Природные особенности выработанных торфяников

 

Выработанные торфяники представляют собой специфи­ческие природные и антропогенные образования. На них со­здаются особые гидрологические, температурные и почвенные условия.

В зависимости от степени выработки торфяника формирование почвы происходит: из остаточного слоя торфа; из остаточного слоя торфа и грунта. Кроме того, тип почвообразования зависит от типа торфяника, гидрологического режима и состава растительности.

Большое разнообразие выработанных торфяников, обу­словленное генетическими особенностями, а также техноген­ными условиями (величиной остаточного слоя торфяной залежи, способами добычи торфа и др.), определяет своеобра­зие водно-физических свойств и водного режима.

Отличительной чертой выработанных торфяных почв явля­ется существенное различие физических свойств оставшегося слоя торфа и нижележащей породы, что влияет на формирование водного режима и условия произрастания культурных растений. Так, подсти­лающая торф порода может быть представлена песком, супесью, оглеенными глинами, сапропелем, органоминеральными отложения­ми (например, торфовивианиты). Нередко, особенно при скреперно-бульдозерной добыче, минеральные горизонты выходят на поверхность. Это необходимо учиты­вать при проектировании рекультивационных работ и реконструкции осушительной сети.

Придонный слой торфа, оставшийся после выработки, отличается худшими водно-физическими свойствами. При длительном нахождении под давлением толщи торфяной залежи, он уплотнен, имеет более высокую объемную массу, пониженную порозность и водопроницаемость.

Особенно наглядно можно проследить различия водно-физических свойств остаточного слоя торфа на примере торфовыработок болота Боровое. Нашими исследованиями установлено, что на участках, где сохранился торфяной горизонт, водно-физические свойства имеют значения близкие к торфяно -и торфянисто-глеевым почвам. А участки, где торф выработан полностью, характеризуются показателями, свойственными для песчаных и супесчаных почв.

 

Объемная масса выработанных торфяных почв, г/см³

Болото Боровое

Остаточный слой торфа, м	Глубина, м
	0-0,1	0,1-0,2	0,2-0,3	0,3-0,4	0,4-0,5
0,35 0,20 отсутствует	0,365 0,477 1,155	0,354 0,391 1,372	0,448 0,908 1,565	0,584 1,578 1,558	1,613 1,544 1,558

 

Важным показателем, характеризующим твердую фазу (скелет) торфовыработки, является плотность. На болоте Боровое на участках с торфяным горизонтом от 0,20 до 0,35 м она, как и объемная масса, соответствовала значениям торфянисто-глеевой почвы. На участках, где торф отсутствовал – песчаным и супесчаным (2,40 - 2,64 г/см³).

 

Плотность выработанных торфяных почв, г/см³

Болото Боровое

 

Остаточный слой торфа, м	Глубина, м
	0-0,1	0,1-0,2	0,2-0,3	0,3-0,4	0,4-0,5
0,35 0,20 отсутствует	2,00 2,09 2,40	1,97 2,05 2,46	1,97 2,53 2,57	2,37 2,83 2,55	2,55 2,40 2,64

 

Одним из самых важных показателей водно-физических свойств является наименьшая влагоемкость. На выработанных торфяных почвах существенное влияние на ее значение оказывает величина остаточного торфяного горизонта, обладающего высокой водоудерживающей способностью. Минимальная величина наименьшей влагоемкости установлена на участках, где отсутствует торфяной горизонт. Ее значение в верхнем полуметровом слое составляет 108,2 мм.

 

Влагоемкость и порозность выработанных торфяных почв

Болото Боровое

 

Остаточный слой торфа, м	Глубина,м	Влагоемкость, мм		Порозность аэрации, %
		полная	наименьшая
0,50	0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5	66,3 79,1 89,6 88,8 86,0	50,9 68,9 58,0 66,2 62,4	15,4 10,2 31,6 22,6 23,6
отсутствует	0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5	51,8 44,2 39,1 38,9 40,9	23,7 28,9 24,3 13,1 16,4	28,1 15,3 14,8 25,8 24,5

 

Максимальное значение наименьшей влагоемкости зафиксировано на участке с торфяным слоем 0,5 м - 306,4 мм, что в 2,8 раза больше, чем при его отсутствии. Участки с торфяным слоем 0,20 - 0,35 м занимают промежуточное положение (162,3 - 191,7 мм).

Уровень грунтовых вод на торфовыработках колеблется в довольно больших пределах и повторяет изменения водности года и его сезонов. Сезонные изменения уровней грунтовых вод обусловлены метеорологическими факторами и могут быть сведены к следующим фазам:

- весеннее максимальное положение как следствие поступления талых вод;

- летнее снижение, вызываемое превышением испарения и дренажного стока;

- осенний подъем, определяемый выпадением дождей при пониженной интенсивности испарения;

- зимнее глубокое стояние (более 2 м) вследствие того, что отток грунтовых вод превышает приток, главным образом из-за расхода воды на миграцию в промерзающий слой.

С целью оптимизации водного режима в первую очередь проводят реконструкцию мелиоративной сети с учетом требований направления дальнейшего использования. Для торфовыработок очень опасно излишне интенсивное осушение, лишающее грунтовые воды участия в водообеспечении растений. В качестве предупредительной меры может использоваться весеннее насыщение почвы водой до полной влагоемкости к началу активного отрастания трав. Затем (через 3 - 6 дней) необходим сброс воды до уровня 0,5 м. После этого устанавливается заданный режим уровня грунтовых вод (0,8 - 1,0 м). Неравномерность остаточного слоя торфа, уровня залегания грунтовых вод, обусловленная невыровненностью рельефа болотного дна, неблагоприятно отражается на водном режиме выработанных торфяников, делает его крайне неустойчивым как по территории массивов, так и во времени.

Таким образом, неустойчивый водный режим выработанных торфяных почв определяет необходимость его регулирования известными в мелиорации способами. Поэтому обязательна реконструкция осушительной сети выработанных торфяных почв, предусматривающая оптимизацию водного режима.

 Температурный режим

 

Температурный режим влагоемких торфяных почв оказывает на урожай большее влияние, чем глубина стояния грунтовых вод. Торфяные выработанные почвы характеризуются неблагоприятным температурным режимом. В связи c высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью торфяные выработанные почвы относятся к категории «холодных». Низкая теплопроводность и сильная отдача тепла поверхностными слоями являются основной причиной частых заморозков на торфяниках. Низкой теплопроводностью торфяников объясняется медленное их оттаивание и прогревание весной практически при любой влажности. Весь поток тепла концентрируется в верхних слоях. Поверхностный слой осушенных торфяных выработанных почв прогревается в отдельные периоды до 50 - 60ºС.

Выработанные торфяные почвы характеризуются большой амплитудой колебания между дневной и ночной температурами, резкими сменами тепла и холода в течение вегетационного периода. Они оттаивают и прогреваются медленнее минеральных почв.

Исследования, проведенные на выработанных торфяниках болота Тарманское, показывают, что сумма среднесуточных температур на глубине 0,05 м ниже на 350 - 450º, 0,2 м – на 600 - 800ºС, чем на рядом расположенных минеральных почвах.

Максимальная температура остаточного слоя торфа на глубине 0,2 м в течение лета не превышает 13 - 16º (на минеральных землях соответственно 18 - 20º).

Недобор суммы положительных температур пахотного слоя приходится на весенний период, когда на торфовыработках имеется мерзлота.

Оттаивание выработок начинается в конце марта, начале апреля. К началу вегетации почва оттаивает неглубоко (0,15 - 0,18 м). Оттаивание идет практически только сверху и незначительно снизу. Интенсивность его определяется температурой воздуха и заканчивается на одном и том же участке в разные сроки июня, июля и даже в августе.

Таким образом, в мерзлом состоянии торфовыработки находятся 7 - 8 месяцев, что оказывает существенное влияние на их температурный режим. Медленное оттаивание является главной особенностью выработанных торфяных почв. Для выработанных торфяных почв характерен специфический температурный режим, что обязательно нужно учитывать при подборе и выращивании сельскохозяйственных культур.

Агрохимическиесвойства

Выработанные торфяные почвы обладают разными агрохимическими свойствами в зависимости от ботанического состава, степени разложения, зольности и величины остаточного слоя торфа, а также типа водного питания.

Общее количество азота, как правило, довольно высокое (2,0 - 2,3%), но азот находится в недоступной для растений форме (около 80% всего количества). Общее содержание фосфора в остаточном слое может варьироваться в широких пределах (до 2,5% в вивианитовых торфах), содержание калия обычно низкое (менее 0,02%).

Питательный режим характеризуется слабой обеспеченностью элементами питания растений. Несмотря на значительные запасы общего азота эти земли часто бывают бесплодными из-за отсутствия доступных для растений форм данного элемента.

Торфяный горизонт выработанных залежей, как правило, беден подвижными формами фосфорной кислоты. Только в местах образования вивианитов содержание P₂O₅ составляет более 75 мг на 100 г сухого торфа, но такие участки встречаются редко. Очень мало в остаточном слое соединений калия. Подстилающий минеральный грунт несколько богаче подвижными соединениями фосфора и калия, но практически не содержит усвояемого азота.

Оставшийся после выработки слой наиболее крупного Тарманского болота представлен низинным осоковым торфом со степенью разложения около 20%, зольностью 5,5 - 5,7%, pH 6,7 - 7,0, гидролитической кислотностью 2 мг/экв на 100 г почвы, содержанием валовых запасов азота – более 2,3%, в том числе водорастворимого – 0,18, фосфора – 0,23, калия – 0,11%.

Особенностью выработанных торфяных почв является низкая биологическая активность и слабая способность остаточного слоя торфа к накоплению элементов питания без дополнительных мероприятий. Биологическая активность остаточного слоя торфа выработанных торфяных почв в зоне южной тайги даже по истечении 20 лет после окончания добычи торфа в 1,5 – 2 раза ниже, чем в верхнем слое целинной части этого торфяного месторождения.

Следовательно, основной особенностью торфовыработок является то, что в первые годы на них практически не возможно получить хозяйственно ценный урожай без применения удобрений.

При освоении выработанных торфяников необходимо учитывать перечисленные особенности и не подходить к ним с той меркой, которой пользуются при определении хозяйственной ценности торфяно-болотных почв.

 

2. Требования к рекультивации земель, нарушенных при добыче торфа, и направления их использования

 

При рекультивации выработанных торфяников должны выполняться следующие требования:

- проведение рекультивации выработанных торфяников сразу после окончания эксплуатации залежей;

- планировка и очистка площадей от пней и древесины;

- срезка бровки у каналов на площадях, выработанных фрезерным способом;    

- обеспечение сохранности в исправном состоянии осушительной и водоотводящей сети, гидротехнических сооружений, используемых в период добычи торфа;

- освоение торфяников, выработанных фрезерным способом, преимущественно под сельскохозяйственные угодья;

- создание на выработанных торфяниках, непригодных для сельскохозяйственного использования, лесных насаждений, водоемов различного назначения и охотничьих хозяйств;

- проведение противопожарных мероприятий.

Состав работ по технической рекультивации выработанных торфяников следующий:

- предварительное мелиоративное обустройство, включающее
предварительное осушение и выравнивание поверхности выработанного месторождения;

- строительство новой или реконструкция существующей осушительной сети;

- культуртехнические работы с набором различных структурно-проективных способов (планировки, известкования, землевания и т. д.).

Предварительное мелиоративное обустройство территории - это, прежде всего, мероприятие, относящееся к карьерам экскаваторной добычи, поскольку вышедшие после фрезерной разработки торфяные поля ровные и не имеют глубоких выемок.

Предварительное обустройство включает строительство временной водоотводной сети для сброса воды из замкнутых траншейных выемок и выравнивание поверхности карьера для ликвидации перемычек.     

При проектировании мелиоративной системы на выработанных торфяниках следует использовать отдельные элементы или части существующие в удовлетворительном состоянии. Линии и насыпи железных узкоколейных дорог, предназначенные для вывоза торфа, разбираются.

На фрезерных полях проводящая и ограждающая сеть, работающая исправно, реконструируется для последующего целевого использования. Все разрушенные картовые каналы и непригодные к эксплуатации проводящие каналы засыпаются грунтом из кавальеров и подштабельных полос (места складирования торфа).

Для регулирования водного режима и снижения опасности возникновения пожаров на осушаемых торфяниках проектируется увлажнение с помощью шлюзования или дождевания.

Культуртехнические работы проводятся по типовым схемам, в которые могут включаться известкование и землевание торфяных почв.

Направление рекультивации земель представляет собой определенное целевое использование нарушенных земель в народном хозяйстве. Различают следующие направления рекультивации земель:

- сельскохозяйственное направление (создание на выработанных торфяных площадях сельскохозяйственных угодий);

- лесохозяйственное направление (создание лесных насаждений различного типа);

- рыбохозяйственное направление (создание в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов);

- водохозяйственное направление (создание в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения);

- рекреационное направление (создание объектов отдыха);

- санитарно-гигиеническое направление (биологическая или техническая консервация нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически неэффективна).

Выбор направления рекультивации после разработки торфяного месторождения должен основываться на совокупном учете и оценке экономических, социальных и экологических условий. Основными критериями пригодности торфяных месторождении после сработки на нем промышленных запасов торфа являются геоморфологические условия их залегания, стратиграфия торфяной залежи и характеристика придонного слоя торфа. В равных условиях предпочтение надо отдавать сельскохозяйственному производству как наиболее эффективному способу возврата инвестиций.

С точки зрения экономической целесообразности и охраны природных ландшафтов направление дальнейшего использования выработанных торфяных месторождений определяется в основном геоморфологическими условиями образования торфяного месторождения. Например, при расположении месторождения на склонах надпойменных террас или староречий предпочтительнее сельскохозяйственное использование. Выработанные месторождения, расположенные в сточных котловинах на равнинных землях, могут иметь многоцелевое использование с преимуществом сельскохозяйственное. Карьеры торфяных месторождений, находящиеся в бессточных котловинах на поймах, как правило, используют как водохозяйственные. При расположении в неглубоких междуречных впадинах – как лесохозяйственное.

Сельскохозяйственное использование. Использование выработанных торфяных площадей под сельскохозяйственные угодья целесообразно в зоне оптимальных климатических условий для возделываемых культур с высокой плотностью населения. Мощность остаточного слоя торфа при этом должна быть не менее 0,5 м.

Нецелесообразно использовать под сельскохозяйственные угодья площади торфяных месторождений, залегающих в бессточных котловинах, поймах реки обвалованных поймах. Торфяные месторождения бессточных котловин – это в большинстве случаев заторфованные озера. После выработки торфа бессточная котловина будет интенсивно заполняться подземными и сточными водами. Использование такой площади в качестве сельскохозяйственных угодий равносильно попытке выращивания сельскохозяйственных культур на дне озера из которого непрерывно при помощи мощного насоса откачивают воду. Бессточные котловины после выработки промышленных запасов торфа целесообразно использовать для строительства водохранилищ и рыбхозов.

Не следует также использовать в качестве сельскохозяйственных угодий площади выработанных торфяных месторождений пойменного залегания. Осушение их, как правило, связано с регулированием русла реки, в результате чего в ней понижается уровень воды. Это приводит к понижению базиса эрозии всех ее притоков и верховья. В конечном итоге начинает понижаться уровень грунтовых вод на территории всего бассейна реки и происходят нежелательные изменения в экологической системе, которые могут стать необратимыми.

В качестве сельскохозяйственных угодий нецелесообразно использовать площади выработанных торфяных месторождений у которых нижние придонные слои верхового типа. Защитный слой таких месторождений обладает повышенной кислотностью, содержит незначительное количество питательных веществ.

При выборе участков для размещения сельскохозяйственных угодий на площади выработанных торфяных месторождений необходимо учитывать каким способом производилась добыча торфа. Наиболее легко под сельскохозяйственные угодья осваиваются площади, где выработка велась послойно –поверхностным способом. Однако и здесь возможны трудности, если при эксплуатации из-за неровностей дна выбывают небольшие участки, что приводит к образованию ступенчатой поверхности площади выработки. Наиболее благоприятные для сельскохозяйственного освоения бывшие поля добычи фрезерного торфа, которые в последний период выработки осушались закрытыми дренажами вместо открытых картовых каналов. В это случае практически отпадает необходимость инженерной рекультивации.

Лесохозяйственному направлению отдается предпочтение в районах, климатические условия которых не пригодны для ведения сельского хозяйства.

Облесению подлежат, как правило, выработанные торфяные площади, малопригодные для сельскохозяйственного использования, а также участки с остаточным слоем торфяной залежи не более 0,25 - 0,40 м и минеральные обнажения. Для лесоразведения пригодны все типы торфяников при условии понижения уровня грунтовых вод до 0,5 - 0,75 м и быстрого освобождения почвы от воды весной.

Устройство прудов и водохранилищ наиболее целесообразно на выработанных торфяниках низинного типа гидравлического и фрезерного способов добычи. Для прудового рыбоводства остаточный слой торфа при этом должен иметь степень разложения не менее 15% и мощность не более 0,15 – 0,20 м, содержать незначительные количества закисных соединений железа и алюминия.

В Европейских странах, где ощущается дефицит болотных ландшафтов, в последнее время все больше получает развитие такое направление рекультивации как болотоводство - искусственное воссоздание болотных экосистем и торфяных почв.

Приоритет имеет сельскохозяйственное использование выработанных торфяников, которое предусматривает окультуривание остаточного слоя с целью создания плодородной торфяной почвы.

Большинство исследователей указывают на целесообразность комплексного использования земель после торфоразработок в зависимости от природных условий и хозяйственной необходимости. На одном и том же массиве вследствие разнообразия почвенно-гидрологических условий можно создавать сельскохозяйственные угодья, пруды и водоемы, охотничьи угодья, высаживать леса промышленного или рекреационного назначения, осуществлять жилищное и промышленное строительство.

Комплексное использование земель особенно целесообразно на крупных массивах: лучшие по степени дренированности участки с мощностью остаточного слоя более 0,4 - 0,5 м рекомендуется отводить под сельскохозяйственные угодья; участки с малой величиной остаточного слоя торфа, а также окрайки болот и полосы вдоль валовых каналов - под лесонасаждения; на пониженных участках лучше всего создавать кормовые угодья из многолетних трав, выносливых к затоплению; в котлованах - устраивать водоемы дляразведения рыбы и водоплавающей птицы. При таком комплексном освоении возможно более эффективное использование земель.