощью открытых каналов,

так и закрытым дренажем, причем необходимый эффект можно

получить с применением различных видов закрытого дренажа —

пластмассового, деревянного, гончарного, каменного и др. Защита

территории от затопления намывными русловыми водами может

осуществляться не только с помощью дамб обвалования. В опреде-

ленных условиях может оказаться достаточным спрямление русла

реки и т.д.

Таким образом, мелиорация заболоченных и болотных почв

осуществляется с помощью совершенно конкретных инженерных

приемов или способов осушения.

Способ осушения — конкретный инженерный при-

ем,

применяемый для реализации принципа осушения, обусловлен-

ного причинами заболачивания почв. Способ осушения может быть

реализован в условиях функционирования осушительной системы.

9.6. ОСУШИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

9.6.1.

КОНСТРУКЦИЯ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Осушительная система является комплексом сооружений, не-

обходимых для удаления избыточной гравитационной влаги из го-

ризонтов почвенного профиля. Обычно осушительная система со-

стоит из следующих (рис. 95) составных частей (элементов): 1) осу-

284

шаемой территории, 2) ограждающей сети, 3) регулирующей сети

осушителей или дренажа, 4) проводящей коллекторной сети, 5) ма-

гистрального канала (рис. 2.16, 2.17), 6) водоприемника, 7) соору-

жений на осушительной сети.

Применение всех или отдельных элементов ограждающей

сети обусловлено причинами заболачивания почв осушаемого

объекта. К элементам ограждающей сети относятся дамбы обвало-

вания (защитные валы), нагорные и ловчие каналы. Дамбы обвало-

вания защищают территорию от поступления на осушаемый мас-

сив,

главным образом в поймах рек, намывных русловых вод. Они

необходимы в поймах и дельтах рек для защиты территории от по-

ступления полых вод в период весенних или летне-осенних павод-

ков (или только летне-осенних).

Нагорные каналы перехватывают поверхностные намыв-

ные склоновые воды, поступающие на осушаемый массив с окру-

жающего водосбора. Это преимущественно неглубокие каналы с

распластанным откосом, обращенным к внешнему водосбору.

Ловчие каналы служат для перехвата или понижения ал-

лохтонных, фунтовых подземных вод, поступающих на осушаемую

площадь со стороны водосбора. Ловчие каналы обычно глубокие.

Их устраивают по наиболее низким отметкам поверхности (напри-

мер,

в притеррасной части пойменной террасы

коренного берега).

Регулирующая сеть осушителей, или дренаж,

(от англ. to drain — отвести, слить). Эту функцию на осушитель-

ной системе выполняют открытые (каналы, ложбины) или

закрытые (пластмассовые, гончарные и др.) осушители, или дрены.

Таким образом, дренаж может быть открытым или закрытым.

Закрытые материаль-

ные дрены изготовляют

из различных материа-

лов — керамики, пласт-

массы, дерева и др Зем-

ляная дрена создается на

месте в горизонтах поч-

Рис 95 Элементы

осушительной системы

/ — река-водоприемник, 2 —

магистральный канал, 3 — от-

крытый коллектор, 4

—

откры-

тые осушители, 5

—

ловчий ка-

нал, 6

—

закрытый коллектор,

7 —

дрены, 8— потевая дорога,

—

труба-переезд, 10

—

устье-

вое сооружение, 11 — смотро-

вой колодец,

12 —

нагорный ка-

нал, 13

—

ловчий канал,

14 —

дамба обвалования

285