<<
>>

Особенности ботанического состава, воднофизических и физико-механических свойств видов торфа

3.2.1. Ботанический состав видов торфа

Свойства торфяных отложений зависят от ботанического состава слагающих их видов торфа. Различные сочетания остатков растений-торфообразователей определяют величины степени разложения, зольности, влажности, кислотности торфа.

По этим показателям можно судить о водно-физических и водно-механических свойствах торфа, знание которых необходимо для проведения различных инженерных расчётов, связанных с освоением заболоченных территорий.

По изменению этих показателей в пределах видов торфа и их групп в зависимости от географического и геоморфологического положения болот можно судить о пространственно-временных сменах биогеоценозов болотных типов.

Состав растений-торфообразователей в значительной степени отражает и региональные структурно-функциональные особенности этих типов биогеоценозов. Ботанический состав многих видов торфа Западной Сибири отличается от аналогичных по наименованию видов торфа европейской части России (Еркова, 1957).

Для многих видов торфа Западной Сибири характерно присутствие: из древесных — остатков коры и древесины кедра, лиственницы, пихты: из травянистых — корешков и эпидермиса Carex globularis, С. acuta, C.buxbaumii, Baeothryon cespitosum, Scolochloa festucacea; из мхов — Drepanocladus aduncus, Pseudo- calliergon trifarium.

Среди остатков сфагновых мхов в торфе Западной Сибири чаще, чем в торфе европейской части России, встречаются остатки Sphagnum lindbergii, S. aongstroemii, S. compactum. В моча- жинном торфе Западной Сибири доминируют остатки S. та jus и S. balticum, к которым обычно примешиваются S. jensenii, S. papillosum и чрезвычайно редко присутствуют остатки S. cuspi- datum. Для северо-запада европейской части России S. cuspi- datum является довольно частым мочажинным видом. В Западной Сибири в сложении залежей верхового типа участруют сосново-осоковый и осоково-сфагновый виды торфа с Careх globularis.

Эти залежи отсутствуют в стратиграфии торфяных отложений европейской части России. Региональной особенностью ботанического состава многих низинных видов торфа Западной Сибири является и присутствие остатков олиготрофных видов сфагновых мхов. Олиготрофность низинных видов торфа возрастает в направлении с юга на север. Эта особенность ботанического состава низинных видов торфа также определяет специфику таких показателей, как степень разложения, зольность, влажность, кислотность.

Поэтому характеристики свойств торфа европейской части России не следует полностью переносить на аналогичные виды торфа Западной Сибири. Большинство видов торфа, встречающихся как в Западной Сибири, так и в европейской части России, образуют западно-сибирские варианты одноимённых видов (Еркова, 1957). Степень разложения

Многие виды торфа Западной Сибири (особенно верхового типа) отличаются несколько пониженными показателями степени разложения по сравнению с одноимёнными видами торфа европейской части России (Классификация..., 1975; Лисе, 1964, 1965-а, б, 1967-а, б).

В пределах каждого типа торфа наблюдается резкое увеличение величины степени разложения (до 65%) ддя видов торфа, относящихся к древесной, древесно-травяной и древесномоховой группам. Относительно высокую степень разложения (35—45%) имеют и виды торфа травяной группы верхового типа. Минимальные значения (5—10%) этот показатель имеет у видов торфа, относящихся к моховой группе. Прямой зависимости величины степени разложения от глубины залежи не обнаружено.

Величина степени разложения отражает условия увлажнения, в которых формируются соответствующие виды торфа (Тю- ремнов, 1949), а также характер температурного режима вегетационного периода. Поэтому этот показатель может быть использован в качестве одного из индикаторов для реконструкции климатических условий голоцена. Зольность

Величина зольности видов торфа в Западной Сибири значительно превышает этот показатель одноимённых видов торфа в европейской России (Классификация..., 1975).

Для низинных и переходных видов торфа выявлено более существенное увеличение этого показателя в восточных и особенно южных засоленных районах Западной Сибири. Низинные виды торфа, сформировавшиеся в речных долинах, отличаются не только большими показателями зольности по сравнению с зольностью одноимённых видов торфа водораздельных равнин, но и резкими её колебаниями по разрезу. Причиной этого является постоянное поступление с грунтовыми водами солей железа (в центральных районах Западной Сибири) и кальция (на юге этой территории).

Причиной повышения зольности некоторых видов торфа в Западной Сибири, несмотря на высокую обводнённость болот этой территории в течение всего голоцена, является и постоянный снос минеральных частиц с окружающих возвышенностей на поверхность болот, что в некоторой степени является результатом отрицательных тектонических движений, отмечаемых на большей части заболоченной территории исследуемого региона (Виноградова, 1957).

Средняя зольность видов торфа верхового типа, независимо от принадлежности к соответствующей группе и географического положения болот, колеблется в довольно узких пределах (2,5—5%). Низкими показателями зольности характеризуются и переходные виды торфа (2,5—8%). Заметно увеличение зольности (до 30%) у видов торфа низинного типа, особенно у торфов древесной, древесно-травяной и древесно-моховой групп. Среди видов торфа низинного типа нередко встречаются высокозольные виды торфа с зольностью 20—30% (Классификация..., 1975). Состав минеральной части видов торфа

Минеральная часть торфяных отложений Западной Сибири независимо от принадлежности к типу значительно богаче, чем торфов европейской части России (Классификация..., 1975). Это связано с условиями генезиса болот Западной Сибири. Например, торфяные отложения в бассейне р. Конды, районе, подверженном активным отрицательным тектоническим процессам, обогащались зольными компонентами за счёт вторичных эрозионных сносов с окружающих повышений. Торфяные отложения в подтайге и в лесостепи обогащались минеральными компонентами за счёт сильно минерализованных делювиальных и грунтовых вод, насыщенных кальцием, железом, магнием.

Виды торфа, сформировавшиеся на юге Западной Сибири, содержат в минеральной части значительно большее количество зольных компонентов, чем виды торфа северных территорий.

На формирование органической массы и количественного соотношения химических компонентов торфов Западной Сибири большое влияние оказывает зольный состав отдельных видов растений. Высокое содержание в минеральной части видов торфа всех типов соединений кальция и железа существенно снижает содержание битумов и гуминовых кислот в их органической массе. Особенно богаты кальцием виды торфа низинного типа, формирующиеся в лесостепи. Содержание кальция в некоторых видах торфа в два раза больше, чем в одноимённых видах торфа европейской части России. Вариация содержания кальция особенно велика в торфе древесной и древесно-моховой групп. В переходных и верховых видах торфа содержание кальция значительно ниже и приближается к содержанию его в аналогичных видах торфа европейской части России.

В торфах низинного типа, особенно древесной группы, отмечено высокое содержание соединений железа. Значительно беднее железом виды торфа переходного типа, хотя количество этогр компонента выше, чем в торфе европейской части России. В торфе верхового типа содержание железа незначительно и по большинству видов торфа близко к торфам европейской части России.

Почти все виды торфа в Западной Сибири (особенно низинного типа) отличаются высоким содержанием соединений фосфора, причём, количество этого компонента для отдельных видов торфа превышает почти в 2—3 раза содержание его в одноимённых торфах европейской России. Количество фосфора в торфах заметно уменьшается с переходом от низинного к верховому типу, оставаясь тем не менее заметно выше, чем в торфах европейской России.

Содержание соединений серы во всех видах торфа в Западной Сибири несколько ниже, чем в европейской России. В последнее время наблюдается обогащение соединениями серы верхнего горизонта торфяной залежи в районах нефтепромыслов за счёт оседания на поверхности болот продуктов сгорания сопутствующих газов.

По содержанию соединений азота особенно выделяется низинный торф.

Высокое содержание остатков сфагновых мхов и минимальное содержание остатков древесных и кустарничковых пород определили не только закономерное увеличение содержания углеводного комплекса, снижение количества битумов и гумино- вых кислот, но и связанное с этим снижение содержания углерода и уменьшение теплотворной способности для всех видов торфа в центральной части Западной Сибири (Классификация..., 1975). Состав органической массы видов торфа

Виды торфа в Западной Сибири отличаются от европейских более высоким содержанием углеводов. Это связано с высокой обводнённостью болот и значительным участием в их органической массе сфагновых мхов. Содержание углеводов заметно увеличивается по мере торфонакопления при переходе от низинных к верховым видам торфа и с переходом от древесных к моховым. Для всех видов отмечается тенденция уменьшения содержания углеводов с увеличением разложения торфа. Для торфов Западной Сибири характерно и несколько повышенное содержание целлюлозы. Снижение содержания целлюлозы связано с повышением содержания кальция. Наиболее низкое содержание целлюлозы отмечено в древесных и древесно-травяных видах торфа независимо от типа. Общее увеличение содержания целлюлозы в торфе происходит с переходом от эвтрофной к олиготрофной стадиям развития. Для видов торфа Западной Сибири по сравнению с аналогичными видами торфа европейской части России свойственно более низкое накопление гуминовых кислот. Особенно это присуще торфам низинного и переходного типов, отличающихся более высокой зольностью и повышенным содержанием в минеральной части отдельных видов торфа соединений кальция и железа. Значительную роль в снижении содержания гуминовых кислот в торфах этих типов играют и сфагновые мхи. В верховых видах торфа, у которых зольность близка к зольности торфов европейской части России, пониженное содержание гуминовых кислот в основном связано со значительным содержанием сфагновых мхов в органической части видов торфа древесной, древесно-травяной и травяной групп и минимальным для соответствующих видов торфа содержанием остатков древесных пород. Кроме того, небольшое количество гуминовых кислот можно объяснить также и несколько повышенным для верхового типа содержанием в минеральной части видов торфа соединений кальция. Большинство видов торфа Западной Сибири характеризуется и несколько пониженным по сравнению с видами торфа европейской части России содержанием лигнина. Причина значительной вариации в содержании этого компонента заключается, видимо, в повышении зольности торфов Западной Сибири, которая изменяет процентное содержание этого компонента для отдельных видов торфа и типов в целом. Количество углерода в торфе увеличивается с повышением степени разложения. С переходом от древесных к моховым видам торфа количество этого элемента снижается, а с переходом от видов торфа низинного типа к видам торфа верхового типа среднее содержание углерода увеличивается.

В содержании водорода не наблюдается чёткой закономерности для отдельных видов торфа. Его количество, так же как и содержание углерода, несколько ниже для видов торфа Западной Сибири по сравнению с европейской частью России, хотя и характеризуется заметной устойчивостью, с колебаниями в узких пределах. Содержание кислорода в горючей массе торфа в Западной Сибири в большинстве случаев ниже, чем в европейской России (Классификация..., 1975). Кислотность

Кислотность торфа тесно связана с его зольностью. Кислотность верховых видов торфа в Западной Сибири колеблется в пределах 2,9—4,1, переходных — 5,0—7,2, низинных — 5,0— 7,3. Из анализа колебания кислотности видов торфа следует, что низинные и переходные виды торфа в Западной Сибири отличаются более кислой реакцией по сравнению с одноимёнными видами торфа европейской России (Классификация..., 1975).

Закономерности изменения кислотности и зольности торфа, как по профилю строения торфяных залежей, так и в пределах болот, определяются особенностями стратиграфии торфяных залежей. В однородных по строению торфяных залежах величины кислотности и зольности очень незначительно изменяются по глубине. В неоднородных по строению залежах торфа значительное изменение величины кислотности и зольности по глубине залежи — характерное явление. Кислотность нормальнозольного торфа (Аlt;12%) тесно связана со структурой торфа. Поэтому по величине кислотности можно судить о структуре торфа и о степени его гидрофильности. Зольность торфа, химический состав его минеральной части и органической массы, кислотность — очень важные показатели, отражающие условия водно-минерального режима, в которых протекал болотообразовательный процесс. Поэтому водно-физические свойства видов торфа можно использовать для реконструкции палеогеографической обстановки начала болотообразовательных процессов. Влажность

Этот показатель характеризует тип и группу торфа. Например, в Среднем Приобье относительная влажность низинных видов торфа колеблется в пределах 85,1—90,2%, переходных — 85,4—92,1%, верховых — 86,9—93,9%. Влажность торфа в мочажинах и топях в периоды обильных осадков достигает 96— 98%, в засушливые периоды падает до 89—90%. На величину и стабильность влажности влияет ботанический состав торфа: остатки мхов поглощают воды в 17—38 раз больше массы их сухого вещества, а остатки осок и тростника — в 2—3 раза (Шапошников, 1977).

Для торфов в Западной Сибири чётко проявляются региональные отличия величины этого показателя: для большинства видов торфа в южных районах Западной Сибири отмечена более низкая влажность торфа по сравнению с влажностью одноимённых видов торфа северных районов (Классификация..., 1975).

Постепенное увеличение весовой влажности наблюдается от видов торфа низинного типа (400—500%) к видам торфа верхового типа (700—1000%). В пределах отдельных типов торфа наименьшие значения весовой влажности характерны для видов торфа древесных групп, а максимальные характеристики отмечены для видов торфа моховых групп. Влажность торфа — показатель, который, как и степень разложения, может быть использован в качестве одного из индикаторов при реконструкции климатических условий голоцена. Физико-механические свойства торфа

Плотность или объёмный вес торфяных отложений в отличие от минеральных увеличивается при возрастании влажности и степени разложения. Особенности ботанического состава торфа Западной Сибири сказываются на увеличении объёмного веса, веса скелета торфа (уСк) и уменьшении удельного веса (ууд) по сравнению с этими показателями у аналогичных видов торфа в европейской части России — при одинаковых величинах степени разложения, влажности, зольности (Амарян и др., 1972). По данным А. И. Сергеева (1974), плотность верхового торфа низкой зольности в Среднем Приобье обычно не превышает 1,0 г/см3 (0,96±0,01 г/см3). Плотность низинных высокозольных видов торфа составляет 1,14±0,06 г/см3, среднезольных — 1,01±0,03 г/см3. В низинном типе торфа наиболее высокий объёмный вес влажного торфа отмечается у хвощового вида торфа (1,01 г/см3 при средних значениях этого показателя 0,97—1,0 г/см3 у видов торфа древесных групп и наименьшем значении 0,94 г/см3 у гипнового вида торфа моховой группы). В переходном типе максимальные средние значения этого показателя отмечаются у пушицевого торфа (0,98 г/см3) травяной группы и сфагнового вида торфа (1,02 г/см3) моховой группы. Более низкое значение (0,97 г/см3) этого показателя отмечается у шейхцериевого вида торфа травяной группы. У видов торфа верхового типа не наблюдается чёткой зависимости величины объёмного веса от ботанического состава торфа, хотя в отношении показателей зольности, влажности, степени разложения такая связь существует.

Плотность скелета торфа или объёмный вес скелета торфа (уск) также зависит от таких показателей, как степень разложения, зольность, влажность. Объёмный вес скелета верховых видов торфа низкой степени разложения составляет 0,08±0,01 г/см3, средней степени разложения — 0,12±0,01 г/см3, высокой степени разложения — 0,2±0,01 г/см3. Для низинных видов торфа средней зольности этот показатель 0,22±0,06 г/см3, высокой зольности — 0,42±0,07 г/см3 (Сергеев, 1974). Объёмный вес скелета торфа находится в прямой зависимости от средней плотности влажного торфа и в обратной — от влажности. Уменьшение влажности вызывает увеличение плотности, которое происходит различно в торфах верхового и низинного типа при существенном влиянии степени разложения. Уплотнение при одном и том же уменьшении влагосодержания происходит меньше в низинном и несколько больше в верховом торфе низкой степени разложения (Шапошников, 1977). Объёмный вес скелета торфа находится в обратной зависимости от величины весовой влажности. Наибольшее значение объёмного веса скелета (0,24 г/см3) отмечено у хвощового вида торфа, имеющего наименьшую весовую влажность среди низинных видов торфа. В переходном типе наиболее высокий объёмный вес скелета (0,22 г/см3) имеет древесно-сфагновый вид торфа. Большинство видов торфа травяной и моховой групп переходного типа характеризуются близкими значениями этого показателя (0,13— 0,14 г/см3). У верховых видов торфа хорошо заметна тенденция к понижению средних значений объёмного веса скелета от видов торфа древесных групп (0,16 г/см3) к видам торфа моховой группы (0,08—0,10 г/см3).

Плотность твердой фазы торфа или удельный вес (у) зависит от величины степени разложения и зольности. Удельный вес торфа с увеличением степени разложения уменьшается, с увеличением зольности увеличивается. По данным А. И. Сергеева (1974), для верховых видов торфа низкой степени разложения удельный вес составляет 1,57±0,02 г/см3, для среднеразло- жившихся — 1,53±0,02 г/см3, для сильноразложившихся — 1,41+0,03 г/см3. Для низинных видов торфа удельный вес возрастает с увеличением зольности. Среднезольные виды торфа имеют удельный вес 1,57±0,07 г/см3; высокозольные — 1,97±0,13 г/см3. В целом удельный вес различных видов торфа Среднего Приобья меньше по сравнению с величиной этого показателя торфа европейской части России и погребённых болот (Шапошников, 1977). Наибольшее среднее значение этого показателя отмечено у хвощевого торфа — 1,70 г/см3. Переходные и верховые виды торфа характеризуются незначительными колебаниями этого показателя (1,45—1,5 г/см3).

Пористость (п) и коэффициент пористости (Б) зависят от влажности торфа и его удельного веса. Относительно небольшой возраст современных торфяных отложений, находящихся фактически в начальной стадии диагенеза, обусловливает их высокую пористость. Коэффициент пористости верховых видов торфа колеблется в пределах от 26,32 до 5,2, для низинных видов торфа от 8,49 до 3,3 (Сергеев, 1974). Наибольшие значения пористости отмечены для видов торфа моховой группы верхового типа. Наиболее низкая пористость отмечена для видов торфа древесных групп независимо от их принадлежности к соответствующему типу (7,53).

Деформационные свойства торфа. Высокая пористость различных видов торфа определяет их большую сжимаемость. Высокая сжимаемость — отличительная особенность торфа. Она в десятки и сотни раз превышает сжимаемость минеральных грунтов. А. И. Сергеев (1974) по величине сжимаемости для Среднего Приобья выделяет три категории видов торфа: сильно сжимаемые (а = 0,1—1,0 кг/см2), очень сильно сжимаемые (а = 1,0— 10 кг/см2) и чрезвычайно сильно сжимаемые (а gt; 10 кг/см2).

Наиболее низкой сжимаемостью характеризуются низинные виды торфа в связи с их большой плотностью. Сжимаемость этих видов торфа уменьшается с увеличением их зольности и уменьшением влажности.

Согласно данным А. И. Сергеева (1974), компрессионные свойства верховых видов торфа определяются величиной их степени разложения. С увеличением степени разложения увеличивается модуль деформации. Наибольшей сжимаемостью обладают сла- боразложившиеся виды торфа с минимальным объёмным весом. Так, фускум-торф, имеющий наиболее низкие степень разложения и плотность, обладает наибольшей сжимаемостью. Наименьшей сжимаемостью отличаются виды торфа высокой степени разложения и максимальной плотности.

Наиболее низкой сжимаемостью характеризуются низинные виды торфа благодаря их большой плотности. Сжимаемость этих видов торфа уменьшается с увеличением зольности и уменьшением влажности.

По данным А. И. Сергеева (1974), наибольшие значения модуля деформации отмечены у таких низинных видов торфа, как вахтовый (Е = 7,72 кг/см2 при степени разложения R = 30%), осоковый (Е = 4,64 кг/см2 при R = 35%, Е = 1,78 кг/см2 при R=20%). У видов торфа переходного и верхового типов модуль деформации имеет сравнительно высокие значения у группы древесных торфов. Например, древесный переходный торф имеет модуль деформации 1,8 кг/см2 при R = 30%. Верховые виды торфа моховой и травяной групп имеют более низкие значения модуля деформации, хотя даже в пределах одного вида торфа колебания этого показателя могут быть весьма незначительными.

Неоднородность строения и состава торфяной залежи и сильная сжимаемость торфа могут привести к значительным неравномерным просадкам возводимых на заболоченных территориях сооружений. Эти просадки протекают обычно в течение весьма длительного периода времени. Кроме того, торфяным грунтам в отличие от минеральных свойственен ещё один специфический вид уплотнения во времени, который протекает под влиянием микробиологических процессов в органическом веществе торфа, сопровождающихся его минерализацией (Сергеев Е.М., 1978).

Прочностные свойства видов торфа. Прочность торфа, так же как и его деформационные показатели, зависит от ботанического состава торфа, степени его разложения, плотности, влажности. Прочность торфа определяется прочностью структурных элементов растений-торфообразователей и активностью их взаимодействия с водой (Шапошников, 1977). В зависимости от влажности природная прочность торфа колеблется в пределах 0,05—0,3 кг/см2. Прочность низкозольного сапропеля (А lt; 30%) ещё меньше, так как его скелет образуют минеральные, органоминеральные и органические структурные элементы порядка 0,005—0,5 мк и гидрогель гуминовой кислоты (Шапошников, 1977). Наибольшей прочностью обладают низинные высокозоль-

ные виды торфа. Для верховых и низкозольных видов торфа сопротивление сдвигу (а) возрастает пропорционально увеличению степени разложения. Величина сцепления (С) для этих видов торфа в зависимости от величины степени разложения, плотности и влажности изменяется от 0,01 до 0,15 кг/см2, коэффициент внутреннего трения (Ф) от 0,26 до 0,63, угол внутреннего трения (ф) от 14° до 32° (Сергеев А. И., 1974).

Изучение величины сопротивления сдвигу нами проводилось на территории Салымо-Юганской болотной системы (Среднее Приобье) в биогеоценозах сосново-кустарничково-сфагнового, грядово-мелкомочажинного, грядово-среднемочажинного, грядо- во-крупномочажинного, озерково-грядово-мочажинного типов. Сопротивление сдвигу измерялось послойно через 0,25—0,5 м отдельно под грядами и под мочажинами. Всего было опробовано 50 скважин и получены средние характеристики величины сопротивления сдвигу по 20 видам торфа. Определение сопротивления сдвигу производилось в образцах с ненарушенной и нарушенной структурой торфа и естественной влажностью.

В целом для видов торфа верхового типа характерны близкие значения показателей сопротивления сдвигу, которые колеблются в пределах от 0,011 до 0,077 кг/см2 на глубинах от 0,5 до 3 м (табл. 3). Наиболее близкие значения величины сопротивления сдвигу получены для шейхцериевого и шейхцериево-сфагнового видов торфа. Наиболее высокие значения этого показателя отмечены для относительно мало распространённого пушицевого вида торфа (0,095 кг/см2). С глубины залежи от 3 м и ниже сопротивление сдвигу резко возрастает, достигая величины 0,094— 0,113 кг/см2 (на глубине 3—5 м). У видов торфа переходного и низинного типов средние колебания сопротивления сдвигу значительно возрастают по сравнению с видами торфа верхового типа. Сопротивление сдвигу переходного осокового, осоковосфагнового, травяно-сфагнового видов торфа возрастает с увеличением глубины залежи, достигая максимальных значений (0,139 кг/см2) на глубине 4,5—5,5 м (табл. 4). Виды торфа низинного типа, как например, наиболее широко распространённый осоковый торф, могут иметь высокое сопротивление сдвигу на самых разных глубинах (табл. 5).

Показателем прочности торфяной залежи в целом является растительный покров болот, отражающий степень их обводнённости. В наиболее обводнённых комплексах биогеоценозов (грядово-мочажинного, озерково-грядово-мочажинного типов) сопротивление сдвигу мало изменяется по глубине залежи и не превышает 0,19 кг/см2.

В более дренированных биогеоценозах (сосново-кустарничко- во-сфагнового, сосново-пушицево-сфагнового, озерково-грядового типов) прочность торфа сильно меняется по глубине, достигая значения 0,25 кг/см2. Высокие показатели сопротивления сдвигу верхнего слоя торфа в биогеоценозе сосново-пушицево-сфагнового типа обусловлены присутствием в нём волокон пушицы, обладающих повышенной прочностью (Жуков, Ларгин, 1970).

Прочностные характеристики торфяной залежи сильно отличаются под грядами и мочажинами в комплексах биогеоценозов грядово-мочажинного и озерково-грядово-мочажинного типов. Сопротивление сдвигу в верхнем полутораметровом слое торфяной залежи под мочажинами почти в два раза меньше, чем сопротивление сдвигу залежи на той же глубине под грядами. Поэтому при оценке прочностных свойств залежи в целом следует учитывать колебания величины сопротивления сдвигу в залежи как под грядами, так и под мочажинами. Сопротивление сдвигу в торфяной залежи под грядами и мочажинами выравнивается лишь в более глубоких слоях залежи под комплексами биогеоценозов грядово-мочажинного типа, вторичных по генезису. В зависимости от величины сопротивления сдвигу Е. М. Сергеев (1978) относит виды торфа Западной Сибири к двум типам слабых грунтов. Большая часть торфяной залежи, сложенная верховыми видами торфа до глубины 3—4 м (фускум, комплексный), относится к первому типу слабых грунтов со значением от 0,03 до ОД кг/см2. Придонные слои торфа, преимущественно представленные переходными видами торфа, с глубины 3—4 м (за исключением краевых точек, где глубина 1,5—2 м), относятся ко II типу слабых грунтов по величине сопротивления сдвигу от 0,1 до 0,15 кг/см2. Виды строения торфяных залежей и их классификация

Настоящая классификация видов строения залежей торфа базируется на принципах, разработанных С. Н. Тюремновым (1949). Кроме того, использована схема классификации видов строения залежей Западно-Сибирской низменности, составленная Ю. В. Брковой (1957).

Для Западной Сибири нами выделено 55 видов строения торфяных залежей, объединяемых в 4 типа: низинный, переходный, смешанный, верховой (табл. 6).

Таблица 6

Классификация видов строения торфяных залежей Западной Сибири (Еркова, 1957; Скобеева, Голгофская, Лисе и др., 1975;

Матухин, Матухина, Васильев и др., 2000) с дополнениями и изменениями

Тип

Подтип

Вид строения залежи

1

2

3

Низинный

Лесной

Березовая

Еловая

Кедровая

Пихтовая

Сосновая

Лесо-топяной

Древесно-осоковая

Древесно-тростниковая

Древесно-сфагновая

Лесо-топяная

Топяно-лесная

Многослойная топяно-лесная Многослойная лесо-топяная

Топяной

Осоковая

Тростниковая

Тростниково-осоковая

Шейхцериевая

Хвощовая

Вейниковая

Пушицевая

Вахтовая

Осоково-гипновая

Осоково-сфагновая

Гипновая

Сфагновая

Многослойная топяная

1

2

3

Переходный

Лесной

Древесная лесная

Лесо-топяной

Древесно-осоковая

Древесно-травяная

Древесно-сфагновая

Лесо-топяная

Топяно-лесная

Многослойная лесо-топяная

Топяной

Осоковая

Шейхцериевая

Травяная

Пушицевая

Осоково-сфагновая

Шейхцериево-сфагновая

Гипновая

Сфагновая

Смешанный

Лесо-топяной

Лесо-топяная Топяно-лесная

Многослойная топяно-лесная

Топяной

Топяная

Верховой

Лесной

Сосновая

Лесо-топяной

Сосново-осоковая

Сосново-пушицевая

Сосново-сфагновая

Топяной

Фускум

Магелланикум

Ангустифолиум

Сфагновая мочажинная

Комплексная

Шейхцериевая

Шейхцериево-сфагновая

Пушицевая />Пушицево-сфагновая

Низинный тип залежи объединяет 25 видов строения торфяных залежей.

Залежь низинного лесного подтипа представлена пятью видами: берёзовая, сосновая, кедровая, еловая и пихтовая. Ольховая залежь, столь обычная для строения болот в европейской части России, в Западной Сибири отсутствует. Редко в стратиграфии торфяных отложений Западной Сибири встречается и еловая залежь.

Берёзовая залежь в средней и южной тайге характерна для стратиграфии болот, формирующихся в пределах низких террас (т. н. согры). В подзоне берёзово-осиновых лесов и в лесостепи берёзовая залежь отмечена для болот, сформировавшихся на высоких террасах и водораздельных равнинах. По данным Ю. В. Ер- ковой (1957), мощность берёзовой залежи в среднем составляет 1,0 м и редко превышает эту величину. Она отличается простой стратиграфией и сложена в основном берёзовым торфом.

Еловая, кедровая, пихтовая и сосновая залежи характерны для периферии болотных систем, формирующихся в южной тайге. В таёжной зоне эти залежи широко распространены на болотах низких террас и притеррасных пойм (особенно в верхних течениях рек). Средняя глубина торфа составляет 1,3 м.

Низинные лесные залежи в зависимости от приуроченности к различным участкам долин сильно различаются по показателям зольности слагающих их видов торфа. Низинные лесные залежи, залегающие в притеррасной полосе поймы, примыкая к надпойменной террасе или уступу коренного берега, имеют зольность значительно более низкую, по сравнению с лесными залежами, занимающими центральные участки пойм (Виноградова, 1957). Например, в нижнем течении р. Васюгана лесная залежь пойменных болот благодаря значительному заиливанию содержит большое количество минеральных частиц, обусловливающих её высокую зольность. По данным Г. Я. Бронзовой (1932), зольность торфа здесь колеблется от 28 до 70%. В верхнем и среднем течении рек высокая зольность лесных залежей обусловлена присутствием солей железа, приносимых грунтовыми водами. Однако по мере торфонакопления пойменные лесные болота постепенно выходят из сферы заливания полыми водами. Это сказывается на падении зольности торфа до 4,5—6%, что сопровождается постепенным внедрением в эвтрофные биогеоценозы олиготрофных видов.

Залежи низинного лесо-топяного подтипа объединяют семь видов строения торфяных залежей (табл. 6), среди которых наиболее распространённым видом является древесно-осоковая. Этот вид строения залежи характерен для биогеоценозов берёзово-осоковых типов, формирующихся в блюдцеобразных понижениях в лесостепи (т. н. колочные болота). Мощность древесно-осоковой залежи колеблется в пределах 1,0—2,5 м. Этот вид залежи имеет простое строение, её придонные слои нередко представлены берёзовым торфом.

Древесно-тростниковая залежь также чаще встречается в подзоне осиново-берёзовых лесов и в лесостепи, в основном по окраинам притеррасных болот, или окаймляет олиготрофные рямы. Средняя глубина этой залежи составляет 1,6 м.

Древесно-сфагновая залежь в строении болот Западной Сибири встречается очень редко. Этот вид строения залежи выявлен в стратиграфии болот, представленных биогеоценозами эвтрофных сосново-кедрово-елово-берёзовых типов (согры). Мощность этой залежи не превышает 1,0 м.

Топяно-лесная залежь характерна для болот южной тайги и подтайги. Значительно реже она встречается в строении болот лесостепи. В верхней части залежи этого вида строения обычно доминируют топяные виды торфа: осоковый, осоково-гипновый, реже осоково-сфагновый. Нижняя половина залежи этого вида обычно сложена берёзовым или древесно-осоковым торфом. Мощность топяно-лесной залежи колеблется в пределах 1,3— м. Аналогичные сведения приводит и Ю. В. Бркова (1957).

Лесо-топяная залежь в Западной Сибири встречается сравнительно редко и приурочена к территориям, где преобладают денудационные процессы. Её мощность составляет 1,3—1,4 м.

Многослойная топяно-лесная залежь состоит из чередующихся пластов осокового, осоково-гипнового, вахтового, очень редко шейхцериевого низинного торфа, а также древесно-осокового, древесно-травяного или берёзового торфа. Эти виды торфа чаще приурочены к придонным слоям торфяных отложений. Залежь этого вида обычно образует притеррасные болота. Нередко она встречается в болотах, сформировавшихся на месте суффозион- ных и межгривных понижений.

Низинные залежи, относящиеся к топяному подтипу, представлены 13 видами (табл. 6).

Осоковая залежь — один из широко распространённых видов строения. Эта залежь встречается во всех природных зонах Западной Сибири. Широкая географическая распространённость и геоморфологическая приуроченность обусловливают подразделение этого вида залежи на три варианта: lasiocarpa-, omskiana-, cespitosa-вариант. В таёжной зоне (средняя и южная тайга) осоковая залежь (в основном lasiocarpa-вариант) характерна для окраин олиготрофных и мезотрофных болот водораздельного залегания. В этом случае её мощность колеблется в пределах 1,0— 3,0 м. В северной половине центральной части Западной Сибири cespitosa-вариант тяготеет к поймам и низким террасам. В подзоне осиново-берёзовых лесов lasiocarpa-вариант широко распространён не только на болотах водораздельных равнин, но и на болотах притеррасного залегания. В этом случае мощность осоковой залежи составляет 2,0—3,0 м. В лесостепи в строении займищных болот водораздельного залегания в основном доминируют cespitosa- и omskiana-варианты. Средняя мощность осоковой залежи у этих вариантов составляет 1,2 м. В условиях пойменного залегания болот и в лесостепи в строении торфяных отложений обычно преобладает cespitosa-вариант. Осоковые залежи западно-сибирских болот редко сложены исключительно осоковым торфом. В толще осокового торфа, по данным Ю. В. Ер- ковой (1957), обычно прослеживаются линзы до 0,5 м осоковосфагнового или осоково-гипнового торфа. Вкрапления линз хвощового или низинного шейхцериевого торфа крайне редки. В условиях водораздельного залегания (особенно в южной тайге, реже в подтайге) осоковый торф подстилается слоями древесного, древесно-осокового или древесно-гипнового торфа. Осоковые залежи, сформировавшиеся в займищах северной лесостепи, обычно сильно обводнены и подстилаются слоем камышового или тростникового торфа. Наличие этих видов торфа свидетельствует об озёрном происхождении осоковых займищ северной лесостепи. В южной лесостепи осоковые залежи характеризуются очень слабым увлажнением. Торфонакопление в таких условиях крайне замедлено. Глубина залежи не превышает 0,5 м.

Тростниковая и тростниково осоковая залежи встречаются преимущественно на юге Западной Сибири — в лесостепи. Обычно эти залежи слагают тростниковые и тростниково-осоковые займища, сформированные на месте неглубоких озёрных впадин в пределах Тобол-Ишимского, Ишим-Иртышского междуречий. Средняя мощность этих залежей не превышает 1,5 м.

Хвощовая залежь встречается очень редко, преимущественно по окраинам болотных систем в местах выклинивания железистых вод. Её глубина не превышает 0,7—1,0 м.

Шейхцериевая залежь представлена буквально единичными случаями, когда среди растительных остатков Scheuchzeria palus- tris обнаруживаются остатки таких эвтрофных видов, как Мепу- anthes trifoliata, Comarum palustre, Sphagnum obtusum. Небольшие по мощности (до 0,3—0,5 м) слои низинного шейхцериевого торфа крайне редко можно встретить в понижениях рельефа, где водно-минеральный режим отличается повышенной трофностью.

Осоково-гипновая залежь — один из широко распространённых видов строения. Она формируется в условиях питания жёсткими грунтовыми водами. Толща осоково-гипнового торфа залегает непосредственно на минеральных отложениях или подстилается тонким слоем древесно-осокового торфа. Иногда в основании торфяной залежи обнаруживаются линзы мергеля. В средней тайге осоково-гипновая залежь на водораздельных равнинах фрагментарно окаймляет олиготрофные и мезотрофные болота.

В южной тайге и подтайге осоково-гипновая залежь обычно слагает болота вторых и первых надпойменных террас Оби, Иртыша и их притоков. Болота, сложенные высокозольной осоково- гипновой залежью, встречаются в обвалованных и скрытогривистых поймах, свойственных хорошо сформированным речным долинам (Виноградова, 1957). Такие долины формируются в результате сильной переработки рельефа текучими водами. Образование прирусловых валов, отделяющих торфяные болота от русла рек, связано с повышением базиса эрозии. В обвалованных поймах осоково-гипновые болота обычно занимают понижения, примыкающие с одной стороны к уступу надпойменной террасы, с другой стороны — к прирусловому валу. В скрытогривистых поймах основным источником, питающим осоково-гипновые болота, служат грунтовые воды, богатые солями кальция и железа. В среднем и особенно в верхнем течении рек поверхность осоко- во-гипновых болот постепенно выходит из сферы влияния грунтовых вод и полыми водами не заливается. Однако во время половодий наблюдается проникновение речных вод в торфяную толщу, что вызывает во время разлива некоторое поднятие поверхности болот (наблюдения А. Я. Бронзова, указано по Е. А. Виноградовой, 1957). Мощность осоково-гипнового торфа, слагающего притеррасные болота, достигает 5—6 м. В подтайге осоково- гипновая залежь доминирует и в сложении водораздельных болот. В условиях водораздельного залегания мощность осоково- гипновой залежи уменьшается до 2,0—2,5 м. В этой подзоне основными торфообразователями среди гипновых мхов являются Hamatocaulis vernicosus и Drepanocladus sendtneri. В северной лесостепи эти виды вытесняет D. aduncus.

Осоково-сфагновая залежь распространена во всех природных зонах Западной Сибири, но чаще она встречается в строении болот, которые формируются в условиях питания мягкими грунтовыми водами. В лесостепи осоково-сфагновая залежь иногда окаймляет олиготрофные рямы.

Гипновая залежь формируется в тех же условиях, что и осо- ково-гипновая. Её участие в строении торфяных залежей закономерно возрастает с севера на юг. Она доминирует в стратиграфии болот подзоны осиново-берёзовых лесов, где её средняя мощность составляет 2,0—2,5 м.

Сфагновая залежь в строении болот Западной Сибири, в отличие от европейской части России, встречается достаточно редко. Чаще её можно встретить в средней тайге по окраинам водораздельных болот.

Многослойная топяная залежь обычно встречается в южной части Западной Сибири. Она формируется в условиях переменного по трофности водно-минерального режима. Её глубина колеблется в пределах 1,0—1,5 м.

Переходный тип объединяет 15 видов строения залежи, не имеющих широкого распространения (табл. 6).

Переходная лесная залежь чаще сложена преимущественно или более чем наполовину переходным древесным, древесносфагновым или древесно-травяным торфом. Она формируется в условиях питания бедными по содержанию минеральных соединений грунтовыми водами. Переходная лесная залежь характерна для притеррасных болот и болот низких террас в пределах средней, южной тайги и подтайги. Средняя мощность переходной лесной залежи редко превышает 1,5 м, только в единичных случаях она достигает 4—5 м.

Переходная лесо-топяная залежь, по данным Ю. В. Ерковой (1957), в зависимости от характера чередования пластов торфа представлена двумя вариантами: топяные виды переходного торфа сверху перекрывают слои лесного или лесо-топяного торфа. Переходная лесо-топяная залежь в северной и средней тайге встречается по периферии олиготрофных болот водораздельного залегания. В южной тайге её участие в сложении окраин таких болот значительно возрастает. В сложении притеррасных болот переходная лесо-топяная залежь чаще встречается на Обь-Ир- тышском, Кеть-Тымском и Кеть-Чулымском междуречьях. Средняя мощность залежи этого вида строения составляет 2,5 м.

Переходная топяная залежь обычно сложена несколькими видами топяного переходного торфа: шейхцериевым, осоковым, травяным, осоково-сфагновым, сфагновым. Придонные слои такой залежи представлены низинным торфом, относящимся к лесной или топяной группе. Сверху толща переходного торфа бывает перекрыта верховым фускум-торфом. Ю. В. Еркова (1957) отмечает, что особенностью переходной топяной залежи болот Кеть-Тымского и Кеть-Чулымского междуречий является преобладание в стратиграфии переходного шейхцериевого торфа. В этих регионах переходная топяная залежь участвует в сложении торфяной толщи болот водораздельного (межгривные и суффози- онные понижения) и притеррасного залегания. Средняя мощность переходной топяной залежи составляет 2,3 м.

Доля залежей, относящихся к смешанному типу, в строении торфяных отложений центральной части Западной Сибири невелика и не превышает 7%. Залежи этого типа в пределах исследуемой территории встречаются сравнительно равномерно (табл. 8).

Например, смешанная лесо-топяная залежь в средней и южной тайге встречается по окраинам олиготрофных болот, в подтайге окаймляет олиготрофные рямы, формирующиеся среди осоково-гипновых топей. Этот вид строения залежи можно встретить в строении торфяной толщи болот, формирующихся в различных условиях геоморфологического залегания: на водораздельных равнинах, высоких и низких террасах. Залежь сложена в основании низинными торфами лесного, иногда лесо-топяного подтипа, сверху обычно перекрыта верховыми видами торфа — фускум, магелланикум. Средняя глубина смешанной топяно-лесной залежи, слагающей окраины олиготрофных болот, составляет 1,5 м, в подтайге мощность этого вида строения увеличивается до 2,0 м.

По нашим данным и данным Ю. В. Ерковой (1957), особенность строения смешанной лесо-топяной залежи заключается в отсутствии пограничного горизонта (слоя хорошо разложившегося соснового, сосново-пушицевого или пушицевого торфа с пнями сосны), столь характерного для строения смешанной лесотопяной залежи, встречающейся в европейской части России.

В строении смешанной топяной залежи Ю. В. Еркова (1957) отмечает два варианта строения. Для Обь-Иртышского междуречья в пределах южной тайги и подтайги выявлена смешанная топяная залежь, в которой верхний 1,5—2,0-метровый слой сложен верховым фускум- или комплексным торфом, залегающим на пласте мощностью 2,5—3,5 м переходного — осокового, осоково-сфагнового торфа. Переходный торф непосредственно залегает на минеральном грунте или же подстилается небольшим слоем (0,5—1,0 м) низинного осоково-гипнового или осокового торфа. Залежь такого строения формируется в условиях питания болот за счет жёстких грунтовых вод. Эти воды, питавшие болота в начальные периоды их развития, обычно долго сохраняют своё влияние, хотя со временем и значительно ослабевающее. Например, остатки таких видов зелёных мхов, как Pseudocalliergon tri- farium и Meesia triquetra, доминирующие в сложении придонного осоково-гипнового торфа, встречаются и в слоях переходного осоково-сфагнового торфа, исчезая только в самом верхнем горизонте, представленном уже верховым фускум-торфом. Наиболее часто залежь такого строения встречается в бассейне рек Парбига и Кенги. Её средняя глубина — 3,5 м. Второй вариант строения смешанной топяной залежи характерен для болот Кеть-Тымского и Кеть-Чулымского междуречий (болота межгривных и суффози- онных понижений). В строении залежи этого варианта преобладает переходный шейхцериевый торф. Средняя глубина такой залежи составляет 3 м.

Залежи, относящиеся к верховому типу, наиболее широко представлены в строении болот Западной Сибири, особенно болотных систем, сформированных в таёжной зоне. Верховой тип объединяет 13 видов строения торфяных залежей (табл. 6). Среди них наиболее распространёнными являются залежи: фускум, сфагновая, мочажинная, комплексная, шейхцериево-сфагновая.

Фускум-залежь отличается наибольшей простотой строения. Фускум-торф залегает непосредственно на минеральном грунте или подстилается слоем переходного или низинного торфа, мощность которого постепенно возрастает от северной тайги к лесостепи. В средней и южной тайге фускум-залежь доминирует в строении выпуклых болот водораздельных равнин и высоких террас. Достаточно широко она представлена и в строении болот северной тайги, подтайги и лесостепи. Мощность залежи этого вида строения характеризуется широким диапазоном от 0,5 до 9,0 м. Средняя глубина её составляет 3,2 м.

Комплексная залежь в северной и средней тайге доминирует в строении центральных плоских участков болот на водораздельных равнинах и высоких террасах. В случае асимметрии водораздельных равнин участки болот, сложенные комплексным торфом, смещаются к гребням междуречий. В южной тайге её участие в строении торфяных отложений резко снижается. Комплексная залежь имеет сравнительно монотонное строение. В северной и средней тайге, особенно в северной её половине, комплексный торф с небольшими линзами мочажинного или шейхцериево-сфагнового слагает центральные участки водораздельных болот. В южной тайге придонные слои комплексной залежи представлены переходным или низинным лесным торфом.

Мочажинная залежь также чаще встречается в строении болот, расположенных в средней тайге. Она приурочена к центральным наиболее обводнённым участкам болот. Её средняя глубина — 2,3 м.

Шейхцериево-сфагновая залежь приурочена к болотам аналогичных условий геоморфологического залегания. Она обычно сложена шейхцериево-сфагновым и шейхцериевым видами торфа. Придонный горизонт бывает представлен низинными видами торфа: лесным, осоковым или гипновым. Нередко шейхце- риево-сфагновый торф залегает непосредственно на минеральном грунте (обычно песчаном).

Ангустифолиум- и магелланикум-залежи на болотах Западной Сибири не имеют широкого распространения. Эти виды залежей наиболее характерны для мелкозалежных, преимущественно окраинных участков болот, приуроченных к средней и южной тайге. Например, на Кеть-Тымском междуречье магелланикум- залежь слагает отдельные небольшие по площади болота, сформировавшиеся в межгривных понижениях водораздельных равнин. Ангустифолиум- и магелланикум-залежи сложены аналогичными по названию видами торфа. Иногда толщу магелланикум-залежей пронизывают прослойки сосново-пуши- цевого, сосново-сфагнового и пушицевого торфов. Мощность ангустифолиум- и магелланикум-залежей редко превышает 2,0 м.

Сосново-пушицевая и пушицево-сфагновая залежи встречаются чаще в средней тайге по хорошо дренированным окраинам олиготрофных болот. Эти залежи особенно характерны для болот, сформировавшихся в суффозионных понижениях на водораздельных равнинах и террасах Кеть-Тымского и Кеть-Чулым- ского междуречий. Они сложены пушицево-сфагновым, пушице- вым, сосново-пушицевым и сосново-сфагновым видами торфа. Их мощность не превышает 1,2 м.

По дренированным окраинам олиготрофных болотных систем очень редко в виде фрагментов встречается и сосновая залежь мощностью не более 0,5 м.

Сосново-осоковая залежь также приурочена к хорошо дренированным мелкозалежным окраинам болот. Она встречается преимущественно в северной, средней и южной тайге. Глубина залежи не превышает 1,7 м. Сложена она преимущественно верховым сосново-осоковым торфом.

<< | >>
Источник: Под ред. В. Б. Куваева. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. 2001

Еще по теме Особенности ботанического состава, воднофизических и физико-механических свойств видов торфа:

  1. ИЗУЧЕНИЕ ВИДОВОГО СОСТАВА
  2. 3.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
  3. Состав              и              свойства гуминовых кислот              и              подзолистых почв
  4. ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОРФЯНЫХ ПОЧВЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПРИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ А. С. Моторин, Ю. В. Сивков
  5. Эволюция островных экосистем. Динамика видового состава экосистем
  6. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОДЛЕСОБОЛОТНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИБИРСКИХ УВАЛОВ,ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ
  7. ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИТАКСОНОМИЧЕСКОГО СОСТАВА САПРОТРОФНОГО КОМПЛЕКСАБАКТЕРИЙ В БОЛОТНО-ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  8. 2 5.3. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ У ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ЖИВОТНЫХ
  9. ВИДОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛОВОГО АКТА
  10. ВИДОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛОВОГО АКТА