Заболачивание суши и образование болот

Заболачивание суши и формирование избыточно увлажненных земель происходит в том случае, когда приходная часть водного баланса превышает расходную. Приходная часть баланса может быть разного типа.

Типы водного питания.Под типом водного питания понимается комплекс природных факторов, которые характеризуют условия поступления воды на участки суши, определяют химический состав воды и формируют водный режим объекта. При определении типа водного питания из большого разнообразия участвующих в формировании водного режима факторов можно выделить главный, определяющий увлажнение территории. По нему определяют следующие основные типы водного питания: атмосферный, грунтовый, грунтово-напорный, намывной, смешанный (рис. 26).

Атмосферный тип водного питания наблюдается на участках, расположенных на водоразделах и в верхних частях склонов. В таких условиях на слабоводопроницаемых грунтах при наличии понижений образуются заболоченные земли и формируются болота за счет атмосферных осадков. Грунтовые воды, как правило, не участвуют в заболачивании. Поскольку атмосферные осадки в своем составе содержат мало зольных питательных веществ, то на водоразделах можно ожидать образования бедных верховых болот (рис. 26, болото 1).

Грунтовый тип водного питания отмечается на пониженных элементах рельефа, в замкнутых понижениях и в условиях притока (подъема) фильтрационных вод из рек и водохранилищ. Заболачивание наблюдается в следующих случаях:

Рис. 26. Схема заболачивания при разных типах водного питания

а) на пониженных элементах рельефа с малым уклоном на слабоводопроницаемых или песчаных и супесчаных почвах, подстилаемых водоупором, когда грунтовые воды, стекающие с верхних частей водосбора, создают избыток влаги в понижениях и нижних частях склонов; фильтрующиеся воды за счет вымывания минеральных веществ из пород, в которых они сформируются и перемещаются, обычно обогащены питательными веществами; на землях с таким водным питанием, как правило, образуются низинные или переходные болота (рис. 26, болото 2);

б) в условиях замкнутых понижений, с хорошо водопроницаемыми грунтами, подстилаемыми водоупором, где вода, стекающая с водосбора и выпадающая непосредственно при атмосферных осадках, создает переувлажнение почв; в таких условиях идет интенсивное заболачивание с образованием преимущественно низинных и частично богатых переходных болот со значительной мощностью торфа. Наиболее крупные болотные массивы такого типа сформировались на послеледниковых зандровых полях Полесья и Мещерской низменности (рис.26, болото 3);

в) при высоком положении уровней грунтовых вод в реках и водохранилищах за счет инфильтрации воды на прилегающих землях может происходить подъем грунтовых вод не только вблизи, но и на значительных удалениях от рек и водохранилищ. Это приводит к развитию процессов заболачивания вначале на пониженных элементах рельефа, а затем и на значительной или на всей территории в зоне подпора. Примером такого заболачивания является прогрессирующий процесс образования болот в зоне Рыбинского водохранилища; например, в Весьегонском лесхозе Тверской губернии встречаются болота, образовавшиеся в понижениях рельефа среди сосняков лишайниковых.

Грунтово-напорный тип водного питания обычно встречается в нижних частях склонов, часто в долинах рек, когда напорный водоносный горизонт, подводящий воду, располагается между слабоводопроницаемыми или водоупорными слоями. Уровень напорных вод может располагаться как в верхних почвенных горизонтах, так и выше поверхности земли. Например, по исследованиям П.П. Залитиса [8], заболачивание значительной части территории Латвии происходит за счет притока напорных вод с вышерасположенных по геодезическим отметкам районов Литвы и Беларуси. В условиях грунтово-напорного питания обычно образуются низинные болота.

Заболачивание при грунтово-напорном типе водного питания происходит в следующих случаях:

• в местах разгрузки грунтовых вод, когда они выходят (выклиниваются) на поверхность, образуя ряд озер, расположенных цепочкой, часто соединенных протоками, или ряд заболоченных участков;

• в местах подъема по капиллярам, без выхода на поверхность грунтовых вод; заболачивание в таких случаях усиливается выпадающими осадками.

Намывной тип водного питания вызывается регулярным поступлением на пониженные участки долин или пойменных террас рек аллювиальных или делювиальных вод. Заболачивание происходит в следующих случаях:

а) когда речные воды поступают в период весенних половодий или летне-осенних паводков вследствие подъема уровней рек (или озер), затопляя пониженные участки; в таких условиях образуются богатые низинные пойменные болота, обычно с небольшой мощностью торфа;

б) когда выпадающие осадки не успевают фильтроваться вглубь и стекают по склонам в виде делювиальных потоков (заболачивание делювиальными водами начинается с пониженных частей склонов); в таких условиях чаще образуются переходные, а иногда и верховые болота.

Смешанный тип водного питания наблюдается в случаях совместного действия нескольких из названных выше типов.

Заболачивание и образование болот может происходить в различных местах, где имеются понижение рельефа или участки пологих склонов, подпитываемых грунтовыми водами. Отмечается заболачивание речных пойм, мелководных водохранилищ. Заболачивание может проходить в несколько стадий и заканчиваться образованием болота или длительное время оставаться на определенных стадиях переувлажнения без накопления торфа и образования болот.

Заболачивание и болотообразование может наблюдаться в условиях всех типов водного питания. Болота могут образовываться как на суше, так и на месте озер путем их зарастания.

Заболоченные земли по продолжительности наличия избытка влаги подразделяются на временно или постоянно избыточно увлажненные.

Временно избыточно увлажненные земли испытывают переувлажнение, как правило, всегда весной после снеготаяния. Иногда избыток влаги отмечается и осенью. Летом ее избыток наблюдается крайне редко, обычно в многоводные годы. Поскольку на таких участках нет постоянного избытка влаги, то в таких условиях нет моховой растительности, нет достаточного опада и травяной растительности, не образуется торфяный горизонт, а, следовательно, не происходит и заболачивания.

Постоянно избыточно увлажненные земли - переувлажненные в течение всего года. Гигрофитная растительность здесь представлена в значительной степени различного вида сфагновыми мхами, кукушкиным льном по кочкам, осоками. При ее отмирании в условиях избытка влаги вследствие недостаточной аэрации разложение опада происходит медленно, и при этом формируется торфяный горизонт. По величине мощности торфа постоянно избыточно увлажненные земли подразделяются на заболоченные и болота. К заболоченным относятся участки суши с глубиной торфяного горизонта не более 0,3 м. Участки с глубиной торфа более 0,3 м относят к болотам. Болота в зависимости от характера (типа) водного питания относят к верховому или низинному типу. Если основная часть влаги на участок поступает в виде осадков, то в таких условиях формируются бедные верховые болота. Если влага поступает путем фильтрации через грунт, то формируются богатые низинные болота. Низинные болота с течением времени могут за счет нарастания торфа трансформироваться в переходные и верховые.

Виды заболачивания

Заболачивание лесов происходит при определенных условиях. Например, на тяжелых почвах в Лисино в нижних частях пологих склонов X.А. Писарьков отмечал заболачивание с понижением класса бонитета с I-II в верхней части склона до IV класса в нижней. Обычно в таких условиях процесс заболачивания, как правило, не приводит к образованию болота, если на заболачиваемой территории сохраняется древостой. При вырубке леса или лесном пожаре в таких условиях процесс заболачивания может вызвать образование болота.

Заболачивание может вызвать или способствовать ему подзолообразовательный процесс. По исследованиям А. А. Роде в Лисино, на тяжелых почвах, сформировавшихся на ленточных глинах в результате подзолообразования, происходит выщелачивание верхних горизонтов с выносом вниз мелких фракций. В образовавшемся подзолистом пористом влагоемком горизонте накапливается верховодка. Капиллярный расход влаги в крупных порах почв в связи с малым подъемом влаги к поверхности небольшой, невелик и грунтовый сток в подстилающих глинах. Вследствие устойчивого избытка влаги появляется влаголюбивая растительность, а в дальнейшем - и сфагновые мхи. Образуется оторфованный горизонт, и происходит заболачивание. По-видимому, таким путем образовалось болото Сулйнда в Лисинском учебно-опытном лесхозе. Может наблюдаться заболачивание лесов и при подъеме грунтовых вод вблизи крупных водохранилищ с песчаными почвами. При создании Рыбинского водохранилища, расположенного в значительной части на территории песчаных водно-ледниковых отложений, грунтовые воды в прилегающих лесах поднялись к поверхности, местами вышли на поверхность, что и привело к образованию болот.

Заболачивание лесосек (вырубок). Процесс заболачивания вырубок подробно изучен и изложен в монографии А.Л. Кащеева [12]. Известно, что древостой на кронах задерживает до 30-40 % осадков. В летние периоды, при осадках невысокой интенсивности, кроны могут задерживать большую часть атмосферной влаги. Величина зимних осадков (мощность снежного покрова) в лесу на 20-30 % меньше, чем на безлесных участках. Древостой, задерживая осадки, значительно больше, чем безлесные участки, расходует влагу на суммарное испарение за счет транспирации. Поэтому при вырубке древостоя увеличивается поступление влаги на поверхность почвы, а суммарное испарение уменьшается. Кроме того, при вывозке леса с лесосеки происходит разрушение напочвенного покрова и лесной подстилки, образуются углубления и понижения. Все это способствует увеличению и накоплению влаги в понижениях. Появляется гигрофитная растительность - осоки, кукушкин лен, сфагновые мхи. Начинается заболачивание вырубки. Однако обычно на вырубках с течением времени появляется вначале кустарниковая, а затем и древесная растительность, которая задерживает влагу на кронах и усиливает транспирацию. Происходит разболачивание лесосек. В большинстве случаев при небольшой ширине лесосек и соблюдении при рубке сроков примыкания болота на вырубках не образуются. При больших площадях рубок на концентрированных лесосеках (вырубках) возможно образование болот.

Заболачивание горельников. Схема заболачивания горельников близка к заболачиванию лесосек. Заболачивание происходит вследствие нарушения составляющих водного баланса. После сгорания леса увеличивается поступление влаги на поверхность почвы и снижается ее расход на суммарное испарение. Поскольку площадь сгоревших лесов может быть значительной, то возможность образования болот здесь очень велика. Например, в Лисинском учебно-опытном лесхозе в 1826 г. площадь сгоревшего леса в I отделении Лисинской дачи составила 3553 га. В результате образовалось Хейновское болото, составившее вместе с примыкающими заболоченными землями площадь около 2000 га.

Заболачивание речных пойм и стариц. Как отмечалось выше, поймой называется ежегодно затапливаемая половодьем часть речной долины. Весенние воды приносят в пойму большое количество взвешенных веществ, богатых органикой. Поэтому исстари пойменные луга считались наиболее продуктивными. В случаях с широкими поймами при малых их уклонах долго застаивающаяся вода намывного питания приводит к появлению вначале гигрофитной растительности (таволга вязолистная, рогоз, лютик кашубский, осока и др.). Растительный опад, образующийся в большом количестве, совместно с илистыми отложениями реки создает богатый торфяник низинного типа. В дальнейшем с появлением сфагновых мхов в этих условиях может сформироваться и переходное болото.

Заболачивание может происходить в зоне разгрузки грунтовых вод в местах выхода ключей в нижней части пологих склонов. В таких случаях образуются присклоновые (висячие) болота.

Нарушение режима стока. В настоящее время в болотообразовании приобретает значение антропогенный фактор. При строительстве дорог, прокладке трубопроводов и различного рода кабелей нарушается естественное движение грунтовых вод. Изменяется сложившийся веками режим грунтового стока. Поэтому нередко при движении по шоссе можно наблюдать усыхание древостоя с той стороны дороги, где грунтовые воды поднялись, и некоторое улучшении роста с противоположной стороны, где произошло некоторое понижение их уровня. В результате такого воздействия образуются тысячи гектаров заболоченных земель.

Зарастание водоемов. Образование болот часто происходит на местах бывших озер путем их заторфовывания [32]. В северной части европейской территории России озера довольно молодые, в большей части послеледникового происхождения. В таких озерах в начальном периоде не было признаков животной и растительной жизни. Однако в процессе их изменения формировались осадочные отложения за счет привнесения минеральных веществ ручьями, речками, ветровой эрозией, а также смыва почвенных частиц с поверхности дождями или вследствие абразии берегов. При этом в озера поступало определенное количество извести в виде двууглекислого кальция - Ca(HCO₃)₂ Нередко образовывался на дне слой озерного мергеля, «вскипающего» при действии на него соляной кислоты. Такие озерные отложения сохраняются недолго. В озерах появляется органическая жизнь, вначале в виде свободно взвешенных мелких растительных и животных организмов. Среди водорослей встречаются, прежде всего, сине-зеленые. Представители животных - различные мелкие ракообразные. Большую роль играют планктонные растительные остатки, образующие при разложении вещество, называемое сапропелем. Наличие сапропелевых отложений в торфе болота указывает на формирование болота на месте озера.

Одновременно с развитием планктона и накоплением сапропеля происходит развитие прибрежной водной растительности: при глубине не более 1 м появляются осоки, ситник, стрелолист, водяная гречиха, рдест. Далее идет зона камышей и тростников. Обычно в этих зонах встречаются и плавающие растения - ряска, пузырчатка, телорез с острозубчатыми листьями на поверхности воды. В зоне растительности постоянно идет отложение и накопление растительных остатков. На дне и в мелководной зоне вместе с сапропелем при участии кислорода идет формирование торфяного слоя, вначале сапропелевого с большим количеством гуминовых кислот, а в дальнейшем и торфа.

В более глубокой камышовой зоне при большой массе растительного опада идет формирование настоящего растительного торфа (рис. 27). Со временем в мелководной зоне образуется осоковый торф, в глубоководной - камышовый или тростниковый. Водоем мелеет, дно поднимается и с годами полностью зарастает (заторфовывается).

Оказывают влияние на заполнение водоемов торфом и неукореняющиеся растения, особенно на участках, где нет ветра и волн. Вначале появляются трифоль, сабельник, белокрыльник с мощными корневищами, которые, переплетаясь, образуют плавающую растительность - сплавину.

Здесь в дальнейшем появляются и другие растения - осоки, вех, водяной лютик и др. Опад растений заполняет промежутки между корневищами. Образуется своеобразный «почвенный» горизонт в виде плотного плавающего ковра из различных растений (рис. 28). Со временем появляется моховая растительность, представленная мхами Callergon и Drepanocladus или сфагновыми и осоками. Образуется моховое и осоковое болото. Формирование торфа происходит со дна, где идет накопление сапропеля, илов (мут- ты). С течением времени весь водоем, заторфовываясь, превращается в болото.

Рис. 28. Схема нарастания сплавины на озеро:

1 - торф сплавины, 2 - ил (мутта), 3 - сапропелевый торф, 4 - сапропелит

Образовавшиеся болота со временем меняются. Первоначально возникшее на месте озера болото, как правило, богато питательными веществами. Это низинное, или евтрофное болото. Здесь достаточно азота, обычно с грунтовыми водами идет поступление и минеральных веществ (фосфора, калия). Тип водного питания вначале грунтовый. Появившаяся гигрофитная болотная растительность вызывает нарастание торфа и рост болота в высоту. Интенсивность роста торфяника в значительной степени зависит от вида растительности и скорости разложения растительного опада. По данным М.П. Елпатьевского, сфагновые мхи могут прирастать в высоту до 5-7 см в год. Однако торфонакопление идет медленнее. В верхних горизонтах мощность торфа может увеличиваться до 2-3 см в год. В зоне болот умеренного климата, где условия заболачивания и торфонакопления оптимальны, прирост торфяной залежи в нижних придонных слоях не превышает 1 мм в год.

Прирост болота в высоту постепенно изменяет характер водного питания. Если в начальном периоде при зарастании озер формируются болота низинного типа, где преобладает поступление воды снизу, то со временем по мере нарастания торфа поверхность болота поднимается относительно уровня грунтовых вод. Верхний слой болота, обладая крупными порами и большой пористостью, затрудняет подъем грунтовых вод к поверхности. Водный режим в значительной степени начинают определять атмосферные осадки, и низинный тип залежи постепенно переходит в верховой, при этом на промежуточном этапе длительное время низинная залежь сменяется на переходную (мезотрофную). При дальнейшем развитии болотообразовательного процесса на месте низинного болота может сформироваться верховое (олиготрофное) болото.

В различных условиях формирования не всегда верховые болота образуются на месте низинных, проходя через стадию переходных болот. На суходольных местах в понижениях, особенно на бедных песчаных почвах, сразу начинает формироваться верховое болото. Образующиеся в поймах рек, особенно в условиях намывного водного питания, болота длительное время могут оставаться в низинной или переходной стадии.

Рост болот происходит не только в высоту. Они «растут» и в горизонтальном направлении, заболачивая прилегающие земли. Интенсивность роста в сторону в значительной степени определяется уклоном и рельефом местности.

Исследования показали, что когда болото полностью заполняет впадину и его поверхность поднимается выше прилегающих территорий, иногда достигая нескольких метров, начинается заболачивание окружающих земель. По данным Н.И. Пьявченко, в Карелии в период интенсивного болотообразовательного процесса ежегодно возникало до 7 тыс. га болот. В настоящее время площадь болот в лесном фонде России составляет около 130 млн. га [35], и увеличение этой площади продолжается.

Рост болота в высоту можно определить по природным индикаторам - росянке или дереву сосны. Росянка каждый год образует одну пару листьев. Между этими парами годичный прирост. Со временем побег оседает в торфяный слой. Аккуратно откопав побег до определенной глубины и измерив глубину, где заканчивается побег, подсчитав число «мутовок» листьев, определяют возраст. Сопоставив возраст и глубину, находят прирост болота в высоту. Можно определить рост болота и по сосне. Всходы сосны появляются на поверхности болота, с ростом дерева растет и болото. Корневая шейка, оставаясь на бывшей поверхности болота, оказывается ниже фиксируемой поверхности болота в настоящее время. Измерив расстояние от поверхности болота до корневой шейки и сопоставив это расстояние с возрастом сосны, определяемым по годичным кольцам, находят рост болота в высоту.

По сосне же можно определить и рост болота в сторону. Сосна, росшая вблизи болота, при его наступлении оказавшаяся в болотных «объятиях», по причине ухудшения водно-воздушного режима и подъема грунтовых вод резко снижает прирост. Годичные кольца становятся более мелкими. Болото продолжает расти. Измерив расстояние от дерева до края болота и сопоставив это расстояние с числом мелких годичных колец, определяют годичный прирост болота в сторону. Величина прироста различна. В значительной степени она зависит от уклона прилегающей к болоту местности и может колебаться от нескольких сантиметров до нескольких метров. Среда обитания болотной растительности определяется водным и пищевым режимами для больших территорий однотипных болот. Малое число факторов, характеризующих среду обитания, вызывает резкую реакцию растений на небольшие изменения того или иного фактора.

Наиболее существенным из названных факторов, определяющим жизнь болот, является уровень грунтовых вод. В зависимости от положения этого уровня формируется соответствующая моховая и древесная растительность. На олиготрофных же болотах произрастают соответствующие виды сфагновых мхов. Так, при уровнях грунтовых вод, располагающихся вблизи поверхности, могут произрастать сфагнумы куспидатум и дузени. Сфагнум ангустифолиум может произрастать при уровнях грунтовых вод 3-5 см. При уровнях 6-25 см произрастает сфагнум магелланикум. Наиболее требователем к пониженному уровню грунтовых вод сфагнум фус- кум. Он произрастает при уровнях 26-37 см. Поэтому сфагнум фускум занимает наиболее высокое положение в микрорельефе. Таким образом, моховая растительность в определенной степени может служить индикатором среднего многолетнего уровня грунтовых вод на болотах.

Классификация болот. В ее основу положен тип водного питания, в значительной степени определяющий наличие в торфе питательных веществ. Торфяные залежи, виды торфа различают по трофности (trophe - греч. пища, питание). Выделены три основных типа болот: низинные (евторфные) - обогащенные болота, переходные (мезотрофные) - средние по богатству, олиготрофные (олиго - греч. мало) - бедные болота.

Для целей осушения СПбНИИЛХ предлагает более детальную классификацию типов болот (прил. 8), добавляя к вышеназванным трем типам (верховые, переходные, низинные) шесть подтипов: 1) низинные травяные (собственно низинные); 2) переходные травяно-сфагновые (начальная стадия переходного болота); 3) переходные бедные травяно-кустарничково-сфагновые (собственно переходные); 4) верховые пушицево-сфагновые (начальная стадия верхового болота); 5) верховые кустарничково-сфагновые (сформировавшиеся верховые болота); 6) верховые грядово-озерково-мочажинные (исключительно бедные верховые болота - дистрофные).

У каждого вида болота свои торфообразователи. Евтрофным болотам свойственны торфа: тростниковый, камышовый, хвощевой, осоковый, гипновый (представленный мхами Callirgon, Dreponocladus, Mnium), древесный - из остатков древесных растении, например, ольшаниковый. Мезотрофные болота формируются в условиях умеренного содержания питательных веществ или при переходе в процессе трансформации от низинной стадии к верховой, о чем сказано выше. Торф таких болот состоит из разных видов мхов и часто из кукушкина льна. Олиготрофные болота формируются в условиях низкого плодородия. Торфообразователями являются сфагновые мхи (фускум, медиум, пушица, шейхцерия, клюква, багульник, вереск). Торфообразователи дали название и видам торфа: сфагновый, шейхцериево-сфагновый, пушице-сфагновый и т.д.

Исследуя болота, измеряют глубину торфа, производят зондировку. При небольшой мощности торфа используют металлическую трость с боковым желобком вдоль трости. При большой мощности применяют сборный зонд из металлических свинчивающихся штанг. Для отбора образцов торфа одновременно с зондировкой используется специальный бур Гиллера. У такого бура имеется наконечник, состоящий из двух цилиндров: внутреннего и внешнего (рис. 29).

Рис. 29. Бур для изъятия образцов торфа

Внутренний цилиндр с прорезью неподвижно прикреплен к штанге, наружный (внешний) с острым выступом свободно перемещается на некоторую величину около внутреннего цилиндра, открывая в него прорезь (щель). При вращении на необходимой глубине через открытую прорезь во внутренний цилиндр поступает торфяная масса. Поворотом в обратном направлении щель закрывается и бур с образцом торфа извлекается на поверхность.

Вид торфа можно определить по ботаническому составу торфо- образователей, а также по следующим признакам.

Сфагновый торф - обычно бурого цвета, на воздухе темнеет. В торфе встречаются шейхцерия, клюква, вереск. Пушице-сфагновый торф - характерно присутствие пушицы в виде мочалообразных пучков черно-бурого, а иногда черного цвета. Древесный торф - черный, бесструктурный. Осоковый торф - цвет различный: от светло-коричневого до бурого, характерно присутствие стеблей осоки. Осоково-гипновый торф - цвет различный. Консистенция войлочная, плотность небольшая. Тростниковый торф - от светлого до темно-коричневого цвета, в зависимости от степени разложения. Характерно присутствие неразложившихся стеблей тростника.

Точно ботанический состав торфа можно определить в лабораториях под микроскопом по остаткам растений.

Важной качественной характеристикой торфа является степень разложения. Глазомерно степень разложения можно определить по таблице Варлыгина (табл. 12).

Таблица 12 - Признаки для определения степени разложения торфа (по Варлыгину)

По степени разложения торф принято делить на три категории: слабо разложившийся - 5-25 %, средне разложившийся - 25-45 %, сильно разложившийся >45 %.

Важной качественной характеристикой торфа является зольность: для верховых торфов зольность колеблется в пределах 2-4% и менее, для низинных - 10-20 %.

Кислотность торфа (pH) твердых критериев не имеет. Существует мнение, что низинный торф менее кислый - pH 5,5-5,7, верховой более кислый - pH 3,0-4,5.

Гидрология болот

На сформировавшихся болотных массивах с годами торфяная залежь приобретает своеобразное строение. В результате трансформации болот часто верхние горизонты резко отличаются от нижних. На основе многолетних исследований К. Е. Ивановым [10] и В. Д. Лопатиным [14] на болотах выделено два принципиально разных горизонта - деятельный (активный) и инертный. Деятельный горизонт - это верхний слой торфяной залежи. Мощность его часто ограничена глубиной 10-20 (реже 50-60) см. Этот горизонт находится в постоянном контакте с атмосферой. Для этого горизонта характерно: 1) колебание в его пределах уровней грунтовых вод; 2) высокая водопроницаемость; 3) изменение содержание влаги в течение вегетации; 4) периодический доступ воздуха, когда понижается уровень грунтовых вод; 5) хорошая аэрация и интенсивная микробиологическая активность и разложение торфа; 6) нахождение корневых систем.

Ниже деятельного располагается инертный горизонт, где отмечается постоянное наличие воды, отсутствие кислорода, а значит, и нет аэробных процессов, а также ничтожно малая водопроницаемость.

Наличие деятельного горизонта обеспечивает саморегулирование и устойчивость болотных систем. В деятельном горизонте коэффициент фильтрации сверху вниз снижается в 100-1000 раз. Такое распределение водопроницаемости обеспечивает быстрый сброс дождевых и весенних талых вод при незначительном понижении уровней грунтовых вод. Высокая порозность торфа (до 90-95 %) позволяет вместить в 10-сантиметровом слое 90-95 мм воды, а это часто больше, чем вся талая вода. При малых уклонах поверхности болот, при небольшом снижении уровней грунтовых вод прекращается горизонтальная фильтрация. При этом уровни грунтовых вод остаются высокими, не происходит обезвоживания торфяной залежи, изменения видового и количественного состава болотного фитоценоза, разрушения болотной системы, обеспечивается ее устойчивость.

Характеристики торфа и их особенности. Пористость - характеризуется наличием свободных промежутков между твердыми частицами (скелетом) торфа. Свойства твердых частиц торфа сильно отличаются от свойств частиц минеральных грунтов способностью изменять свои размеры при набухании. Таким образом, твердый скелет торфа непостоянен во времени и зависит от степени и длительности увлажнения. Пористость выражается коэффициентом пористости (е), как отношение объема пор А к объему частиц твердой фазы торфа В:

(83)

Общий объем пор в торфяных грунтах может достигать 95-98 %. Высокая пористость и большое количество крупных пор ограничивает подъем влаги по капиллярам к поверхности торфяной почвы. По исследованиям В.В. Романова [27, табл. 13] при положении уровней грунтовых вод на глубине 30-35 см к поверхности почвы влага от грунтовых вод практически не поднимается.

Таблица 13 -Количество капиллярной влаги над уровнем грунтовых вод на верховых торфяниках

Влагоемкость торфа. Общее количество воды, содержащейся в торфе, определяемое отношением объема воды V_в, заключенной в данном объеме торфа V_о к этому объему называется объемной влажностью торфа и выражается в долях от единицы или в процентах.

(84)

Предельное максимальное содержание воды определяет понятие полной объемной влажности или влагоемкости торфа.

Для определения влагоемкости торфа вырезают цилиндром (бур Каминского) образец торфа, помещают его в сосуд с водой 3-4 см и выдерживают до полного насыщения образца водой, поднимающейся по капиллярам. При этом воду в сосуде постоянно доливают и поднимают почти до поверхности бура (цилиндра). Опыт продолжается 15-20 дней.

Содержание влаги в торфяниках может колебаться от 87 до 98 % в зависимости от вида торфа, его ботанического состава и степени разложения.

Водоотдача торфа. Водоотдачей называют способность насыщенного водой торфа обеспечивать ее стекание под влиянием силы тяжести. Количественным показателем служит коэффициент водоотдачи - 5, который характеризуется отношением объема воды, стекающей из залежи выше уровня грунтовой воды, к полному ее объему в этом слое залежи. В естественных условиях водоотдача осуществляется при понижении уровней грунтовых вод послойно из слоев выше уровня грунтовых вод. Общее количество свободно вытекающей воды из грунта выше уровня грунтовых вод, отнесенное к единице объема торфа, выражает удельную водоотдачу.

Величина водоотдачи торфяной залежи зависит от следующих факторов: влагоемкости различных слоев торфа в залежи, распределения пористости в слое торфа над уровнем грунтовых вод и величины понижения уровней грунтовых вод.

В верхних горизонтах водоотдача выше, чем в нижних. В повышенных элементах болотного рельефа (кочках) коэффициент водоотдачи больше, а в пониженных (западинах, мочажинах) - меньше. В целом для грядово-мочажинного комплекса коэффициент водоотдачи составляет 0,40-0,57, для кочек - 0,58-0,65, для мочажин и западин - 0,30-0,48.

Величина водоотдачи характеризует (определяет) величину стока. Удельная водоотдача влияет на выбор расстояний между осушительными каналами, ее показатель входит в расчетные формулы (87, 88).

Водопроницаемость торфа. Водопроводимость торфяного грунта, как и любых пористых грунтов, численно характеризуется коэффициентом фильтрации. В торфяных грунтах, в отличие от минеральных, коэффициент фильтрации, а, следовательно, и водопроводимость, сильно варьируют на площади. Если на минеральных грунтах для одинаковой глубины различие водопроницаемости достигает 2-3-кратных расхождений, то на торфяных коэффициент фильтрации может изменяться на несколько порядков. На коэффициент влияют ботанический состав торфа, объемный вес твердой фазы (плотность), влагонасыщенность.

Однако основным физическим критерием, определяющим коэффициент фильтрации, является степень разложения торфа. По данным К.Е. Иванова [9, 10], для низинных осоковых, осоково-сфагновых торфов при степени разложения 25-30% коэффициент фильтрации (К_ф) колебался в пределах 0,002-0,01 см/сек, при степени разложения 40-55 % - 0,0002-0,002 см/сек. Для верхового слаборазложившегося торфа (10-20 %) К_ф - 0,002-0,007 см/сек, при степени разложения 35-45 % К_ф - 0,00025-0,001 см/сек.

Кроме увеличения степени разложения торфа на водопроводимость его влияет «набухание» частиц торфа за счет внутриклеточной влаги. При набухании внутриклеточная вода закупоривает пористые промежутки, снижая передвижение влаги. Необходимо учитывать и явление анизотропности. При формировании торфяного грунта стебли мха, опадая, располагаются горизонтально, и фильтрующаяся вода движется вдоль них, увеличивая «длину пути» и меняя направление. В таких случаях отмечаются большие различия фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях. С глубиной водопроницаемость падает. В верхнем деятельном горизонте К_ф выше, чем в инертном, в десятки и тысячи раз.

Осушение изменяет водопроницаемость торфа. После осушения скелет торфа уплотняется, при этом уменьшается активная пористость, а с нею и коэффициент фильтрации. Исследования на осушенных болотах при лесовыращивании показали действительное снижение водопроницаемости в первые годы после осушения. Однако с годами по мере развития корневых систем корни «армируют» торфяной горизонт в верхних слоях, увеличивая активную порозность и водопроницаемость.

Сток с болот. Освоение и использование болот и заболоченных территорий должно проводиться с учетом сохранения окружающей среды и воспроизводства природных ресурсов.

Формирование и внутригодовое распределение стока на неосушенных и осушенных болотах имеет свои особенности. На развитых неосушенных болотах имеется, как правило, выпуклая центральная часть и краевые ложбины на границе торфяной залежи с незаболоченной частью водосбора. Сток с болот и его внутригодовое распределение обусловлены, в основном, различием водопропускной способности деятельного и инертного горизонтов. При весеннем снеготаянии, на период которого приходится большая часть годового стока, талые воды быстро сбрасываются с центральных участков болота по деятельному горизонту в краевые ложбины. По ложбинам вода поступает в водотоки и питает реки. Этим вызывается быстрый подъем воды в реках весной. Летом грунтовые воды понижены часто за пределы деятельного горизонта и сток по нему либо прекращается, либо остается крайне низким. Если в краевых ложбинах нет воды, то ее сток в ручьи с болот также прекращается или оказывается незначительным. Длительность пре<