Болотні грунти

Болотні грунти широко розповсюджені на земній кулі в різних природно-кліматичних зонах, але головні їх площі знаходяться в тундрі, бореальних і тропічних лісах на великих водно-акумулятивних рівнинах (площа складає майже 392 млн. га). На Україні площа боліт і заболочених земель становить приблизно 5,5 млн. га,а власне боліт – 1,17 млн. га. Найбільші площі боліт знаходяться в Поліссі, Лісостепу, Карпатському регіоні. Заболоченість території України зменшується, загалом, з північного заходу на південний схід.

Причиною максимального утворення боліт у Поліссі є знижена рівнинна поверхня території, високий рівень залягання грунтових вод (0,2-5м), повільний річковий стік, розтягнуті весняні повені, велика кількість опадів, зменшена сонячна радіація тощо. Великою заболоченістю характеризуються: Нечорноземна зона Росії, Західносибірська низовина, Далекий Схід, Білорусь, країни Прибалтики.

Утворення боліт, за В.Н.Сукачовим, може йти двома шляхами: заболоченням суші й заростанням (наростанням) водоймищ.

Заболочення суші відбувається за рахунок, в основному, особливих геоморфологічних умов, поселення специфічної рослинності та дії людини. Серед гідроморфічних умов слід відзначити такий їх комплекс: велика кількість опадів при малій випаровуваності (Кз>1), знижені ділянки місцевості з утрудненим стоком води, рівнини з відсутнім стоком, місця виклинення грунтових вод.

Рослинний фактор відіграє суттєву роль у формуванні боліт. Часто заболочуються лісові хвойні масиви. Це пов'язано з утворенням під хвойною рослинністю щільного І- горизонту як передумови застою вологи. У таких місцях поселяється вологолюбна рослинність, а в кінцевому результаті і сфагнові мохи, які, маючи вологоємність 1500-3000%, сприяють подальшому перезволоженню поверхні грунту й утворенню болота, в надрах якого знаходяться залишки лісової рослинності.

Негативна діяльність людини з вирубки лісу, а також лісові пожежі різко змінюють гідрологічний режим території, сприяючи її заболоченню.

На території України формування болотних грунтів відбувалось переважно завдяки процесам поступового замулення, обміління та заростання (наростання) водоймищ рослинністю.

Заростання властиве водоймам з похилими берегами. Рослини-торфоутворювачі формують концентричні пояси: найглибші ділянки займають водорості, потім – занурені у воду рослини (ряска, тілоріз, рдест), ближче до берега – водяні лілії, очерет, комиш, великі осоки, біля берега – дрібні осоки. Кожен пояс рослинності відкладає на дні водоймища органічні залишки специфічного ботанічного складу. Заповнюючи водойму, ці кільця зсовуються до центру, а шари торфу однакового ботанічного складу утворюють у тілі болота похилені до центру пласти.

На дні водойми осідає велика кількість відмерлих тварин і рослин, планктону. Вони змішуються з мінеральними частками й формують щільну драглеподібну масу – сапропель, потужністю 10-15 см. Він жовтий, сірий, бурий і навіть чорний із зеленкуватим відтінком; поступово ущільнюється, утворюючи сапропеліт і сапропелеве вугілля.

Отже, за 5-100 років водоймище, залежно від його розмірів, може повністю заповнитись органічними залишками й утворитись болото.

Якщо береги водоймища круті й достатньо захищені від вітру, йде наростання на відкриту водну поверхню мохового покриву, поселення на ньому осоки, шейхцерії тощо. Потім розвиваються болотні чагарники. Утворюється так звана сплавина, яка поступово ущільнюється, розростається й вкриває водну поверхню. При цьому таким болотам властиві "вікна" – невеликі ділянки водної поверхні.

Утворення боліт, крім оглеєння мінеральної маси, характеризується ще й торфоутворенням – накопиченням на поверхні ділянки напіврозкладених рослинних решток. Причина цього явища – сповільнена їх мінералізація й гуміфікація в умовах надлишкового зволоження й нестачі кисню. В анаеробних умовах утворюються проміжні продукти розкладу у вигляді низькомолекулярних органічних кислот, які ще більше пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів, що мінералізують і гуміфікують рослинну масу.

На відміну від гумусоутворення, при торфоутворенні біологічний кругообіг речовин загальмований, зольні елементи й азот слабо залучаються в нові цикли, тому в торфі спостерігається нестача елементів живлення рослин. У більшості випадків постійний анаеробіозис характерний тільки для нижніх шарів торф'яного болота, у верхніх його горизонтах періодично виникають аеробні умови, тому там можуть формуватись горизонти сильно розкладеного торфу (ТН) або навіть мінералізованого (ТС).

Торфоутворювачами можуть бути різні рослини: трави (осока, пушиця, очерет, війник, шейхцерія, рогоза, хвощі, папороті), чагарники (багно, голубиця, підбіл, журавлина, верба), дерева (вільха, береза, сосна, ялина), мохи (білі сфагнові, зелені гіпнові, зозулин льон). Видовий склад рослин-торфоутворювачів характеризується поняттям ботанічний склад торфу. Виділяють за ним такі види торфу й роди торф'яних грунтів: деревинний, деревинно-осоковий, деревинно-моховий, сфагновий тощо. Від ботанічного складу значною мірою залежить здатність торфу мінералізуватись, а значить – і властивості торф'яних грунтів. Найшвидше мінералізуються мохові торфи, най-повільніше – деревинні.

Зольність торфу – процентний вміст в ньому зольних елементів. Порівняно з іншими грунтами, вміст зольних елементів у торфі дуже низький (0,5-20%о), а в мінеральних – 80-99%. Згідно з останньою класифікацією торф'яних грунтів за зольністю вони поділяються на: малозольні (<12% золи); середньозольні (12-30); багатозольні (30-50); мінерально-органічні (50-70); органо-мінеральні (70-85); доцільно також виділити горілий торф (>85%).

Ступінь розкладу торфу – співвідношення між розкладеним органічним матеріалом (темною аморфною масою) і тим, який зберіг свою рослинну клітинну структуру. Визначається морфологічно під мікроскопом: слаборозкладені (5-20%о); середньорозкладені (20-40); гуміфіковані (40-60); перегнійні (60-80); мінералізовані (>80%).

Залежно від водного режиму, гідрохімічних умов, характеру рослинності й ботанічного складу торфу, виділяють три типи боліт: низинні, перехідні та верхові. Виникнення цих трьох типів найкраще простежується за еволюцією болота, що утворилось при заростанні водойми. У даному випадку стадії еволюції такого болота збігаються з типами боліт.

Перша стадія еволюції: низинне болото. Потужність торфу не перевищує висоти капілярного підняття грунтових вод і тому в торф надходять води, що містять порівняно високу кількість мінеральних речовин. Розвивається вимоглива до умов мінерального живлення рослинність: злаки, осоки, верба, береза, вільха. При їх розкладі утворюється високозольний торф (7-15%о), часто сильно-розкладений (30-60%), слабокислий або нейтральний, з великим вмістом валового азоту (4%> і більше), фосфору (0,2-0,4%)) – інколи у вигляді вівіаніту.

Друга стадія еволюції: перехідне болото. З наростанням торфовища вверх відбувається відрив його від грунтових вод, головним джерелом поживних речовин стають дощ, пил. Отже, погіршується поживний режим, злакова рослинність замінюється менш вимогливими пушицею, шейхцерією, гіпнумом, болотною сосною. На купинах ростуть багно, підбіл, вереск, голубиця. Проходить підкислення середовища, зменшується зольність, кількість фосфору тощо.

Третя стадія еволюції: верхове болото. Йде подальше нарощування шару торфу, він повністю відривається від грунтового живлення. У торфовищі розвивається промивний водний режим, спостерігається виніс зольних елементів із нього, накопичуються Fe, A1. Серед рослинності панують мохи. Зольність, ступінь розкладу незначні. Верхове мохове (сфагнове) болото – завершальна стадія його розвитку. В центрі нього може виникнути опуклість із моху висотою до 5 м.

Отже, типи боліт значно залежать від умов їх мінерального живлення. При заболоченні суші, залежно від хімічного складу води та ТВЖ, також можуть виникати різні типи боліт. При заболоченні атмосферними водами безкарбонатних легких порід, що підстилаються важкими, поселяються мохи й утворюються болота верхового типу. При заболоченні жорсткими грунтовими водами, які містять велику кількість мінеральних сполук, розвивається різноманітна рослинність і утворюються низинні болота. Аналогічні виникають також при заболоченні алювіальними водами. Далі вони можуть переростати в перехідні й верхові.

Болотний грунт – продукт розвитку специфічного ландшафтного утворення – болота.

Болотний грунт– це верхній шар болота, в якому спостерігаються змінні окисно-відновні процеси, тобто це його "діяльний" шар, утворений за рахунок торфоутворення і (рідше) оглеення.

Класифікація болотних грунтів в Україні досить детально розроблена. Типи болотних грунтів виділяються за типом боліт, на яких вони утворились: верхові, перехідні, низинні (табл. 17). В Україні переважають низинні торф'яні грунти (95%).

Таблиця 17. Класифікація болотних грунтів

Типи відрізняються багатьма властивостями. Головною причиною цього є характер мінерального живлення : верхові й перехідні – бідні, бо джерелом мінеральних речовин є малозольні рослини, атмосферні опади й пил, а низинні – порівняно багаті, бо живляться переважно грунтовими й намивними водами. Порівняльна характеристика фізико-хімічних та фізичних властивостей цих грунтів буде наведена нижче.

Підтипи болотних грунтів виділяються за потужністю торфового горизонту. Цей показник головний для польової діагностики болотного грунту.

Мінеральний болотний грунт. Для нього характерна сильне оглеєння всього профілю, багато напіврозкладених залишків болотної рослинності, розвинена гумусована частина:

Ho(t) – оторфований горизонт землистої гумусованої маси, потужністю від 0 до 10 см;

HGl – гумусовий, глейовий, темно-глянцевий, безструктурний або крупнобрилистий, в'язкий, іржаво-вохристий, від 10 до 30 см;

HPGl – перехідний, сильно оглеєний, світліший від попереднього, в'язкий, з багатьма бурими плямами, від 30 до 80 см;

PGl – материнська порода, в'язка, з включеннями вівіаніту.

Мулувато-глейовий грунт. Утворюється в мілководдях, на сапропелі, мулі, характеризується слабооторфованою підстилкою потужністю до 10 см.

Торф'янисто-глейовий грунт має потужність Т до 30 см.

Торф'яно-глейовий – потужність Т від 30 до 50 см:

Т₁ (0-18 см) – середньорозкладений торф, мохово-осоковий, переплетений корінням, середньозольний, по ходам коренів – іржаві плями залізистих сполук;

Т₂ (19-49 см) – слаборозкладений торф, мохово-осоково-комишовий, плитчастий, мінеральні прошарки, раковини молюсків;

PGl (49-115 см) – алювіальний суглинок, глейовий, сизувато-білий, з іржавими плямами, в'язкий, зустрічаються не розкладені залишки осоки, рогози, очерету.

Торф'янігрунти: неглибокий – Т=50-100 см, середньоглибокий – Т=100-200 см, глибокий -7=200-400 см, надглибокий – Т більше 400 см.

Опис типового торф'яного середньоглибокого грунту (рис. 37):

Т₁ (0-20 см) – верхній темно-бурий, добре розкладений, переплетений дрібними коренями, зернистий, перехід ясний;

Т₂ (21-55 см) – середньорозкладений торф, плитчастий, збагачений раковинами, рідко зустрічається вівіаніт, Fe-Mn-стягнення, перехід поступовий;

Т₃ (55-160 см) – слабко розкладений осоко-во-комишовий торф, раковини, плитчастий, перехід різкий;

PGl (глибше 161 см) – білясто-сизий луговий мергель.

Рис. 37. Болотний низинний торф'яний грунт

Перегнійно-глейовийгрунт. Найчастіше – це давно освоєні торф'яні грунти з добре розкладеним і мінералізованим верхнім горизонтом, під яким може бути Т або перехід до материнської породи: HT+HPgl+PGlабо HT+T₁+T₂+PG1.

Роди болотних грунтів виділяють за якісним складом золи: карбонатні (закипають); залізисті (Fe₂O₃>6%); вівіанітові (Р₂O₅>0,7%); засолені (водорозчинних солей >0,6%), а також за ботанічним складом.

Як за будовою профілю, так і за властивостями, болотні органогенні грунти різко відрізняються від мінеральних (і болотних, і автоморфних). Головна відмінність, що визначає всі властивості, – переважання в складі їх твердої фази органічної речовини у вигляді торфу (до 95%). А сам торф, як органічна маса, має специфічні властивості, що і надає оригінальності торф'яним грунтам. Для органічної маси характерний високий ступінь дисперсності, що є причиною великої питомої поверхні твердої фази, а звідси – високої вологоємності (наприклад, гігроскопічність складає 20-30%), великої ЄП (до 120-140 мг-екв).

У зв'язку з переважанням органічної маси в складі твердої фази болотні органогенні грунти характеризуються малим вмістом мінеральних речовин, особливо важливих з агрохімічної точки зору Р і К. Азоту в торф'яних грунтах, на відміну від мінеральних, багато, але він знаходиться в недоступній органічній формі. Хоча органічної речовини багато, гумусу в її складі відносно мало – максимум 20-30%, у його складі переважають фульвокислоти. У зв'язку з високою вологоємністю і порівняно низькою вологопроникністю, природна вологість цих грунтів складає 85-95% від об'єму. Невелика теплопровідність і значна теплоємність органічної речовини роблять ці грунти "холодними", вони швидко замерзають і повільно розмерзаються.

Властивості торф'яних грунтів значною мірою залежать від зольності й ступеня розкладу торфу. Тому типи торф'яних грунтів мають досить суттєві відмінності (табл. 18). Зольність торфу низинних боліт – до 25%, верхових – ледве досягає 5%. Кислотність пов'язана з вмістом зольних елементів: верховий торф має високу кислотність, а реакція низинного торфу слабокисла або нейтральна й навіть слаболужна при зволоженні жорсткими водами. Торф відрізняється високою ЄП, але СВО варіює в широкому діапазоні: від 15-20% у верховому до 70-80% і більше у низинному. Вологоємність низинних торф'яників значно нижча у зв'язку з більшим ступенем розкладу та зольністю, за цією ж причиною виникає різниця у показниках щільності та щільності твердої фази (верхові – значно менше одиниці, низинні – дещо більше одиниці).

Таблиця 18. Хімічний склад і фізичні властивості торф'яних грунтів

У процесі розкладу змінюються й морфологічні властивості торфу. Розклад торфу відбувається в результаті фізичного розпаду відмерлих частин рослинності, перегнивання та окиснення. Утворюються різноманітні сполуки розкладу, і торф із відносно світлого волокнистого перетворюється в землисту одноманітну масу. Вологість низинного торфу в природних умовах складає 86-90% об'єму, верхового – 90-94%, що пояснюється дуже пухкою будовою й великою пористістю його. Зі збільшенням ступеня розкладу торфу підвищується його щільність, зменшуються пористість і водоутримувальна здатність, запас недоступної вологи й водопроникність.

Дуже сильно змінює властивості болотного органогенного грунту його осушення й сільськогосподарське використання: посилюються аеробні процеси, прискорюється мікробіологічний розклад. Загалом, зміни торф'яного покладу в цьому випадку відбуваються у два етапи: 1) просадка поверхні – суто фізичний процес за рахунок відводу надлишку води; 2) осідання – це втрати від розкладу й мінералізації. Далі ці два процеси з'єднуються, відбувається "спрацювання" торфу, що призводить до інтенсивного зменшення потужності його, збільшення щільності, ступеня розкладу, зольності, рН, вмісту Р та К, зменшення вологоємності (див. табл. 18). Різко змінюється водний режим – від водонасиченого до промивного й навіть періодично випітного, загалом погіршується температурний режим. Профіль осушеного грунту в результаті зміни грунтотворного процесу ділиться на дві частини: верхню, діяльну, та нижню – із вихідними режимами та властивостями.

Торф'яні грунти в природних умовах малопродуктивні. Завдяки меліорації й правильному використанню вони перетворюються в родючі Грунти. Загалом, існує два шляхи використання торф'яних грунтів:

1) Торф використовують як добриво. Тут можливі такі варіанти: а) безпосереднє внесення торфу в грунт, що, з точки зору грунтознавства, нераціонально, оскільки торф швидко мінералізується, служить в основному тільки джерелом азоту й суттєво не покращує властивості грунту; б) торф використовують як підстилку для великої рогатої худоби. Краще з такою метою використовувати верховий торф, що має високу поглинальну здатність. Отриманий торф'яний гній є цінним добривом; в) використовувати торф для виготовлення компостів. Для цього до торфу додають вапно, золу, фосфорні добрива.

2) Болотний торф'яний грунт використовують як земельний фонд. У даному випадку треба мати на увазі ряд серйозних проблем, які при цьому виникають. Торф'яні грунти потребують забезпечення двостороннього регулювання водного режиму при їх меліорації для того, щоб попередити надмірний розклад, мінералізацію та гідрофобізацію торфу, а також вітрову ерозію. Перед включенням торф'яного болота в сільськогосподарське використання необхідно ретельно вивчити територію, яка відводиться під осушення, спрогнозувати можливі екологічні зміни, обгрунтувати доцільність і можливість проведення меліоративних робіт. У зв'язку зі специфікою теплового режиму необхідно забезпечити його регулювання – проведення теплових меліорацій, в тому числі активний обігрів грунту. Важливим є забезпечення оптимального рівня поживного режиму. В перші роки використання потрібно стимулювати вивільнення азоту з органічної речовини, а в подальшому – оптимізувати; необхідно обов'язкове внесення Р, К, мікродобрив, особливо – міді. Актуальним при використанні даних грунтів є боротьба з можливими пожежами, втратами речовин з дренажним стоком, вітровою ерозією. Грунти потребують специфічної агротехніки вирощування сільськогосподарських культур і системи обробітку, щоб стримувати надмірні втрати торфу: мінімалізації обробітку, насичення травами сівозмін. Найефективніше використовувати як земельний фонд низинні торф'яні грунти. Необхідно також залучати так звані випрацювані болотні грунти, з яких раніше видобували торф з різною метою.

За даними Трускавецького Р.С. (1984), на торф'яних грунтах Сарненської НДС (Волинська область) у процесі їх осушення й освоєння приріст мінерального залишку в рік складає 0,04-0,1%, а втрати органічної речовини досягають 7-10 т/га за рік.

Якщо внесення піску в торф'яний грунт перш за все регулює його тепловий режим та водно-фізичні властивості, то внесення суглинку й Са- чи Fe-вмісних матеріалів у невеликій дозі (як добавки) спричиняє активну взаємодію мінерального субстрату з органічною речовиною торфу, утворення органо-мінеральних сполук, зменшує міграційну здатність рухомої частини як органічної, так і мінеральної природи, тим самим сприяючи зменшенню забруднення дренажних вод і стабілізації позитивних властивостей органогенного грунту (Р.С.Трускавецький, 1984; С.М.Максименко, 1983).

Для забезпечення оптимального водного режиму, вологість у кореневмісному (0-50 см) шарі торф'яного грунту в умовах Полісся України в перший період вегетації слід підтримувати максимально допустимою (80-77% ПВ) з поступовим зниженням її у другий і третій періоди росту і розвитку до оптимальних меж (65-60% ПВ), а в четвертому -до мінімально допустимої (62-58% ПВ) (М.О.Клименко, 1990).