kabobo.ru Восстановление
страница 1 страница 2 страница 3

Наибольшее количество причин и признаков относятся к характеристике отдельных карьеров. Некоторые причины, например, изменение глубины и однородности торфяной залежи имеют ту же основу, что и некоторые косвенно регулярные. В большинстве случаев эти причины специфические. Искривления карьеров могут быть как местные или топографические, так и внешние причины, такие как изменение климатических условий в течение ряда лет, на протяжении которых ведется разработка торфяного болота.

Таблица 3. Косвенно регулярные признаки разрабатываемых болот

Способ
Карьер/

поле

Элеваторный

Экскаваторный

Гидроэлеваторный

Гидравлический

Длина

При увеличении глубины залежи увеличивается (сезонного карьера)

Ширина

При увеличении глубины уменьшается




Придонный слой

В зависимости от осушения и качества торфа

Увеличивается пропорционально коэффициенту фильтрации торфа

Микрорельеф

Почти ровный

Симметричный рисунок относительно места

всасывания гидромассы



Отходы

Пни располагаются вдоль перемычек

Пни расположены

бессистемно



В небольших карьерах пни могут располагаться кучами по центру, а в больших равномерно через 5 м

Форма

контура

Зависит от площади поля сушки

Поля разлива допускаются

не прямоугольные



Направление

Перпендикулярно горизонталям поверхности; вдоль уклона дна




Перемычки

При полном осушении не предусмотрены;

защищают от заполнения водой;

против деформации делаются откосы в зависимости от глубины, осушения, гидравлической проницаемости и консистенции торфа


Перемычки ограничивают отток воды из карьера; их размер зависит от проницаемости торфа, уровня воды в соседнем карьере и устойчивости

Соответствие скорости

стилки

Разница в скорости добычи и стилки при изменении глубины залежи



В сумме эти классификаторы позволяют прогнозировать возобновление болото- и торфообразовательного процесса, восстановление гидрологической целостности, а в дальнейшем и целостности растительного покрова и конечном итоге – торфяной залежи.


2.5. Состояние торфяных болот после добычи
2.5.1. Особенности зарастания выработанных торфяных болот
В целом вся поверхность выработанных торфяников представлена двумя группами форм: участками с частично или полностью удаленным торфом (карьеры, фрезерные поля и поля сушки) и участками, на которых не велась добыча торфа (дамбы, перемычки, переезды, приканавные и подштабельно-кантовочные полосы и др. технологические участки).

В работах (Природные условия..., 1968; Абрамова, 1969; Смагин, 1982) отмечено, что в карьерах гидроторфа формируются болотные и водно-болотные фитоценозы. Все растительные группировки носят вторичный характер. В целом в составе группировок растительности на участках добычи торфа преобладают евтрофные сообщества, а на участках где не велась добыча т
орфа, преобладают сообщества, близкие к исходным.

На характер растительности оказывает некоторое влияние свойства оставшегося торфа. Но в целом ход развития и смены растительных сообществ определяются водным режимом. Значительным фактором в зарастании выработанных торфяников является глубина воды, ее свойства, очертание водоемов, рельеф их дна и наличие пней.

Для карьеров гидроторфа в центрально-европейской части России с глубиной воды более 1,5 м через 20 лет характерно незначительное зарастание из-за деятельности ветра. В водоеме в незначительном количестве распространены рдест и водокрас, иногда Nymphea alba. Вдоль карьера при глубине воды 70 см растут сабельник, белокрыльник и др.

Выделяются три основных пути зарастания карьеров гидроторфа:

а) замкнутый водоем глубиной 50-80 см с неровным дном, покрытым слоем оставшейся гидромассы – развивается сплавина с рогозом, тростником, белокрыльником или сабельником;

б) водоемы с всплывшим торфом от 4 до 20 м2 – к указанным видам добавляются сфагновые мхи, а Sphagnum cuspidatum может плавать коврами при глубине воды 40-60 см;

в) карьеры без участков открытой воды зарастают видами, заходящими с неразработанных участков болота; на прежде верховых участках появляется Eriophorum vaginatum, а на низинных – хвощ болотный, сабельник, череда трехраздельная и др.

Некоторые группировки (тростниковая, рогозовая, белокрыльниковая, осоковая) встречаются на низинных и верховых участках. Хвощовая, чередовая, камышовая только на низинных, а Eriophorum vaginatum и Sphagnum cuspidatum только на верховых.

В целом для карьеров гидроторфа строгой зависимости появившихся группировок от типа залежи, мощности оставшегося торфа, показателя кислотности за редким исключением (тростниковая, рогозовая, рясковая, сфагновая) нет.

Степень зарастания зависит от возраста карьера, незначительной амплитуды колебания уровня воды, глубины воды (благоприятны участки с не менее 0,7 м), при определенной кислотности и минерализации воды.

Растительные группировки, развивающиеся на машиноформовочных карьерах, складываются из болотных видов, которые сохраняются на бровках и перемычках. В общем, их состав и характер формирования подобен процессам в карьерах гидроторфа.

В состав сообществ перемычек, бровок между машиноформовочными карьерами и сухих участках их дна (Подмосковье) через 2-3 года после конца разработки входили: печеночник, рогоз, череда поникшая, кипрей болотный, паслен горько-сладкий, сумка пастушья, крестовник обыкновенный, лапчатка норвежская, полевица собачья, камыш лесной, ясколка обыкновенная, осока острая, крапива обыкновенная, тысячелистник обыкновенный, зюзник европейский, звездчатка лесная, щавель приморский, ястребинка лесная. В карьерах, окруженных перемычками от 0,5 до 2 м и заполненных водой на 70-150 см с толщиной ила 10 см отмечены: ряски и водокрас лягушачий. Доминирующим компонентом в обрастании карьеров является череда поникшая.

Переходное болото вблизи Ладожского озера выработанное 40 лет назад гидроэлеваторным способом в настоящее время представлено динамическими рядами растительности, многие из которых временные. Для их анализа рассматривались следующие факторы: обводненность и рельеф дна, мощность оставшейся залежи, вид и состав залежи. В местах с глубиной воды более 1 м и при отсутствии слоя торфа зарастание происходит очень медленно. За 40 лет изменения незначительные. Состав: Lemna minor, Hydrocharis morsusranae, Potamogeton natans. При наличии слоя торфа 25-50 см и воды насыщенной взвешенным торфом состав сообществ то же, но покрытие более плотное.

В карьерах с глубиной воды 40-70 см растительные сообщества представлены осокой вздутой, тростником, рогозом, хвощем топяным, сабельником, белокрыльником. Они поселяются вдоль бровок по отмелям. В результате эти карьеры представлены растительностью двух типов: в центре – водной (водокрас, ряска, рдест), а по краям – осоково-тростниковыми и сабельниково-рясковые. Карьеры с глубиной воды 30 см покрыты сплавиной из осок вздутой и пушистоплодной, пушицы многоколосковой, хвоща приречного, тростника, сабельника, белокрыльника, Sphagnum squarrosum, S. riparium. Травяные сообщества в центре карьера, а моховые по краям. Толщина сплавины от 25 до 40 см. В целом прирост сплавины составляет 1 см в год.

В карьерах без воды доминируют Sphagnum squarrosum, S. riparium, а также S. fallax, S. papillosum, S. girgensohnii и др. Из трав преобладают осока вздутая и пушистоплодная, пушица многоколосковая. Растительность соответствует составу торфа.

Карьеры с сухим дном облесены березой пушистой, в редком травяном ярусе лесные и сорные виды. Доминантом в моховом покрове выступает S. fimbriatum.

После прекращения добычи торфа фрезерным способом обычно остается слой низинного торфа. Зарастание сухих карт обычно начинается с краев. Сначала появляются полевица белая и собачья, череда трехраздельная и др. сорные и придорожные травы. Постепенно появляются береза повисшая и пепельная ива в травяном ярусе – полевица собачья, мятлики, вейник ланцетный, щучка дернистая и др. Через 7 лет злаково-разнотравные сообщества сменяются злаковыми (прежде всего, вейниковая и полевицевая). При повышении увлажнения по краям сохраняются полевицевые группировки, а в центре вейниковые или при большем увлажнении щучковые. Через 10-15 лет формируются густые заросли березы и ивы.

На слабо и средне обводненных фрезерных полях развиваются осоковые, пушицевые, ситниковые и хвощевые группировки. Из трав – Carex rostrata, С. lasiocarpa, Lycopus europaeus, Juncus effusus. При большем увлажнении появляется осока ложносытевая, а на повышениях Eriophorum vaginatum и E. polystachium. Береза повисшая и ивы пепельная, ушастая, трехтычинковая формируются по краям карт.

На сильно увлажненных картах (слой воды – 10-15 см) встречаются частуховые группировки с тростником и рогозом, зюзником европейским и дербенником иволистным.

Избыточно увлажненные поля со слоем воды 50 см зарастают рогозом и тростником с добавлением частухи подорожниковой, хвоща приречного и водяной сосенки. На кочках встречается Sphagnum squarrosum.

В Тверской области, хорошо осушенные фрезерные поля после 5-10 лет зарастания имеют покров на площади от 30 до 75 %. Он представлен злаковыми и разнотравно-злаковыми группировками с березой. На слабоосушенных участках, где уровень грунтовых вод ниже поверхности на 0,4 м возникают осоковые сообщества с покрытием от 30 до 100 %. В древесном ярусе доминирует ива. В понижениях с открытой поверхностью воды появляется хвощ и мхи. На сильно увлажненных участках, где открытая вода стоит в течение года, формируются сообщества рогоза, тростника и частухи.

На зарастающих фрезерных полях в республике Беларусь через 5 лет видовой состав беден. Единично присутствуют хвощ топяной, осока вздутая, пушица многоколосковая. Покрытие до 35 %. При ослабленном притоке грунтовых вод – появление мха.

Через 10 лет зарастания – 11 видов. Затопляемые понижения заняты тростником, осокой береговой, хвощем топяным. Более обводненные участки заняты ситником. На менее обводненных участках – гусиная лапка, мать-и-мачеха, тысячелистник обыкновенный, звездчатка ланцетная, корневищные осоки (острая и пузырчатая). Еще более сухие поверхности – овсяница овечья, ястребинка волосистая. Земляника лесная, осоки. Покрытие до 35-60 %.

По прошествии 15 лет – 20 видов. Водоемы заняты тростником, осокой береговой, осокой двудомной. Влажные места – калужницей болотной; сухие – земляника лесная, щавель обыкновенный, осока острая и пузырчатая, крапива двудомная, зверобой продырявленный, подорожник ланцетолистный, ястребинка волосистая. Покрытие до 64-100 %.

После 25 лет спонтанного зарастания растительный покров сомкнутый и состоит из 30 видов. Сильная связь с рельефом карьера. Доминант затопленных участков – тростник. Высокие участки заняты тем же сообществом, что для 15 лет зарастания с добавлением мятлика лугового, пастушьей сумки и др. В бессточных водоемах – элодея канадская, осока вздутая, рогоз узколистный.

Дно заиленных осушительных канав с водой сплошь покрывает гвоздика болотная. Куртинами распространены полевица белая, подмаренник болотный, зюзник европейский, вероника бекабунга, частуха подорожниковая.

Замкнутые блюдцевидные понижения полностью покрыты мхами. Обильно встречаются пушица узколистная, осока пузырчатая, хвощ болотный, ситник и др.

Участки с высоким уровнем воды являются наиболее низкую продуктивность, но сообщества наиболее устойчивые по покрытию, составу и продуктивности. В условиях умеренного увлажнения увеличивается и меняется видовой состав, растет продуктивность.

В целом естественное зарастание фрезерных полей зависит от УГВ. При уровнях воды ниже 0,3 м (май-июнь) карьеры зарастают березой и ивой. Ива – это пионерное растение, постепенно сменяющееся березой. На зарастание также влияет качество остаточного торфа. Облесение карьеров зависит от удаления источников обсеменения (Природные условия..., 1968; Абрамова, 1969).

Через 25 лет формируется посттехногенный биогеоценоз близкий к естественным болотным сообществам.
2.5.2. Геологические, гидрогеологические и гидрологические особенности выработанных торфяников
Геологические, гидрогеологические и гидрологические особенности выработанных торфяников зависят от состояния осушительной сети после окончания добычи торфа, от способа разработки месторождения и водно-физических свойств оставшейся торфяной залежи и подстилающего горизонта (Галкина, 1974; Демьянов, 1974; Крупнов, Попов, 1999).

Важным положением следует признать, что при освоении площадей после выработки торфа целесообразно учитывать связь их использования с окружающим болото водосбором.

До начала вторичного заболачивания на фрезерных полях торфяная залежь в придонных слоях по отношению к залежи тех же слоев в естественном состоянии характеризуется более низкой влажностью и степенью разложения торфа, повышенной зольностью и плотностью. При оценке выработанных фрезерных полей установлено, что:


Прочностные показатели залежи имеют наименьшие показатели в верхнем слое (10 см), и постепенно по мере зарастания полей происходит упрочнение всего оставшегося слоя. Так предельное сопротивление торфа сдвигу по глубине остаточного слоя торфа увеличивается, достигая максимальных значений в придонном горизонте. То же для влажности. Через 3-5 лет после окончания разработки значения предельного сдвигу и удельного сопротивления вдавливанию конуса в верхних 10 см увеличивается с 13,6-14 до 16-18 кПа с 153-157 до 177-181 кПа. На участках 15-летнего зарастания эти параметры увеличиваются в 1,3-1,4 раза к первому году. Параллельно снижается влажность торфа в среднем на 5 % (в слое 0-5 см с 75 до 70 %, а в слое 10-20 см от 82 до 73,8 %; ниже изменения чуть меньше).

Между торфяным слоем и минеральной поверхностью формируется слой со сниженным коэффициентом фильтрации. Его мощность может достигать до 30 см, но чаще 10-15 см.

При низкой и высокой степени разложения торфа с ростом влажности торфа уменьшается его прочность.
2.5.3.Физические, химические и микробиологические особенности выработанных торфяников
Из работ (Природные условия..., 1968; Труды ВИТ..., 1933; Галкина, 1974; Широких, 1994) следует, что вода торфокарьеров очень разнообразна по составу и представляет собой полную гамму перехода от вод верхового болота к водам низинного по содержанию гумусовых веществ. Карьеры на верховом торфе имеют низкую минерализацию (3-10 мг/л) и высокую степень гумификацию воды: цветность – 400-600 , окисляемость – 40-82 мг О2/л, кислая реакция среды (4,2-5,8). Карьеры на низинной залежи: минерализация – 40-90 %, цветность – 30-430, окисляемость – 5-35 мг О2/л, рН – 5,8-6,8. Общее содержание минерального азота варьирует в широких пределах. Свободный минеральный фосфор почти отсутствует. Общее содержание железа в карьерах содержится в значительных количествах.

Количество азота в выработанных торфяниках Украинского Полесья с глубиной уменьшается, но остается выше, чем в естественных. Придонные слои торфа бедны окислами фосфора и калия, богаты окислами алюминия и марганца, их кислотность меньше естественных слоев торфа.

Для Беларуси повышенное содержание окислов железа отмечено над повышениями минерального дна. Ожелезненные торфа содержат повышенное количество сульфатов. Общий химизм оставшегося слоя торфа находится в пределах нормы естественного торфяника. Глубоким остаточным слоям торфа свойственно высокое содержание азота, низкое – фосфора и калия.

Выработанные торфяники обладают относительно высоким пулом в основном аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов с максимумом в верхнем слое (5 см). Через 25 лет формируются сообщества микроорганизмов, близкие к естественным.

Наибольшей потенциальной биологической активностью обладают верхние горизонты выработанных торфяников (5-15 см), а в период пересыхания, активным становится более глубокие увлажненные слои (10-20 см).

Участки вторичного заболачивания в Подмосковье с возрастом более 60 лет характеризуются высокой устойчивостью по почвенному профилю высокой водонасыщенностью торфов, очень кислой реакцией среды, низкой активностью ионов K+, Ca2+, Cl и NO3 по всему профилю, что характерно для неосушенной верховой залежи. При мезотрофной растительности (прогрессируют пушица и сфагновые мхи) почвенно-грунтовые воды отличаются высокой кислотностью, слабой минерализацией, большим содержанием растворимых органических веществ.

Таким образом:


  1. САМОВОССТАНОВЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

ВЫРАБОТАННЫХ БОЛОТ
Для анализа самовосстанавливающихся выработанных торфяных болот рассмотрим три, расположенные в Тверской области: Васильевский мох, Кулицкий мох и Терелесовское-Грядское.
3.1. Особенности разработки зарастающих болот
Н
а первом этапе разработки торфяное месторождение Васильевский мох (Тверская область) разрабатывали машинно-формовочным способом (рис. 10, 11).

При этом способе разработки:



На втором этапе разработка торфяника велась гидравлическим способом на полях сушки машиноформовочной добычи торфа. Поля разлива (сушки) гидромассы располагались на краевых участках торфяного болота. К остальным особенностям добычи торфа данным способом относятся:

Т
орфяное болото Кулицкий мох является типичным болотом, выработанным на топливо элеваторным способом в первой половине XX века. После разработки этого болота остались системы параллельных карьеров, каждый из которых имеет длину 0,5-1,5 км и ширину 2-12 м. Самые старые карьеры появились в 1914 г., а первые осушительные канавы в последней четверти XIX века. Добыча торфа завершилась в 1975 г. На последнем этапе на 1/5 площади болота добыча производилась фрезерным способом. Современное состояние болота отражено на рис. 12.

В целом для этого болота характерны те же признаки нарушения и состояния, что и для Васильевского мха. Это позволяет предполагать, что типология выработанных болот схожа именно характером разработки и современного использования. Вероятно, что значительное отличие будут иметь торфяные болота, выработанные фрезерным способом.

Терелесовское-Грядское торфяное болото разрабатывалось с конца 60-х годов XX века только фрезерным способом. Поэтому, вся разработка представляет один этап.

Н
а рис. 13 показаны результаты дешифрирования аэроснимков с изображением фрезерных способов добычи. За 24 года картовые канавы деформированы и засорены не полностью, но дрены, соединяющие их с валовыми или сборными каналами вышли из строя и каждое поле или группа полей имеют относительно независимый гидрологический режим. Это вызывает различие в характере зарастания полей добычи. Большое значение для зарастания фрезерных полей имеют неровности поверхности от нескольких сантиметров до десятков сантиметров, а также прочность и плотность субстрата зарастания, положение уровня грунтовой воды и время зарастания.



Отличительной особенностью болота, выработанного фрезерным способом, является наиболее интенсивное осушение, формирование минимального (по регламенту) микрорельефа. Такие болота резко отличаются от других выработанных болот по характеру восстановления. Они отличаются минимальными пьезометрическими градиентами, практически полной слаженностью поверхности и долго работающей осушительной системой. Растительный покров этих болот крайне однороден, как правило, это лесоболотные или лугово-болотные группировки растительности. С другой стороны, система осушения может стать достаточно просто системой водоснабжения болота, а повышение уровня воды в канавах способствует росту неустойчивости торфяной залежи и ее постепенное переобводнение. Однако дефицит и межгодовое колебание поступающей атмосферной и грунтовой воды длительное время будут ограничивать скорость регенерации такого болота. Такое болото слабо управляется, и поэтому его восстановление неустойчиво и долгое время будет колебаться между экосистемами леса и луга. Это делает такие болота наиболее пожароопасными.
3.2. Структура торфяной залежи выработанных торфяных болот
После окончания разработки, оставшаяся часть торфяника развивается под воздействием следующих факторов:

Особенности структуры торфяной залежи выработанного торфяника складываются из частей торфяного тела с ненарушенной стратиграфией, переотложенной торфомассы, торфа, образовавшегося после окончания разработки торфяника, торфогенного горизонта с современным растительным покровом, естественных и техногенных водоемов, техногенных внутризалежных резервуаров воды, техногенных скоплений пней, насыпей минерального грунта. Пространственное положение этих элементов определяет развитие залежи после окончания выработки торфа и ее механические свойства.

В добавление к перечисленным признакам следует добавить, что на развитие оставшейся торфяной залежи оказывают влияние процессы выгорания торфа, ветровая и водная эрозия и т. п. процессы. В целом все они делятся на формирующие систему аккумуляции воды и разрушающие систему, оставшуюся от разработки торфяного болота (рис. 14).

На участке машиноформовочной добычи торфа (рис. 15) глубина выработки торфа (глубина карьеров) соответствует нижней границе верховых торфов. Ниже залегают осоково-сфагновый переходный и осоково-сфагновый низинный торфа мощностью до 0,7 м, подстилаемые тонким слоем травяного низинного торфа с большой примесью хвоща и с наличием кусочков древесины. В подстиле суглинок. Расслоение, размыв и деформация торфяной залежи зависят от стратиграфических особенностей залежи.

Характерным признаком восстановления торфяного тела, под воздействием гидрогеомеханических процессов, является его расслоение и газообразование в нем. На рис. 15 граница верховых и низинных торфов (глубина 2,5 м), совпадающая с дном карьеров, является зоной, ниже которой происходит аккумуляция газа, бурно выделяющегося при отборе проб торфа с этой глубины. Вероятно в вышерасположенной залежи, стенки карьера способствуют выводу газа в слой дернины и далее в атмосферу. Эта же граница является границей прочности, значения которой возрастают ближе к дну. Интересно отметить наличие зон в центре торфяной залежи дамб или перемычек подобных ядрам повышенной прочности, которые могут иметь целостное всплывание.

Два основных процесса формируют структуру торфяной залежи в период ее регенерации – расслоение или стратификация по прочности и деформация карьеров под действием силы тяжести и температурных процессов (морозобойные трещины и пожары). Карьеры формируют сплавины, имеющие слабую связь со стенками карьера, но представляющие собой плавающий ковер с аккумуляцией в нем и под ним газа. Сплавины опираются на верхние части деформированных и наклоненных в карьер стенок. В этом случае связь их со сплавинами становится более прочной. Поэтому в целом легко отмечается прочностная стратификация отдельных перемычек в целостную картину.

Объем оставшейся залежи Васильевского мха, затронутой разработкой гидравлическим способом, составляет 10-15 % от общего объема. На этих участках (рис. 16) залежь сложена пушицевым и пушицево-сфагновыми торфами мощностью 0,6-0,8 м со степенью разложения 30-35%. Ниже залегают осоково-сфагновый переходный и осоковый низинный торфа 0,5-0,6 м. Подстилается залежь влажным крупнозернистым песком. Карьеры гидроторфа заполнены скоплениями пней, являющихся субстратом олиготрофных растительных сообществ.

Как и на участке машиноформовочной добычи механические свойства торфяной залежи меняются из-за процессов расслоения, волновой эрозии берегов и др.

На полях разлива торфомассы отсутствуют слои торфа естественного залегания, за исключением сплавины, нижние части которой находятся в процессе формирования торфа. Дамбы созданы искусственно и состоят из торфяно-минеральной смеси. Дно карьеров покрыто неровным слоем остаточной торфомассы. Механические свойства формирующейся торфяной залежи отражают факторы ее развития: высокая прочность дамб, относительно плотные придонный и поверхностный слои, значительный объем залежи заполнен водой.

В развитии карьеров гидроторфа большое значение имеет их обводненность. Учитывая незначительные пьезометрические различия для больших площадей гидравлической добычи торфа, небольшое поднятие дна торфяного болота резко влияет на его обводненность. В результате незначительная морфометрическая разница приводит к появлению переосушенных пожароопасных площадей торфяника.

Переосушенные участки в прошлом имели более высокий УГВ, что удерживало их от выгорания. Понижение УГВ в карьерах гидроторфа обычно происходит при расширении акваторий путем разрушения перемычек и дамб из торфа и нивелировании уровня воды на значительной территории. Выгоревшие слои торфа примерно равны слою, наросшему за 50 лет после окончания разработки. При этом выгорание происходило за несколько этапов. Перемычки выгорают раньше, так как являются «сухими» и с хорошо разложившимся торфом. Таким образом, можно предположить, что частичное разрушение техносреды – рельефа, образованного искусственно, приводит к разрушению отдельных водоемов и формированию единой гидрологической системы. В определенном смысле, пожары на выработанных торфяниках можно рассматривать как положительный фактор регенерации болота.

В дополнение отметим, что современная морфометрия карьеров гидроторфа указывает на значительные расхождения с требуемыми при разработке и ее окончании параметрами. В местах низкой пнистости торф выбирался в максимальной степени – до дна.

В развитии полей разлива торфомассы большое значение имеет газообразование. Карьеры ограничены полуестественными дамбами или перемычками – торфопесчаные сооружения. На дне карьеров седиментационный торф фрагментарной и минимальной мощности. Карьеры, расположенные на окраинах или близи суходолов или мелкозалежных участков болота, находятся в подтопленном состоянии в естественных болотах или регенерированных в течение длительного времени по мере аккумуляции воды в центральных частях болота. В целом карьеры имеют сплавинный тип заболачивания. Сплавины сильно загазованы. При их разрыве появляется сильный запах сероводорода, особенно в местах наличия торфяно-растительных и торфорастительных седиментов. Вспучивание сплавины столь высокое, что, несмотря на наличие под ней воды, именно в центральной части карьеров, проход человека не затруднен и часто эти части мохового покрова в летний период выгорают.

Связь сплавин и перемычек очень слабая, хотя мощность сплавин достигает несколько десятков см. В этом случае болото следует считать генерируемым, а не регенерируемым, так как торфяная залежь почти отсутствует. В целом наблюдается связь между карьерами разлива торфомассы с последующим фрезерованием, которая выражается в формировании единой системы растекания воды. Сплавины подобны шатру, возникающему под действием внутреннего водоема, и мощность которого уменьшается к краю болота. В этом смысле дамбы или перемычки выполняют параллельную функцию накопления воды и оконтуривания сплавин.

Эффект вспучивания нарастающего слоя торфа происходит в некоторых случаях параллельно всплыванию перемычек машиноформовочных карьеров (рис. 17 справа).

В результате образуются купола вспучивания большей протяженности, чем ширина карьера. Обычно такие явления наблюдаются при узких и неглубоких карьерах. Хорошо видно, что за несколько десятилетий происходит не только заболачивание отдельных карьеров, но и объединение нескольких карьеров или, что встречается чаще, площади всего технологического участка (сезонный проход гидроторфа, участок машиноформовочной добычи, ограниченный полями сушки, фрезерные поля, объединенные единой системой дренажа) в единое целое. Основу этого процесса составляет гидрогеомеханическое выравнивание отдельных частей торфяного тела при прогрессивном повышении УГВ.

Таким образом, регенерация болота в карьерах машиноформовочной добычи происходит путем выравнивания УГВ. В результате постепенного выравнивания УГВ и пьезометрического давления в торфяной залежи происходит координация процессов регенерации болота на больших площадях.

В процессах регенерации можно отметить роль колебания УГВ в качестве ускорителя или замедлителя регенерации торфяной залежи. Если УГВ колеблется около поверхности, покрывая перемычки или обнажая их, регенерация протекает слабо (рис. 17 слева). Напротив, если УГВ колеблется ниже поверхности перемычек, то в совокупности с меньшей шириной карьеров, процесс регенерации протекает «нормально» – прирост сплавины 5 мм в год и более.

По-видимому, для успешной регенерации торфяного тела необходимо, чтобы УГВ имел на определенной стадии неровный характер с резкими перепадами, которые в дальнейшем должны приобретать сглаженный характер кривой. Резкое колебание УГВ, вероятно, способствует отрыву дамб от дна (рис. 17 справа).

П
риуроченность мест выхода газа из торфяной залежи к наиболее возвышенных частям поверхности позволяет предположить, что газ мигрирует в торфяной залежи и выделяется в местах определенного давления.

Отмечается связь мест выхода газа с формой дна или вблизи с ее выраженными изменениями. Хорошо разложившиеся пушицевый и сосновый торфа обладают высокой всплываемостью – черные фрагменты стратиграфии залежи (рис. 17 справа). В итоге можно предположить, что окончание восстановления целостности всего или части торфяного тела можно сопоставить с моментом формирования купола симметричного давления и формы. Важно отметить, что разница в регенерации низинных залежей и верховых не наблюдается или существует не явно. Как итог – плавает «структура»

, регенерирует «структура», а ее отсутствие указывает на замедление процесса регенерации болота.

На рис. 18 представлен разрез фрезерных полей. Картовые канавы сохраняются только в слое торфа и заплывают в слое сапропеля. Повышения поверхности более прочные. В целом стратификация залежи по прочности совпадает с основными литологическими границами торфов.

В результате с повышением УГВ происходит вторичная стратификация залежи по прочности, залежь становится неустойчивой по механическим свойствам.

В целом можно предположить, что сформированный техногенный рельеф при постепенном переувлажнении залежи вызывает гидрогеомеханическую трансформацию залежи, опираясь на оставшиеся в залежи границы неоднородности.


3.3. Структура и состав растительности выработанных торфяных болот
Структура растительного покрова определяется формой рельефа поверхности болота и минерализацией болотных вод. Растительность на выработанных участках торфяника имеет комплексный характер: растительные сообщества дамб и перемычек сходны между собой и отличаются от растительных сообществ понижений поверхности (карьеры и поля стилки торфомассы). Ценозы положительных форм рельефа наиболее близки растительным сообществам, характерным для болот в естественном состоянии данного региона. Однако частые пожары (площадь выгорания на исследованных участках достигает 80 %) способствуют проникновению в эти сообщества растений не характерных для болотных сообществ.

Растительность дамб является олиготрофной (залежь верхового типа), но обогащение верхнего слоя золой позволяет селиться здесь растениям евтрофных болот: Betula pubescens, Epilobium palustre., изредка Salix cinerea,. и Salix aurita, а также растениям неболотных местообитаний: Populus tremula, Chamerion angustifolium, Potentilla erecta, Calamagrostis arundinacea, Hieracium umbellatum, Festuca rubra, Deschampsia cespitosa и др.

На невыгоревших участках древесный ярус положительных форм рельефа состоит из Pinus sylvestris f. litwinowii и P. s. f. uliginosa, Betula pubescens высотой до 14 м и диаметром ствола до 20 см с сомкнутостью до 0,4-0,5. Кустарничковый ярус представлен Ledum palustre , Andromeda polifolia, Chamaedaphne calyculata, Oxycoccus palustris, Vaccinium uliginosum, V. vitis-idaea, V. myrtillus с суммарным покрытием до 70 %.
3.4.Схемы самовосстановления болот, выработанных разным способом
П
остроим принципиальную схему развития основных типов выработанных болот: карьеров машиноформовочных, гидроторфа и фрезерных полей (рис. 19).

Высота древостоя условно показывает развитие растительного сообщества от лугового к лугово-лесному, далее лесоболотному и в завершении к болотному.

В этой схеме не учитываются факторы, влияющие на скорость регенерации выработанных торфяных болот – глубина водоема, наличие торфа на дне водоема и его микрорельефа, химические и физические свойства воды и торфа. Основу представленной схемы составляет взаимодействие водного объема и оставшейся торфяной залежи. На схеме отпущены признаки изменения механических свойств залежи.

Классификация регенерирующих торфяников может быть построена на унифицированной основе без учета стратиграфии, типа питания и геоморфологического залегания. Основу этой классификации составляют признаки гидрогеомеханической модели. В связи с этим не будем использовать в схеме классификации параметры субстрата, а также признаки растительности, не определяющие регенерацию из-за того, что отражают условия, а не формируют их. Геоморфологическое залегание имеет значение только как фактор минерализации воды, но в нарушенном разработкой торфянике этот признак не является доминирующим из-за смешения всех видов воды и значительной дифференциации рельефа и местообитаний. Залегание следует учитывать косвенно. Вопрос о возможности восстановления не должен подменять вопросы об умении управлять регенерацией и о генезисе болот.

Таким образом, представляется целесообразным использовать для классификации регенерируемых болот признаки, которые отражали бы факторы или условия формирования их целостности.
3.5. Особенности классификации самовосстанавливающихся болот
В работах (Трутнев, 1963; Абрамова, 1969; Дьяконов, 1974; Поджаров, 1976; Застенский, 1982; Беленький. 1999 и др.) предложены следующие классификации.

По рельефу выработанные фрезерные поля в продольном направлении (500 м) предлагается подразделять на поля с ровным рельефом, ровным с односторонним уклоном, волнистым, ровным с двухсторонним уклоном, ровным с понижением в средней части карты. Эта классификация имела изначально узкие рамки использования с целью уменьшения недобора торфа.

Хозяйственная классификация выработанных торфяников включает в себя типы (карьер, поле), категории по способу добычи, типы залежей, в некоторых случаях их мощность и подстилающий минеральный грунт, возможное использование. Фрезерные поля делятся на высокие (-90-250 см), средние (-40-150), низкие (+10-70) и затопляемые (+50-35) по амплитуде колебания уровня грунтовых вод. В этом случае классификация выработанных торфяников дает в практике приблизительный вид их использования, но мало отражает возможности их восстановления.

Выработанные торфяники делятся на неокультуренные (только вышли из разработки или подготовленные к сельскохозяйственному использованию), слабоокультуренные (7-10 лет использования), окультуренные (более 7-10 лет использования).

Главными признаками классификации могут быть морфологические и химические признаки, минеральный грунт и показатели плодородия. Следует выделять карьеры верховых сфагновых болот, переходных, низинных без минеральных наносов, низинные с наносами. Все эти классификации имеют конкретные цели, не отражающие в полной мере задачи или оценки восстановления болот.

В классификации в целях сельскохозяйственного использования три типа выработанных торфяников (1 – верховые и переходные торфяники водоразделов, вторых надпойменных террас, озерных котловин; 2 – низинные торфяники первой и второй надпойменных террас; 3 – низинные пойменные торфяники). Далее приводятся данные по ботаническому составу торфяных залежей и их химических свойств, а также оценивается пригодность и целесообразность их для сельскохозяйственного использования.

Выработанные торфяники в целях восстановления их биосферных функций делятся по первоочередности их восстановления на: 1) торфяники обязательного восстановления в местах с кризисной экологической обстановкой, 2) торфяники по своим естественным признакам могут быть легко и без значительных затрат восстановлены, 3) торфяники, восстановление которых затруднено.

В 60-е годы типология выработанных торфяников основывалась на динамике их зарастания. Они классифицировались по принципам вторичных лесов, болот и лугов. В основу эколого-фитоценотической классификации выработанных торфяников было положено выделение по доминантам экологических групп растений, формирующихся в несколько стадий. При изучении динамики растительных сообществ рассматривались условия местообитаний, генетически связанные с типом оставшегося торфа. Одновременно отмечались случаи несоответствия типа торфяной залежи типу растительности по условиям водно-минерального питания. Таким образом, комплексность растительного покрова выработанного торфяника этими авторами не рассматривалась как основополагающая особенность его структуры и динамики.

Топологическая классификация выработанных торфяников, основан на эволюционных рядах местообитаний (от сухих к влажным) в зависимости от гипсометрического положения поверхности торфяника и его мощности. Все местообитания делятся по степени увлажнения. Эта классификация достаточно удобна для целей восстановления торфяников. Прежде всего, из-за ее эволюционной системы, отражающей состояние выработанного болота и его дальнейшего развития.

В целом восстанавливаемые участки выработанных болот являются ландшафтами с комплексной болотной растительностью не сопоставимые по классификации с комплексами растительности на естественных болотах. Антропогенный рельеф этих участков определяет сложный характер водно-минерального питания растений. В сумме все рассмотренные в работе факторы определяют своеобразие развития торфяной залежи, не позволяющее отнести ландшафты выработанных торфяников (не испытывающих в настоящее время прямого антропогенного воздействия) к известным категориям болотных ландшафтов.

При формулировании принципов классификации выработанных торфяников необходимо учитывать действие естественных факторов болотообразования в сочетании с результатами антропогенного воздействия, вызывающего неустойчивость самой болотной геосистемы. Таким образом, можно выделить следующие принципы:


Выделенные принципы позволят устанавливать свойства и динамику объектов, могут послужить основой для реконструкции их развития и инвентаризации современного состояния, что является основой для рационального природопользования, предусматривающего использование этих принципов при создании и реализации схем эксплуатации болот.

Классификация регенерирующих торфяников может быть построена на унифицированной основе без учета стратиграфии, типа питания и геоморфологического залегания. Параметры субстрата, а также признаки растительности не играют определяющей роли в регенерации из-за того, что отражают условия, а не формируют их. Геоморфологическое залегание имеет значение только как фактор минерализации воды, но в нарушенном разработкой торфянике этот признак не является доминирующим из-за смешения всех видов воды (атмосферной и грунтовой), значительной дифференциации рельефа и местообитаний. Залегание следует учитывать косвенно.

Таким образом, представляется целесообразным использовать для классификации регенерируемых болот признаки, которые отражали бы факторы или условия формирования их целостности. А именно:


Отметим, что принципы проектно-технологического и технологического нарушения целостности отражаются в симметрии элементов восстанавливающегося торфяника. Принцип хронологического нарушения целостности учитывается в условии способа добычи и характере его элементов. Принципы локализации болотообразовательных процессов и посттехногенного взаимодействия болотных участков находят свое выражение в учете начальных пьезометрических условий и развитии гидравлических градиентов. Принцип техногенной комплексности отражен в признаке мощности торфяной залежи.

На основе имеющихся данных и предположениях составлена схема классификации выработанных и регенерируемых торфяных болот или технологических полей добычи торфа (табл. 4). В таблице указаны те признаки, которые могут оказать сравнительно большое влияние на течение процесса восстановления.

Таблица 4. Классификации выработанных торфяных болот или их участков

по условиям их восстановления



Способы разработки

и признаки их элементов



Мощность

залежи


Гидравлический

градиент


Симметрия и неоднородность поля или карьера

<2 м

>2 м

Ступенчатый

Плавный

В пространстве

По времени

Машино-

формовочный

(перемычки)


Прямые, узкие




*




*




*

Изогнутые, широкие

*




*




*




Гидравлический

(карьер)


Эрозия берегов




*




*




*

Заболачивание

*




*




*




Заторфовывание

*







*

*




Фрезерный

(карта)


Вогнутая

*




*




*




Плоская, волнистая

*

*




*

*




Выпуклая




*

*




*




Примечание. * – приоритетный вид болота или участка по условиям их восстановления
В результате территорию выработанного торфяного болота можно разделить на участки, например: участок симметричного и однородного машинно-формовочного карьера с изогнутыми и широкими перемычками, мощностью залежи менее 2 м, со ступенчатым понижением уровней воды от центра карьера к периферии.

Симметрия процессов восстановления в пространстве указывает на детерминированность восстанавливающегося болота, а по времени – на его одностадийность или типовую синхронистичность. В результате неоднородность болота или отдельного участка показывает на формирующуюся целостность болота. Появляется координация гидрогеомеханических процессов относительно возникающего центра. Например, формирование единого купола распирания, образованного из сплавины, армированной остатками перемычек.

Резкое изменение гидравлического градиента от одного элемента к другому благоприятно для восстановления общей единой гидрологической системы болота в начальной стадии развития, а его незначительная изменчивость указывает на завершающийся характер формирования гидрологической сети и на развитие системы скоординированной аккумуляции воды.

Мощность залежи оказывает влияние на регенерацию болота как фактор скорости зарастания, аккумуляции воды и роста целостности болота, объединенного его внутренним объемом воды.



  1. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ВОССТАНОВЛЕНИЮ БОЛОТ

Исторически и условно в настоящее время сложились два подхода к восстановлению торфяных болот – западноевропейский и североамериканский (канадский). Западноевропейский подход возник в конце 60-х годов в Германии (Soiltechnological Institute Bremen) и Голландии, и уже в 76-ом году были выполнены первые эксперименты по обводнению выработанных болот. Основная цель этих работ была в восстановлении ландшафтов, утративших хозяйственное значение, и состояние которых негативно влияло на прилегающую территорию, создание биотопов. Североамериканский подход сформировался за последние 15 лет. Его основу составляет стремление в перспективе сделать восстановление болот доходным делом. Кроме того, этот подход позволяет снизить площадь используемых болот и сделать торф (минимальной степени разложения) пока с достаточной степенью условности возобновляемым ресурсом.


4.1. Западноевропейский подход
Основная цель проектов восстановления торфяных болот – это восстановление естественных функций болот, ландшафтов и естественного биоразнообразия (Eggelsmann, 1988;. Gensior, and est..., 1998; Guidelines..., 2004).

Для достижения цели решались задачи:



К особенностям метода относится развитие системы переобводнения болота независимо от его типа, морфологии и геоморфологического залегания, однако на начальном этапе западноевропейский подход был достаточно жестко привязан к исходной морфологии торфяного болота. Материалами для проектирования восстановления болота послужили описания естественных болот, выполненных в конце XIX века германским ученым К. Вебером.

В результате западноевропейскими учеными в начале 80-х годов были установлены основополагающие параметры, которые необходимо учитывать при обводнении болот и восстановлению растительности после добычи торфа:



  1. плотность, гидравлическая проницаемость (коэффициент фильтрации), влагоемкость, степень разложения торфа;

  2. тип и структура питания, система уклонов поверхности и микрорельеф торфяника, подстилающая минеральная поверхность;

  3. мощность и тип оставшегося торфа, глубина осушительных каналов и их положение относительно дна болота и границы сильно- и слаборазложившегося торфяных слоев, рельеф поверхности;

  4. характер использования водосбора.

Кроме того, учитывается, что существует сильная связь между формированием растительных сообществ выработанного торфяника и мощностью регенерированного торфа. В первую очередь это связано с утечками воды из торфяной залежи в подстилающий торфяные отложения грунт, составляющими от 0-36 до 116-200 мм в год. Поэтому важным является формирование между торфяным телом и минеральной поверхностью слоя, изолирующего залежь от утечек воды.

Начиная с первых проектов, восстановление олиготрофных болот включают в себя засыпку каналов и постройку дамб вдоль них (рис. 20), которые накапливали воду и препятствовали развитию эрозии поверхности торфяника. До определенного момента они поддерживали необходимый уровень воды, препятствующий воздействию воды на голую поверхность торфа, а при его превышении по специальным водосливам сбрасывали излишки воды, которые могли бы разрушить дамбы в результате «лишнего» напора воды. Высота дамб не превышала 20 см.

К
аналы засыпались «черным» торфом. Этот торф (средне- и сильноразложившийся) благодаря низкой проницаемости изолирует поверхность от влияния грунтовой воды и от утечек воды через подстилающие торфяник породы. Основная функция черного торфа с низкой гидравлической проницаемостью – задержание дождевой воды и сокращение утечки. При толщине в 50 см его проходимость меньше 0,0009 м/сут.

На поверхность торфяной залежи выстилается «белый» торф – это слаборазложившийся сфагновый торф, обладающий способностью к набуханию и влагонакоплению. Кроме того, набухший слаборазложившийся торф снижает амплитуду колебания УГВ, содержит семена, споры и фрагменты мхов, способствующие возобновлению болотной растительности, а также кислотность, зольность и прочность характерные для верхнего слоя олиготрофных болот.

В основе экотехнических работ по постройке выпуклого торфяного тела лежит планировка поверхности с помощью тяжелой техники. «Постройка» выпуклого торфяного болота делит его на центральную условно ровную поверхность и склоны.

В
центральных частях формируются области стока с микрорельефом (рис. 21), а на склонах – система или каскад польдеров (рис. 22), организацию буферных зон вокруг восстанавливаемого болота по ограничению хозяйственной деятельности и в зависимости от типа болота (табл. 5).

Дамбы, созданные вдоль каналов в виде понижения поверхности дамбы или трубчатого дренажа могут быть насыпными, но предпочтительно использовать повышения торфяной залежи естественной структуры.

Искусственный микрорельеф должен способствовать накоплению воды, формированию микроклимата, многоярусного сообщества и комплексности болотной растительности. Для колонизации видами Sphagnum микрорельеф должен иметь амплитуду до 30 см. Критический уровень подземных вод для регенерации болота составляет 30 см ниже поверхности.

Каскад лагун проектируется, таким образом, чтобы не допустить разрушения дамб и эффективно накапливать воду. Приведенные значения уклонов соответствуют уклонам естественного выпуклого верхового болота. Каскадный эффект способствует сглаживанию пиков водного стока, что уменьшает эрозию и делает его более равномерным.

В
озвышение водного уровня возникает при строительстве ступенчатой системы или каскада лагун, эффективно поднимает водный купол.

Первоначально формирование гидрологических охранных или буферных зон вокруг восстанавливаемого болота было вызвано ограничением влияния техногенной деятельности на восстанавливаемый водный и химический баланс болота (табл. 5).
Таблица. 5. Размеры охранных зон вокруг восстанавливаемого болота


Тип болота

Ширина зоны, м

Глубокое верховое болото

30-80

Мелкое верховое болото над песками

120-150

Мелкое низинное болото над песками

200-300

Напорное болото над песками

350

В дальнейшем формирование гидрологических буферных зон было дополнено следующими положениями:



  1. первая зона – условие против всех влияний настолько строго насколько это возможно в зоне шириной в несколько метров;

  2. цель второй буферной зоны – гидрологическая защита первой зоны. Ее размер может быть рассчитан, если понижение водного уровня в пределах зоны не отличается больше чем 0,8 и 1,5 м и если известна проницаемость слоя торфа. Несколько полевых исследований на Северо-Западе Германии показали, что ширина этой зоны должна быть 30-80 м для верховых болот со слоем торфа > 2 м и 120-150 м для болот с меньшим слоем торфа;

  3. третья зона – транзитная (переходная), в которой есть человеческая деятельность (urbanism, сельское хозяйство, лесоводство). В зависимости от обстоятельств эта зона должна иметь размер от 500 м до > 2 000 м.

В настоящее время большое внимание западноевропейских ученых в исследованиях обводнения нарушенных болот обращено на склоновые выработанные торфяники, имеющие широкое распространение в Европе. Условия их питания отличаются от симметричных куполообразных торфяных болот. В связи с этим предлагаются разные схемы ирригации болот в соответствии с водными ресурсами конкретной территории. Основу их различий составляет характер системы аккумуляции и распределения воды в болоте.

Прокладка каналов для подачи воды из более высоко расположенного района может эффективно поднимать уровни воды в торфянике на значительную высоту. Смысл – более экономный расход воды. Часто требуются мероприятия для подводящего трубопровода и регулирования стока.

Рассматриваются три метода обводнения основанных на традиционных методах ирригации. Главное различие между ними в пути потока избыточной воды от канавы до обводняемой поверхности болота (рис. 23).

Первый способ – вода в канаве стоит выше обводняемой поверхности болота, но ниже дамбы, расположенной вдоль канала. Высокое гидравлическое сопротивление торфа причиняет неизбежное различие между водными уровнями канавы и карты (рис. 23 а). Вода медленно фильтруется от канавы к болоту. Максимальные доступные УГВ в болоте приблизительно на 20 cm ниже уровня вод канав.

Второй – вода в канаве стоит на уровне настолько высоко, что течет по набережной канавы в обводняемую поверхность болота. Эта методика требует подъема водного уровня в канаве и ограничения потока воды в область увлажнения. Дамбы вдоль канала должны быть невысокими и наклоненными к канаве (рис. 23 б). Обводняемая поверхность болота должна быть однородной плоской.

Вода течет по набережной канавы в самые глубокие части болота (ирригация наводнения). В летние месяцы уровни ГВ понижены на 60 см и вода поступает только через залежь.

Третий – представляет сбор воды по обводняемой поверхности болота, от периферии болота к понижению в центре (рис. 23 в).

Первый метод ирригации нужен только для мало использованных полей. Два других могут применяться независимо от гидравлической проводимости и являются более подходящим для роста торфа в пониженной области обводнения болота.

По характеру источников водоснабжения предложены следующие схемы обводнения. Область обводнения (рис. 24) окружена канавой. Вода по канавам поступает от выше расположенной реки. Плотина выхода канавы управляет водным уровнем области обводнения; максимальный уровень ограничен высотой канавы. Самые возвышенные области обводнения расположены около плотины на выходе из канавы. На максимальных водных уровнях, эти части затопляются.

П
о схеме (рис. 25) озеро обеспечивает подачу воды в область обводнения. Поверхность слегка наклонена (0,07 %). Трубопроводы направляют воду самотеком из озера до области обводнения, где открытый желоб распределяет воду по поверхности. Вода течет к самым низким частям области обводнения, которые также оконтурены дамбами, чтобы предотвратить дальнейший сток воды.

Ирригация в виде непрерывной поставки поверхностной воды, из-за потерь воды на испарения, аккумуляция воды в области обводнения в результате меньше чем в областях с постоянными водоемами.

Вместо озера в качестве источника воды может служить выход грунтовых вод. Подача грунтовой воды в канавы осуществляется при условии возвышения УГВ над областью восстановления болота и высокой гидравлической проводимости подстилаемого торфяную залежь песка.

В некоторых случаях вместо озера создается пруд с насосной системой накопления воды, от которого осуществляется распределение воды в области восстановления поверхностным или подповерхностным орошением.

Особенностью работ проводимых в Нидерландах является низкое гипсометрическое положение выработанных болот. В результате при их обводнении формировались, прежде всего, водоемы с уровнем воды близким уровню моря или на несколько метров выше. Вся поверхность торфяных болот разбита на польдеры (ровные поверхности изолированные дамбами от затопления поверхностными водами). Основной региональной трудностью было вызвать появление сфагнового покрова в условиях низкой кислотности воды и летнего пересыхания поверхности выработанных болот. Большую роль в развитии сфагновых сообществ сыграло самопроизвольное всплывание торфяных отложений в глубоких водоемах под воздействием газообразования и их колонизация мхами (Joosten, 1992; Spieksma, 1998). Это явление привело к созданию разных конструкций плавающих субстратов.


4.2. Североамериканский подход
Основной целью данного подхода является восстановление саморегулирования болота на основе восстановления процесса торфонакопления, основу которого составляет гидрорежим в поверхностном слое болот и развитие сфагновых ковров. Это должно вернуть болоту естественные функции (Quinty, Rochefort, 2003).

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:



Принципиальным отличием этого подхода является акцент на восстановлении сфагнового покрова в условиях недостаточного водного питания болот. Затопление болот подобно европейскому подходу в данной географической зоне маловероятно. Морфология торфяной залежи в рамках данного подхода учитывается только как фактор, изолирующий торфяную залежь от утечек воды через дно болото. Кроме того, некоторые мероприятия похожие по форме в каждом подходе несут свои функции, связанные с регионально-географическими особенностями болотных зон.

Начиная с конца 80-х годов, эксперименты по восстановлению болот расширяются на территории Германии и Голландии, а в 1990-92 гг. организуются в Канаде при содействии Canadian Sphagnum Peat Moss Association и с 1993 г. в США в институте исследования природных ресурсов (University of Minnesota Duluth).

Североамериканский подход в большей степени технологичен, чем западноевропейский. Это выражается в использовании технических средств на почти всех операциях по выращиванию сфагнового покрова. В целом основой подхода является потенциальная реинтродукция (возобновляемая (постоянно повторяющаяся) интродукция) мохового покрова и управление водным режимом с целью его стабилизации во времени и пространстве.

Восстановлению подлежат, прежде всего, фрезерные поля или выровненные плоские поверхности. Но, учитывая промышленные цели подхода, он может быть распространен и на болота, без добычи торфа. В этом случае постоянно срезается верхний слой накапливающейся биоторфомассы. В начале вырезается акротелм на 0,3-0,6 м, затем производятся стандартные операции по его восстановлению.

Благодаря системе осушения выполняется регулирование уровнем воды. Система зарегулированного водоснабжения поддерживается в рабочем состоянии.

Все операции составляют следующую последовательность:



Весной, дамбы остаются замороженными и предотвращают на время дренаж талых вод.

При планировании центральная часть площадки должна иметь вогнутую форму, что также способствует приживаемости сфагнового покрова в условиях повышенной влажности или близости УГВ.

Рекомендуемая мощность торфяного слоя, способствующая развитию мохового покрова > 0,5 м;


В то же время деформация при морозном пучении верхнего слоя залежи ведет к формированию микрорельефа (рис. 26), способствующего расширению местообитаний растений.

Разбрасывание производится специальным оборудованием из-за пределов площадки, чтобы избежать повреждения растила моховых фрагментов;



Особенностями этого метода являются требования к ровной поверхности торфяной залежи, т.е. без микрорельефа и сравнительная видовая чистота сфагновых сообществ. Эти требования мало отвечают естественным механизмам саморегулирования мохового покрова, так как его развитие основано на механизме естественной дифференциации по микрорельефу, плотности субстрата и его разноамплитудном колебании.

Существенной проблемой является длительное время самозарастания выработанных болот. В этом случае формируются сообщества нежелательного состава, отрицательно влияющие на приживаемость и рост сфагнов.


4.3. Компромиссный вариант восстановления
Рассматриваемый подход сочетает в себе особенности развития сфагновых мхов в представлении североамериканского подхода и многообразие методов регулирования водным режимом болот, выработанных разными способами и разного залегания. Существенным отличием от североамериканского способа является формирование болотных группировок сложного состава и любого времени зарастания.

Предлагается схема регулирования водного режима, способствующего развитию сфагнового покрова. Интерес вызывает то, что технология обводнения применяется для восстановления карьеров и полей добычи торфа сложной конфигурации.

Рассмотрим пока единственную реализацию данного подхода на примере выработанного болота, расположенного в Западной Германии. Исходные условия проекта: толщина оставшегося торфяного слоя 1-4 м. Вода имеет pH 3-4. На дамбах и перемычках верхняя часть залежи сложена олиготрофным торфом (Sliva, 1998).

Первый этап – обводнение и его особенности:



  1. затопляемые области торфяного болота (бассейны) должны быть как можно больше и их дно без наклонов и островов, чтобы минимизировать сухие области пригодные для древесной колонизации; неоднородная поверхность или дно бассейнов выравнивается параллельно поверхности минерального дна – перемычки между карьерами разрушаются;

  2. рекомендуется наличие слаборазложившегося торфа слом не менее 50 см, залегающим над низинным сильноразложившимся торфом;

  3. дамбы делаются из сохранившихся фрагментов торфяной залежи с естественной водопроводимостью и структурой; минимальная ширина дамб, разделяющих два бассейна с разными уровнями воды – 10 м для каждых 50 см повышения уровня воды;

  4. водный уровень в бассейнах регулируется шлюзами, установленными на дамбах, чтобы предотвращать их эрозию. Шлюзы позволяют поднимать уровень воды на 30 см выше затапливаемой поверхности;

  5. осушительные каналы, сохранившиеся после создания бассейнов, блокируются через каждые 10 м, чтобы обеспечивать необходимую влажность области восстановления в случае долгосрочной засухи.

В результате созданы бассейны естественных размеров – 0,5-11,0 га.

Второй этап – восстановление растительности.



  1. в течение первого года после строительства дамб за счет осадков в бассейнах аккумулируется вода, вызывающая набухание «белого» торфа (рис. 27 3а);

  2. ранней осенью второго года водный уровень снижается до поверхности торфа, затем она мульчируется молотым сеном, богатым семенами с вересково-молиниевых пустошей. Кроме того появляются адвентивные пионерные виды – Carex rostrata и Eriophorum angustifolium. В результате на поверхности формируется одно растение на 2 м2 (рис. 27 3b);

  3. на олиготрофных участках вноситься удобрение (из расчета 19,5 кг P2O5 на га), что должно ускорить развитие саженцев. Сосудистые растения играют опорную роль для развития сфагнума;

  4. как только сосудистая растительность покроет более чем на 2/3 область бассейна (после 2-3-х лет) шлюзами должен быть поднят водный уровень на 20 см выше поверхности. После на поверхность бассейна вносится фрагментированный сфагнум (смесь видов: S. cuspidatum, S. papilosum, S. fallax, S. magellanicum) (Рис. 27 3c).

  5. как только сформируются ковры сфагнума, уровень грунтовых вод может дальше быть поднят вплоть до 25-30 см (вровень c высотой дамбы) (Рис. 27 3d).

Стопроцентное покрытие сосудистыми видами произойдет в течение 4 лет, а ковер сфагнума будет сформирован в течение следующих 3-5 лет. В общей сумме – 7-9 лет.

Уязвимое место предложенной технологии – это утечка воды из бассейнов через низкие дамбы, сложенные низинными торфами.

Таким образом, рассмотренные подходы отличаются тем, что не рассматривают торфяные отложения как фактор, влияющий на динамику восстанавливающейся растительности, отдавая предпочтение морфологии и водно-минеральному питанию поверхности болота. Принципиальные отличия между подходами отражены на рис. 28. При западноевропейском подходе важно соответствие исходной поверхности болота и создание системы аккумуляции воды в почвенном слое в центре болота и водоемов на склонах. Североамериканский (канадский) подход предполагает, прежде всего, выравнивание поверхности с целью выращивания сфагнового покрова и накопление воды в почвенном слое. В компромиссном подходе выращивание мохового покрова сочетается с формированием водоемов на поверхности восстанавливаемого болота.




4.4. Перспективные аспекты восстановления торфяных болот
Восстановление выработанных торфяных болот должно опираться на тщательные исследования процессов самовосстановления торфяных болот, выявление потенциальных факторов влияния на эти процессы и в отдаленной перспективе – включать управление процессами развития торфяных болот в естественном и нарушенном состоянии. Именно – вызывать в развитии нарушенных болот желательные признаки или свойства, отражающие процессы саморегулирования их роста.

В целом исследование процессов естественной регенерации показал, что с одной стороны происходит разрушение техногенного рельефа и это в принципе должно вести к увеличению стока, но с другой стороны, особенности технологии использования торфяников способствуют уменьшению стока и испарения и одновременно стимулируют процесс саморегенерации болота. Поэтому объектами регенерации болота является на первом этапе вторичная система аккумуляции воды, а в дальнейшем гидромеханическая система торфяного тела в целом.

В соответствии с техногенной локализацией пространства выработанного болота элементы гидрологической системы разрознены. На расстоянии нескольких метров уровень воды может меняться на несколько десятков сантиметров без какой-либо связи с ориентацией или общим уклоном поверхности, напоминая хаотичную систему польдеров. Формирование градиента напора или режима болотных вод в локализованной области нарушенного болота могут быть не связаны с водным балансом болота в целом.

Принципиальная разница в функционировании и развитии между нарушенным и естественным болотами в отсутствии у нарушенного болота единой гидромеханической системы, основная функция которой состоит в координации процессов роста торфяника в целом. Происходит выравнивание механического напряжения в торфяной залежи при колебании ее водного объема. Это напоминает процесс уравновешивания частей торфяного болота относительно объема воды, сосредоточенной в торфяном теле. Уравновешивание находит выражение в координации гидрологических условий на поверхности торфяной залежи и тем самым определяет рост торфяного болота как целого.

В подтверждение этих положений рассмотрим вопрос о стимулировании всплывания торфа, который легко покрывается сфагновым мхом.

Для развития сфагнового покрова в глубоких водоемах присутствие плавающего торфа является необходимым. Плавающий торф обеспечивает постоянно насыщенный водой субстрат, благоприятный для сфагновой колонизации (Smolders, and ets., 2000).

Сильноразложившийся торф имеет низкую плавучесть. Вероятно из-за низкого pH торфа. В большинстве случаев поверхность выработанных торфяников очень кислая со значениями pH ниже 4. С микробиологический точки зрения такой кислый субстрат может быть очень инертен, и не в состоянии быть плавающим торфом из-за низких норм производства метана. Монолиты торфа начинали плавать только, когда pH влажного торфа был увеличен (с pH 4 до pH 5.5) благодаря щелочному влиянию грунтовой воды. Пузырьки метана, пойманные торфом, повышали его плавучесть.

Уровни сульфатов в поверхностных водах часто высокие, что снижает производство метана, мешает плаванию торфа. Кроме того, в больших озерах с «черной» водой торф не всплывает из-за слишком низкого содержания в ней органического вещества.

Плавающие торфяные отложения возникли «случайно» при обводнении болот в начале 1970-х. «Белый» торф был опущен в водоемы глубиной > 0,5 м. Плохо разложившийся материал хорошо плавает и быстро колонизируется Sphagnum cuspidatum. Плавающие ковры колеблются синхронно с водным уровнем и, следовательно, обеспечиваются стабильным увлажнением.

Кроме всплывающего торфа для колонизации сфагнами плавающих субстратов пригодны плоты из дерева, хвороста или текстиля.

Таким образом, для успешной регенерации необходимы водоемы глубиной не менее 0,5 м, слаборазложившийся торф, способный к плаванию и содержит споры фрагменты сфагновых мхов, высокий уровень содержания метана в воде. Если исходный материал состоит из сильноразложившегося торфа с низкой плавучестью, то можно использовать искусственные плавающие субстраты, которые за 10 лет также покрываются Sph. magellanicum.

Нормы накопления моховой органической массы в результате регенерации при помощи плотов составляют 100-500 г сухого веса с м2. Это величина выше, прироста торфа получаемого в естественных болотах.


4.5. Частные методы по восстановлению выработанных болот
Для восстановления слабо выработанных болот имеют положительное значение мероприятия по созданию лаггового подпора – дамбы по периметру торфяника ограничивают сток залежных вод и увеличивают пьезометрический напор или разность в отметках воды внутри торфяника.

В мероприятиях по регенерации торфяника покрытие пластиковыми пленками (парниковый эффект) или сетями так же достигали ускорения прироста мохового покрова, но эффективность их использования была ниже использования мульчи из натуральных материалов.

Развитие многоярусного растительного сообщества как самостоятельная цель может играть роль регулятора испарения, возможно, этот способ наименее затратный, но в то же время и наименее прогнозируемый. Например, осока увеличивает выживаемость сфагновых мхов, а деревья обеспечивают защиту от ветра и солнца и также благоприятны для роста видов Sphagnum. Рост кочек Eriophorum vaginatum и Molinia caerulea вызывает развитие Sphagnum sp., увеличивает сопротивление водному потоку и таким образом уменьшает потери воды.

Применение торфопесчаных смесей ускоряет естественную колонизацию растениями поверхности торфяника в условиях его значительной водно-ветровой эрозии.

В некоторых случаях на малых площадях 10х15 м применяется рыхление верхнего слоя выработанного торфяника. Процесс перемешивания может происходить параллельно с удалением покрова из молинии поверхностными взрывами небольшой мощностью.

Мероприятия по созданию деятельного слоя или акротелма основаны на имитировании «дыхания» болота и изменении во времени его проницаемости, позволяющей регулирование уровня воды и уменьшение амплитуды его колебаний, защиту вод торфяника от загрязнения и снижение испарения. Этот слой способствует понижению капиллярного давления в торфе, что является неблагоприятным для сосудистых растений и благоприятным для не сосудистых сфагновых мхов. При первичном набухании слой слаборазложившегося торфа увеличился с 20 до 50 см и «вырос» за 6 лет на 10-12 см.

Мероприятия, связанные с созданием ям в торфяном теле получили положительную оценку в связи с тем, что заполнение их регенерированным торфом было достаточно быстрым. Каждая яма имеет размер от нескольких квадратных метров до десятков. Эффект от наличия ям проявляется в выходе грунтовых вод в верхние горизонты торфяной залежи, смешивании верхнего и нижнего горизонтов воды в торфянике. Это может быть связано с тем, что во влажный период года поток, содержащий питательные минеральные вещества и растворенную органику, направлен вниз, что стимулирует брожение и метаногенез в залежи. Но когда преобладает режим разгрузки, органические составы разбавляются грунтовыми водами извне и метаногенез ограничен.
4.6. Основные проблемы, установленные при восстановлении выработанных болот

4.6.1 Значение типология объектов восстановления
В настоящее время преждевременно говорить о существовании технологий восстановления выработанных болот, которые однозначно приносили бы прогнозируемые результаты.

При похожем внешнем облике в исходном состоянии выработанные торфяные болота обладают высокой степенью индивидуальности, особенно, процессы их восстановления. Поэтому одни и те же восстановительные мероприятия на выработанных болотах могут вызывать разные по степени и направлению течения процессы восстановления. Это подчеркивается в большинстве проектов, осуществляющихся последние 15-10 лет. В результате ведущие научные коллективы европейские и североамериканские в настоящее время применяют одни и те же технологии к восстановлению разнотипных болот. Следовательно, в ближайшей перспективе следует ожидать не новых методов восстановления, а углубление существующих. При этом важной составляющей будущих исследований становится типологический и географический аспекты применения существующих методов, т.е. проверка универсальности методов восстановления.

Кроме того, постоянное манипулирование водным балансом, гидрохимией и условиями грунта, выпуск диаспор, непрерывное управление растительностью и т.д. нельзя приветствовать, потому что они нарушают основное значение природы – естественность. В этом случае предпочтение надо отдать исследованию многообразию естественной регенерации.
4.6.2. Регулирование развитием растительного покрова
К важнейшим проблемам восстановления болот относятся:


  1. снижение УГВ ниже 40 см от поверхности в летний период, что является критической величиной для развития сфагновых мхов;

  2. редко удается искусственно создать одинаковые условия на разных объектах для видов с широкой и узкой экологической амплитудой;

  3. древостои обладают высокой транспирацией, понижая УГВ и снижая возможность развития сфагновых мхов, для которых необходимо положение УГВ не ниже 20 см от поверхности. Уничтожение деревьев механическими и химическими способами не принесло существенных результатов;

  4. в Нидерландах в результате переувлажнения выработанных болот вместо сфагнума часто распространяется Molinia. Возможно, это результат опускания УГВ при его колебаниях ниже допустимого уровня по площади восстанавливаемого болота.

  5. добиться появления мха Sphagnum легче, чем вызвать у него нужный прирост. Высшую продуктивность дают такие виды как Sphagnum cuspidatum, S. fallax, S. angustifolium и S. fimbriatum, а на восстанавливаемых болотах – мхи секции Acutifolia (Sphagnum fuscum, S. rubellum). Для оптимизации роста многих sphagnum-разновидностей необходимо использование удобрений P и N и снижение pH, но это сохраняет риск к появления видов Phragmites, Typha или Betula pubescens которые могут иметь отрицательное влияние на увеличение мхов. Восстановление сфагнума начинается в небольших коврах < 1 m2 с общим покрытием мха на 1-5 % поверхности. Средний годовой линейный прирост сфагнового мха в 2 см означает неудачу регенерации для одного года.


4.6.3. Нерегулируемое изменение трофности
Основная проблема – это атмосферные загрязнения (соединения азота и серы), вызывающие не желательные сукцессии сфагновых мхов молинией. Поэтому не ясно – азот – это хорошо или плохо. По видимому восстанавливаемому болоту необходима защита от газового и пылевого загрязнения в соответствии с розой ветров, от сточных вод с полей и т. п. Поэтому необходимо ограничить осушение, удобрение и вырубки леса вблизи болота, а также сток воды в болота. Для этого необходимо создавать буферные зоны вокруг болот не только гидрологические, но и атмосферные.

Кроме того, открытые водоемы, возникающие при восстановлении болот привлекают большее количество водных птиц, чьи экскременты приводят к сравнительно быстрой евтрофикации стоячей воды.



4.6.4. Особенности водорегулирования
При обводнении болот установлен ряд проблем, требующих отдельного решения. Например, при создании водоемов на выработанных болотах как формы их восстановления нет ясности в оценке морфологии дна водоемов, что лучше в целях восстановления – ровное дно или нет.

Неустойчивость торфяного субстрата под воздействием динамики водной массы во времени в одном случае рассматривается как негативный процесс, а в другом – это является основой развития процессов саморегулирования, являющихся конечной целью восстановления выработанных болот.

Серьезной проблемой при обводнении является пересушенность торфа и его слабое намокание, а также потери воды с участков обводнения с транспирацией.

Наиболее часто основной задачей восстановления называют формирование деятельного слоя или акротелма (acrotelm) болот. В связи с его естественными функциями при восстановлении выработанных болот возникают «парадоксы»:



  1. наклон поверхности мешает накоплению воды в болоте, но способствует ускорению роста деятельного слоя – накоплению воды в болоте;

  2. страница 1 страница 2 страница 3
    скачать файл

Смотрите также:
Восстановление
944.46kb. 3 стр.

Советский Союз в послевоенный период. 1945-1953 гг. Послевоенное восстановление хозяйства. Ссср. Образование «социалистического лагеря»
449.43kb. 1 стр.

В этом году исполнилось пятьдесят с того времени, как был подписан исторический Указ об исключении Даурского района с административно-территориальной карты Красноярского края и снятия его с административного учёта
51.61kb. 1 стр.

© kabobo.ru, 2017