«БОЛЬШОЙ ПРАКТИКУМ: ФИЗИКОХИМИЯ, БИОЛОГИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОРФА Учебное пособие Томск 2007 УДК ББК С Печатается по решению редакционно-издательского совета Томского государственного педагогического университета ...»

Долгое время ксероморфоз болотных кустарничков и некоторых болотных трав (пушицы, осок) объясняли «физиологической сухостью» торфяного субстрата. Считалось, что при обилии влаги в условиях низких температур, анаэробиозиса, повышенной кислотности, наличия токсических веществ вода недоступна для корневых систем растений. Однако в ходе исследований не было отмечено особых затруднений поступления воды в корневые системы. Предполагают, что ксероморфный облик данных растений обусловлен разными причинами: настоящей, т.е. физической сухостью торфяного субстрата (в жаркие летние месяцы), бедностью торфа элементами минерального питания, особенно доступными соединениями азота, наследственностью (возможно, растения унаследовали черты ксероморфного облика от предков – вечнозеленых тропических вересковых).

Травянистые растения. Все произрастающие на болотах травы, за очень редким исключением, многолетние и большей частью являются типичными гигрофитами. Болотные травы приспособились к недостаточной аэрации торфяного субстрата: их надземные и подземные органы характеризуются сильно развитой системой межклетников и воздухоносных полостей. Некоторым болотным травам (пушице, осокам, злакам и др.) свойственны черты ксероморфных растений (узкие жесткие листья, восковой налет с хорошо развитой кутикулой, глубокое расположение устьиц).

Среди травянистых растений верховых болот часто встречается шейхцерия болотная (Scheuchzeria palustris L.) из сем. Ситниковидных (Juncaceae), представители сем. Осоковых (Cyperaceae): пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.), осоки шаровидная (Carex globularis L.) и топяная (C. Limosa L.), сем. Розоцветных (Rosaceae): морошка (Rubus chamaemorus L.), сем. Росянковых (Droseraceae): росянка круглолистная (Drosera rotundifolia L.) и реже Росянка английская (D. аnglica Huds.) (см. рис.3).

Для травяного покрова низинных болот характерны различные осоки:

осока волосистоплодная (Carex lasiocarpa Ehr.), о. двутычиночная (C. diandra Schrank.), о. дернистая (C. caespitosa L.) и другие; пушица многоколосая (Eriophorum polistachyon L.); влаголюбивые злаки: вейник незамечаемый (Calamagrostis negleta (Thrh.) Gaertn.), тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin.); виды семейства Хвощевых (Equisetaceae): хвощ болотный (Equisetum palustre L.) и хвощ топяной (Equisetum fluviatile L.). Из разнотравья здесь встречаются: вахта трехлистная (Menyanthes trifoliata L.) из сем. Вахтовых (Menyanthaceae), белокрыльник болотный (Calla palustris L.) из сем. Аронниковых (Ароидных - Araceae), сабельник болотный (Comarum palustre L.) из сем. Розоцветных и другие растения. Почти все травянистые растения низинных болот являются многолетниками с мощными корневищами, часто образуют заросли.

Цель занятия: познакомиться с древесными, травянистыми растениями, кустарниками и кустарничками болот, их приспособительными особенностями.

Материалы и оборудование: живые или гербарные образцы представителей семейства Сосновых (Pinaceae), сем. Березовых (Betulaceae), сем Ивовых (Salicaceae), сем. Вересковых (Ericaceae), сем. Осоковых (Cyperaceae), сем. Росянковых (Droseraceae), сем. Вахтовых (Menyanthaceae), сем. Розоцветных (Rosaceae), сем. Аронниковых (ароидных - Araceae), сем. Брусничных (Vacciniaceae), сем. Ситниковидных (шейхцериевых – Scheuchzeriaceae Juncaceae); фотоальбомы с болотными растениями; ботанический атлас; ручные лупы; чашки Петри; фильтровальная бумага; пинцет; препаровальные иглы; простые и цветные карандаши.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

2. Познакомиться с кустарниками болот, зарисовать внешний вид березы карликовой, ивы пепельной, ольхи карликовой.

3. Познакомиться с болотными кустарничками. Зарисовать внешний вид багульника болотного, мирта болотного, подбела, брусники, клюквы. Составить краткое морфологическое описание этих растений.

4. Познакомиться с травянистыми болотными растениями. Зарисовать внешний вид и составить краткое морфологическое описание шейхцерии болотной, пушицы влагалищной, вахты трехлистной, представителя рода Осоки, росянки круглолистной.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

2. Денисенков В.П. Основы болотоведения (учебное пособие.) – СПб: изд-во С.Петерб. ун-та, 2000. – 224 с.

3. Макаренко Г.Л., Шадрина Н.И. Основы биогеоценологии болот. Геологический аспект: Учебное пособие. – Тверь: ТГГУ, 1999. – 160 с.

4. Еленевский А.Г., Соловьева М.П., Тихомиров В.Н. Ботаника. Систематика высших, или надземных растений. – М.: Academia, 2005. - …с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Какие болотные кустарнички вы знаете?

3. Какие приспособления к недостаточной аэрации торфяного субстрата имеют травянистые растения болот?

1.3. Фармацевтические аспекты использования болотных растений.

Сфагновые (белые) мхи издавна применяли в народной медицине. Способность всасывать много влаги и впитывать запахи позволяет использовать их в качестве перевязочного материала при лечении ран, особенно гнойных, пролежней. Благоприятному действию этих мхов при лечении ран способствуют его обеззараживающие свойства, которые в основном обусловлены наличием в нем особого вещества – сфагнола. Кроме того, сфагновые мхи содержат тритерпены, полисахариды, смолы, фенолподобные вещества и значительные количества кальция, марганца, железа и серебра. В настоящее время сфагнум применяется только в народной медицине. Торфяные ванны используют при ревматизме, сфагновую подстилку – отмершие нижние части мха – в качестве подкладочного материала в хирургии. Образующийся при отмирании мха торф принимают при острых заболеваниях кишечника, а наружно – в виде торфяной грязи для припарок при лечении язв.

Хвоя и почки сосны обыкновенной имеют лечебное применение. В хвое содержатся эфирное масло, дубильные и горькие вещества, флавоноиды, кумарин, микроэлементы (марганец, железо, медь, бор, цинк, молибден) и большое количество витаминов С, К, Е и каротина. Летучие выделения сосновой хвои обладают высокой фитонцидностью, способностью обеззараживать окружающий воздух. Хвоя сосны рекомендуется при лечении от цинги, инфекционных болезней и ранениях в виде витаминных настоев и концентратов. Отвар почек используют в качестве отхаркивающего и дезинфицирующего средства при воспалении верхних дыхательных путей. Смола сосны входит в состав ранозаживляющего пластыря клеола. Сосновый деготь входит в состав мази Вишневского, который применяют наружно при лечении кожных заболеваний.

Особой популярностью в медицине пользуется пихта сибирская. Эфирное масло пихты служит источником получения камфоры, применяемой в медицине при недостаточности сердечной деятельности и как наружное средство.

Пихтовую хвою используют для получения препарата «Абисиб», применяемого в качестве антицинготного средства, а также стимулирующего защитные силы организма.

Многие болотные кустарнички с успехом применяют в медицинских целях. Так, багульник, все органы которого содержат ядовитое эфирное масло, обладает отхаркивающим и противококлюшным действием, снижает артериальное давление и замедляет частоту сердечных сокращений. В народной медицине это растение считают мочегонным, потогонным, глистогонным средством, применяют в ветеринарии. Настой цветков на спирту используют при туберкулезе легких, для втираний при ревматизме. Листья брусники применяют в виде настоя или отвара как мочегонное, противомикробное, противовоспалительное и вяжущее, а также регулирующее кислотность желудочного сока средство. Ягоды брусники обладают противоцинготным и противогнилостными свойствами. Ягоды клюквы употребляют в виде морса или экстракта как прохладительное и жаропонижающее средство при лихорадке, а также как антитоксическое, противовоспалительное и как источник витаминов. Считается, что ягоды клюквы благоприятно влияют на состав крови.

Среди травянистых растений болот много лекарственных. Например, морошка: настойку из растения применяют при подагре, водянке, авитаминозе, нарушении обмена веществ, как мочегонное, а ягоды как жаждоутоляющее, противицинготное средство. Ценность плодов морошки увеличивает их большая фитонцидность: их летучие фитонциды обеззараживают окружающий воздух, а сок из ягод, даже разведенный водой, сохраняет свою бактерицидную силу после 30-недельного хранения. Трава росянки круглолистной употребляется в народной медицине как отхаркивающее средство при коклюше, катаре бронхов, бронхиальной астме, а жидкость, выделяемая железками листа – наружно против бородавок. Корневища сабельника болотного популярны в народной медицине как средство лечения костно-суставных болезней. Их применяют как вяжущее, мочегонное и желчегонное средство, а наружно – как ранозаживляющее и противовоспалительное средство при воспалительных процессах в полости рта. Листья вахты трехлистной используют в качестве горького, возбуждающего аппетит и улучшающего пищеварение средства в виде настоя, а также в составе желчегонного, мочегонного, слабительного и успокоительного сборов (чаев). В народной же медицине листья употребляются как противоцинготное, противоглистное, противолихорадочное средство, при золотухе, туберкулезе и против простуды.

Цель занятия: познакомиться с лекарственными растениями болот Западной Сибири.

Материалы и оборудование: живые или гербарные образцы представителей лекарственных растений семейств Сосновых (Pinaceae), сем. Березовых (Betulaceae), сем Ивовых (Salicaceae), сем. Вересковых (Ericaceae), сем. Вахтовых (Menyanthaceae), сем. Розоцветных (Rosaceae), сем. Брусничных (Vacciniaceae) и других; фотоальбомы с болотными растениями; ботанический атлас; ручные лупы; чашки Петри; фильтровальная бумага; пинцет; препаровальные иглы; простые и цветные карандаши.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

2. Используя литературные данные предложить область применения данных гербарных образцов.

3. Зарисовать внешний вид изучаемых растений.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

–– 398 с.

2. Государственный реестр лекарственных средств. – М. : Минздрав РФ, 2000. – 1202 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. БОЛОТНЫЕ БИОГЕОЦЕНОЗЫ

Среди компонентов биоценоза в болотном БГЦ ведущее место занимает фитоценоз – сочетание растений, совместно обитающих на участке с более или менее однородными условиями среды. Изучение растительности болотных БГЦ имеет большое значение, так как именно фитоценоз обусловливает отложение определенного вида торфа, характеризующегося присущими только ему физико-химическими свойствами. Например, гипновый торф образуется в сильнообводненных биогеоценозах гипнового типа (в составе растительного покрова таких БГЦ преобладают гипновые мхи). Кроме того, по характеру фитоценоза и требовательности к условиям среды можно судить о современном состоянии процесса торфонакопления.

Количество фитоценозов, которые можно выделить в растительном покрове болот сравнительно невелико. К классификации болотной растительности существуют разные подходы: доминантный, эколого-фитоценотический, флористический и т.д. Так, эколого-топологический принцип классификации болотной растительности (по С.Н. Тюремнов,1949, 1976) использован применительно к запросам торфяной промышленности. На ее основе разработана классификация торфов. Фитоценозы соответствуют виду торфа. Каждому фитоценозу свойственна среда с определенным режимом влажности, аэрации, минерального питания и т.д. В основу классификационной схемы фитоценозов положены два признака: минеральный и водно-воздушный режимы. Сочетание этих двух факторов в основном обусловливает в каждом отдельном случае флористический состав фитоценозов и их структуру. По минеральному режиму (зольности субстрата) различают три типа растительности: верховой (олиготрофный тип – включает малотребовательные к питательным веществам растения), низинный (эвтрофный тип – образован растениями, требовательными к содержанию в субстрате питательных веществ) и переходный (мезотрофный тип), который занимает по питанию промежуточное положение между олиготрофным и эвтрофным. По водно-воздушному режиму болотные фитоценозы в целом и по каждому типу отдельно расчленяются на три подтипа: лесной, лесотопяной и топяной.

Расположение растительных сообществ приурочено к определенным элементам экотопа. Отдельные фитоценозы располагаются в виде закономерно чередующихся полос, образующих экологический ряд. Экологический ряд – это последовательно сменяющие друг друга в пространстве и фитоценозы, которые могут сильно различаться между собой. Так, на водоразделах выделено восемь основных звеньев экологического ряда: темнохвойный лес на приречном увале, эвтрофное болото, березовый лес, заболоченный смешанный лес, мезотрофное болото, рям, грядово-мочажинный комплекс, грядово-мочажинно-озерковый комплекс. Ширина и протяженность фитоценозов может изменяться в больших пределах, отдельные звенья могут либо сильно расширяться, либо сужаться до полного выключения из экологического ряда.

Разнообразие болотных биогеоценозов весьма велико. Их можно различать по положению в рельефе, растительному покрову, условиям водного и минерального питания и т.д. Единой классификации болотных БГЦ, объединяющей отдельные компоненты болот или болотных систем (растительности, торфов и торфяных залежей) до сих пор не существует. Так, биогеоценотическая классификация О.Л. Лисс с соавт. (2001) разработана с учетом следующих критериев: состав и структура болотных фитоценозов, их генезис, экологические условия (обводненность, трофность), интенсивность торфообразовательного процесса, возраст. То есть предлагаемая биогеоценотическая классификация отражает особенности развития и строения болотных систем во времени и в пространстве. В рассматриваемой классификации низшим таксоном является тип болотного биогеоценоза. Согласно классификации, в пределах болотных систем Западной Сибири выявлено более 60 типов болотных биогеоценозов, каждый из которых формирует соответствующий ему по ботаническому составу вид торфа. Название каждому из выделенных типов болотных БГЦ дается по названию типа фитоценоза. Разнообразие болотных систем определяется сочетанием слагающих их различных типов биогеоценозов. В центральной части Западно-Сибирской равнины (северная, средняя, южная тайга) болотные системы в основном состоят из биогеоценозов олиготрофного типа. На севере (тундра, лесотундра) и юге (подтайга, лесостепь) благодаря усилению засоленности грунтов существенно увеличивается площадь болотных систем, пребывающих в эвтрофной стадии развития. Болотные системы, относящиеся к мезотрофному типу, не занимают больших площадей. Они более или менее равномерно размещены по всем зонам и подзонам Западно-Сибирской равнины.

Водный режим болотных биогеоценозов в общем виде определяют атмосферные осадки и грунтовые воды. На первоначальном этапе развития питание болотных БГЦ – атмосферно-грунтово-водное с эвтрофным ходом развития торфяной залежи болот. На определенном этапе развития болотных БГЦ эфтрофная стадия развития постепенно переходит в олиготрофную стадию и водное питание болотных БГЦ становится атмосферным.

Болотные биогеоценозы олиготрофного типа. БГЦ олиготрофного типа формируются в условиях обильного увлажнения и бедного водно-минерального питания. Это питание осуществляется главным образом за счет атмосферных осадков, содержащих менее 50 мг/л растворенных минеральных солей. Олиготрофные БГЦ занимают наибольшие территории Западной Сибири. Растительные сообщества олиготрофного типа характеризуются малым количеством образующих видов. Состав доминантов изменяется в зависимости от условий произрастания (от степени обводненности, глубины залегания грунтовых вод, проточности и т.д.). Характерная особенность олиготрофных БГЦ – сплошной ковер сфагновых мхов.

Болотные биогеоценозы мезотрофного типа. БГЦ мезотрофного типа формируются в условиях смешанного питания: атмосферными, поверхностносточными и частично грунтовыми водами. Содержание растворенных минеральных солей в пределах 40-80 мг/л. БГЦ данного типа встречаются в основном в виде фрагментов на контактах олиготрофных и эвтрофных участков, по окраинам олиготрофных болотных систем. Между выпуклыми участками на крупных массивах образуются мезотрофные топи. Мезотрофная растительность формируется в условиях постепенного обеднения питающих грунтовых вод минеральными веществами или в условиях постоянного питания мягкими слабопроточными водами. Во всех ярусах растительных сообществ произрастают и эвтрофные и олиготрофные виды растений в сочетании с мезотрофными видами. На водоразделах в условиях небольшой обводненности формируются древесно-кустарничково-травяно-моховые и древесно-травяно-моховые мезотрофные фитоценозы. В моховом покрове лесных мезотрофных растительных сообществ доминирующими видами являются Sphagnum magellanicum Brid., S.

angustifolium (Russ. ex Russ.) C. Jens.), S. centrale C. Jens. ex H. Arn. et C. Jens.

На сильно обводненных окраинах олиготрофных болот распространены травяно-сфагновые безлесные растительные сообщества, имеющие сплошной моховой покров из гидрофильных видов Sphagnum obtusum Warnst., S. majus (Russ.) C. Jens. и др.

Болотные биогеоценозы эвтрофного типа. Формирование данных БГЦ определяется, в первую очередь участием грунтовых или речных вод, богатых минеральными веществами (от 60 до 400 мг/л растворенных минеральных солей); атмосферные осадки играют здесь меньшую роль. В связи с этим, эвтрофные сообщества приурочены в основном к поймам рек. На водораздельных равнинах и террасах они встречаются фрагментарно – по окраинам олиготрофных болот. В центральных частях болот они формируются вблизи болотных речек, приурочены к проточным топям, топям выклинивания (местам выхода грунтовых вод к поверхности), так как в этих условиях за счет подтока грунтовых вод, а также благодаря сбросу поверхностных вод с выпуклых олиготрофных участков создается более богатый водно-минеральный режим. Растительность эвтрофных БГЦ характеризуется значительным разнообразием слагающих ее сообществ. Здесь встречаются древесно-травяные, древесно-травяномоховые, кустарничково-травяно-моховые, травяно-моховые и травяные растительные ассоциации. Также как и на олиготрофных БГЦ доминантами являются мхи, из них ценообразователями выступают чаще всего зеленые мхи, такие как Drepanocladus vernicosus (Mitt.) Warnst., Tomenthypnum nitens (Hedw.) Loeske, Aulacomnium palustre (Hedw.) Schwaegr., и эвтрофные виды сфагновых мхов:

Sphagnum. warnstorffi Russ., S. obtusum Warnst., S. centrale C. Jens. ex H. Arn. et C. Jens. и др.

Травяные ассоциации играют подчиненную роль в сложении растительного покрова низинных болот Западной Сибири и формируются только в условиях наиболее богатого минерального питания.

Болотные биогеоценозы гетеротрофного типа. Комплексы БГЦ гетеротрофного (разнотипного) типа объединены в четыре группы, которые получили распространение в зоне тундры и таежной зоне: с валиково-полигональным, плоскобугристым, крупнобугристым и грядово-мочажинным мезо- и микрорельефом.

Цель занятия: познакомиться с типами растительности болот, получить представление о классификации болотных биогеоценозов, познакомиться с типами болотных биогеоценозов.

Материалы и оборудование: таблица «Классификация растительного покрова болот» (С.Н. Тюремнов, 1976); фотоальбомы болотных биогеоценозов;

видеофильм «Типы болотных биогеоценозов»

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

2. Определить и записать, к какой группе, подтипу и типу растительности относятся следующие фитоценозы: осоково-сфагновая топь, вахтовый фитоценоз, березово-вейниковый фитоценоз, фускум фитоценоз.

3. По приведенным ниже описаниям растительности определить и дать названия следующим фитоценозам:

А) Микрорельеф: кочкарник крупный, высота кочек 70 см, диаметр 2 м, межкочковые понижения – диаметр 50 см.

УБВ- 5 см, мощность торфяной залежи – 100 см.

Древостой: сосна (Pinus silvestris f. litwinowii), высота 2-3 м, встречается единично Подрост: Pinus silvestris L., высота - 40-50 см, единично.

Кустарничковый ярус:

Кассандра болотная – 35%, клюква болотная – 35%.

Проективное покрытие кустарничкового яруса – 70%.

Травяной ярус:

Пушица влагалищная – 20% Осока (Carex sp.) – 20% Морошка – единично Росянка круглолистная – единично.

Проективное покрытие травяного яруса – 40%.

Моховой покров:

Сфагн магелланский - 80% Сфагн узколистный - 20% Проективное покрытие мохового яруса – 100%.

Б) Микрорельеф: не выражен УБВ- вода на поверхности, мощность торфяной залежи – 240 см.

Древостой: отсутствует Кустарничковый ярус:

Единичные растения кассандры болотной, клюквы болотной, подбела многолистного, карликовой березки.

Проективное покрытие кустарничкового яруса – 20%.

Травяной ярус:

Пушица влагалищная – 5% Осока (Carex sp.) – 70% Росянка круглолистная – единично.

Проективное покрытие травяного яруса – 80%.

Моховой покров:

Сфагн узколистный - 100% 4. Познакомиться с разными болотными БГЦ, выделить и записать их особенности.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

2. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. – М.: Наука, 1976. – 487 с.

3. Денисенков В.П. Основы болотоведения (учебное пособие.) – СПб: изд-во С.Петерб. ун-та, 2000. – 224 с.

4. Макаренко Г.Л., Шадрина Н.И. Основы биогеоценологии болот. Геологический аспект: Учебное пособие. – Тверь: ТГГУ, 1999. – 160 с.

5. Пичугин А.Ф. Торфяные месторождения: Учебник. – М.: Высшая школа, 1967. – 275 с.

6. Храмов А.А., Валуцкий В.И. Лесные и болотные фитоценозы Восточного Васюганья. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. – 219 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Назовите основные виды растений, составляющих олиготрофные и эвтрофные фитоценозы.

3. В каких условия водно-минерального питания формируются биогеоценозы олиготрофного, мезотрофного и и эвтрофного типов?

3. БОЛОТНОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

Рис. Схема типологического районирования торфяных болот мира При типологическом районировании выделены крупные торфяные области.

1. Область полярных реликтовых торфяных месторождений включает в себя зоны тундровых, бугристых и аапа-болот (см. рис. поз.1, 2, 3) 2. Область верховых торфяных месторождений (Носhmоог, Нighmoor, Raised bog) - это олиготрофные (омбротрофные) месторождения, характеризующиеся определенной выпуклостью поверхности (см. рис. поз. 4, 5).

3. Область разнотипных торфяных болот горноравнинных и вулканических регионов мира (см. рис. поз. 10) распространена в странах почти всех континентов (Евразия, Америка, Африка).

4. Область низинных торфяных месторождений характеризуется большим разнообразием генетических форм (см.рис. поз. 6, 7, 8, 9, 11).

Развиваются они в аллювиальных областях вдоль берегов рек; на месте озер; маршей, заросших тростником и рогозом; вокруг озер. Распространены эвтрофные торфяные залежи во всех странах мира.

Рассмотрим районирование Западной Сибири. Торфяные месторождения Западно-Сибирской равнины чрезвычайно разнообразны по условиям образования и развития. В соответствии с изменениями комплекса физикогеографических факторов меняется заторфованность, а также характер и особенности торфяных месторождений. Именно принцип зональности и был положен в основу всех существующих схем районирования торфяных месторождений Западной Сибири.

Всего на территории Западно-Сибирской равнины выделено шесть торфяно-болотных зон, границы которых в основном совпадают с границами природных зон Западной Сибири.

Районирование торфяных месторождений Западной Сибири представляет важную проблему в связи с феноменальной заболоченностью территории.

Примечание: А – Западно-Сибирская торфяная провинция (молодая плита), 2. А7 – Кулундинско-Барабинская область торфонакопления, А5 – Чулымо-Енисейская область торфонакопления, А6 –Северо-Казахстанская область торфонакопления.

Г – Салаиро-Кузнецкая торфяная провинция (плоскогорье), Д – Алтае-Саянская торфяная провинция (высокое нагорье), Д2 – Кузнецко-Алатауская область торфонакопления.

Для каждой из этих провинций характерны специфические геологогеоморфологические, гидрологические условия, которые определяют особенности образования, накопления торфа, расположение залежей на площади (табл.

КулундинскоБарабинская, А Алтае- Горно-Алтайская, Саянская Д Рассмотрим расположение выделенных торфяно-болотных зон, их границы и сопоставление с природными зонами Западной Сибири.

В тундровой зоне, общая заболоченность которой составляет 16–25 %, для плакорных местообитаний характерен мозаичный покров осоковолишайниково-моховых и кустарничково-моховых сообществ, в северной части тундры распространены полигональные болота с ярко выраженной неоднородной структурой (рис. ).

В южной части тундры в растительном покрове преобладают сообщества гипоарктических кустарников – ерники и ивняки, ровные междуречные пространства заняты плоскобугристыми и бугристо-кочковатыми болотами, в растительном покрове которых существенно больше сфагновых мхов. Заболоченность лесотундры очень высока до 70%.

Таежная зона делится на четыре подзоны. Для подзоны северной тайги характерно развитие редкостойных лиственничных, лиственнично-еловых и лиственнично-сосновых лесов, чередующихся с плоско- и крупнобугристыми мохово-лишайниковыми комплексами болот. Наибольшая заторфованность – более 50 %.

Подзона средней тайги выделяется преобладанием темнохвойных и сосновых лесов и производных сообществ на их месте. От северотаежных типов эти леса отличаются более высокой продуктивностью.

Центральные части междуречий заняты грядово-мочажинными и грядово-мочажинно-озерковыми болотами. Заторфованность средней тайги составляет 39 % (рис. ).

Рис. Грядово-среднемочажинный комплекс фитоценозов В подзоне южной тайги основным зональным типом являются кедровоелово-пихтовые зеленомошно-мелкотравные и мелкотравно-осоковые леса.

Подзона мелколиственных осиново-березовых лесов (подтайга) выделяется преимущественно для Западной Сибири и на севере ограничена 56–57 с. ш., на юге – 54–55 с. ш. В условиях континентального климата березовые леса замещают полосу хвойно-широколиственных и широколиственных лесов, характерную для европейской части России.

В пределах подтайги господствуют коренные мелколиственные (березовые и осиновые) леса с хорошо развитым злаково-разнотравным покровом.

Их дальнейшее заболачивание приводит к образованию эвтрофных и мезотрофных лесных (с Betula alba) осоковых и осоково-сфагновых болот. Средняя заторфованность подтайги составляет 25 % (рис. ).

Рис. Эвтрофное осоково-гипновое болото Региональной особенностью лесостепи в Западной Сибири, является наличие эвтрофных травяных (в основном осоковых и тростниковых) болот. Местами встречаются эвтрофные осоково-гипновые болота, а также олиготрофные сосново-кустарничково-сфагновые (рямы). Средняя заторфованность зоны составляет 8%.

Степная зона на территории Западно-Сибирской равнины имеет ограниченное распространение. Процессы заболачивания не характерны для степной зоны. Они наблюдаются только в небольших замкнутых понижениях с близко залегающими грунтовыми водами.

Цель занятия: познакомиться с районированием болот мира, Западной Сибири. Понять особенности и закономерности предлагаемых построений.

Материалы и оборудование: таблица «Характеристика ресурсов торфа Западной Сибири», видеофильм.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Перечислите основные принципы и задачи болотного районирования.

3. Перечислите торфяно-болотные зоны Западной Сибири и дайте их характеристику.

4. ТОРФЯНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Торф – органическая горная порода, содержащая не более 50 % минеральных веществ (от абсолютно сухого вещества торфа), образовавшаяся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода.

Вид торфа – первичная таксономическая единица классификации торфов.

Он отражает исходную группировку растительности и условия своего образования, характеризуется более или менее определенным ботаническим составом, зольностью, содержанием гумуса и другими свойствами.

Торфяная залежь – закономерное вертикальное напластование торфов отдельных видов от поверхности до минерального дна торфяного месторождения или подстилающих озерных отложений.

Торфа, отлагаемые в основном верховой растительностью, называются верховыми, низинной растительностью – низинными. Эти же названия, верховой и низинный, присвоены двум основным типам торфяной залежи в зависимости от преобладания из них торфов того или иного типа.

Торфяное месторождение – это геологическое образование, состоящее из напластований видов торфа и характеризующееся в своих естественных границах избыточным увлажнением и специфическим растительным покровом.

Заметим, что эвтрофные ( от греческого «эу» – хорошо и «трофее» – пища ) или низинные болота богаты питательными элементами за счет подпитывающих их грунтовых вод. Полная противоположность им болота олиготрофные («олигос» – малый, недостаточный). Минеральное питание они получают только за счет атмосферных осадков.

Зарождение и развитие болотных систем. Установлено, что начало и развитие болотообразования на Западно-Сибирской равнине относятся только к голоцену, в котором можно выделить 4 периода развития болотобразовательного процесса. Первый период характеризуется потенциальной возможностью развития болотообразовательных процессов. Он длился тысячу лет (от 12 до тыс. лет назад). В этот период резко континентального климата значительная часть территории Западно-Сибирской равнины представляла собой безлесные пространства, занятые перигляциальными степями и тундровыми сообществами и происходило накопление озерных отложений в приледниковых водоемах.

Заболоченность водораздельных пространств в бореальный период не превышала 5%. Болотообразовательный процесс в бореально-атлантический период (8000 лет назад) превратился из локального в локальнорегиональный: усилилась трансгрессия болот из очагов заболачивания на окружающие территории. Средняя заторфованность территории центральной части Западной Сибири возросла до 15–20 % (рис. ).

Рис..Размещение болот в центральной части Западной Сибири в бореальном периоде (8000-9500 лет назад).

Рис. Размещение болот в центральной части Западной Сибири в субатлантическом периоде (2500 лет назад – настоящее время) В атлантическом периоде в северной тайге и на большей части средней тайги в основном завершилась трансформация болотных систем из эвтрофной и мезотрофной стадий в олиготрофную.

Суббореальный период (4500–2500 лет назад) выделяется как сложный этап по климатическим условиям. Раннесуббореальное похолодание и последующее потепление не снизили темпов болотообразования.С этого периода намечается тенденция оформления современной дифференциации болотных систем. Леса по соотношению пород в древесном ярусе тоже приблизились к современным (рис. ).

Рис. Олиготрофное болото Рис. Эвтрофное болото Классификация типов торфов разработана по геоботаническому принципу.

Основой ее служит ботанический состав торфов, отражающий условия водноминерального питания растительных группировок. Высшей таксономической единицей служит тип торфа. Установлены 3 типа торфа: низинный, переходный и верховой. В пределах этих типов по соотношению содержания растительных и, в первую очередь, древесных остатков, торф подразделяется на подтипы:

лесной, лесотопяной, топяной, а подтипы – на группы. В каждую группу входит несколько видов торфа, выделяемых по преобладающему ботаническому составу, который определяется количеством остатков растений-торфообразователей, слагающих растительное волокно торфа, выраженное в процентах.

Необходимо знать экологические особенности растений-торфообразователей, их принадлежность к тому или иному типу болотного сообщества. При этом нужно учитывать, что многие виды болотных растений отличаются широкой амплитудой экологической приспособленности и могут произрастать на болотах смежных типов – эвтрофных и мезотрофных, мезотрофных и олиготрофных, а некоторые из них – на болотах всех трех типов. Например, сосна обыкновенная, клюква, подбел болотный, шейхцерия и др. Исходя из сказанного, при определении типа торфов необходимо опираться на те растения, которые более или менее однозначно соответствуют определенному типу болот.

Основные торфообразователи в торфах низинного типа:

– деревья и кустарники – береза, сосна, кедр, ель, пихта, лиственница, ольха, ольховник, ива;

– травы – осоки (определенные виды), тростник, вейник определенные виды), хвощ (отдельные виды), вахта, пушица (определенные виды), папоротник (определенные виды), шейхцерия;

– мхи гипновые (определенные виды), сфагновые эвтрофные и мезоэвтрофные виды.

Основные торфообразователи в торфах верхового типа:

– деревья – сосна, кедр;

– кустарнички – подбел, мирт болотный, багульник;

– травы: шейхцерия, пушица влагалищная, осоки шаровидная и топяная;

– мхи: сфагновые олиготрофные и олигомезотрофные виды, гипновые (определенные виды).

Полное название вида торфа должно включать его типовую и видовую принадлежность. Например, осоковый низинный торф.

Все разнообразие видов торфяных залежей объединено в 4 типа: низинный, переходный, верховой и смешанный, из которых три первых типа выделяются по преобладающему участию в сложении залежей торфов одноименного типа. Смешанный тип залежи представляет собой некий сборный тип, когда верхняя часть залежи, не превышающая половину его мощности, сложена верховыми торфами, а нижняя - переходными или низинными.

В каждом типе залежи насчитывается 3 подтипа – лесной, лесотопяной и топяной. К лесному подтипу относятся залежи с преобладанием в них лесных торфов, к топяному – топяных.

В том случае, когда залежь имеет простое строение, то есть сложена главным образом торфами одного подтипа, среди которых абсолютно преобладает один из видов торфа, название залежи дается по этому доминирующему виду торфа.

Часто залежь отличается пестротой строения, то есть в сложении участвуют торфа, далекие по генетическим признакам, например, лесные и топяные, формируя очень неоднородные по своему составу залежи. В этом случае приходится идти на некоторую условность, используя для названия залежи уровень подтипа и принимая за основу последовательность чередования пластов торфа различных подтипов: топяно-лесная, лесотопяная. Многослойная топяная, многослойная топяно-лесная.

Определение типов, подтипов и видов торфяных залежей – Залежь полностью или более, чем на 50% состоит из верховых торфов – верховой тип.

– Мощность слоя верховых торфов более 0,5 м, но не превышает 50 % общей мощности залежи – смешанный тип.

– Залежь полностью или более, чем на 50% общей мощности сложена низинными торфами – низинный тип.

– Залежь полностью или более, чем 50% общей мощности сложена переходными торфами – переходный тип.

Подтипы:

– Не менее 75% общей мощности залежи составляют торфа топяного подтипа – топяной подтип.

– Торфа топяного подтипа составляют менее 75 %, но более 25 % общей мощности залежи, либо в образовании залежи преобладают торфа лесотопяного подтипа – лесотопяной подтип.

– В сложении залежи торфа лесного подтипа составляют не менее 75 % – лесной подтип.

Виды торфяных залежей (на примере низинного типа).

– Не менее 75% общей мощности составляют торфа топяного подтипа.

– Один из видов торфа (осоковый, тростниковый, вейниковый и т.д.) по мощности абсолютно преобладает, т.е. превышает сумму всех остальных видов топяного подтипа. Соответственно виды залежей: осоковая, тростниковая, вейниковая и так далее.

– Среди торфов топяного подтипа нет ни одного абсолютно преобладающего вида – топяная.

– Не менее 75% общей мощности залежи составляют торфа лесного и лесотопяного подтипов а) доминируют торфа лесного подтипа (древесный, еловый и др.). Соответственно виды залежей – древесная, еловая и т.д.

– Среди торфов лесотопяного подтипа один из видов торфа (древесноосоковый, древесно-тростниковый и так далее) абсолютно преобладает. Соответственно виды залежей: древесно-осоковая, древесно тростниковая и так далее.

– Среди торфов лесотопяного подтипа нет преобладающих видов – древесно-топяная.

– Залежь имеет двухслойное строение, то есть один пласт залежи образуют торфа топяного подтипа, другой – торфа лесного и лесотопяного подтипов:

а) в строении залежи преобладают торфа топяного подтипа - многослойная топяно-лесная, б) господствуют торфа лесного и лесотопяного подтипов – многослойная лесотопяная Характеристика торфяных месторождений Томской области. На территории Томской области выявлено и учтено 1505 торфяных месторождений общей площадью в границах промышленной залежи 7720420 га. Большое распространение на территории Томской области имеют месторождения площадью более 50 тыс. га, запасы торфа в которых составляют 67,8% от общих запасов области. Около 16,7% запасов торфа сосредоточено на 65 месторождениях, имеющих площади от 10 до 50 тыс. га. Наибольшее количество месторождений (649) имеют площадь от 101 до 1000 га, которые по запасам торфа не превышают 4,5% всех запасов торфа области. Большая часть представлена торфом верхового типа (57%); доля переходного и низинного типов составляют 39,5%.

Смешанная залежь (4,0%) представлена в виде отдельных участков на крупных массивах с торфом верхового типа.

Цель занятия: познакомить с условиями образования торфяных месторождений и их типами и научиться определять тип торфяной залежи.

Материалы и оборудование: теоретические материалы главы 4 Большого Практикума.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

Не менее 75% общей мощности залежи составляют торфа лесного и лесотопяного подтипов. Доминируют торфа лесного подтипа (березовый). Вид торфяной залежи – березовая.

1. Не менее 75% общей мощности торфяной залежи низинного типа составляют торфа топяного подтипа с преобладанием вейникового торфа (превышает сумму всех остальных видов топяного подтипа). Определить вид торфяной залежи низинного типа.

2. Залежь имеет двухслойное строение, верхняя часть залежи сложена торфами топяного подтипа. Определить вид торфяной залежи низинного типа.

3. Не менее 75 % общей мощности залежи низинного типа составляют торфа лесного и лесотопяного подтипов с доминированием торфов лесного подтипа – пихтовый. Определить вид торфяной залежи низинного типа.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

2. Болота Западной Сибири и их роль в биосфере. Томск. ЦНТИ, 1998. 72 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Среди полезных ископаемых, которыми богата наша страна, значительная роль принадлежит торфяным месторождениям, распространенным практически на всей земной поверхности. Заболоченность составляет около 4,4% общей площади суши. Заторфованность территории России различна, наибольшая характерна для Западно-Сибирской равнины и достигает 14% (рис.) Рис. Заторфованность территории России по федеральным округам В соответствие с классификацией месторождений твердых полезных ископаемых запасы торфа по их народнохозяйственному значению делят на две группы:

1. Балансовые – запасы торфа, удовлетворяющие установленным кондициям для их подсчета, а также запасы, использование которых в настоящее время нецелесообразно.

2. Забалансовые – запасы торфа, не удовлетворяющие установленным кондициям, а также запасы, использование которых в настоящее время нецелесообразно.

По степени изученности запасы торфа подразделяются на разведанные (категории А, В и С1), предварительно оцененные (категория С2) и прогнозные ( категории Р1, Р2, Р3 ). Категория А включает детально разведанные запасы торфа.

Балансовые запасы торфа категорий А+В+С1, в Российской Федерации составляют 19,1 млрд.т, категории С2 – 11,9 млрд.т, которые размещены на 20984 торфяных месторождениях (табл. ). Сюда включены и месторождения до 10 га. Таким образом наибольшее количество запасов торфа категорий А+В+С – 6,9 млрд.т (36,2 % от запасов России) разведано в Северо-Западном федеральном округе, затем следует Сибирский (25,8 %) и Уральский округ (19,5 %).

Рис. Детально разведанные запасы торфа Прогнозные ресурсы торфа России в количестве 128,7 млрд.т (95,5 млн.т из них до 10 га) оценены на площади 25821 торфяном месторождении (табл., 8975 из них до 10 га) и примерно 4000 неизученных участков разведанных торфяных месторождений, составляющих в границе промышленной глубины залежи 37,2 млн.га или 372,4 тыс.км2.

Общий баланс запаса торфа в РФ составляет 166,9 млрд.т на площади 47, млн.га (476 тыс.км2). По оценкам специалистов и проведённым исследованиям с использованием новейших топографических и специальных карт, материалов аэрофотосъёмки и космической съёмки, достоверные запасы торфа в стране могут быть увеличены до 250 млрд.т, в основном за счёт выявления новых торфяных месторождений в районах Восточной Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера.

Почти половина прогнозных ресурсов торфа (48,3%) и более половины их площади (51,6%), согласно новому административному делению относится к Уральскому федеральному округу в связи с отнесением нему Тюменской области (25,13 млрд.т), Ханты-Мансийского автономного округа (38,99 млрд.т) и Ямало-Ненецкого автономного округа (7,85 млрд.т). Этот федеральный округ занимает по запасам торфяных ресурсов первое место в России.

ный округ Центральный СевероЗападный Приволжский Дальневосточный На втором месте находится Сибирский федеральный округ (34,4 млрд.т или 21,8% прогнозных ресурсов России). Россия имеет огромные ресурсы торфа (разведанные и прогнозные – 166,9 млрд.т), которые составляют 31,4% от мировых и обеспечивают России первое место по их запасам, Территорию России по степени изученности запасов торфа можно разделить на районы (рис.).

Рис. Изученность торфяных ресурсов России Район высшей степени изученности запасов торфа. Разведанные запасы торфа составляют более 80% их общих запасов. К этому району относятся Московская, Владимирская, Рязанская, Ярославская, Смоленская и другие области центральной части Европейской территории России (ЕТР). Торфяные месторождения на этой территории в основном выявлены и изучены.

Район изученных запасов торфа с наличием не выявленных торфяных месторождений. Разведанные запасы торфа составляют от 30 до 60 % их общих запасов (Кировская, Костромская, Ивановская, Тульская, Брянская, Воронежская, Ленинградская, Калининградская и другие области).

Район слабо изученных запасов торфа. Доля разведанных запасов торфа составляет менее 10% их общих запасов. Основные запасы торфа – прогнозные. К этому району относятся вся Западно-Сибирская равнина, север ЕТР, Камчатка и Сахалин.

Район практически не изученных запасов торфа. В этом районе практически нет разведанных торфяных месторождений, а сведения об особенностях торфяных залежей и их свойствах ограничены. К этому району относятся Крайний Север Европейской части России, север Западной Сибири, большая часть Дальневосточного федерального округа.

Как следует из вышеизложенного, огромные ресурсы торфа в России (разведанные и прогнозные – 166,9 млрд. т), которые составляют 31,4% от мировых и обеспечивают первое место по запасам, в настоящее время практически не используются.

мировых и обеспечивают первое место по запасам, в настоящее время практически не используются.

Томская область располагается на Западно-Сибирской низменности, занимая ее центральную часть. Характеризуется высокой заболоченностью (50%) и заторфованностью (35,6%). По типам болотных биогеоценозов, строению и мощности стратиграфического профиля, торфяные ресурсы Томской области являются представительными для Сибирского и Уральского федеральных округов. По запасам торфа Томская область занимает 2-е место в РФ после Тюменской (запасы торфа 29345577 тыс.т в расчете на 40%ю влажность, что составляет 18,1% от запасов РФ ). Изученность торфяных ресурсов Томской области невысокая, большая часть месторождений выявлена на стадии поисков, и их запасы относятся к прогнозным (79,5%). Детально исследованных участков (категория запасов А + В) всего 74 общей площадью до 9435 га с запасами 871294 тыс. т., или 3% торфяных ресурсов области.

Цель занятия: познакомиться с понятиями торфяных ресурсов и научиться составлять их баланс.

Материалы и оборудование: глава 5 Большого Практикума.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

2. Маслов Б.С., Минаева И.В. Мелиорация и охрана природы. – М: Россельхозиздат, 1985, 272 с.

3. Кузьмин Г.Ф. Торфяные ресурсы Северо-Запада России и их использование. – СПб: НИИТП, 1997, 148 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОРФОВ

Рисунок. Электронномикроскопические снимки Для оценки внутреннего строения торфа широко используют параметры пористости. Так же о плотности упаковки торфа в торфяной залежи, о соотношении пустот и твердой фазы дают представления такие физические показатели, как плотность сложения и плотность твердой фазы.

Цель: познакомиться с физическими методами исследования торфов.

Занятие 8. Определение влажности торфа В торфе основная масса воды находится в свободном состоянии и содержится в капиллярной форме, т.е. размещается в крупных порах и сообщающихся ячейках – рыхлых структурах торфа.

Количество воды в торфе оценивается показателями влажности.

Отношение массы содержащейся воды в торфе (mв) к общей массе сырого образца (m), выраженное в процентах, называется относительной влажностью(w), Относительная влажность изменяется от 0 до 100 %.

Отношение массы воды в торфе к массе его сухого вещества (mс), выраженное в процентах, называется абсолютной влажностью (W), Абсолютная влажность изменяется от 0 до бесконечности.

Отношение массы воды в торфе к массе сухого вещества, выраженное в долях единицы, называется влагосодержанием (U), Ход работы:

Взвешивается пустой бюкс на весах с точностью до 0,01 г.

1. В бюкс с помощью пинцета, помещается торф и закрытый бюкс с торфом взвешивается.

2. Бюкс с торфом в открытом виде помещают в сушильный шкаф, предварительно прогретый до температуры 1100С. Сушку ведут при температуре 105 - 1100С в течение 4-6 часов.

3. По окончании сушки бюкс вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой, оставляют на воздухе для охлаждения до комнатной температуры и взвешивают.

4. Затем бюксы снова подсушивают в течение 1 часа, охлаждают и снова определяют массу с точностью до 0,01 г, или до тех пор, пока масса не увеличится.

Температура сушки в сушильном шкафу, 0С:

Время сушки, мин:

Таблица 1. Результаты определения влажности торфа Занятие 9. Определение плотности сложения торфа Определение плотности сложения торфа дает возможность представить сложение торфяной залежи, определить запасы влаги по категориям запасов (полная и наименьшая влагоемкости и др.), подсчитать запас питательных веществ в определенном объеме и по слоям залежи. Кроме того, зная плотность сложения и плотность твердой фазы торфа, можно подсчитать суммарный объем пустот в единице объема, называемый порозностью.

Ход работы: В полевых условиях определенный объем торфа с ненарушенным строением вырезают металлическим цилиндром-буром. Бур с зубчатым краем, врезается поворотным движением в торфяную залежь (рис.).

Содержимое бура аккуратно переносится в бюкс, закрывается и оборачивается изолентой в месте соединения крышки с бюксом.

Рисунок. Отбор образцов торфа для определения объемного веса.

Доставив образцы с поля в лабораторию, взвешивают образец вместе с бюксом и отдельно бюкс. Затем, влажный торф переносят на кальку, перемешивают и берут две пробы на определение влажности (см. занятие 8).

Плотность сложения (г/см3)вычисляют по формуле:

где: Е – чистый вес сырой почвы; V – объем цилиндра (см3); W – влажность (%) Занятие 10. Определение плотности твердой фазы торфа.

Ход работы: Определение плотности твердой фазы производят при помощи пикнометра на 50 или 100 мл, с меньшей точностью можно выполнить определение в мерной колбочке.

Чисто вымытый пикнометр наполняют остуженной прокипяченной дистиллированной водой и погружают его на 15-20 мин. в сосуд, наполненный водой, для выравнивания температуры. Вынув пикнометр из воды, его обсушивают фильтровальной бумагой, взвешивают с точностью до 0,01 г, записывают температуру, при которой сделано определение и вес пикнометра с водой.

Воздушно-сухой, измельченный до 0,25-0,1 мм, торф рассыпают тонким слоем на бумаге; из разных мест слоя берут среднюю пробу. Плотность твердой фазы торфа вычисляют на абсолютно сухую почву.

Отливают около половины воды их пикнометра и через сухую воронку всыпают из стаканчика торф (около 10 г), предварительно взвешенную с точностью до 0,01 г. Приставшие к стенкам стаканчика и воронки частицы торфа смывают водой в пикнометр. Далее для удаления воздуха пикнометры выдерживают в течение 1 часа в вакуум-эксикаторе. Лучшие результаты получены при разрежении 0,85 атм. Извлеченные из вакуума пикнометры доливают до метки и, обтерев досуха фильтровальной бумагой, взвешивают.

Плотность твердой фазы вычисляют по формуле:

где В – вес абсолютно сухого торфа, г; А – вес пикнометра с водой; С – вес пикнометра с водой и торфом; d0 – удельный вес неполярной жидкости.

Определение плотности твердой фазы торфа ведется в трехкратной повторности, расхождение параллельных определений не должно превышать 0,02.

Общая порозность показывает суммарный объем пустот, различных по величине и форме. Порозность зависит от механического, агрегатного состава и структуры торфа, формы частиц и т.д.

Величина общей порозности определяет в основном водный и воздушный режим, полную влагоемкость и воздухоемкость. От величины порозности зависит передвижение воды в торфе: водопроницаемость, глубина промачивания, подъем грунтовых вод, испарение.

Если известны плотность сложения (D) и плотность твердой фазы (d) торфа, то можно вычислить общую порозность в объемных процентах:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

7. АГРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ ТОРФОВ

Одной из важнейших предпосылок получения достоверных результатов, реально отражающих химический состав торфяной почвы, является правильный отбор и подготовка проб к анализу. Неправильное или несвоевременное взятие образцов приводит к искажению результатов анализа и неверному заключению о качестве исследуемого материала. При неправильном отборе проб дальнейший даже самый тщательный химический или инструментальный анализ не может исправить положение, и полученные результаты будут недостоверны.

К отбору проб предъявляются определенные требования. Основное из них – получение представительного среднего образца, в котором наиболее полно отражена неоднородность химического состава всей партии анализируемого материала.

Отбор проб для лабораторных исследований осуществляется с помощью специальных приспособлений (щуп, бур) или вручную, начиная от поверхности торфяной залежи до минерального дна в зависимости от цели исследования. Масса пробы должна быть не менее 600 г. Масса проб минерального наноса и минеральных прослоек должна быть не менее 200 г и 100 г грунта минерального дна торфяного месторождения.

Прослойки в торфяной залежи отмечают в журнале отбора проб. Отдельно отбирают пробы грунта минерального дна торфяного месторождения на каждом пункте отбора.

В скважине с каждой глубины отбирают только один раз. Количество скважин зависит от массы пробы, рельефа местности и пнистости торфяной залежи. Каждую пробу при отборе упаковывают последовательно в два полиэтиленовых пакета (один в другой), между которыми вкладывают этикетку. На этикетку помещают информацию: название болота, административный район, пункт отбора, глубина отбора, номер образца, дата отбора.

Цель занятия: получить теоретические навыки отбора образцов в полевых условиях и практическая работа с ними в лаборатории.

Отбор средней пробы торфа для агрохимического анализа Материалы оборудование:

1. Весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,01 г.

2. Шкаф сушильный.

3. Противень, шпатель или ложка.

Ход работы: Пробы торфа выкладывают на противень, тщательно перемешивают без перетирания, разравнивают ровным слоем и делят крестовиной на девять примерно равных частей (рис. 2). Затем шпателем или ложкой отбирают равномерно из всех ее частей требуемое количество торфа. Оставшуюся часть пробы помещают в полиэтиленовый пакет, плотно завязывают и хранят до следующих анализов.

Рис. 2. Подготовка торфа к отбору средней пробы Среднюю пробу (250–1000 г) торфа высушивают на воздухе в хорошо проветриваемом помещении. Высушенный торф измельчают в механическом измельчителе или растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями диаметром в 1 мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. В чем заключается методика отбора проб из торфяной залежи?

3. Сколько раз можно отобрать образец из одной скважины?

4. Что должно быть написано на этикетке при отборе образцов торфа?

7.2. Определение степени разложения торфа Под степенью разложения (R, %) понимается процентное содержание в торфе бесструктурной массы, заключающей в себе наряду с гуминовыми веществами также и мелкие частицы неразложившихся растительных остатков. Известно, что при одинаковом ботаническом составе торфа многие его свойства в значительной мере зависят от степени разложения. В природных условиях степень разложения изменяется в пределах 1–70 %. Максимальная степень разложения встречается у древесных и древесно-травяных видов торфа, минимальная – у моховых.

Среднее значение R, % в пределах типа снижается от лесного подтипа к топяному. Среди торфяных залежей верхового типа высокое значение степени разложения (R=42 %) отмечается у сосново-пушицевой залежи, при колебании R, % от 20 до 60 %. В нижних слоях магелланикум-залежи R, % может достигать величины 50–55 %, однако преобладают слои торфа значительно менее разложившиеся, и степень разложения составляет 26 %. Наименьшая величина степени разложения относится к комплексному виду строения залежи (R=22 %), при изменении от 13 до 33 %. Из торфяных залежей низинного типа у осоковых (топяной подтип) и глубоких многослойных лесо-топяных величина R,% не превышает 30 %. Эти залежи являются в естественных условиях наиболее обводненными из залежей низинного типа и характеризуются более высокой кислотностью.

Для определения степени разложения существует несколько методов: макроскопический, микроскопический и метод центрифугирования.

Макроскопический метод позволяет определить степень разложения в полевых условиях, и основан на глазомерной оценке торфа. Полевое глазомерное определение служит лишь для приближенной оценки названия вида торфа в полевых условиях. При макроскопическом глазомерном методе обычно используют таблицу признаков определения степени разложения И.Ф. Ларгина. (табл. ).

Признаки определения степени разложения низинного и верхового торфа Степень Сохранность растительных остатков и Цвет торфа, окраска отжимаемой разлохарактер разложившейся части торфа воды и другие признаки жения, Спутанный войлок из корешков осок; Светло-серый, иногда желтоватый.

5– характерно присутствие корешков осок Вода светлая или слегка мутная, отвторого порядка с ответвлениями более жимается легко. При растирании тонких корешков третьего порядка. пальцы не пачкает. В отжатом торфе Торф с преобладанием гипновых мхов, заметна упругость.

имеет бронзовый оттенок; хорошо различимы стебельки гипновых мхов с уцелевшими на них обрывками листьев. В сфагновом низинном торфе хорошо различимы коричневые стебли Остатки осок и мхов хорошо различи- Серый или серо-коричневый. Вода 15– мы, но корешки осок более тонкие, чем слегка мутная, отжимается легко.

при степени разложения 5-10 %.

Корешки осок явно различимы на из- Темно-серо-коричневый. Вода мутломе в темной массе торфа. Остатки ная, светло-серая или коричневая с мхов различимы при внимательном заметными взвешенными частицарассматривании. Разложившаяся масса ми.

становится заметной между неразложившимися растительными остатками.

Разложившаяся гумифицированная Темно-серо-коричневый. Вода мутчасть маскирует растительные остатки, ная, темно-серая или коричневая, из которых на глаз различимы тонкие отжимается с трудом каплями. При корешки осок, кусочки древесины и растирании начинает заметно пачкоры и эпидермис корневищ травяни- кать пальцы. В отжатом торфе упрустых растений (тростника, хвоща). гость не заметна.

Встречаются семена вахты.

Из растительных остатков на глаз раз- Землистый, иногда с коричневым 45– Свыше Встречающиеся кусочки древесины Землисто-черный, иногда с коричненепрочные, в большинстве случаев они вым оттенком, вода коричневая, отраздавливаются между пальцами. жимается с усилием каплями. При Остатки мхов почти не изменены, лис- Светло-желтый, прозрачная светлоточки не оторваны от веточек, некото- желтая вода отжимается непрерыврые сфагнумы сохранили первоначаль- ной струей. Не дает ощущения ную окраску (желтоватую, розовую, жирного вязкого вещества и пальцы Остатки сфагновых мхов подверглись Желтый или светло-коричневый.

первоначальному распаду, выражаю- Вода желтая, слегка мутная отжимащемуся в отделении веточек и листоч- ется легко. Упругость в отжатом ков от стеблей; длина стебельков около торфе заметная.

1 см или несколько более.

Остатки сфагновых мхов, корешков Темно-желтый или светлопушицы и корневищ шейхцерии хоро- коричневый. Вода слегка мутная, шо различимы, заметны включения бо- отжимается легко. Упругость в отлее разложившихся растений в виде жатом торфе заметная.

потемневших комочков.

Остатки мхов приобретают сплошную Светло-коричневый. Вода несколько бурую окраску, но слой одевающей их светлее, чем торф, отжимается леггумифицированной массы очень тонок ко. Упругость слабая.

и тесно связан с неразложившейся частью волокна.

Растительные остатки иногда мелкие, Коричневый. Вода мутная, отжимано хорошо заметные. Встречаются об- ется каплями. Дает слабое ощущерывки (до 1 см) стебельков сфагновых ние жирного, вязкого вещества. Замхов. Видны волокна и черные кореш- метно пачкает пальцы. Упругость ки пушицы, а также желтые корневища слабо заметная.

и пленки шейхцерии.

Остатки растений трудно различимы, Темно-коричневый. Вода сильно на изломе видны волокна пушицы, и мутная, отжимается с усилием капнередко встречаются кусочки древеси- лями. На ощупь жирное, маслянины и коры. Разложившаяся масса оде- стое вещество.

вает растительные остатки сплошным слоем и заполняет промежутки между Растительные остатки мало заметны. Темно-коричневый. Вода сильно 45– Разложившаяся масса одевает расти- мутная, отжимается с усилием каптельные остатки сплошным слоем и лями. Сильно пачкает пальцы.

заполняет промежутки между ними.

Вязкая, мажущая часть явно преобла- То же. Сильно пачкает руку, продает над растительными остатками, из давливается между пальцами.

которых бывают заметны волокна пушицы и мелкие кусочки древесины и Растительные остатки незаметны; Темно-коричневый, иногда с певстречающиеся кусочки древесины пельным оттенком. Вода отжимаетразрушаются при надавливании на них. ся с усилием, или совсем не отжимается. Сильно пачкает руку, продавливается между пальцами.

Вязкая, мажущаяся масса, раститель- То же. Вода совсем не отжимается.

70– ные остатки незаметны.

Микроскопический метод определения степени разложения заключается в рассмотрении тонкого слоя торфа под микроскопом и состоит в определении площади, занятой гумусом (бесструктурные растительные остатки) к общей площади поля зрения, занятой частицами торфа, выраженной в процентах. Данный метод прямой, быстрый и простой, но имеет, к сожалению, ряд недостатков:

пригоден только для сырых образцов торфа, при некоторых минеральных примесях дает завышенные значения степени разложения и главное – субъективный, что приводит к большим ошибкам. Сам метод допускает ошибку ± 5 %, с учетом погрешности аналитика средняя ошибка метода составляет ± 12 %, но является более точным, чем предыдущий.

Метод центрифугирования является наиболее точным и принят как основной метод определения степени разложения (ГОСТ 10650–2). Сущность метода заключается в неполном отделении коагулированного гумуса торфа от волокна ситовым анализом в водной среде, с формированием осадка центрифугированием и последующим определением степени разложения с помощью графика.

Цель занятия: получить теоретические и практические навыки определения степени разложения торфов, научиться самостоятельно работать с таблицей признаков определения степени разложения.

Определение степени разложения торфа макроскопическим методом Ход работы. 1. Определить тип торфа – верховой или низинный. В верховом торфе можно различить на глаз стебли и листочки сфагновых мхов, бурые прямые волокна пушицы, темно-коричневые корешки пушицы, блестящие желтые корневища и пленки шейхцерии, черные корешки вересковых кустарничков, темные кусочки древесины и коры сосны. Для низинного торфа характерно присутствие следующих растительных остатков: нитевидных, светлых корешков осок, блестящих черных корневищ и корешков хвоща, коричневых стеблей и бронзово-коричневых листочков гипновых мхов, светло-зеленых корешков и корневищ тростника, темно-красных семян вахты, белых или грязно-белых остатков коры березы, черных кусочков древесины.

2. Определить цвет торфа. При низкой степени разложения верховой торф имеет вид губчатой массы светло-желтого цвета. Среднеразложившийся верховой торф – коричневого цвета, на ощупь напоминает жирное вязкое вещество. В окраске низинных торфов преобладают серые оттенки, при слабой степени разложения – светло-серые, при высокой – землисто-черные. На воздухе низинные торфа окисляются и темнеют.

3. Отжать воду из торфа легким нажатием пальцев, одновременно определяя цвет, а также легкость или затрудненность ее отжатия.

4. Рассмотреть сохранившиеся в торфе растительные остатки и растереть торф между пальцами, чтобы выяснить окрашивает ли он пальцы.

Полученные результаты сравнивают с табл. 1, делают вывод о степени разложения торфа.

Пример. Образец торфа имеет коричневатую окраску, на воздухе не темнеет.

Растительные остатки иногда мелкие, хорошо заметны, встречаются обрывки стебельков сфагновых мхов, длиной до 1 см. При отжиме слегка мутная вода вытекает каплями. Дает слабое ощущение жирного, вязкого вещества. При повторном нажатии упругость слабо заметная. При растирании между пальцами торф заметно пачкает. Вывод: при характеристике торфа по цвету и растительным остаткам, его можно отнести к верховому типу. Согласно табл. 1, по отмеченным признакам, образец торфа имеет степень разложения 30 %.

КОНТОРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Как изменяется степень разложения в зависимости от типа и вида торфа?

3. Какие существуют методы определения степени разложения торфа?

4. В чем заключается сущность макроскопического метода определения степени разложения торфа?

5. С чего начинается макроскопический метод определения степени разложения торфа?

6. В чем заключается сущность микроскопического метода определения степени разложения торфа?

7. В чем заключается сущность определения степени разложения торфа методом центрифугирования?

8. Какой из методов определения степени разложения торфа является наиболее точным?

9. Определите вид торфа и его степень разложения, учитывая следующие макроскопические признаки: образец торфа имеет темно-серо-коричневый цвет, на воздухе темнеет. Вода мутная тёмно-серая, отжимается с трудом каплями. При растирании заметно пачкает пальцы Отжатый торф не пружинит. В разложившейся части торфа заметны растительные остатки:

тонкие корешки осок, кусочки древесины и коры?

В торфе различают конституционную золу, или первичную, и наносную, или вторичную. В первом случае источником поступления зольных элементов в торфе являются растения, во втором – пыль, грунтовые и поверхностные воды.

Содержание золы оценивается отношением ее массы к массе торфа, и этот показатель называется зольностью (Ас, %).

Торфяные месторождения верхового типа, в отличие от низинных, развиваются в условиях бедного минерального питания и имеют невысокую зольность.

Средняя величина зольности для них составляет около 3 %. Верхней границей зольности нормальнозольного торфа считается 12 %.